DE19503892C1 - Mit einer elektrischen Leitschicht versehene Autoglasscheibe - Google Patents
Mit einer elektrischen Leitschicht versehene AutoglasscheibeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Glasscheibe mit einer
lichtdurchlässigen elektrisch leitenden Schicht, zum
Verglasen eines Raumes, innerhalb dessen eine Sende
und/oder Empfangsantenne für Mikrowellenstrahlung
vorgesehen ist, insbesondere eine Autoglasscheibe mit einer
IR-reflektierenden Schicht.
Glasscheiben mit einer elektrisch leitfähigen,
niederohmigen Schicht finden als Wärmeschutzgläser und/oder
als elektrisch beheizbare Gläser sowohl für die
Bauverglasung als auch für die Verglasung von Fahrzeugen
Anwendung. Bei Fahrzeugen bilden solche Glasscheiben
zusammen mit einer Karosserie aus Metall einen Faraday′schen
Käfig, durch den der Innenraum des Fahrzeugs gegen
elektromagnetische Felder abgeschirmt wird. Auch im Hochbau
lassen sich durch Verwendung von Glasscheiben mit
elektrisch leitender Beschichtung und bei entsprechender
elektrisch leitender Ausbildung der übrigen Wandteile
elektrisch abgeschirmte Räume verwirklichen. Durch solche
Abschirmungen können empfindliche Einrichtungen wie
Steuerrechner gegen störende Einflüsse durch starke
Rundfunksender oder Radargeräte geschützt werden. Eine
derartige elektrische Abschirmung, die sich auch auf die
Fensterscheiben erstreckt, verhindert auch den Durchtritt
von elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich.
Bei Fahrzeugen, in denen Mobiltelefone im C-Netz oder
D-Netz betrieben werden, kommen daher in der Regel
Außenantennen zur Anwendung. Das gleiche gilt, wenn Systeme
zur Positionsermittlung der Fahrzeuge, zur Fernsteuerung,
zur Identifikation, zur Gebührenerfassung o. ä. zum Einsatz
kommen, soweit die Signalübertragung bei diesen Systemen
ebenfalls im Bereich der Mikrowellenstrahlung erfolgt.
Eine Antennenanordnung für Kraftfahrzeuge mit einer in der
Nähe der Scheibenöffnung oder auf der Fahrzeugscheibe
angeordneten Außenantenne für den Mikrowellenbereich ist
z. B. in der DE 42 16 377 A1 beschrieben. Bei dieser
bekannten Anordnung soll die Einkoppelung der von der
Außenantenne erzeugten elektromagnetischen Felder in den
Fahrgastraum vermindert werden. Zu diesem Zweck ist auf der
Glasscheibe eine transparente elektrisch leitende Schicht
mit niedrigem Oberflächenwiderstand im Frequenzbereich des
Funkdienstes aufgebracht und niederohmig mit der
metallischen Karosserie verbunden. Die flächige
Beschichtung kann dabei auch durch ein engmaschiges
Drahtgitter ersetzt werden, dessen Maschenweite nicht
wesentlich größer als 1/10 der mittleren
Betriebswellenlänge des Funkdienstes sein soll.
Außenantennen sind bei Fahrzeugen mit den bekannten
Nachteilen verbunden, d. h. sie können durch automatische
Waschanlagen oder durch mutwilligen Eingriff beschädigt
oder zerstört werden. Es besteht daher ein Interesse, die
Sende- und/oder Empfangsantenne für Mikrowellenstrahlung
innerhalb eines Raumes, insbesondere innerhalb des
Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges, anzuordnen.
Ausgehend von einer eingangs genannten Glasscheibe mit
einer lichtdurchlässigen elektrisch leitenden Schicht liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Glasscheibe dieser
Art bereitzustellen, die unter Beibehaltung ihrer
Abschirmwirkung für elektromagnetische Strahlung größerer
Wellenlänge und ihrer IR-reflektierenden Eigenschaften für
Mikrowellenstrahlung durchlässig ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
in der elektrisch leitenden Schicht wenigstens ein als
Schlitzstrahler wirkender Schlitz mit auf die Wellenlänge
der Mikrowellenstrahlung abgestimmter Länge vorgesehen ist,
durch den die von der leitenden Schicht aufgenommene
Strahlungsenergie im Mikrowellenbereich in Form von
Strahlungsenergie wieder ausgekoppelt wird.
Wenn beispielsweise eine Fahrzeugscheibe, etwa eine
Windschutzscheibe, erfindungsgemäß ausgebildet ist, kann
auf die Anbringung einer Außenantenne für
Mikrowellenstrahlung verzichtet werden und die Sende
und/oder Empfangsantenne innerhalb des Fahrgastraumes
angeordnet sein.
Aus der EP 0332898 B1 ist zwar eine mit einem niederohmigen
Metallbelag versehene elektrisch beheizbare Autoglasscheibe
bekannt, in der ein als Schlitzantenne für den
Rundfunkempfang im FM-Bereich wirkender Schlitz vorgesehen
ist. Für den FM-Bereich wird also in diesem Fall die
Außenantenne durch diese Schlitzantenne ersetzt. Bei dieser
bekannten Schlitzantenne ist jedoch die elektrisch leitende
Schicht in der Mitte des Schlitzes auf der einen Seite mit
dem Innenleiter und auf der anderen Seite mit dem
Außenleiter eines Koaxialkabels galvanisch verbunden. Die
Auskopplung der FM-Strahlungsenergie aus der leitenden
Schicht erfolgt dabei durch das Koaxialkabel, das mit dem
Empfänger verbunden ist.
Im Gegensatz zu dieser bekannten Schlitzantenne innerhalb
einer Autoglasscheibe ist bei der erfindungsgemäßen
Glasscheibe eine galvanische Verbindung zwischen der
elektrisch leitenden Schicht der Glasscheibe und dem Sender
und/oder Empfänger innerhalb des Fahrzeuginnenraums nicht
erforderlich und nicht vorgesehen. Die Auskopplung der
empfangenen Mikrowellenenergie erfolgt in diesem Fall
vielmehr allein durch Strahlung, die ihrerseits dann von
der Antenne des Empfangsgeräts empfangen wird. Die Wirkung
dieser Antennenscheibe erfolgt selbstverständlich in
gleicher Weise in beiden Richtungen, das heißt unabhängig
davon, auf welcher Seite des im übrigen elektrisch
abgeschirmten Raumes sich Sender und Empfänger befinden.
Unter Mikrowellen werden elektromagnetische Wellen mit
einer Wellenlänge unterhalb von 20 cm verstanden.
Dementsprechend liegt die Länge der schlitzartigen
Unterbrechung der Schicht im Bereich von 0,2 bis 10 cm,
wobei sich diese Länge bei Berücksichtigung der relativen
Dielektrizitätskonstanten des Glases entsprechend verkürzt.
Beste Ergebnisse lassen sich selbstverständlich dann
erzielen, wenn die Wellenlänge feststeht, auf der die
Informationsübertragung erfolgt, und wenn die Länge der
Schlitze unter Berücksichtigung der
Dielektrizitätskonstanten des Glases auf die Resonanzlänge
von Lambda/2 dieser Wellenlänge gebracht wird. Bei
Verwendung einer Übertragungsfrequenz von 5,8 GHz zum
Beispiel, das heißt einer Wellenlänge von Lambda = 52 mm,
ergibt sich dabei für die optimale Länge der Schlitze ein
Maß von 18 mm.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung beträgt die
Breite der schlitzartigen Unterbrechung der leitenden
Schicht 0,01 bis 1 mm, und vorzugsweise 0,1 bis 0,5 mm. Die
Unterbrechung kann mit mechanischen Mitteln erzeugt werden,
beispielsweise durch mechanisches Entfernen mit Hilfe eines
spitzen Werkzeugs, eines Sandstrahlgebläses oder auf
thermischem Wege, insbesondere mit Hilfe eines
Laserstrahls. Mit einem eng gebündelten Laserstrahl lassen
sich schlitzartige Unterbrechungen von sehr geringer Breite
herstellen, beispielsweise mit einer Breite von deutlich
unterhalb 0,1 mm, die derart fein sind, daß mag sie mit dem
bloßen Auge nicht erkennt. Die Wirkung der Schlitzstrahler
wird durch die Breite des Schlitzes nicht beeinflußt.
Bei Verwendung linear polarisierter Mikrowellen reichen
eine oder mehrere geradlinige Unterbrechung(en) leitenden
Schicht aus, um die Schicht für den Mikrowellenbereich
gewissermaßen transparent zu machen. Dabei muß die
geradlinige Unterbrechung in einer Richtung ausgerichtet
sein, die unter einem rechten Winkel zur Polarisationsebene
der Mikrowellen verläuft.
Falls jedoch zirkular polarisierte Mikrowellen für die
Übertragung verwendet werden, ist eine einfache
geradlinige Unterbrechung der Schicht nicht ausreichend. In
diesem Fall werden in zweckmäßiger Weiterbildung der
Erfindung in der Schicht schlitzförmige Unterbrechungen
angebracht, die aus zwei sich unter einem Winkel von
vorzugsweise 90 Grad kreuzenden Schlitzen bestehen.
Grundsätzlich kann bereits ein einzelner Schlitz
ausreichen, um die Glasscheibe für die Mikrowellenstrahlung
hinreichend durchlässig zu machen. Im Fall einer einzelnen
schlitzartigen Unterbrechung hängt das Ausmaß der
Durchlässigkeit, oder mit anderen Worten die Höhe der durch
die beschichtete Glasscheibe hervorgerufenen Dämpfung, vom
Standort der Sende- oder Empfangsantenne in bezug auf die
schlitzartige Schichtunterbrechung ab. Diese Abhängigkeit
läßt sich dadurch beseitigen und die Durchlässigkeit der
beschichteten Glasscheibe dadurch erhöhen, daß in der
Schicht eine Mehrzahl von schlitzartigen Unterbrechungen
vorgesehen sind, die beispielsweise über die gesamte
Scheibenfläche verteilt sein können. Dabei läßt sich die
Durchlässigkeit dadurch noch weiter optimieren, daß die
einzelnen schlitzartigen Unterbrechungen in einem
gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sind, der
unter Berücksichtigung der Dielektrizitätskonstanten von
Glas wiederum Lambda/2 der verwendeten Wellenlänge beträgt.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Von den Zeichnungen zeigt,
Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Kraftfahrzeug-
Windschutzscheibe in einer teilweise aufgebrochenen
Ansicht;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs II der
Fig. 1, und
Fig. 3 eine schlitzartige Schichtunterbrechung für zirkular
polarisierte Mikrowellen.
Die Windschutzscheibe besteht aus Verbundglas und umfaßt
eine äußere beispielsweise 3 mm dicke Glasscheibe 1, eine
thermoplastische Klebeschicht 3 aus Polyvinylbutyral mit
einer Dicke von 0,76 mm und eine dem Fahrgastraum
zugewandte innere Glasscheibe 4 von beispielsweise 2 mm
Dicke. Die äußere Glasscheibe 1 ist auf ihrer an der
thermoplastischen Schicht 3 anliegenden Seite mit einer
elektrisch leitenden transparenten Dünnschicht 2 versehen,
die aufgrund ihrer IR-reflektierenden Eigenschaften die
Funktion einer Wärmeschutzschicht hat. Die auf der
Fahrzeuginnenseite angeordnete Glasscheibe 4 ist auf ihrer
äußeren Oberfläche am Rand mit einem rahmenartigen Belag 5
aus einer lichtundurchlässigen Einbrennfarbe versehen, die
die Klebeschicht, mit der die Windschutzscheibe im
Fensterrahmen der Karosserie befestigt wird, gegen UV-
Strahlung schützt und die Durchsicht von außen auf die
Klebeverbindung verhindert.
Für die elektrisch leitende Dünnschicht 2 haben sich
hauptsächlich Mehrfachschichten bewährt, die nach dem
Verfahren der magnetfeldunterstützten Katodenzerstäubung
auf die Glasscheibe aufgebracht werden, und bei denen die
eigentliche Funktionsschicht aus Silber besteht. Geeignete
Schichtaufbauten sind bekannt. Derartige Dünnschichten
haben einen verhältnismäßig niedrigen elektrischen
Widerstand in der Größenordnung von 3 bis 100 Ohm pro
Quadrateinheit.
Die Dünnschicht 2 ist mit einer Mehrzahl von senkrechten
Schlitzen 8 versehen, die in gleichmäßigen Abständen auf
einem Teil der Fläche der Schicht oder auf der gesamten
Schichtfläche angeordnet sind. Die Schlitze 8 werden
nachträglich in der Schicht 2 angebracht, und zwar durch
linienförmiges Entfernen der Schicht auf mechanischem oder
auf thermischem Wege. Mit besonderem Vorteil werden diese
Schlitze mit Hilfe eines Laserstrahls angebracht, womit
sich außerordentlich schmale Schlitze erzeugen lassen.
Wenn die Arbeitsfrequenz für die Informationsübermittlung
beispielsweise 5,8 GHz beträgt, wie es beispielsweise für
die automatische Gebührenerfassung auf Autobahnen
vorgesehen ist, und die Schlitze 8 hauptsächlich für die
Übertragung der Mikrowellen dieser Frequenz vorgesehen
sind, werden die Schlitze 8 zweckmäßigerweise auf die
Resonanzlänge von Lambda/2 unter Berücksichtigung der
Dielektrizitätskonstanten des Glases gebracht. Bei der
genannten Frequenz, der eine Wellenlänge Lambda = 52 mm
entspricht, errechnet sich die Länge L der Schlitze 8 zu
L = 18 mm. Die Breite B der Schlitze 8 ist nicht kritisch
und beträgt beispielsweise B = 0,1 mm. Der gegenseitige
Abstand A sowohl in horizontaler Richtung wie in vertikaler
Richtung entspricht zweckmäßigerweise ebenfalls der
Resonanzlänge von 18 mm.
Vergleichsmessungen bezüglich der Dämpfung einer
Mikrowellenstrahlung der Frequenz 5,8 GHz an einer
unbeschichteten Verbundglasscheibe, einer beschichteten
Verbundglasscheibe und einer mit einem Schlitz entsprechend
Fig. 2 ausgebildeten Verbundglasscheibe ergaben folgende
Werte für die Dämpfung:
unbeschichtete Verbundglasscheibe: 2 bis 7 dB
beschichtete Verbundglasscheibe: 0 bis 40 dB
Verbundglasscheibe mit Schlitz: 6 bis 10 dB.
unbeschichtete Verbundglasscheibe: 2 bis 7 dB
beschichtete Verbundglasscheibe: 0 bis 40 dB
Verbundglasscheibe mit Schlitz: 6 bis 10 dB.
Gegenüber einer unbeschichteten Verbundglasscheibe ist also
die Dämpfung bei einer mit einem Schlitz versehenen
Verbundglasscheibe nur unwesentlich erhöht.
Falls die Informationsübermittlung mit Hilfe von zirkular
polarisierten Mikrowellen erfolgt, werden zweckmäßigerweise
kreuzschlitzförmige Ausnehmungen vorgesehen, wie sie aus
Fig. 2 zu ersehen sind, die eine ausschnittsweise Ansicht
eines solchen Kreuzschlitzes 10 in einer Dünnschicht 12
darstellt. Der Kreuzschlitz 10 wird von den beiden
geradlinigen Schlitzen 13, 14 gebildet, die sich mittig
unter einem rechten Winkel kreuzen. Die Länge L der beiden
Schlitze 13, 14 ist wiederum zweckmäßigerweise auf die
Wellenlänge der verwendeten Mikrowellen abgestimmt und
entspricht, unter entsprechender Berücksichtigung der
Dielektrizitätkonstanten des Glases, dem Wert Lambda/2 der
verwendeten Mikrowellen.
Claims (7)
1. Glasscheibe mit einer lichtdurchlässigen, elektrisch
leitenden Schicht, zum Verglasen eines Raumes,
innerhalb dessen eine Sende- und/oder Empfangsantenne
für Mikrowellenstrahlung vorgesehen ist, insbesondere
Autoglasscheibe mit einer IR-reflektierenden Schicht,
dadurch gekennzeichnet, daß in
der elektrisch leitenden Schicht (2; 12) wenigstens ein
als Schlitzstrahler wirkender Schlitz (8; 10) mit auf
die Wellenlänge der Mikrowellenstrahlung abgestimmter
Länge vorgesehen ist, durch den die von der leitenden
Schicht (2; 12) aufgenommene Strahlungsenergie im
Mikrowellenbereich in Form von Strahlungsenergie
wieder ausgekoppelt wird.
2. Glasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schlitz (8; 10) unter Berücksichtigung der
Dielektrizitätskonstanten des Glases eine Länge von
Lambda/2 der verwendeten Mikrowellenstrahlung, nämlich
von 0,2 bis 10 cm, aufweist.
3. Glasscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Breite des Schlitzes (8; 10)
0,01 bis 1 mm, und vorzugsweise 0,1 bis 0,5 mm,
beträgt.
4. Glasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schlitzstrahler aus zwei sich
unter einem Winkel von vorzugsweise 90 Grad kreuz enden
Schlitzen (13; 14) besteht.
5. Glasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige elektrisch
leitende Schicht (2; 12) einen elektrischen Widerstand
von 3 bis 100 Ohm/Quadrateinheit aufweist.
6. Glasscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß in der elektrisch leitenden
Schicht (2; 12) über die Fläche der Glasscheibe
verteilt eine Mehrzahl von Schlitzen (8; 10) vorgesehen
sind.
7. Glasscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlitze (8; 10) gleiche geometrische
Abmessungen aufweisen und in einem gegenseitigen
Abstand von Lambda/2 der verwendeten
Mikrowellenstrahlung unter Berücksichtigung der
Dielektrizitätskonstanten des Glases angeordnet sind.
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