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Die Erfindung betrifft eine Zuleitung für ein Antennensystem eines Fahrzeuges, aufweisend zumindest einen zwischen zwei Anschlusspunkten angeordneten elektrischen Leiter, sowie ein Antennensystem mit einer solchen Zuleitung gemäß den Merkmalen der jeweiligen Oberbegriffe der unabhängigen Patentansprüche.
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Gedruckte Folienantennen werden zur Zeit in verschiedenen Ausführungen in Fahrzeugen verbaut. Zahlreiche RF-Dienste können mit solchen Folienantennen abgedeckt werden. So werden heute Radio, TV, Mobilfunk und andere Kommunikationsantennen mit dieser Technik realisiert.
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Die meisten Antennen sind nicht sichtbar, d.h. in Spoiler, Stoßfänger, Kotflügel oder anderen Kunststoffteilen des Fahrzeugs integriert. Ein wichtiger Bauraum für Antennen im KFZ ist die Scheibe, speziell die Heckscheibe, welche normalerweise ganze Antennensysteme (z.B. FM, DAB, TV) enthält. Diese (Antennen) Strukturen sind mit Hilfe von Silberkeramikpasten aufgebracht. Der Oberflächenleitwert solcher Antennenstrukturen ist nicht besonders gut. Weiterer Nachteil ist die Mindestbreite einer Leiterbahn von ca. 0,5 Millimeter bis 1 Millimeter (mm).
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Antennensysteme für Fahrzeuge, sogenannte Scheibenantennen, weisen einen Träger, zum Beispiel eine Kunststofffolie, auf, mit zumindest einer darauf angeordneten Antennenstruktur, die einen Fußpunkt aufweist, wobei an dem Fußpunkt eine Zuleitung angeschlossen ist. Je nach Art der Signale, die empfangen bzw. gesendet werden sollen, ist es auch denkbar, dass entweder mehrere Träger mit Antennenstrukturen oder ein Träger mit verschiedenen Antennenstrukturen für unterschiedliche Frequenzbereiche vorhanden sind. Dieser Träger wird im Regelfall auf oder in einer Scheibe eines Fahrzeuges, vorzugsweise der Heckscheibe, angeordnet wozu es erforderlich ist, den Fußpunkt der Antennenstruktur mit einer Zuleitung zu versehen, um entweder über diese Zuleitung hochfrequente Signale an die Antennenstruktur zu senden, damit sie von dort ausgesandt werden können, und/oder die mit der Antennenstruktur empfangenen hochfrequenten Signale an ein nachgeschaltetes elektronisches Gerät weitergeben zu können. Bekannt ist, dass diese Zuleitung als ein Kabel mit einem Innenleiter und einem Außenmantel, insbesondere ein Koaxialkabel, eingesetzt wird. Der Einsatz eines solchen Koaxialkabels hat zwar einerseits den Vorteil, dass über dieses Kabel die hochfrequenten Signale gut und problemlos übertragen werden können und aufgrund des massiven Aufbaus des Koaxialkabels Beschädigungen während des normalen Betriebes des Fahrzeuges nicht vorkommen. Andererseits ist es von Nachteil, dass ein solches Kabel zum einen aufgrund seines koaxialen Aufbaus relativ starr ist und somit Probleme beim Verlegen bereitet. Außerdem ist der Einsatz eines solchen Koaxialkabels von Nachteil, da es nicht im Sichtbereich der Scheibe, also in solchen transparenten Bereichen, durch die durchgeschaut werden kann, verwendet werden kann, da es hier störende Effekte aufweist. Sollte es dennoch zu einer Beschädigung des Koaxialkabels kommen, ist damit die gesamte Signalübertragung in nachteiliger Weise ausgefallen, vor allen Dingen dann, wenn der Innenleiter durchtrennt wurde. Kommt es zu Beschädigungen an dem Außenmantel mit dem darunterliegenden Abschirmgeflecht kann zwar noch eine Signalübertragung erfolgen, die sich jedoch deutlich verschlechtert, da die erforderliche Abschirmwirkung aufgrund der hohen Frequenzen nicht mehr gegeben ist.
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Die
DE 20 23 823 A beschreibt eine Windschutzscheibe mit im Druckverfahren aufgebrachten Antennenleitern.
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Die
US 7 903 042 B2 beschreibt eine Antennenanordnung mit einem flachen Trägersubstrat aus einem dielektrischen Material, mit integrierten Leiterbahnen.
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Die
US 4 746 925 A beschreibt eine Glasantenne, die beispielsweise an einer Fahrzeugscheibe angeordnet sein kann.
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Die
US 2006/0 001 572 A1 beschreibt eine gedruckte Antennenanordnung mit einem Balun.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zuleitung für ein Antennensystem eines Fahrzeuges und auch ein solches Antennensystem bereitzustellen, mit dem die eingangs geschilderten Nachteile vermieden werden.
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Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Erfindungsgemäß ist eine Zuleitung für ein Antennensystem vorgesehen, bei dem der elektrische Leiter von zumindest zwei auf einem Träger angeordneten Leiterbahnen gebildet ist. Das Vorhandensein von zumindest zwei, vorzugsweise genau drei oder auch mehr als drei Leiterbahnen hat den Vorteil, dass dann, wenn eine der Leiterbahnen beschädigt, insbesondere durchtrennt wird, die weitere Signalübertragung sichergestellt ist. Außerdem ist es von Vorteil, dass der Träger ohne Probleme verlegt werden kann, insbesondere dann, wenn er aus einem flexiblen oder dünnen starren Material besteht. Weiterhin ist es von Vorteil, dass eine solche Zuleitung dann im Sichtbereich einer Fahrzeugscheibe eines Fahrzeuges eingesetzt werden kann, wenn der Träger transparent ausgebildet ist. Dadurch behindert das Vorhandensein der Zuleitung im Sichtbereich der Scheibe nicht das Durchschauen für den Betrachter. Dies gilt vor allen Dingen auch dann, wenn die Leiterbahnen sehr dünn, vorzugsweise mit einer Breite von einem Mikrometer bis 100 Mikrometer ausgestaltet sind.
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Die zumindest zwei Leiterbahnen kreuzen sich zumindest einmal im Bereich zwischen den beiden Anschlusspunkten. Von besonderem Vorteil sind drei Leiterbahnen sich zwischen den beiden Anschlusspunkten mehrfach kreuzend auf dem Träger angeordnet. Hierdurch lässt sich eine besonders gute Signalübertragung insbesondere auch für den Fall, dass wiederum eine Leiterbahn oder auch zwei Leiterbahnen unterbrochen worden sind, gewährleisten.
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Die zumindest zwei Leiterbahnen sind jeweils auf der einen und auf der anderen Seite des Trägers angeordnet. Vorzugsweise ist die eine Leiterbahn auf der einen Seite deckungsgleich mit der anderen Leiterbahn auf der anderen Seite des Trägers angeordnet. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine sogenannte Mikrostrip-Zuleitung gebildet, die besonders vorteilhafte mechanische und hochfrequente Eigenschaften hat. In jedem Fall wird dadurch sichergestellt, dass die Signalübertragung über diese Zuleitung sichergestellt ist, auch wenn eine der Leiterbahnen unterbrochen ist. Die Signalübertragung ist sogar dann noch sichergestellt, wenn alle Leiterbahnen bis auf eine unterbrochen sind. Dies hat nicht nur Vorteil während des Einsatzes der Zuleitung im Fahrzeug, sondern auch bei der Lagerhaltung und vor allen Dingen auch bei der Montage, da eventuelle Beschädigungen nicht zu einem Ausfall des gesamten Antennensystems führen.
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Wie schon ausgeführt ist es von besonderem Vorteil, wenn die einzelnen Leiterbahnen eine Breite von einem Mikrometer bis 100 Mikrometer aufweisen, da sie aufgrund dieser sehr dünnen Breite von einem Betrachter nicht oder nur unwesentlich wahrgenommen werden, wenn die Zuleitung sich im Sichtbereich einer Fahrzeugscheibe befindet. Dieser Effekt wird dadurch unterstützt, wenn der Träger eine transparente Kunststofffolie ist, wobei auch dünne starre transparente Träger in Betracht kommen können. Transparente Kunststofffolien haben jedoch den Vorteil, dass sie abhängig von dem Bauraumgegebenheiten verlegt, zum Beispiel gefaltet, geknickt, gebogen, gerollt oder dergleichen, werden können. So ist es zum Beispiel denkbar, dass eine Zuleitung in einem Bereich ausgehend von dem einen Anschlusspunkt flächig ausgestaltet ist, während sie im weiteren Verlauf zu dem anderen Anschlusspunkt hin abgewinkelt oder gerollt wird, um somit eine Anpassung an die Bauraumgegebenheiten zu realisieren.
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Die gleichen vorstehend genannten Ausführungsformen der Zuleitung und die sich daraus ergebenden Vorteile sind in gleicher Weise anwendbar, wenn die Zuleitung bei einem Antennensystem des Fahrzeuges eingesetzt wird.
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In diesem Zusammenhang ist es besonders wichtig, wenn der Träger mit der darauf angeordneten Antennenstruktur des Antennensystems und der Träger der Zuleitung mit den darauf beidseitig angeordneten Leiterbahnen durchgehend ausgebildet sind. Durchgehend bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Träger des Antennensystems und der Träger der Zuleitung voneinander getrennte Bauteile sind, die jedoch im Bereich des Fußpunktes einerseits und des zugewandten Anschlusspunktes andererseits in der gleichen Ebene angeordnet sind, wobei die benachbart zueinander angeordneten Punkte (Fußpunkt und Anschlusspunkt) elektrisch kontaktiert sind. Dies hat den Vorteil, dass eine Basis des Bauraumes die Auflagefläche für die beiden Träger bildet. Alternativ dazu bedeutet durchgehend aber auch, dass der Träger des Antennensystems und der Träger der Zuleitung einstückig ausgebildet sind. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, den Anschlusspunkt auf der Zuleitung und den Fußpunkt der Antennenstruktur extra zu erzeugen, sondern es ist möglich, dass die Antennenstruktur in dem Bereich, in dem der Träger des Antennensystems in den Träger der Zuleitung übergeht, ebenfalls durchgehend gestaltet sind und somit übergehen. Dies ist dann von besonderem Vorteil, wenn der Träger des Antennensystems und der Träger der Zuleitung aus einem einzigen Stück gefertigt, zum Beispiel ausgestanzt sind. In diesem Fall kann die Fläche des Trägers für die Antennenstruktur großflächig sein, um die entsprechenden Antennenstrukturen für den jeweiligen Frequenzbereich aufzunehmen, wohingegen der Träger für die Zuleitung von der großen Fläche zum Beispiel als eine Art schmale Lasche oder „Schwanz“ absteht. Die Länge dieses abstehenden Teiles des Trägers für die Zuleitung richtet sich wiederum nach den Bauraumgegebenheiten, insbesondere danach, bis wohin die Zuleitung geführt werden muss, um mit dem Anschlusspunkt am Ende mit einem elektronischen Gerät (zum Beispiel ein Verstärker, ein Sperrkreis, ein Wiedergabegerät oder dergleichen) kontaktiert zu werden.
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Ein solches Antennensystem, aufweisend einen Träger aus einem transparenten Material mit darauf angeordneten dünnen Leiterbahnen, die die Antennenstrukturen bilden, und die zugehörige Zuleitung, deren Träger ebenfalls aus einem transparenten Material besteht (mit ebenfalls darauf angeordneten dünnen Leiterbahnen) hat den Vorteil, dass es vollständig oder nahezu vollständig im Sichtbereich der Fahrzeugscheibe angeordnet werden kann.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden beschrieben und anhand der Figuren erläutert.
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1 zeigt, soweit im Einzelnen dargestellt, prinzipiell ein Antennensystem 1, welches auf einer Fahrzeugscheibe 2 (alternativ zwischen zwei Schichten einer Fahrzeugscheibe) angeordnet ist. Das Antennensystem 1 umfasst zumindest einen Träger 3 mit einer darauf angeordneten Antennenstruktur 4. Im in 1 gezeigten Beispielfall sind zwei weitestgehend gleichartig gestaltete Träger 3 mit darauf angeordneten Antennenstrukturen 4 vorhanden, wobei die Träger 3 auch unterschiedlich gestaltet sein können, genauso wie die darauf angeordneten Antennenstrukturen 4. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn mit den unterschiedlichen Antennenstrukturen, die auf den Träger angeordnet sind, unterschiedliche Frequenzen bzw. Frequenzbereiche abgestrahlt bzw. empfangen werden sollen.
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In 1 ist eine Zuleitung 5 dargestellt, die die Antennenstrukturen 4 mit einem Kabel, insbesondere einem Koaxialkabel 6, verbindet. Am Ende dieses Kabels ist nicht dargestellt ein elektronisches Gerät angeschlossen, mit dem die von der Antennenstruktur 4 empfangenen hochfrequenten Signale weiterverarbeitet werden. Außerdem ist es möglich, dass über das Kabel und die Zuleitung 5 hochfrequente Signale von dem elektronischen Gerät den Antennenstrukturen 4 zum Aussenden der hochfrequenten Signale zugeführt werden.
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Die in 1 dargestellte Fahrzeugscheibe 2 weist ein Sichtfeld 7 auf, wobei um das Sichtfeld 7 herum bis an die äußeren Grenzen der Fahrzeugscheibe 2 zum Beispiel ein Schwarzdruck aufgebracht ist, der nicht durchsehbar ist. Daher kann auch beispielsweise das Kabel, insbesondere das Koaxialkabel 6, in diesem Bereich verlegt werden. Im Gegensatz dazu sind der Träger 3 und die Zuleitung 5 (hier zumindest teilweise) im Sichtfeld 7 der Fahrzeugscheibe 2 angeordnet, wozu der Träger 3 und der noch nicht näher bezeichnete Träger der Zuleitung 5 aus einem transparenten Material, insbesondere einer transparenten Kunststofffolie bestehen, die durchscheinbar sind. Ebenso sind die Antennenstrukturen 4 und der ebenfalls noch nicht näher bezeichnete elektrische Leiter der Zuleitung 5 sehr dünn ausgeführt, sodass sie für den Betrachter ebenfalls nahezu transparent wirken.
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In 2 ist dargestellt, dass der zumindest eine Träger 3 mit seinen Antennenstrukturen nicht, wie in 1, auf der Fahrzeugscheibe 2, sondern innerhalb zweier Gläser 8 innenliegend angeordnet ist. Daraus ergibt sich eine Art Sandwichbauweise, wobei vorzugsweise der gesamte Träger 3 mit seiner Antennenstruktur 4 zwischen den beiden Gläsern 8 angeordnet ist und die Zuleitung 5 am Rande der beiden Gläser herausgeführt ist. Auch hier ist am Ende der Zuleitung 5 das Kabel, insbesondere das Koaxialkabel, mechanisch angeordnet und elektrisch kontaktiert, genauso wie in 1. Allerdings ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass ein Kabel für die Signalübertragung zwischen Antennenstruktur 4 und elektronischem Gerät verwendet werden kann, aber nicht muss. Denn ist denkbar, anstelle des Kabels auch die Zuleitung 5 so lang auszuführen, dass sie bis zu dem elektronischen Gerät reicht.
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3 zeigt den prinzipiellen Aufbau des Antennensystems 1 mit dem Träger 3 und den darauf angeordneten Antennenstrukturen 4. Die Antennenstrukturen 4, genauer deren Fußpunkt, ist über die Zuleitung 5 mit einem hier prinzipiell dargestellten elektronischen Gerät 9 verbunden. Je nach Art der zu senden und/oder zu empfangenden hochfrequenten Signale werden die Antennenstrukturen 4 angepasst, genauso wie mögliche Ausnehmungen 10 und/oder Aussparungen 11 in dem Träger 3.
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In 4 ist eine mögliche Ausführungsform der Zuleitung 5 gezeigt. Auf einem Träger 12, insbesondere einem flexiblen oder starren Träger, weiter insbesondere einer transparenten Kunststofffolie, sind mehrere Leiterbahnen 13 entweder einseitig auf dem Träger 12 oder, wie in 4 gezeigt, beidseitig auf den beiden Oberflächen des Trägers 12 angeordnet. Vorzugsweise sind auf jeder Seite des Trägers 12 einander deckungsgleich zugewandte Leiterbahnen 13 vorhanden. Es ist denkbar, dass auf die Leiterbahnen 13 und die Zwischenräume zwischen ihnen auf den Träger 12 noch eine Schutzschicht aufgebracht, zum Beispiel als separates Bauteil aufgeklebt oder aufgedruckt wird.
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5 zeigt eine alternative Ausführungsform des Antennensystems 1, bei der die Leiterbahnen 13 der Zuleitung 5 dreifach vorhanden und miteinander verflochten sind.
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Eine mögliche Realisierung dieser Zuleitung 5 gemäß 5 ist in 6 dargestellt. Dort ist der Träger 12 dargestellt, wobei zwischen zwei Anschlusspunkten 14 jeweils am Anfang und am Ende des Trägers 12 Einzelleiterbahnen 15 einseitig (wie dargestellt) oder beidseitig (nicht dargestellt) auf dem Träger 12 angeordnet sind. Der Träger 12 ist wiederum in besonders vorteilhafter Weise eine transparente Kunststofffolie, die auf die Fahrzeugscheibe 2 aufgebracht oder zwischen den beiden Gläsern 8 und am Rande dieser herausragend angeordnet werden kann. Durch die in 6 dargestellte geflochtene Ausgestaltung der Einzelleiterbahnen 15 wird in besonders vorteilhafter Weise eine für den Betrachter durchscheinende und somit transparente Zuleitung 5, insbesondere eine 50 Ohm-Zuleitung, realisiert.
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In den 7 und 8 sind einmal in 7 die Zuleitung 5 mit geraden und parallel zueinander verlaufenden Einzelleiterbahnen 15 zwischen den Anschlusspunkten 14 dargestellt, die auf dem Träger 12 angeordnet sind. Alternativ dazu ist in 8 (analog zu 6) dargestellt, dass zwischen den beiden Anschlusspunkten 14 sich kreuzende, insbesondere geflochtene Einzelleiterbahnen 15 auf dem Träger 12 einseitig oder zweiseitig befinden.
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In den beiden 7 und 8 ist vor allen Dingen dargestellt, dass zumindest eine der Einzelleiterbahnen 15 eine Unterbrechung 16 (7) oder sogar zwei Unterbrechungen (8) bei insgesamt genau drei Einzelleiterbahnen 15 aufweist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Signalübertragung zwischen den beiden Anschlusspunkten 14 nach wie vor sichergestellt ist, da zumindest eine Einzelleiterbahn 15 nach wie vor die Signalübertragung gewährleistet. Die Einzelleiterbahnen 15 werden, genauso wie die Leiterbahnen 13, in besonders vorteilhafter Weise in einem Druckverfahren, insbesondere einem Siebdruckverfahren aufgebracht. Hierzu können entsprechende elektrisch leitfähige Materialien, wie zum Beispiel Silberpolymerpasten, Silberkeramikpasten und dergleichen eingesetzt werden. Mit diesen Druckverfahren lassen sich auch in besonders vorteilhafter Weise Breiten der Leiterbahnen zwischen einem Mikrometer und 100 Mikrometern, genauso wie für die Antennenstrukturen 4, erzielen. Durch diesen breiten Bereich sind die Leiterbahnen, genauso wie die Antennenstrukturen, für den Betrachter durchscheinend und der Oberflächenleitwert besonders gut, was zu einer deutlich gesteigerten Performance für den Signalempfang oder die Abstrahlung der Signale beiträgt.
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Um Antennen im GHz-Bereich zu realisieren, benötigt man präzise und reproduzierbare Antennenlayouts. Zusätzlich möchte man im Scheibenbereich möglichst transparente Antennen unterbringen, so dass die Sicht nicht eingeschränkt wird. Um sehr dünne Leiterbahnen (Breite ca. 1µm bis 100µm) in der Scheibe unterzubringen kann man eine Folienantenne inklusiv HF Anschluss fertigen und anschließend auf die Scheibe aufkleben oder während des Fügeprozesses der Verbundglasscheibe zwischen die Schichten einlegen.
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Mit Hilfe dieser speziellen Folienantennen kann man weitgehend unsichtbare Antennen für breitbandige Dienste, wie z.B. LTE, in der Fahrzeugscheibe unterbringen. Auch GPS-Antennen können in flachen Scheiben so realisiert werden.
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Die Kontaktierung der Antenne auf der Scheibe bzw. bei eingelegter Antenne in der Zwischenschicht der Scheibe ist immer schwer zu realisieren. Die separat eingelegten oder aufgeklebten Antennen haben vorteilhafterweise eine passende „transparente“ HF-Speiseleitung. Diese kann zum Beispiel mit doppelseitig gedruckten Microstripleitungen, welche parallel geschaltet werden, realisiert werden. Speziell hier benötigt man einen extrem feinen Siebdruck, welcher partiell deckungsgleich oben und unten aufgebracht werden muss.
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Solch eine „transparente“ Zuleitung mit Pigtail, welche über die Scheibenkontur herausragt, erspart ein separates Kapton-Band mit der passenden HF-Zuleitung.
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Die Kontaktierung mit der nachfolgenden Elektronik bzw. dem HF-Kabel kann dann außerhalb des Sichtbereichs z.B. in der A-Säule erfolgen.
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Insbesondere ist die Folienantenne ein Dipol und für senden und empfangen im Mobilfunkbereich geeignet. Die Erfindung beschreibt also bevorzugt eine Folienantenne für ein Fahrzeug, welche in oder auf der Scheibe angebracht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1.
- Antennensystem
- 2.
- Fahrzeugscheibe
- 3.
- Träger
- 4.
- Antennenstruktur
- 5.
- Zuleitung
- 6.
- Kabel
- 7.
- Sichtfeld
- 8.
- Glas
- 9.
- Elektronisches Gerät
- 10.
- Ausnehmung
- 11.
- Aussparung
- 12.
- Träger
- 13.
- Leiterbahn
- 14.
- Anschlusspunkt
- 15.
- Einzelleiterbahn
- 16.
- Unterbrechung
