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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugscheibe mit Antenne.
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Fahrzeuge werden zunehmend mit elektrischen Komponenten ausgestattet. Neben den klassischen Radiogeräten finden sich in zunehmender Anzahl Geräte in einem Fahrzeug wieder, die Hochfrequenzsignale empfangen oder auch senden können.
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Aus der
WO 2018 / 041 480 A1 ist eine Glasscheibe mit einer Heizanordnung bekannt, bei der einzelne Abschnitte der Heizanordnung als Antenne zum Empfang von Rundfunk oder Mobilkommunikationssystemsignalen wirken können.
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Andere Systeme betreffen den Empfang von Signalen eines Navigationssystems.
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Navigationssysteme können dabei z.B. ein satellitengestütztes Navigationssatellitensystem (GNSS) sein. In Betrieb befindliche Systeme sind beispielsweise das Global Positioning System (GPS) oder das GLObal Navigation Satellite System (GLONASS). Andere Navigationssysteme sind z.B. auf Basis von Mobilfunksystemen möglich.
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Kommunikationssysteme können z.B. Nahbereichsfunksysteme für Car-to-Car oder Car-to-Infrastructure oder auch Mobilfunkkommunikationssysteme, z.B. Mobilkommunikationssysteme der 2. / 3. / 4. oder 5. Generation sein.
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Zwar können entsprechende Antennen außen am Fahrzeug befestigt werden, jedoch stellen solche zusätzlichen Einrichtungen in mehrfacher Hinsicht ein Problem dar.
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Zum einen erfordern die entsprechenden Einrichtungen Durchbrüche, die anfällig gegen Korrosion sind. Zum andere stören solche Einrichtungen häufig den optischen Eindruck. Häufig stellen solche Einrichtungen aber auch eine Geräuschquelle als auch einen erhöhten Windwiderstand bereit. Zudem sind solche Antennen auch Ziel von Vandalismus.
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Dabei ist es bei den bekannten Systemen zudem notwendig Verstärkereinrichtungen zur Verfügung zu stellen, um die aufgenommenen (Hochfrequenz-) Signale für eine spätere Verarbeitung auf einen notwendigen Pegel anzuheben. Diese Verstärkereinrichtungen sind in aller Regel unmittelbar nach der Antenne angeordnet. Um die Verstärkereinrichtungen vor Fremdsignalen zu schützen und gegen eine Verstärkersättigung werden die von der Antenne bereitgestellten Signale vor der Verstärkung gefiltert.
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Solche Filter sind beispielsweise aus dem US Patent
US 1,781,469 bekannt. Neuerdings werden akustische Oberflächenwellenfilter (engl. surface acoustic wave) eingesetzt. Diese haben jedoch einen deutlichen Platzbedarf bzw. sind kostenträchtig. Zudem weisen sie in bestimmten Situationen nicht-lineare Eigenschaften auf, die sich negativ auf das gewünschte Signal auswirken können. Ein weiteres Filter ist aus der US-Patentanmeldung
US 2012/0182093 A1 bekannt. Dort wird ein Metallstreifen zwischen zwei Groundlayers in einem isolierten Sandwich bereitgestellt.
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Typische GPS-Antennen werden als plane Antennen und typischerweise als Patch-Antennen realisiert und sind beispielsweise aus der
WO 00/22695 A1 , der
DE 202006011919 U1 oder der
DE 202010011837 U1 bekannt. Dabei wird eine plane metallische Antennenstruktur auf einer Seite einer Leiterplatte oder eines keramischen Trägers angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite wird eine plane Grundplatte als Massefläche angeordnet. Antennenstruktur und Grundplatte werden über elektrische Leitungen mit einer elektrischen Empfangseinheit verbunden. Aufgrund der Materialstärke der Leiterplatte beziehungsweise des keramischen Trägers weist die Antenne eine gewisse Dicke auf und ist bei einer Anordnung unmittelbar an der Windschutzscheibe deutlich sichtbar und wenig ästhetisch.
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Dennoch soll die Verstärkereinrichtung möglichst nah an der Antenne platziert sein. Da diese jedoch einen gewissen Platzbedarf aufweist, ist eine Anordnung nicht ohne weiteres möglich.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Fahrzeugscheibe mit Antenne bereitzustellen, in der eine Antenne und insbesondere eine GPS-Antenne und in die eine Verbindungsstruktur mit verbesserten Eigenschaften einfach und kostengünstig integriert werden kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Fahrzeugscheibe mit Antenne gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen, den Figuren und der Beschreibung hervor.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugscheibe mit Antenne weist ein Substrat und mindestens eine elektrisch leitende Schicht auf. In der elektrisch leitenden Schicht ist zumindest eine Antenne ausgebildet. Weiterhin ist in der elektrisch leitenden Schicht zumindest ein passives elektrisches Filter in Streifenleitertechnik ausgebildet. Weiterhin ist eine Antennenleitung zu einem Anschlussbereich in der elektrisch leitenden Schicht ausgebildet, wobei das zumindest eine passive elektrische Filter zwischen der Antennenleitung und der Antenne angeordnet ist.
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Die mindestens eine elektrisch leitende Schicht ist auf einer dielektrischen Folie aufgebracht. Insbesondere kann die dielektrische Folie zumindest ein Material ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Polyimid, Polyurethan, Polymethylenmetacrylsäure, Polykarbonat, Polyethylenterephthalat, Polyvinylbutyral, FR6, Acrylnitril-butadien-Styrol- Copolymerisat, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polybutylenterephthalat, Polyamid aufweisen.
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D.h., es kann ein Material verwendet werden, dass zum einen während der Herstellung als Träger für Antennenstrukturen / Filter / Leiterstrukturen geeignet ist und gegebenenfalls optisch transparent und/oder gegebenenfalls leicht mit einem Substrat verbindbar ist.
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Die Folie weist eine zweite elektrisch leitende Schicht angeordnet auf der gegenüberliegenden Seite der ersten elektrisch leitenden Schicht auf.
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Hierdurch kann die Antennenleitung als ein Grounded Co-Planar Waveguide bereitgestellt werden.
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Durch die Erfindung wird das bisher teure Oberflächenfilter in die Fahrzeugscheibe verlagert. Hierdurch können die Kosten stark reduziert werden. Dabei macht sich die Erfindung zu Nutze, dass die Antenne in Fahrzeugscheiben an nahezu beliebigen Orten angeordnet werden können. Dabei kann das Filter an beliebiger Stelle zwischen der Antenne und dem Anschluss eingefügt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist das zumindest eine Filter eine Hochpasscharakteristik auf.
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D.h. Signale aus Frequenzbereichen unterhalb des gewünschten Frequenzbandes können selektiv unterdrückt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist das zumindest eine Filter eine Tiefpasscharakteristik auf.
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D.h. Signale aus Frequenzbereichen oberhalb des gewünschten Frequenzbandes können selektiv unterdrückt werden.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das zumindest eine Filter eine Bandpasscharakteristik auf.
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D.h. Signale aus Frequenzbereichen außerhalb des gewünschten Frequenzbandes können selektiv unterdrückt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die elektrisch leitende Schicht eine Höhe von 10µm - 75µm auf.
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Dies ermöglicht eine dünne Anordnung, die auch in eine Verbundscheibe integriert werden kann bzw. die auch an eine gebogene Oberfläche angepasst werden kann.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die elektrisch leitende Schicht zumindest partiell mit einer Deckschicht versehen.
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Die Deckschicht kann z.B. ein Schwarzdruck sein, sodass Teile der Antenne und/oder des Filters und/oder der Zuleitung verdeckt bereitgestellt werden können ohne den optischen Eindruck im Rest der Fahrzeugscheibe zu beeinträchtigen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Antenne zum Empfang von hochfrequenten Signalen ausgestaltet. Insbesondere kann die Antennenstruktur zum Empfang von Mobilfunkkommunikationssignalen und/oder Signalen eines (satellitengestützten) Positionierungssystems ausgestaltet sein.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Anschlussbereich ein elektromechanisches Hochfrequenzverbindungselement auf. Insbesondere kann die Verbindungsstruktur eine SMA-Buchse aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Substrat ein Glassubstrat oder ein Kunststoffsubstrat. Als Substrat sind im Grunde alle elektrisch isolierenden Substrate geeignet, die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe thermisch und chemisch stabil sind.
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Die Fahrzeugscheibe enthält bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon.
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D.h., die Erfindung kann in bewährte Materialsysteme eingebunden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Folie im Wellenlängenbereich 400 nm -700 nm im Wesentlichen durchsichtig.
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Hierdurch werden die optischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Fahrzeugscheibe eine Verbundglasscheibe, wobei die Fahrzeugscheibe weiterhin ein zweites Substrat aufweist, wobei die Folie zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat eingebracht ist.
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D.h., die Folie kann sowohl auf eine Scheibenaußenseite als auch zwischen Glasschichten einer Verbundglasscheibe eingebracht sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Glasscheibe, insbesondere ein Land-, See-, Luft- oder Raumfahrzeug, bereitgestellt.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die erfindungsgemäße Glasscheibe zum Empfang von Signalen zur satellitengestützten Navigation, insbesondere zum Empfang von GNSS-Signalen des Navstar GPS, Galileo, Glonass, Beidou, Navic, QZSS verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird die erfindungsgemäße Glasscheibe zum Empfang von Signalen eines Mobilkommunikationssystems, insbesondere eines Mobilkommunikationssystems der 2., 3. 4. oder 5. Generation, verwendet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
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Es zeigen:
- 1 einen schematischen Querschnitt in Bezug auf die Anordnung von Folien, elektrisch leitende Schicht(en) und Substratschichten in Bezug auf eine Fahrzeugscheibe gemäß Aspekten der Erfindung, und
- 2 eine schematische Aufsicht auf eine Folie in Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung.
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Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt werden. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
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Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter „ein“, „eine“ und „eines“ nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
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Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %.
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Soweit in dieser Anmeldung Normen, Spezifikationen oder dergleichen benannt werden, werden zumindest immer die am Anmeldetag anwendbaren Normen, Spezifikationen oder dergleichen in Bezug genommen. D.h. wird eine Norm / Spezifikation etc. aktualisiert oder durch einen Nachfolger ersetzt, so ist die Erfindung auch hierauf anwendbar.
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In den 1 und 2 sind verschiedene Ausführungsformen dargestellt.
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Insbesondere zeigen die Figuren eine Fahrzeugscheibe 1 mit Antenne ANT. Die Fahrzeugscheibe 1 weist ein erstes Substrat GS1 und mindestens eine elektrisch leitende Schicht L1 auf.
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Die elektrisch leitende Schicht L1 weist Silber und/oder Kupfer und/oder Gold und/oder Aluminium und/oder Indium und/oder Graphene auf.
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In der elektrisch leitenden Schicht L1 ist zumindest eine Antenne ANT ausgebildet.
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Weiterhin ist in der elektrisch leiten Schicht L1 zumindest ein passiver elektrischer Filter P in Streifenleitertechnik ausgebildet.
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Weiterhin ist eine Antennenleitung FL zu einem Anschlussbereich in der elektrisch leitenden Schicht L1 ausgebildet. Die Antennenleitung FL kann mit einem Verstärkermodul verbunden sein.
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Dabei kann die Antenne ANT und/oder die Antennenleitung FL und/oder das zumindest eine Filter P durch ein geeignetes Verfahren, wie z.B. (ablative) Laser-Strukturierung, (nass-chemisches) Ätzen oder dergleichen in der leitenden Schicht L1 geformt sein und/oder der Abschnitt der leitenden Schicht L1 kann durch ein geeignetes Druckverfahren, z.B. Siebdruck, aufgebracht sein.
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Das zumindest eine passive elektrische Filter P ist zwischen der Antennenleitung FL und der Antenne ANT angeordnet.
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Die mindestens eine elektrisch leitende Schicht L1, L2 ist auf einer dielektrischen Folie F aufgebracht. Insbesondere kann die dielektrische Folie F zumindest ein Material ausgewählt aus der Gruppe aufweisend Polyimid, Polyurethan, Polymethylenmetacrylsäure, Polykarbonat, Polyethylenterephthalat, Polyvinylbutyral, FR6, Acrylnitril-butadien-Styrol- Copolymerisat, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polybutylenterephthalat, Polyamid aufweisen.
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D.h., es kann ein Material für die Folie F verwendet werden, das zum einen während der Herstellung als Träger für Antennenstruktur / Filter / Antennenleitung auf den elektrisch leitfähigen Schichten L1, L2 geeignet ist und gegebenenfalls optisch transparent und/oder gegebenenfalls leicht mit einem Substrat GS1, GS2 verbindbar ist.
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Die Folie F weist eine zweite elektrisch leitende Schicht L2 angeordnet auf der gegenüberliegenden Seite der ersten elektrisch leitenden Schicht L1 auf.
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Die elektrisch leitende Schicht L2 weist Silber und/oder Kupfer und/oder Gold und/oder Aluminium und/oder Indium und/oder Graphene auf. Dabei ist anzumerken, dass die elektrisch leitenden Schichten LS1, LS2 unterschiedliche Materialien aufweisen können. Bevorzugt weisen sie jedoch gleiche Materialien auf. D.h. auch die Leiterstrukturen können an elektrische und/oder thermische und/oder mechanische Randbedingungen angepasst werden.
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Hierdurch können z.B. Streifenleiter / Wellenleiterstrukturen in verschiedenster Ausführung, z.B. als sogenannte Grounded Co-Planar Waveguide (Koplanarleitung), bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Antennenleitung FL als Grounded Co-Planar Waveguide (Koplanarleitung), bereitgestellt werden.
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Durch die Erfindung wird das bisher teure Oberflächenfilter in die Fahrzeugscheibe verlagert. Hierdurch können die Kosten stark reduziert werden. Dabei macht sich die Erfindung zu Nutze, dass die Antenne in Fahrzeugscheiben an nahezu beliebigen Orten angeordnet werden können. Dabei kann das Filter an beliebiger Stelle zwischen der Antenne und dem Anschluss eingefügt werden. Hierdurch wird eine weitgehende Integration von passiven Baugruppen im Empfangsweg in die Fahrzeugscheibe verlagert. In der Fahrzeugscheibe sind die passiven Baugruppen vor Beschädigung geschützt. Zudem ist eine frühzeitige Filterung der aufgenommen HF-Signale vorteilhaft, da Störungen von nachgeordneten Verstärkereinrichtungen ferngehalten werden können. Es sei angemerkt, dass das Filter P auch mehrstufig ausgestaltet sein kann und auch als Filter höherer Ordnung bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann nunmehr bei geeigneter Anordnung auch ein Filter verwendet werden, das zwar in der Fläche groß ist, aber durch die Anordnung z.B. am Rand der Fahrzeugscheibe 1 (z.B. unter einem Schwarzdruck) keine optischen Störungen für den Verwender darstellt.
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D.h. mittels der Erfindung wird eine kostengünstige Integration bereitgestellt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist das zumindest eine Filter P eine Hochpasscharakteristik auf.
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D.h. Signale aus Frequenzbereichen unterhalb des gewünschten Frequenzbandes können selektiv unterdrückt werden.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist das zumindest eine Filter P eine Tiefpasscharakteristik auf.
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D.h. Signale aus Frequenzbereichen oberhalb des gewünschten Frequenzbandes können selektiv unterdrückt werden.
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In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das zumindest eine Filter P eine Bandpasscharakteristik auf.
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D.h. Signale aus Frequenzbereichen außerhalb des gewünschten Frequenzbandes können selektiv unterdrückt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die (erste und/oder die zweite) elektrisch leitende Schicht eine Höhe hLS1 , hLS2 von 10µm - 75µm auf.
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Dies ermöglicht eine dünne Anordnung, die auch in eine Verbundscheibe integriert werden kann bzw. die auch an eine gebogene Oberfläche angepasst werden kann.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die (erste) elektrisch leitende Schicht L1 zumindest partiell mit einer Deckschicht versehen.
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Die Deckschicht kann z.B. ein Schwarzdruck sein, sodass Teile der Antenne ANT und/oder des Filters P und/oder der Zuleitung FL verdeckt bereitgestellt werden können ohne den optischen Eindruck im Rest der Fahrzeugscheibe 1 zu beeinträchtigen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Antenne ANT zum Empfang von hochfrequenten Signalen ausgestaltet. Insbesondere kann die Antennenstruktur zum Empfang von Mobilfunkkommunikationssignalen und/oder Signalen eines (satellitengestützten) Positionierungssystems ausgestaltet sein.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Anschlussbereich ein elektromechanisches Hochfrequenzverbindungselement auf. Insbesondere kann das Hochfrequenzverbindungselement eine SMA-Buchse aufweisen. Die SMA-Buchse kann z.B. eine Winkelanordnung aufweisen, sodass eine geringe Bauhöhe im Anschlussbereich zur Verfügung gestellt wird. Typischerweise werden Fahrzeugscheiben als Einbauteil / Austauschteil mit einem elektromechanischen Hochfrequenzverbindungselement S ausgestattet, um einen schnellen Einbau und eine sichere Kontaktierung zu ermöglichen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das (erste und/oder zweite) Substrat GS1, GS2 ein Glassubstrat oder ein Kunststoffsubstrat. Als Substrat sind im Grunde alle elektrisch isolierenden Substrate geeignet, die unter den Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der erfindungsgemäßen Fahrzeugscheibe thermisch und chemisch stabil sind.
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Das Substrat GS1, GS2 enthält bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas, Kalk-Natron-Glas oder klare Kunststoffe, vorzugsweise starre klare Kunststoffe, insbesondere Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon.
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D.h., die Erfindung kann in bewährte Materialsysteme eingebunden werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Folie F im Wellenlängenbereich 400 nm -700 nm im Wesentlichen durchsichtig.
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Hierdurch werden die optischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt.
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Ohne Beschränkung der Allgemeinheit können auf der Folie und/oder auf den elektrisch leitenden Schichten L1 / L2 weitere Schichten mit optischen und/oder elektrischen Eigenschaften aufgebracht sein.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Fahrzeugscheibe 1 eine Verbundglasscheibe, wobei die Fahrzeugscheibe 1 weiterhin ein zweites Substrat GS2 aufweist, wobei die Folie F zwischen dem ersten Substrat GS1 und dem zweiten Substrat GS2 eingebracht ist.
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D.h., die Folie F kann sowohl auf eine Scheibenaußenseite als auch zwischen Substraten GS1, GS2 einer Verbundglasscheibe eingebracht sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Glasscheibe 1, insbesondere ein Land-, See-, Luft- oder Raumfahrzeug, bereitgestellt.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die erfindungsgemäße Glasscheibe 1 zum Empfang von Signalen zur satellitengestützten Navigation, insbesondere zum Empfang von GNSS-Signalen des Navstar GPS, Galileo, Glonass, Beidou, Navic, QZSS verwendet. Alternativ oder zusätzlich wird die erfindungsgemäße Glasscheibe 1 zum Empfang von Signalen eines Mobilkommunikationssystems, insbesondere eines Mobilkommunikationssystems der 2., 3. 4. oder 5. Generation, verwendet.
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Dieses Ergebnis war für den Fachmann unerwartet und überraschend.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugscheibe
- ANT
- Antenne
- GS1
- Substrat
- GS2
- Substrat
- L1
- elektrisch leitende Schicht
- L2
- elektrisch leitende Schicht
- P
- passives elektrisches Filter
- F
- Folie
- FL
- Antennenleitung
- hLS1
- Höhe der elektrisch leitenden Schicht
- hLS2
- Höhe der elektrisch leitenden Schicht
- hF
- Höhe der Folie
- F
- Folie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018/041480 A1 [0003]
- US 20140176374 A1 [0008]
- US 1781469 [0011]
- US 2012/0182093 A1 [0011]
- WO 0022695 A1 [0012]
- DE 202006011919 U1 [0012]
- DE 202010011837 U1 [0012]
