DE10106125A1

DE10106125A1 - Kraftfahrzeugscheibe mit Antennenstrukturen

Info

Publication number: DE10106125A1
Application number: DE2001106125
Authority: DE
Inventors: Matthias Fuchs; Ulrich D Becker; Rainer Kronberger; Reinhard Berfelde
Original assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: DE10106125B4

Description

Die Erfindung betrifft eine Sichtscheibe für ein Kraftfahrzeug mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattungsmerkmalen.

In die Scheibe sind erfindungsgemäß elektrisch leitende Strukturen - Flächen bzw. Leiterbahnen - integriert, die unter dem Gesichtspunkt optimaler Rundfunk- Empfangseigenschaften konfiguriert sind und zusätzlich der Beheizung der Scheibe dienen.

Es ist bekannt, Scheibenheizfelder, die originär für Zwecke der Entfrostung z. B. in Heckscheiben angeordnet sind, gleichzeitig für Antennenzwecke zu nutzen.

In Europapatent Nr. 0 146 033 wird demgemäß vorgeschlagen, an eine solche, vom Autohersteller vorgegebene Heizfläche eine HF-Schaltung anzuschließen, die mit der Heizfläche einen Resonanzkreis bilden soll und die Heizfläche "in Serien- bzw. in Parallelresonanz in der Nähe der Mitte des VHF-Bandes" bringt.

Tatsächlich profitiert EP 0 146 033 von der Tatsache, daß die Heizfläche in heutigen Kfz- Heckscheiben auf Grund ihrer Abmessungen ohnehin meist irgendwo innerhalb des Meterwellen-Bereichs (UKW) in Resonanz ist, weil die Scheibenbreite für diesen Bereich etwa einer halben Wellenlänge entspricht (siehe auch Nachrichtentechnische Zeitschrift H. 1/1974, S. 20, unter 4.2 - UKW-Empfang).

Bei der Lösung nach EP 0 146 033 wird an der Struktur der Heizfläche bewußt nichts geändert. Die mit dieser Konstellation erzielbaren Empfangseigenschaften sind mittelmäßig.

Will man die Heizfläche auch für den Empfang im Lang- Mittel- und Kurzwellenbereich (AM) nutzen, muß man am Gleichstromanschluß eine hinreichend induktiv hochohmige Spulenanordnung vorsehen, um - als Voraussetzung für die Antennenfunktion - die Heizfläche gegen das niederohmige Bordnetz HF-mäßig zu isolieren. Gleichzeitig wird eine Sperrwirkung gegen die von der Fahrzeugelektronik erzeugten und auf dem Gleichstrom- Bordnetz vorhandenen HF-Störungen erzielt. Die Spulen werden wegen der hohen Induktivität und der hohen Heizströme aus dickem Draht und als Kernspulen ausgeführt und sind voluminös, schwer und teuer.

Ein der Lösung nach EP 0 146 033 konträres Prinzip besteht darin, das Leitungsdesign der Heizfläche zu verändern.

Mit bestimmten zusätzlichen Leiterelementen im Bereich der Heizfläche gelingt es speziell für den LMK-Bereich, die Anpassung der Struktur an die weiterführenden HF-Leitungen und Netzwerke positiv zu beeinflussen, den Empfangspegel im Meterwellenbereich anzuheben sowie den Empfang z. B. auch für vertikale Polarisation zu verbessern.

Es ist auch bekannt, das Heizfeld in zwei oder drei Sektoren aufzuteilen, die alle als Antennen für den UKW- und TV-Bereich betrieben werden. Jede Teilfläche wird nach dem Prinzip des Raumdiversity nach bestimmten Kriterien wahlweise zum Empfangsgerät durchgeschaltet.

Für den Empfang im Lang- Mittel- und Kurzwellenbereich (LMK) können, wenn auf der Scheibe genügend Platz zur Verfügung steht, separate, nicht beheizte Leiterstrukturen verwendet werden. Geeignet sind z. B. ein bis drei Drähte oder Leiterbahnen oder eine schmale leitende Fläche, die zwischen dem Heizfeld und der unteren oder der oberen Umrandung der Scheibe angeordnet ist.

Der Strahler für den zusätzlichen Niederfrequenzbereich steht also nicht in Verbindung mit dem Gleichstrom-Bordnetz, und man kann deshalb auf die oben erwähnte teure Spulenanordnung verzichten.

Bedingung für eine zufriedenstellende Funktion und Leistungsfähigkeit der unbeheizten separaten Leiterstruktur als LMK-Antenne sind genügend große Abstände zur metallischen Umrandung der Scheibe einerseits und zur Heizfläche andererseits.

Eine insgesamt 15 bis 20 cm breite freie Zone oberhalb oder unterhalb des Heizfelds ist deshalb anzustreben, und die mittige Position des separaten AM-Strahlers innerhalb dieser Zone gewährleistet gemeinhin den besten Empfang.

Die letztgenannte Bedingung bezüglich der räumlichen Anordnung stellt zugleich den Nachteil der Kombination von beheizten und unbeheizten Strukturen in einer Scheibe als Antennen für den Rundfunkempfang dar:
Je steiler die Heckscheibe ist, umso geringer ist in aller Regel auch das Höhenmaß der Scheibe in der Karosserie, z. B. bei Fahrzeugen mit steiler Heckklappe. Das Heizfeld reicht dann meist bis dicht an den unteren und den oberen Rand, um freie Sicht zu gewährleisten, und es ist nicht möglich, eine zusätzliche unbeheizte Leiterstruktur als Antenne für den niedrigen Frequenzbereich und außerdem ausreichende Abstände gegen die Leiter des Heizfelds und gegen die Scheibenumrandung vorzusehen.

Es bliebe also nur die Heizfeld-Lösung mit den teuren Spulen hoher Induktivität oder die Wahl einer anderen Antennenposition am Fahrzeug.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Fahrzeugscheibe mehrere, unter HF-Gesichtspunkten optimierte Antennen für unterschiedliche Frequenzbereiche des Rundfunkempfangs anzuordnen und zusätzlich die Beheizung der gesamten Fläche zu gewährleisten. Die Antennen sollen vorzugsweise Einzelstrahler für den Hörrundfunk- Empfang im UKW- und im LMK-Bereich bilden. Gleichzeitig soll auch der TV-Empfang auf den Frequenzen der terrestrischen Übertragung möglich sein. Die Anordnung soll hohe Empfangsqualität gewährleisten und mit einfachen und kostengünstigen Bauelelementen zu realisieren sein.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsvarianten und Details.

Die Erfindung lautet also im Grundsatz: In einer Sichtscheibe eines Kraftfahrzeugs werden aus leitenden Strukturen unter HF-technischen Gesichtspunkten und Erfordernissen einzelne Antennen für unterschiedliche Frequenzen gebildet, die über die gesamte Scheibenfläche verteilt sind, sowie Mittel zur HF-mäßigen Entkopplung einzelner Strahler gegen die metallische Scheibenumrandung bzw. gegen andere Strahler.

Sämtliche Leiterstrukturen in der Scheibe sind beheizbar. Jede Struktur ist einzeln an das Gleichstrom-Bordnetz angeschlossen. Um die für die Antennenfunktion in bestimmten Frequenzen erforderlichen elektrischen Eigenschaften und HF-Parameter zu gewährleisten und um die Einkopplung bordeigener HF-Störungen zu verhindern, wird hier jede einzelne Struktur an ihrer Anschlußstelle in der schon beschriebenen Weise HF-mäßig isoliert.

Die praktische Realisierung geschieht nach einem denkbar einfachen Prinzip:
Ausgangspunkt sind z. B. Leiterbahnen, die in bzw. auf der Scheibenfläche parallel bzw. quasi parallel angeordnet sind und wie sie in bekannter Weise auch für die Scheibenheizung üblich sind.

Die Leiterbahnen werden zu zweit oder zu dritt zusammengefaßt und bilden eine Antenne. Daneben gibt es z. B. einzelne Leiterbahnen als Entkopplungsstrukturen.

Die mögliche Zahl der Antennen hängt von der Größe der Scheibe, von den Frequenzen und von den geforderten Leistungsparametern der Antennen ab. Es können auch mehr als zwei oder drei Leiterbahnen zu einem Strahler zusammengefaßt werden.

Dieses Beispiel gilt für die Anordnung von Leiterbahnen bzw. Drähten in der Scheibe. Wenn die Scheibe als ganzes metallisiert ist, d. h. wenn ihre Oberfläche eine dünne Metallschicht trägt oder wenn eine elekktrisch leitende Folie in eine Verbundglasscheibe eingelegt ist, werden die erfindungsgemäßen Leiterstrukturen aus Teilflächen dieser Metallisierung gebildet. Die Teilflächen werden durch Zonen ohne Metallisierung getrennt, die sehr schmal (und damit für das Auge unsichtbar) sein können.

Mit der Erfindung wird gesichert, daß die gesamte Fläche einer beliebig großen (oder kleinen) und beliebig gestalteten Sichtscheibe - vor allem der Heck- und u. U. einer Frontscheibe - komplett für Antennenzwecke in unterschiedlichen Frequenzbereichen genutzt werden kann. Gleichzeitig bleibt die Beheizungsfunktion für die gesamte Fläche erhalten.

Das ist - wie bezweckt - vor allem bei Scheiben von Bedeutung, die zwar die gesamte Breite des Fahrzeugs einnehmen, deren andere Erstreckung jedoch relativ gering ist, wie Heckscheiben bei Kompaktfährzeugen mit Steilheck. Die Aufteilung der leitendenden Strukturen in Teilstrukturen ist für den Betrachter nicht erkennbar.

Die Vorteile der Erfindung resultieren des weiteren aus der Aufteilung des Heizfelds und damit des Heizstroms auf mehrere separate Flächen und Strukturen. Über die Teilflächen fließen naturgemäß geringere Ströme, so daß die Bauelelemente der Heizstrom-Anschlüsse sehr klein dimensioniert werden können und damit kostengünstig sind.

Die erfindungsgemäßen Entkopplungsstrukturen sind vor allem für niederfrequente Bereiche, wie LMK, von Bedeutung. Hier sollen sie die kapazitive Belastung der Antennen durch umgebende metallische Strukturen, z. B. Karosserie und Antennen anderer Frequenzen, reduzieren..

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1. Beispiel für die Aufteilung eines Felds aus horizontalen Leiterbahnen

a) Ausführung des vorhandenen Heizfelds an einem handelsüblichen Fahrzeug
b) Erfindungsgemäße Aufteilung in Antennen für unterschiedliche Frequenzen

Fig. 2. Sichtscheibe mit Metallisierung

In Fig. 1 wird schematisch die Heckscheibe eines aktuellen Kompakt-Pkw mit Steilheck mit ihren Abmessungen und den Maßen des Heizfelds gezeigt. Das Fahrzeug ist gegenwärtig mit einer Dachantenne ausgestattet. Bei der Scheibe sind

1. 1 metallische Scheibenumrandung
2. 2 Sammelleiter
3. 3 Leiterbahn als Heizleiter

In Fig. 1a ist zu erkennen, daß die Scheibe zwar der üblichen Breite heutiger Fahrzeuge entspricht. Das Höhenmaß von 470 mm ist jedoch so gering, daß es wegen des sehr großen Anstellwinkels der Scheibe (fast senkrecht) nicht möglich wäre, etwa z. B. eine separate, unbeheizte Struktur als Antenne für LMK-Empfang, mit dem oben beschriebenen Platzbedarf, anzuordnen. Man könnte dann die Scheibe quasi nur zur Hälfte beheizen.

Bei dem Beispiel beträgt der Abstand der Heizleiter 3 A = 30 mm und der Abstand zur Umrandung 1 der Scheibe oberhalb und unterhalb des Heizfelds je B = 40 mm.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung in Fig. 1b wurden die Abstände A und B beibehalten. Ebenso ist gewährleistet, daß die gesamte Scheibenfläche beheizbar ist. Der Unterschied zu Fig. 1a besteht darin, daß innerhalb der Scheibenumrandung sechs separate Leiterstrukturen angeordnet sind, von denen drei Antennen für unterschiedliche Frequenzen darstellen. Mit der erfindungsgemäßen An- und Zuordnung dieser Antennen sind die unter HF-Gesichtpunkten besten Voraussetzungen für einen optimalen Empfang im jeweiligen Frequenzbereich gegeben. Dabei sind

1. 4 Antenne für LMK-Empfang
2. 5 Antenne für terrestrischen TV-Empfang
3. 6 Antenne UKW-Empfang

Hinzu kommen die Entkopplungsstrukturen 7, die die Antennen gegeneinander und die obere Antenne 4 gegen die Scheibenumrandung entkoppeln. Mit 8 sind die elektrischen Anschlüsse bezeichnet.

In Fig. 2 wird eine erfindungsgemäße Strukturierung für eine Scheibe mit metallisierter Oberfläche bzw. Zwischenlage gezeigt. Die Strukturierung wird durch Schlitze 9 in der Metallisierung erzielt. Man erhält z. B. eine LMK-Antenne 4', eine UKW-Antenne 6' und eine Antenne 5' für terrestrischen TV-Empfang sowie Entkopplungsstrukturen 7'.

Claims

1. Sichtscheibe für ein Kraftfahrzeug, die mit leitenden Strukturen ausgestattet ist, die als Antennen und für den Zweck der Beheizung dienen, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

- die Strukturen bedecken die gesamte Sichtfläche der Scheibe und sind in vorzugsweise mehr als zwei Teilflächen und Strukturen (4, 5, 6, 7, 4', 5', 6', 7') aufgeteilt,
- die Teilflächen und Strukturen sind jeweils räumlich und HF-mäßig voneinander getrennt,
- die Teilflächen (4, 5, 6, 4', 5', 6') bilden Antennen für unterschiedliche Frequenzbereiche vorzugsweise des Rundfunkempfangs und haben unterschiedliche, jeweils einem bestimmten Betriebsfrequenzbereich entsprechende HF-Widerstandswerte,
- die empfangswirksamen Teilflächen sind untereinander durch Entkopplungsstrukturen (7, 7') getrennt, die vorzugsweise nicht als Antenne genutzt werden,
- zwischen einer Teilfläche (4, 4') für AM-Empfang und der metallischen Scheibenumrandung (1) ist eine Entkopplungsstruktur (7, 7') angeordnet,
- zur Beheizung der Scheibe sind alle Teilflächen und Strukturen an das Bordnetz angeschlossen, wobei vorzugsweise jeder Teilfläche ein eigener, separater Anschluß (8) zugeordnet ist.

2. Sichtscheibe mit leitenden Strukturen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine waagerechte Aufteilung der aus den leitenden Strukturen gebildeten Fläche.

3. Sichtscheibe mit leitenden Strukturen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Aufteilung der aus leitenden Strukturen gebildeten Fläche orthogonal zur Scheibenbreite.

4. Sichtscheibe mit leitenden Strukturen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anordnung der Anschlüsse (8) auf gegenüberliegenden Seiten der Teilflächen.

5. Sichtscheibe mit leitenden Strukturen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anordnung jeweils beider Anschlüsse (8) einer Teilfläche quasi nebeneinander an demselben Scheibenrand, wobei die Teilfläche derartig gestaltet ist, daß der Stromweg U-förmig oder mäanderförmig verläuft.

6. Sichtscheibe mit leitenden Strukturen nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Nutzung der Entkopplungsstrukturen (7, 7') zusätzlich als Antennen für vorzugsweise höhere Frequenzen.