DE3914424A1 - Antenne mit vertikaler struktur zur ausbildung einer ausgedehnten flaechenhaften kapazitaet - Google Patents
Antenne mit vertikaler struktur zur ausbildung einer ausgedehnten flaechenhaften kapazitaetInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antenne für Frequenzen oberhalb des
Hochfrequenzbereichs mit einem oder mehreren an einem Ende
hochfrequenzmäßig miteinander verbundenen drahtförmigen
Antennenleitern 6, 6a, b, c und einem Antennenanschlußpunkt 8,
welche Antenne in einer Fensterscheibe, z. B. einer
Kraftfahrzeugscheibe 1, mit Scheibenheizung zusammen mit einem
Heizfeld angeordnet ist, das durch im wesentlichen parallel
zueinander geführte drahtförmige Heizleiter 5 gebildet ist, die
an den den Scheibenränder benachbarten Enden jeweils durch eine
quer zu den Heizleitern verlaufende Sammelschiene 4a, b zur
Zuführung des Heizgleichstroms verbunden sind.
Antennen dieser Art sind bekannt z. B. aus DE 36 18 452 A1 und aus
der Offenlegungsschrift DE 37 19 692 A1. Bei diesen Antennen wird
das Heizfeld bzw. werden die Heizfelder auf einer Scheibe als
Antennen für den Empfang von Signalen im Meterwellenbereich
mitbenutzt. Die Antennenanschlüsse befinden sich jeweils an den
Sammelschienen und an einem dem Anschlußpunkt auf der
Sammelschiene benachbarten Punkt des metallischen Rahmens, der
die gesamte Fensterscheibe in Form der leitenden Karosserie im
allgemeinen umgibt. Hierbei wird die Möglichkeit genutzt, an
verschiedenen Stellen der Sammelschienen und des Rahmens
voneinander unterschiedliche Empfangssignale zur
Weiterverarbeitung in einem Antennendiversitysystem abzugreifen.
Die Antennenleiter und die Heizleiter sind im Fall eines
Einscheibenglases als auf das Glas gedruckte Leiter und im Fall
des Mehrscheibenverbundglases als zwischen die Glasscheiben
eingebrachte dünne Drähte ausgeführt.
Diese bekannten Antennen besitzen den Nachteil, daß das Bordnetz
für die Gleichstromzuführung, das zwangsweise an die
Sammelschienen angeschlossen ist, die Impedanzverhältnisse der
Antennen wesentlich beeinflußt. Zur hochfrequenzmäßigen
Entkopplung der Sammelschienen von dem Bordnetz, über das der
Heizungsgleichstrom zugeführt wird, werden deshalb geeignete
Entkopplungsnetzwerke verwendet, wie sie z. B. in DE 36 18 452, Fig.
7, (Blöcke 6a, b, c, d) und in DE 37 19 692 A1, Fig. 1, (Blöcke 6a,
b, c, d) ersichtlich sind. In der Automobiltechnik sind zur
Realisierung dieser Netzwerke getrennte Komponenten erforderlich,
deren Handhabung in Verbindung mit der dafür erforderlichen
Lagerhaltung teuer ist.
Zum anderen ist die Anzahl der Antennen, die man durch Abgriff
von Empfangssignalen an den Sammelschienen bilden kann, wegen der
Schwierigkeit der erforderlichen Entkopplung zwischen diesen
Signalen begrenzt. Zur Bildung mehrerer Antennen aus dem Heizfeld
ist es deshalb nach dem Stand der Technik - bei Abgriff der
Antennensignale an den Sammelschienen - aus Gründen der
Entkopplung der Antennen voneinander notwendig, das Heizfeld
einfach bzw. mehrfach durch Unterbrechung der Sammelschienen zu
unterteilen. Die Anzahl der Unterteilungen ist aus mehreren
fahrzeugtechnischen Gründen und nicht zuletzt auch aus
Kostengründen für die dadurch notwendige Anzahl von
Entkopplungsnetzwerken sehr begrenzt. Deshalb besteht der Wunsch,
das Heizfeld zwar als Antenne mitzubenutzen, jedoch die Anzahl
der Antennenanschlüsse an den Sammelschienen so klein wie möglich
zu halten.
Es ist zwar auch bekannt, zusätzlich zur oben beschriebenen
Ausnutzung des Heizfeldes als Antenne bzw. als mehrere Antennen
in dem nicht vom Heizfeld belegten Teil der Kraftfahrzeugscheibe
eine oder mehrere aus einem oder mehreren zusammengeschalteten
Antennenleitern bestehende Antennen anzubringen. Da aber der
heizfeldfreie Teil der Kraftfahrzeugscheibe nur sehr klein ist,
kann hier nur eine sehr geringe Zahl solcher Antennen
untergebracht werden; zudem ist man aus Platzgründen auf schmale
Antennen beschränkt, selbst dann, wenn breiter verlaufende
Antennenstrukturen wünschenswert wären.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einer Antenne der
gattungsgemäßen Art überraschende Möglichkeiten aufzuzeigen, wie
in einer Kraftfahrzeugscheibe mit Heizfeld sich weitere Antennen
unterbringen lassen, für die die obengenannten Einschränkungen
nicht bestehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden
Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Im
einzelnen zeigt
Fig. 1 Antenne nach der Erfindung mit metallischem Rahmen und
kapazitiv wirkender Fläche, gebildet durch einen im wesentlichen
senkrecht zu den Heizleitern liegenden und mit diesen niederohmig
verbundenen Leiter, mit Antennenanschlußstelle mit den Klemmen 8
und 3.
Fig. 2 Antenne nach der Erfindung mit zwei im wesentlichen
senkrecht zu den Heizleitern liegenden und mit diesen niederohmig
verbundenen Leitern zur Vergrößerung der kapazitiv wirkenden
Fläche.
Fig. 3 Antenne nach der Erfindung mit mehreren parallel
geschalteten Antennenleitern zum induktivitätsarmen Anschluß der
Anschlußstelle 8 an die kapazitiv wirkende Fläche.
Fig. 4 Antenne nach der Erfindung mit Anschlußpunkt 9 am
Heizleiter 5 im nicht zu großen Abstand 11 von der kapazitiv
wirksamen Fläche zum Anschluß der Antennenanschlußstelle 8.
Fig. 5a Kapazitiv wirkende Fläche nach der Erfindung mit
zusätzlichen zu den Heizleitern im wesentlichen senkrechten
Leitern und mit zusätzlichen zwischen den parallelen Heizleitern
und zu diesen parallel geführten Zusatzleitern zur Vergrößerung
der Kapazität.
Fig. 5b Kapazitiv wirkende Fläche wie in Fig. 5a, jedoch ohne
zusätzliche senkrechte Leiter mit zusätzlichen zu den Heizleitern
senkrechten Leitern.
Fig. 5c Kapazitiv wirkende Fläche wie in Fig. 5a, jedoch mit
Anschluß eines zweiten Leiterteils der Antennenleiter im
unsymmetrischen Punkt der Fläche.
Fig. 6 Antenne nach der Erfindung, bei der die kapazitiv
wirkende Fläche zur Vergrößerung der Kapazität durch stilistische
Ornamente aus leitendem Material gebildet ist.
Fig. 7 Antenne nach der Erfindung mit bereichsweise mäanderförmig
ausgeführten Heizleitern, zur Verbesserung der
hochfrequenzmäßigen Entkopplung zwischen der kapazitiv wirkenden
Fläche und der Sammelschiene.
Fig. 8a Antenne nach der Erfindung, jedoch bestehend aus zwei
kapazitiv wirkenden Flächen in einem Heizfeld bzw. Teilheizfeld
und den Antennenanschlüssen 8a und 8b zur Auskopplung von
Antennensignalen zwischen den Klemmen 8 a und 8b bzw. den
Klemmenpaaren 8a und 3 und 8b und 3.
Fig. 8b Antenne nach der Erfindung, jedoch bestehend aus zwei
kapazitiv wirkenden Flächen, von denen beide in voneinander
getrennten Teilheizfeldern gebildet sind mit der
Antennenanschlußstelle 8a und 8b zur Auskopplung der
Antennensignale aus dem Scheibenfeld mit einer Leitung senkrecht
zur Fensterscheibe.
Fig. 8c Antenne wie in Fig. 8a, mit der Antennenanschlußstelle
8a und 8b zur Auskopplung der Antennensignale aus dem
Scheibenfeld mit einer Leitung senkrecht zur Fensterscheibe,
verdeckt, z. B. unter einem Spoiler.
Fig. 9 Antenne nach der Erfindung, wobei die Fensterscheibe in
den Kunststoffrahmen einer Karosserie eingebaut ist, jedoch mit
einem zum Beispiel längs des Scheibenrandes angebrachten
leitenden Rahmen mit Unterbrechungsstelle, wobei die
Unterbrechungsstelle zur Bildung einer Resonanzwirkung mit einer
geeigneten komplexen Impedanz Z geschaltet ist.
Fig. 10a Antenne nach der Erfindung mit Heizdrähten in einer
Verbundglasscheibe auf der einen Seite der Kunststoffolie
zwischen den Scheiben und erste und zweite Leiterteile der
Antennenleiter auf die Oberfläche der Glasscheibe gedruckt, die
von den Heizleitern getrennt auf der anderen Seite der
Kunststoffolie zu liegen kommt.
Fig. 10b Erste und zweite Leiterteile der Antennenleiter
aufgedruckt auf die Glasscheibe 1a für eine Antenne nach Fig.
10a, wobei zur Vergrößerung der hochfrequenten Verkopplung
zwischen dem Leiterteil 6 und den der Kunststoffolie
gegenüberliegenden Heizdrähten dazu parallele Leiter 24 gedruckt
sind.
Fig. 10c Querschnitt durch eine Verbundglasscheibe nach Fig. 10a
mit der Glasscheibe 1b und den dort anliegenden Heizleitern 5,
der isolierenden Folie 26 und den auf die gegenüberliegende
Glasscheibe 1a aufgedruckten kapazitiven Leitern 24.
Fig. 11 Vier Antennen nach der Erfindung, wobei die ersten
Leiterteile der Antennenleiter derart angebracht sind, daß
benachbarte kapazitive Flächen durch möglichst lange
Heizleiterbahnen voneinander getrennt sind.
Fig. 12 Wie Fig. 11, jedoch nur mit drei Antennen.
Fig. 13 Bereichsweise mäanderförmige Ausführung der Heizdrähte
zur Verbesserung der Entkopplung zwischen benachbarten kapazitiv
wirkenden Flächen und den Sammelschienen.
Fig. 14 Diversityantennen in einer Fensterscheibe mit zwei
geteilten Heizfeldern und drei Antennen nach der Erfindung, einer
zusätzlichen Antenne im freien Raum oberhalb des Heizfeldes und
ggfs. mit Antennenanschlüssen nach dem Stande der Technik an den
Sammelschienen am Scheibenrand.
In Fig. 1 ist eine heizbare Fensterscheibe 1 mit zueinander
parallelen und in diesem Beispiel horizontal verlaufenden
Heizleitern 5 gezeigt. Die Sammelschienen zur Zuführung des
Heizgleichstroms mit den Sammelschienenanschlüssen 15 und 16 sind
im wesentlichen senkrecht zu den Heizleitern angeordnet. Für den
Fall vertikal angeordneter Heizleiter liegen die Sammelschienen
im wesentlichen horizontal. Alle im folgenden beschriebenen
Effekte lassen sich auf den Fall vertikaler Heizleiter analog
übertragen. Die Heizleiter sind bei modernen Fahrzeugen entweder
im Siebdruckverfahren auf die Oberfläche der Fahrzeugscheibe
aufgedruckt und anschließend galvanisch verstärkt, um einen für
die Heizzwecke erforderlichen niederohmigen Widerstandswert zu
erreichen, oder bei Fahrzeugen aus Zweischeiben-Verbundglas,
zwischen die beiden Glasscheiben, z. B. in Form von dünnen
Wolframdrähten, eingelegt.
In beiden Fällen sind die Heizleiter 5 drahtförmig. Die vom
Heizfeld bedeckte Fläche einer Fahrzeugscheibe ist dabei in der
Regel so groß, daß oberhalb und unterhalb des Heizfelds nur
vergleichsweise schmale Streifen frei bleiben, deren Abmessungen
die Realisierung von Antenne für den Meterwellenbereich mit den
in der Offenlegungsschrift DE 37 19 692 A1 angegebenen guten
Eigenschaften nicht zulassen.
Aus dem Stande der Technik ist bekannt, daß ein Heizfeld dieser
Art als Antenne für den angegebenen Frequenzbereich benutzt
werden kann, wenn der Antennenanschluß an einer Sammelschiene
dieser Heizleiter erfolgt. Zur Vermeidung der nachteiligen
Wirkung der an die Sammelschienen angeschlossenen Leiter zur
Zuführung des Heizungsgleichstroms zeigt Fig. 1 die
grundsätzliche Anordnung einer erfindungsgemäßen Antenne. Diese
besteht aus den Heizleitern 5, aus einem ersten Leiterteil 6 der
drahtförmigen Antennenleiter und einem zweiten Leiterteil 7. Die
Erfindung zielt darauf ab, eine Ankopplung an die Heizleiter 5
für die Gestaltung einer kapazitiv wirkenden Fläche für die
Antenne herzustellen.
Diese Fläche ist gestrichelt in Fig. 1 angedeutet und bildet sich
aus dem ersten Leiterteil 6 der drahtförmigen Antennenleiter, der
die parallel verlaufenden Heizleiter nahezu senkrecht kreuzt und
an den Kreuzungspunkten 25 hochfrequent niederohmig mit ihnen
verbunden ist, so daß die gekreuzten Heizleiter im Bereich der
kapazitiv wirkenden Fläche verhältnismäßig niederohmig
hochfrequent miteinander verbunden sind. Die im Bild horizontal
dargestellten und vom Leiter 6 gekreuzten Heizleiter tragen in
der Nähe der Kreuzungspunkte 25 ebenfalls zur Bildung der
kapazitiv wirkenden Fläche 10 bei. Aufgrund der drahtförmigen
Ausbildung der Heizleiter besitzen diese in ihrer Längsrichtung
einen verhältnismäßig großen induktiven Widerstand pro
Längeneinheit.
Diese bewirkt, daß in dem betrachteten Frequenzbereich oberhalb
des HF-Bereichs über diese Heizleiter angeschaltete Elemente, wie
z. B. die Sammelschienen 4a und 4b in Fig. 1 hochfrequenzmäßig gut
entkuppelt sind. Dies bedeutet, daß die kapazitiv wirkende Fläche
10 als Element der Antenne weitgehend unabhängig von der
hochfrequenzmäßigen Beschaltung der Sammelschienen 4a und 4b
wirken kann, wenn der Abstand 26 des ersten Leiterteils 6 von
diesen Sammelschienen hinreichend groß gewählt ist. Der Abstand
muß somit je nach Entkopplungsforderung und nach Realisierung der
gekreuzten Heizleiter und ihrer Zahl entsprechend groß gewählt
werden. Wesentlich ist somit, daß der erste Leiterteil 6 der
drahtförmigen Antennenleiter so gestaltet ist, daß er die von ihm
gekreuzten zueinander parallelen Heizleiter verhältnismäßig
niederohmig miteinander verbindet. Zur Ankopplung an die so
ausgebildete kapazitiv wirkende Fläche 10 dient der zweite
Leiterteil 7 der Antennenleiter, mit seiner
Antennenanschlußstelle 8 am Scheibenrand, wo das Antennensignal
zwischen den Anschlußpunkten 8 und dem Massepunkt 3 des die
Scheibe umgebenden leitenden Rahmens 2 abgegriffen wird.
Wesentlich für eine Antenne nach der Erfindung ist u. a., daß an
den Kreuzungspunkten 25 zwischen den im Beispiel horizontalen
Heizleitern 5 und dem ersten Leiterteil 6 der drahtförmigen
Antennenleiter eine hochfrequent niederohmige Verbindung
herrscht.
Druckt man sowohl die Antennenleiter 6 als auch die Heizleiter 5
auf die Scheibe 5 auf, so ergibt sich die galvanische Verbindung
zwischen dem Antennenleiter 6 und den Heizleitern 5 automatisch
und stellt sogar die Voraussetzung für eine kostengünstige
Fertigung dar, da die isolierte Kreuzung von aufgedruckten
Leitern technologisch wesentlich schwieriger zu realisieren ist.
Im Fall von zwischen die Einzelscheiben einer Verbundglasscheibe
eingelegten Heizleitern 5 und ersten Leiterteilen 6 ergibt sich
der galvanische Kontakt zwischen diesen Leitern beim Verkleben
der beiden Einzelscheiben durch die zwischengelegte
Kunststoffolie bei hoher Temperatur ebenfalls, wenn die beiden
Leitertypen bei der Vorbereitung auf die gleiche Seite der
Kunststoffolie aufgelegt werden. Hierbei ist es für eine
erfindungsgemäße Antenne nicht unbedingt erforderlich, daß an
jedem der Kreuzungspunkte 25 ein galvanischer Kontakt zustande
kommt, da der Abstand der Heizleiter bei derartigen Scheiben so
gering ist, daß eine große Zahl von Kreuzungspunkten 25 existiert
und auch ohne einen überall an den Kreuzungspunkten 25
vorhandenen galvanischen Kontakt durch die kapazitive Verkopplung
von Heizleitern und Antennenleitern 6 für die Frequenzen oberhalb
des HF-Bereichs eine ähnliche elektrische Wirkung erzielt wird,
wie sie eine galvanische Verbindung besitzt. Auch für den Fall,
daß die Heizleiter 5 und der erste Leiterteil 6 des
Antennenleiters auf den unterschiedlichen Seiten der Folie, also
voneinander galvanisch getrennt, jedoch kapazitiv hochfrequent
stark verkoppelt angeordnet sind, läßt sich eine kapazitiv
wirkende Fläche 10 herstellen, wie später anhand der Fig. 10a bis
10c noch näher erläutert werden wird.
Im Fall der galvanischen Verbindung an den Kreuzungspunkten
stellt der erste Leiterteil 6 der Antennenleiter für die
Heizströme unerwünschte Nebenschlüsse dar, über die
Ausgleichsströme zwischen den einzelnen zueinander parallelen
Heizleitern 5 fließen können, wodurch die Abtaueigenschaften der
Heizscheibe in unerwünschter Weise verändert werden. Bei einer
Antenne, bei der die Kreuzungspunkte die Antennenleiter und die
Heizleiter 5 galvanisch verbinden, wird dies dadurch vermieden,
daß der erste Teil 6 des Antennenleiters die Heizleiter 5 in
einer Weise kreuzt, daß die einzelnen Kreuzungspunkte 25 auf
einer Linie der Heizspannung liegen, die Punkte gleichen
Potentials verbindet, so daß kaum Ausgleichsströme im
Antennenleiter 6 fließen.
Eine Antenne nach der Erfindung kann z. B. auch ähnlich wie in
Fig. 1, jedoch mit vertikalen Heizleitern ausgebildet werden,
wobei der erste Leiterteil 6 des Antennenleiters längs einer
Äquipotentiallinie geführt ist, die dann in diesem Fall eine im
wesentlichen horizontale Linie darstellt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer kapazitiv
wirkenden Fläche 10 ist in Fig. 2 dargestellt, in der zwei erste
Leiterteile 6a und 6b parallel zueinander längs
Äquipotentiallinien der Heizspannung, also im wesentlichen
senkrecht zu den zueinander parallel verlaufenden Heizleitern 5,
verlegt sind. Die Ankopplung an diese kapazitive Fläche erfolgt
durch Anschluß des zweiten Leiterteils 7 am Anschlußpunkt 9, der
sich auf einem Heizleiter 5 befindet. Hierbei ist der
Anschlußpunkt 9 etwa in der Mitte zwischen den Leitern 6a und 6b
gewählt. Durch Wahl eines hinreichend großen Abstandes 26
zwischen der nächsten Sammelschiene und dem zweiten Leiterteil 7
kann die Entkopplung der kapazitiv wirkenden Fläche 10 von den
Sammelschienen hinreichend groß gemacht werden. Dabei ist es
empfehlenswert den Abstand zwischen den ersten Leiterteilen 6a
und 6b nicht zu groß zu wählen.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung bezieht sich
auf die Ausgestaltung der zweiten Leiterteile der Antennenleiter,
die in Fig. 3 als Leiter 7a, b und c und 7 ausgebildet sind.
Diese Anordnung führt zu einer Verringerung der wirksamen
Induktivität dieser Leiterteile, woraus eine Vergrößerung ihrer
kapazitiven Wirkung resultiert, so daß die Gesamtkapazität der
Antenne an der Anschlußstelle 8 sich im wesentlichen aus der
kapazitiv wirkenden Fläche 10 und der kapazitiv wirkenden Fläche,
die sich durch die Leiter 7a, b und c ergibt, darstellt.
Aus fahrzeugtechnischen Gründen kann es erforderlich sein, wie in
Fig. 4, den Anschlußpunkt 9 des zweiten Leiterteils 7 in einem
Abstand 11 von dem nächsten ersten Leiterteil 6a an einem
Heizleiter 5 anzubringen. Um eine hinreichende Ankopplung der
kapazitiv wirkenden Fläche 10 an den zweiten Leiterteil 7 zu
gewährleisten, muß hierbei der Abstand 11 hinreichend klein
gewählt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden in den Fig. 5a, 5b und 5c zur Vergrößerung der kapazitiv
wirkenden Fläche 10 in den Zwischenräumen der Heizleiter
zusätzliche zu diesen parallele Leiter eingebracht, die mit den
Leiterteilen 6 bzw. 6a, 6b verbunden sind.
Die kapazitiv wirkende Fläche 10 kann auch, wie in Fig. 6, durch
hochfrequent leitende stilistische Ornamente 13, die vorzugsweise
benachbarte Heizleiter 5 über die Kreuzungspunkte 25 hochfrequent
niederohmig miteinander verbinden, wirksam vergrößert werden.
Kann der Abstand 26 (siehe Fig. 1) zwischen der kapazitiv wirkenden
Fläche und einer Sammelschiene nicht groß genug gewählt werden,
oder sind die Heizleiter hochfrequent zu niederohmig, um eine
geforderte Entkopplung der kapazitiv wirkenden Fläche von der
Sammelschiene zu bewerkstelligen, so kann die Entkopplung durch
Einführung von induktiven Elementen in die Heizleiter vergrößert
werden. In Fig. 7 ist dies durch Induktivitäten 14, die durch
eine mäanderförmige Ausbildung der Heizleiter realisiert sind,
bewirkt. Die Induktivität der Heizleiter 5 kann z. B. auch durch
Aufbringen eines Ferritmaterials vergrößert werden. Bei
mäanderförmiger Ausbildung der Heizleiter kann z. B. ein
Ferritplättchen auf die Mäanderstruktur aufgeklebt werden.
Alle erfindungsgemäßen Antennen besitzen damit den Vorteil, daß
das Bordnetz zur Gleichstromversorgung des Heizfeldes in der
Regel ohne gesonderte, die hochfrequente Impedanz zwischen der
Sammelschiene und der Karosserie beeinflussende Netzwerke an die
Sammelschienen angeschaltet werden kann. Für den Fall, daß
dennoch kleine, die Impedanz korrigierende Netzwerke nötig sein
sollten, können diese bei entsprechend großer Wahl des Abstandes
26 wesentlich weniger aufwendig gestaltet werden.
In den meisten Fällen sind die zueinander parallel angeordneten
Heizleiter 5 im wesentlichen horizontal in der Fahrzeugscheibe
angeordnet. Insbesondere bei Antennen für das Funktelefon, jedoch
auch in einigen Ländern bei Antennen für den UKW-Rundfunkempfang
ist der Empfang vertikal polarisierten Wellen wesentlich.
Aufgrund der Schlitzkonfiguration, die die in der leitenden
Karosserie eingelassene Fahrzeugscheibe darstellt, bilden sich
starke vertikale elektrische Felder insbesondere im Mittenbereich
der Fahrzeugscheibe aus. Durch die im wesentlichen senkrecht
orientierten ersten Leiterteile 6 der Antennenleiter in
Verbindung mit dem daran anschließenden ebenfalls senkrecht
orientierten zweiten Leiterteilen 7 der Antennenleiter, entsteht
bei Vorhandensein des metallischen Rahmens 2 in den Fig. 1-7
ein im wesentlichen vertikal orientierter Unipol, dessen
kapazitive Dachlast durch die kapazitiv wirkende Fläche 10
gebildet ist.
Dadurch werden die vertikal polarisierten elektrischen Felder,
deren Intensität mit wachsendem Abstand 26 des vertikalen Unipols
vom vertikalen Scheibenrand zumeist besonders gut empfangen.
Antennen, deren Antennenanschlußstelle an den Sammelschienen
gebildet ist, besitzen diesen Vorzug nicht und empfangen deshalb
vorzugsweise elektromagnetische Wellen mit horizontaler
Polarisation. Bei den Antennen nach der Erfindung zeigt sich
vorteilhaft, daß sowohl horizontal als auch vertikal polarisierte
Wellen gut empfangen werden können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden, wie in Fig. 8a zwei kapazitiv wirkende Flächen innerhalb
des Heizfeldes gebildet. Durch Anschluß an den Punkten 9a und 9b
werden die zweiten Leiterteile 7a und 7b der Antennenleiter zu
den Anschlußstellen 8a und 8b geführt. Zusammen mit einem
leitenden Rahmen 2 und einem in der Nähe der
Antennenanschlußstellen 8a und 8b befindlichen Massepunkt 3,
entstehen somit im Empfangsfall drei Antennenspannungen.
Diese können zwischen dem Punkt 8a und dem Massepunkt 3 und dem
Punkt 8b und dem Massepunkt 3 bzw. zwischen den beiden Punkten 8a
und 8b abgegriffen werden. Diese als drei unterschiedliche
Antennen wirkende Anordnung kann z. B. vorteilhaft in einem
Antennen-Diversitysystem verwendet werden. Auch für den Fall, daß
die Fensterscheibe in einen breiten Kunststoffrahmen eingebaut
ist, und der metallische Rahmen 2 in unmittelbarer Nähe des
Scheibenrahmens nicht vorhanden ist, kann auf diese Weise eine
Antenne realisiert werden, zwischen deren Antennen
anschlußpunkten 8a und 8b im Empfangsfall die Empfangsspannung
abgegriffen werden und im Sendefall die Sendespannung eingespeist
werden kann.
Bei der in Fig. 8b dargestellten Antenne werden ebenfalls zwei
kapazitiv wirkende Flächen 10a und 10b verwendet, wobei zur
Vergrößerung der Entkopplung dieser Flächen voneinander die
ersten Leiterteile 6a und 6b der Fläche 10a bzw. 10b bzw. 6a und 6b der
Fläche 10b in unterschiedlichen Teilheizfeldern angeordnet sind,
die gleichstrommäßig über voneinander hochfrequent getrennte
Sammelschienenpaare 4a, 4b und 4c, 4d gespeist werden. Durch den
horizontalen Abstand 27 der beiden Flächen 10a und 10b und durch
die beiden übereinander angeordneten Heizfelder entsteht zwischen
den Antennenanschlüssen 8a und 8b eine dipolähnliche Antenne, die
sowohl eine vertikale als auch eine horizontale Ausdehnung hat
und somit sowohl für den Empfang von vertikal polarisierten
Wellen als auch von horizontal polarisierten Wellen geeignet ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel einer Antenne nach der Erfindung in
Fig. 8c mit zwei kapazitiv wirkenden Flächen 10a und 10b sind die
zweiten Leiterteile 7a, 7b der Antennenleiter 7 bis zu den
Punkten 28a und 28b auf der Scheibenfläche geführt und die
Leiterteile 7a′ und 7b′ im wesentlichen senkrecht zur
Kraftfahrzeug-Fensterscheibe angebracht und zu den
Anschlußpunkten 8a und 8b geführt, die sich z. B. im Bereich eines
Kunststoffspoilers 21 befinden. Selbstverständlich können, wenn
es aus fahrzeugtechnischen Gründen erforderlich sein sollte, auch
die zweiten Leiterteile 7a und 7b der Antennenleiter in Fig. 8c
auch als Heizleiter 5 ausgebildet werden, wenn diese von den
kapazitiven Flächen 10a und 10b aus zu den Sammelschienen hin
verlängert würden. Zur Überbrückung des Gleichstromweges zwischen
den Klemmen 8a und 8b könnte dann z. B. eine Drossel mit
hinreichender Induktivität dienen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird für den Fall
eines die Scheibe umgebenden breiten Kunststoffrahmens wie in
Fig. 9, ein leitender Rahmen 22 um den Scheibenrand z. B.
aufgedruckt. Zur Verbesserung der Antenneneigenschaft im Sende-
bzw. Empfangsfall kann dieser leitende Rahmen 22 an einer
geeigneten Stelle unterbrochen werden und durch Beschaltung mit
einer frequenzabhängigen komplexen Impedanz 20 in einem
gewünschten Frequenzbereich zur Resonanz gebracht werden.
In Fig. 10a ist eine Antenne in einem Zweischeiben-Verbundglas
dargestellt. Diese ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung dadurch gebildet, daß auf einer Seite der isolierenden
Folie 26 in Fig. 10c die Heizleiter 5 als dünne Drähte
eingebettet sind und auf der anderen Seite der dünnen
isolierenden Folie 26 erste Antennenleiter 6 eingebracht sind,
derart, daß zwischen den Leitern 6 und den Heizleitern 5 eine
möglichst große kapazitive Verkopplung entsteht. Zur Vergrößerung
dieser Verkopplung werden die Leiter 6 mit horizontalen Leitern
24 in Fig. 10b versehen, die über ihre Länge parallel zu den
Heizleitern verlaufen. Die Antennenleiterkonfiguration bestehend
aus dem zweiten Leiterteil 7, dem ersten Leiterteil 6 mit den
horizontalen kapazitiven Leiterteilen 24, wird vorzugsweise auf
die Glasscheibe 1a gedruckt, wie es aus Fig. 10b hervorgeht.
Für die Anwendung von Antennendiversity ist eine möglichst große
Anzahl von Antennen mit voneinander unterschiedlichen
Empfangseigenschaften notwendig. Insbesondere für den Fall, daß
die gesamte Scheibenfläche beheizt werden soll und somit die
Heizstruktur die gesamte Fläche bedeckt, ist die
Mehrfachausnutzung der Heizscheibe als Antenne wünschenswert.
Dies erzwingt jedoch eine möglichst gute Entkopplung der
einzelnen aus dem Heizfeld gebildeten Antennen untereinander.
Dann wird das Heizfeld in mehrere Antennen nach der Erfindung
unterteilt.
Dies kann z. B. geschehen, wie es in Fig. 11 dargestellt ist, für
eine beheizte Scheibe mit metallischem Rahmen 2. Die
Sammelschienen sind unterbrochen und durch Einbringung von ersten
Antennenleitern 6a, 6b, 6c und 6d an die die entsprechenden
zweiten Leiterteile 7a, 7b, 7c und 7d angeschlossen sind, werden
vier Anschlußstellen 8a, 8b, 8c, 8d, für vier voneinander
entkoppelte Antennen gebildet, wobei der jeweils zugehörige
Masseanschluß 3 am benachbarten metallischen Rahmen 2 gebildet
wird.
Die Heizströme werden über die Sammelschienen-Anschlußklemmen
15a und 16a bzw. 15b und 16b zugeführt. Diese Anordnung
ermöglicht auch die Bildung von vier weiteren Antennenanschlüssen
an den Sammelschienen, sofern diese über ihre Anschlüsse mit
Hilfe von entsprechenden Entkopplungsnetzwerken an das
Gleichstromnetz zur Heizstromzuführung angeschlossen sind. Diese
Antennenanschlußstellen sind in Bild 11 mit den Anschlüssen 15a,
15b und 16a und 16b gebildet, wobei der jeweilige Masseanschluß
am benachbarten Rahmenpunkt gefunden werden kann. Durch Anwendung
der Erfindung sind somit auf vorteilhafte Weise aus dem Heizfeld
nicht nur vier Antennen nach dem Stande der Technik, sondern
zusätzlich vier Antennen nach der Erfindung, insgesamt also acht
Antennen, entstanden, obgleich nur vier entkoppelnde Netzwerke
zur Heizstromzuführung notwendig sind.
Bei kleinerer Antennenzahl können bei Anwendung der Erfindung die
Sammelschienen ohne Antennenanschlüsse betrieben werden und durch
geeignete Anbringung der ersten Leiterteile 6a, 6b, und 6c in
Fig. 12 die dadurch gebildeten kapazitiv wirkenden Flächen
hochfrequenzmäßig hinreichend entkoppelt werden. Im Fall der
ersten Leiterteile 6b und 6c, die dieselben Heizleiter 5 kreuzen,
geschieht die Entkopplung durch Wahl eines geeigneten Abstands
27. Dieser Abstand ist in der Praxis etwa durch den halben
Abstand der Sammelschienen gegeben. Im Fall der dritten kapazitiv
wirkenden Fläche, die mit dem ersten Leiterteil 6a gebildet ist,
geschieht die Entkopplung von den Sammelschienen und damit von
den beiden anderen kapazitiv wirkenden Flächen, um die ersten
Leiterteile 6b und 6c dadurch, daß der erste Leiterteil 6a keine
Heizleiter kreuzt, die auch von den Leiterteilen 6b und 6c
gekreuzt werden. Dadurch und durch Anbringen in der Scheibenmitte
ist die größtmögliche Länge eines Heizleiterwegs zwischen dem
Leiter 6a und den Leitern 6c und 6b gewährleistet.
Reicht die Entkopplung zwischen den kapazitiv wirkenden Flächen
nicht aus, so kann die Entkopplung durch Einführung trennender
induktiver Elemente, die wie in Fig. 13 dargestellt, durch
mäanderförmige Führung der Heizleiter zwischen den einzelnen
kapazitiv wirkenden Flächen 10 realisiert werden, erhöht werden.
Aufgrund der Resonanzverhältnisse durch den die Heizscheibe
umgebenden leitenden Rahmen 2 in Verbindung mit der gesamten
Heizfläche, zeigt es sich oft als vorteilhaft, Teilheizfelder wie
in Fig. 14, durch Auftrennung der Sammelschienen zu schaffen. Zum
Zwecke der Gleichstromzuführung werden die Sammelschienen des
oberen und unteren Heizfeldes über hochfrequenzmäßig isolierende
Drosseln 17 miteinander verbunden. Im Falle des Rundfunkempfangs
ist neben dem Empfang von UKW mit Hilfe der Antennen mit
kapazitiv wirkender Fläche im Heizfeld auch der Empfang von LMK
notwendig. Häufig ist zwischen Heizfeld und Scheibenrand genügend
Fläche zur Einbringung einer LMK-Antenne 18 vorhanden. Deren
Empfangsspannung kann zwischen dem Punkt 8d und 3 abgegriffen
werden. Diese Abgriffstelle kann auch für den Empfang der UKW-
Frequenzen verwendet werden, so daß die Antenne in Fig. 14
insgesamt vier UKW-Antennen für Antennen-Diversity und eine LMK-
Antenne besitzt.
Für alle Antennen nach der Erfindung ist es im Empfangsfall
zweckmäßig, zur Verbesserung der Entkopplung voneinander,
Antennenverstärker an den Antennenanschlußstellen anzuschließen.
Die dort mögliche Rauschanpassung vermeidet den bei
Leistungsanpassung konjugiert komplexen Impedanzabschluß, der bei
Antennen-Diversity stets mit einer größeren Verkopplung und einer
kleineren Unabhängigkeit der Empfangsspannungen untereinander
einhergeht.
Die Möglichkeit, eine Vielzahl von Einzelantennen mit Hilfe des
Heizfeldes durch Ausbildung der erfindungsgemäß kapazitiv
wirkenden Flächen zu realisieren, kann im Sendefall wie auch im
Empfangsfall auch zur Bildung bestimmter gewünschter
Richtdiagramme herangezogen werden. Durch geeignete
Zusammenschaltung aller Antennen über phasen- und
amplitudengewichtende Netzwerke zu einem Phased Array kann ein
gewünschtes Richtdiagramm besser erreicht werden als mit einer
kleineren Anzahl verfügbarer Antennen.
Zusammenfassend werden einige Vorteile von Antennen nach der
Erfindung strichpunktartig aufgegliedert:
- - Kleine Anzahl der Entkopplungsnetzwerke zur Gleichstromzuführung.
- - Bei Verwendung von Entkopplungsnetzwerken kann der Schaltungsaufwand darin klein gehalten werden.
- - Die Anbringung der kapazitiv wirkenden Flächen im Zentralbereich der Antennenscheibe erlaubt die Auskopplung der dort befindlichen starken elektromagnetischen Felder im Empfangsfall. Entsprechend ist hiermit eine besonders gute Ankopplung der Antenne an das Strahlungsfeld im Sendefall möglich (Reziprozität).
- - Aufgrund der vorzugsweise horizontalen Verlegung der Heizleiter und der dazu nahezu senkrechten Anordnung der zweiten Leiterteile können Antennen mit Unipolcharakter und vertikaler Ausrichtung gestaltet werden, die auch für den Empfang vertikal polarisierter Wellen sehr geeignet sind.
- - Einfache Realisierbarkeit bei Zweischeiben-Verbundglas (VSG) durch Einlegen dünner Leiter in den Glasverbund und bei Einscheiben-Sicherheitsglas (ESG) durch Aufdruck auch komplexer Leiterstrukturen.
- - Große Anzahl der mit einem Heizfeld mit vorgegebener Gesamtfläche realisierbaren unterschiedlichen Diversityantennen.
- - Große Anzahl der mit einem Heizfeld mit vorgegebener Gesamtfläche realisierbaren Einzelantennen zur Bildung eines Phased-Arrays zur Erzielung erwünschter Antennendiagramme.
Claims (18)
1. Antenne für Frequenzen oberhalb des Hochfrequenzbereichs mit
einem oder mehreren an einem Ende hochfrequenzmäßig miteinander
verbundenen drahtförmigen Antennenleitern (6, 6a, b, c) und einem
Antennenanschlußpunkt (8), welche Antenne in einer
Fensterscheibe, z. B. einer Kraftfahrzeugscheibe (1), mit
Scheibenheizung zusammen mit einem Heizfeld angeordnet ist, das
durch im wesentlichen parallel zueinander geführte drahtförmige
Heizleiter (5) gebildet ist, die an den den Scheibenrändern
benachbarten Enden jeweils durch eine quer zu den Heizleitern
verlaufende Sammelschiene (4a, b) zur Zuführung des
Heizgleichstroms verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
der (6) oder die mehreren Antennenleiter (6, 6a, b, c) zum Teil
innerhalb des Heizfelds und dort quer zu den Heizleitern (5)
geführt sind (1. Leiterteil), mit denen sie an den
Kreuzungspunkten (25) hochfrequenzmäßig niederohmig verbunden
sind und so mit den benachbarten Abschnitten derselben eine
kapazitiv wirkende Antennenfläche (10) bilden, daß ein 2. Teil des
bzw. der drahtförmigen Antennenleiter (2. Leiterteil (7, 7a, b, c))
hochfrequenzmäßig niederohmig ggf. unter Verwendung eines Stücks
eines Heizleiters (5) mit dem bzw. einem der 1. Leiterteile
verbunden ist und am anderen Ende zum Antennenanschlußpunkt (8)
führt.
Ausgestaltung der Fläche
2. Antenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der oder die ersten Leiterteile (6)
Äquipotentialpunkte bezüglich des Heizgleichstroms auf den
Heizleitern (5) miteinander verbindet oder verbinden und mit
diesen galvanisch verbunden sind
(Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3).
3. Antenne nach einem der Ansprüche 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung der Kapazität
zusätzliche mit den ersten Leiterteilen (6) galvanisch verbundene
Leiterteile (12) vorhanden sind, die zwischen den Heizleitern (5)
angeordnet sind und zu diesen parallel geführt sind
(Fig. 5a, b, c).
4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Leiterteile (6) zumindest
teilweise durch stilistische Ornamente (13) gebildet sind, die
Heizleiter (5) galvanisch verbinden
(Fig. 6).
5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenanschlußpunkt (8) auf den
zweiten Leiterteilen (7) der Antennenleiter in der Nähe des
Scheibenrands (23) angeordnet ist und der zugehörige zweite
Anschlußpunkt als Masseanschluß (3) als benachbarter Punkt auf
dem die Scheibe umgebenden elektrisch leitenden Rahmen (2)
ausgebildet ist
(Fig. 1-8a).
Entkopplung durch Abstand
6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein nur einer Antenne
die kapazitive Fläche (10) angenähert mittig zwischen den
Sammelschienen angeordnet ist
(Fig. 6).
7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Kraftfahrzeugscheibe
mindestens noch eine weitere Antenne gemäß einem der Ansprüche 1
bis 5 angeordnet ist.
8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß bei hinsichtlich Entkopplung zu
geringem geometrischen Abstand (26) zwischen der kapazitiven
Fläche (10) und der Sammelschiene zur Verlängerung der
verbindenden Heizleiter (5) diese durch mäanderförmige Strukturen
(14) verlängert sind
(Fig. 7, 13).
9. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Kraftfahrzeugscheibe noch eine
weitere Antenne der Art der Antenne nach Anspruch 1 bis 4
angeordnet ist und daß bei hinsichtlich Entkopplung zu geringem
geometrischen Abstand (27) zwischen den kapazitiven Flächen (10)
der zwei Antennen zur Verlängerung der verbindenden Heizleiter
(5) diese durch mäanderförmige Strukturen (14) verlängert sind.
Diversity
10. Antenne nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei Antennen vorhanden sind, deren
kapazitive Flächen (10) aus denselben Heizleitern (5) des
Heizfeldes oder eines Teilheizfeldes gebildet sind und die
Abstände (26) der geometrischen Schwerpunkte der beiden
kapazitiven Flächen (10) von den Sammelschienen jeweils etwa 1/4
des Gesamtabstands zwischen den Sammelschienen betragen
(Fig. 8a, 8c, 9).
11. Antenne nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein mehrerer Antennen
in einem Heizfeld, diese in zwei Gruppen eingeteilt sind, derart,
daß kein Antennenleiter (6a, b, c) der einen Gruppe mit
Heizleitern (5) verbunden ist, die mit Antennenleitern der
anderen Gruppe verbunden sind
(Fig. 12).
12. Antenne nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Heizfeld aus zwei Teilheizfeldern
mit jeweils nur einer Antennengruppe besteht und die
Sammelschienen beider Teilheizfelder hochfrequenzmäßig nicht
verbunden sind
(Fig. 11).
13. Antenne nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Teilheizfelder Antennen
nach Anspruch 10 und in dem anderen Teilheizfeld eine Antenne
nach Anspruch 6 vorhanden ist und im freien Streifen zwischen
Heizfeld und Rahmen (2) eine weitere Antenne (18) ausgebildet
ist
(Fig. 14).
14. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne bzw. die Antennen als
aktive Empfangsantennen ausgeführt sind
(Fig. 1-14).
15. Antenne nach Anspruch 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiter (5) in bekannter Weise
unmittelbar zur Ausbildung weiterer Antennen benutzt werden,
deren Antennenanschlüsse (15a, b; 16a, b; 19a, b, c, d) den
Sammelschienen (4a, b, c, d) des Heizfeldes angeordnet sind
(Fig. 11 und Fig. 13).
16. Antenne nach Anspruch 7 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen über phasen- und
amplitudengewichtende Netzwerke zusammengeschaltet sind, so daß
ein gewünschtes Richtdiagramm erzeugt wird.
17. Antenne nach Anspruch 7 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Antennen für
Antennendiversityzwecke eingesetzt sind.
18. Antenne nach Anspruch 7 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußpunkte (8a, b) von zwei
Antennen nebeneinander angeordnet sind und an ihnen die
Empfangsspannung abgegriffen bzw. die Sendespannung zugeführt
wird
(Fig. 8a, b, c; Fig. 9).
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