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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Anbringung von Antennen und insbesondere
die Anbringung einer Kraftfahrzeugantenne, um einen RF Kontakt mit
dem Fahrzeugdach bereitzustellen.
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Antennen
sind bei Kraftfahrzeugen über
viele Jahre verwendet worden. Ursprünglich wurden Antennen auf
Automobilen installiert, um einen Empfang von Signalen für das Autoradio
zu erlauben. Eine Peitschenantenne, die von einem der Kotflügel für einen
Radioempfang vorsteht, war Standart bei den meisten Kraftfahrzeugen.
Später
wurden Antennen entwickelt, die entweder innerhalb der Kraftfahrzeuge
eingebettet waren oder an der Innenseite der Windschutzscheibe befestigt
wurden. Diese Im-Glas- oder Auf-dem-Glas-Antennen verliefen um den
Umfang der Windschutzscheibe herum und waren weniger sichtbar als
die Peitschenantennen und sie waren weniger empfänglich für eine Beschädigung von
externen Elementen, wie Wetter oder Vandalismus.
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Heutzutage
werden in der Kraftfahrzeugindustrie komplizierte on-board Kommunikationssysteme
verwendet. Fahrzeughersteller bieten Systeme mit Merkmalen, wie
einer eingebauten Telefonkommunikation und einem Globalpositionierungs-Satelliten-(GPS)-Systemen,
an. Mit der Einführung
dieser komplexen Systeme im Zusammenhang stand eine entsprechende
Erhöhung
der Komplexität
der benötigten
Antennen. Diese Systeme benötigen
Antennen, die Signale auf mehreren Frequenzbändern sowohl senden als auch
empfangen können.
Das Band für
den Personal Communications Service (PCS) und das Band für den Advance
Mobile Phone Service (AMPS) sind die gebräuchlichsten Frequenzbänder, die
bei der zellularen Telefonkommunikation verwendet werden, wobei
das PCS Band vorwiegend für
digitale Übertragungen
verwendet wird und das AMPS Band vorwiegend für analoge Übertragungen verwendet wird.
Global Positioning Satelliten-Systeme arbeiten innerhalb eines dritten
getrennten Frequenzbands, welches als das GPS Band bekannt ist.
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Mehrere
Typen von Antennen sind in Verbindung mit diesen Arten von Kommunikationssystemen verwendet
worden. Patch-, Dipol- und Schlitzantennen sind Beispiel von alt
bekannten Typen von Antennen, die bei derartigen Anwendungen verwendet werden.
Der vorherrschende Empfangsmodus für diese Systeme ist die vertikale
Polarisation. Monopol- dun Dipol-Antennen stellen eine Polarisation
in der gleichen Richtung wie die Orientierung der Antenne bereit,
während
Schlitzantennen eine Polarisation senkrecht zu der Orientierung
der Antenne bereitstellen. Zum Beispiel müssten eine standardmäßige Monopol-
oder Dipol-Peitschenantenne vertikal orientiert werden, um die gewünschte vertikale
Polarisation bereitzustellen. Eine Schlitzantenne müsste horizontal
orientiert werden, um die gewünschte
vertikale Polarisation zu erzielen. Vertikal orientierte Peitschenantennen
sind oben auf dem Dach, den Kotflügeln und der hinteren Windschutzscheibe
von Fahrzeugen für
einen Mobiltelefonempfang seit mehreren Jahren verwendet worden.
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Externe
vertikale Peitschenantennen haben mehrere Nachteile. Zunächst sind
sie ästhetisch nicht
wünschenswert.
Ferner sind sie für
eine Beschädigung
von externen Kräften,
wie Wetter, Vandalismus und automatischen Autowaschanlagen, empfänglich.
Bei Fahrzeugkonstrukteuren existiert ein Wunsch die Peitschenantennen
zu entfernen und sie mit Auf-Glas-Antennen zu ersetzen, in einer ähnlichen
Weise zu, wie dies zuvor für
einen Radioempfang durchgeführt
worden ist.
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Auf-Glas-Antennen
für die
komplexen Kommunikationssysteme, die heutzutage verwendet werden,
erzeugten einen neuen Satz von Problemen. Patch-Antennen wurden
normalerweise wegen deren kleiner Größe verwendet. Jedoch sind Patch-Antennen
empfindlich hinsichtlich der Platzierung der Antenne relativ zu
dem Fahrzeugschichtmetall. Die Platzierung der Antenne nahe zu der
Dachplatte des Fahrzeugs verstimmt die Antenne von der gewünschten
Mittenfrequenz, ändert
die Verstärkungscharakteristiken
und verschiebt das Strahlungsmuster.
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Um
diese Probleme zu beseitigen wurde beobachtet, dass durch Koppeln
der Antenne mit der Dachplatte des Fahrzeugs die unerwünschten
Abstimmeffekte minimiert werden konnten. Dieses Phänomen ist
der Gegenstand der US-A-5959581.
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[8]
Wie in 1 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt, ist eine
Kopplung der Auf-Glas-Antenneneinheit 101 (angebracht
an der Windschutzscheibe 107) an der Dachplatte 105 durch
Anbringen eines dünnen
Streifens eines Kupfer- oder Messingmetalls 103 an der
Dachplatte 105 an einem Ende und an der Antenneneinheit 101 an
dem anderen Ende erreicht worden. Der Metallstreifen 103 wurde
an der Dachplatte 105 durch entweder Anlöten oder
durch Verwendung eines druckempfindlichen Klebemittels befestigt.
Diese Technik stellte die Vorzüge
im Zusammenhang mit der Kopplung der Antenne an der Dachplatte bereit;
jedoch erzeugte sie mehrere Nachteile vom Standpunkt der Herstellung
her. Die Installation der Kopplungsstreifens erwies sich als arbeitsintensiver
Vorgang. Weil der Kopplungsstreifen 103 an der angebrachten
Auf-Glas-Antenneneinheit 101 an einem Ende und an der Dachplatte 105 an
dem anderen Ende befestigt war, konnte er nicht installiert werden
bis nach dem Zeitpunkt, zu dem die Windschutzscheibe 107 in
dem Fahrzeug installiert war. Somit erforderte die Antenneninstallation,
dass die Antenne in der Fabrik nach der Windschutzscheiben-Installation,
aber vor der Installation der inneren Trimmkomponenten, wie dem
Fahrzeug-Dachhimmel oder Formteilen, installiert wird. Alternativ
könnte
die Antenne als ein Nachrüstungsteil
installiert werden.; jedoch erforderte eine spätere Installation, dass der Fahrzeugdachhimmel
zurückgezogen
wird, um den entsprechenden Streifen mit der Dachplatte zu kontaktieren.
Dies würde
erfordern, dass der Fahrzeugdachhimmel erneut installiert werden
müsste.
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Ein
anderer Nachteil mit einer nachträglichen Installation war, dass
oft das Klebemittel oder Lötmittel
zur Installation der leitenden Streifens unbeabsichtigt in Kontakt
mit dem Fahrzeugdachhimmel kommen würde. Als dies auftreten würde, müsste der Fahrzeugdachhimmel
ersetzt werden. Die ist gewöhnlicher
Weise eine Aufgabe, die eine Rückgabe des
Fahrzeugs in die Fabrik erfordert, wo die Windschutzscheibe und
der Fahrzeugdachhimmel installiert wurden.
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Es
ist wünschenswert,
den leitenden Kopplungsstreifen und die verschiedenen Installationsprobleme
in Verbindung mit diesem leitenden Streifen zu beseitigen, während gleichzeitig
die Vorteile beibehalten werden, die aus der RF Masseverbindung
der Antenneneinheit mit dem Fahrzeugdach abgeleitet werden.
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Ferner
ist es wünschenswert,
dass die Antenne an der Windschutzscheibe vor der Installation der
Windschutzscheibe des Fahrzeugs angebracht wird, oder dass die Antenne
in dem Fahrzeug angebracht wird, nachdem das Windschutzscheibenglas installiert
worden ist, ohne dass eine Zerlegung des installierten Fahrzeugdachhimmels
gefordert wird, und, in einem derartigen Fall, dass die Antenneneinheit
an dieser Stufe ohne Verwendung von irgendwelchen Klebemitteln oder
Epoxiden, die eine Beschädigung
des installierten Fahrzeugdachhimmels verursachen könnten, angebracht
werden könnte.
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US-A-5521606
beschreibt eine Fensterglasantenne zur Anbringung auf dem hinteren
Fenster eines Automobils und die mit der Automobilkarosserie geerdet
ist. Die Antenne umfasst ein Strahlungsmuster und ein Massemuster,
die direkt auf dem Glasfenster angebracht sind, wobei das Massemuster eine
untere Kante aufweist, die im Wesentlichen zu der unteren Kante
des Fensterglases so ausgerichtet ist, dass das Massemuster leicht
an dem Automobilfensterrahmen geerdet werden kann. Es ist an dem Fensterrahmen über eine
flexible leitende Schicht, die lateral zwischen dem Massemuster
und einem Flansch des Fensterrahmens eingebettet ist, geerdet.
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Die
vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren und einem System
zur RF Masseverbindung einer an einem Glas angebrachten Antenneneinheit
an dem Metallrahmen eines Fahrzeugs, wie im Anspruch 1 und 9 davon
aufgeführt.
Sie erlaubt die Schaffung eines leitenden RF Pfads zu der Dachplatte
des Fahrzeugs, über
einen Erdungspfad, der sich auf der Glasoberfläche erstreckt, von der Antenneneinheit
zu der Dachplatte. Der Masseverbindungspfad (Erdungspfad) auf dem
Fahrzeugglas wird vor der Installation der Windschutzscheibe auf dem
Fahrzeug hergestellt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der leitende Pfad durch Anbringen eines leitenden Netzes auf
die Innenseite des Windschutzscheibenglases hergestellt. Die Windschutzscheibe
wird in dem Fahrzeug unter Verwendung eines mit Kohlenstoff beladenen
Epoxids installiert, was ein alt bekanntes Verfahren zur Installation
von Windschutzscheiben in Fahrzeuge ist. Wegen der Eigenschaften des
Epoxids wird ein RF Kontakt zwischen dem leitenden Netz auf der
Windschutzscheibe und der Dachplatte des Fahrzeugs hergestellt.
Die Antenneneinheit wird an der Fahrzeugwindschutzscheibe unter
Verwendung eines Klebemittels hoher Festigkeit angebracht, wie beispielsweise
doppelseitiges Band mit einer extrem hohen Festigkeit (Very High
Bond; VHB). Wenn die Antenneneinheit angebracht wird, dann wird
eine leitenden Dichtung zwischen dem Kontaktgebiet und dem Antenneneinheitsgehäuse und
einem Kontaktgebiet auf dem leitenden Netz auf dem Windschutzscheibenglas
komprimiert, was einen leitenden Pfad von der Antenneneinheit, über die leitende
Dichtung, entlang des leitenden Netzes, zu der oberen Kante des
Windschutzscheibe und der Dachplatte über das RF leitende Epoxid,
welches verwendet wird, um die Windschutzscheibe zu installieren,
herstellt. Dies stellt einen vollständigen RF Massepfad von der
Antenne zur der Fahrzeugdachplatte bereit.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird nun auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug
genommen. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht einer an einem Glas angebrachten Antenne, die
mit der Dachplatte gekoppelt ist, gemäß des Standes der Technik;
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2 eine
Draufsicht auf eine Fahrzeug mit einer Auf-Glas-Antenne, die in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung installiert ist und den Ort der Antenne
relativ zu der Dachplatte zeigt;
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3 eine
Querschnittsseitenansicht entlang der Linie 3-3 der 2 von
der Antenne, der Windschutzscheibe und der Dachplatte, wobei eine Antenne
gezeigt ist, die in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung geerdet ist; und
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4 eine
Draufsicht auf ein leitendes Netz, welches an die Windschutzascheibe
angebracht ist, in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Erden einer an einem
Glas angebrachten Antenne an dem Rahmen des Kraftfahrzeugs, in dem
das Glas angebracht ist. Das Verfahren zur Installation in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung erlaubt die Schaffung eines RF Erdungspfads
von der Antenne (oder den Antennen), die innerhalb des Antenneneinheitsgehäuses enthalten
ist (sind), entlang der inneren Oberfläche des Windschutzscheibenglases über ein
leitendes Netz, und an der Dachplatte über ein Kohlenstoff-geladenes
Epoxyd, das bei den Anbringungsarbeiten von standardmäßigen Kraftfahrzeug-Windschutzscheiben
verwendet wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst eine Antenneneinheit eine kleine Box. Die Antennen, die
in der Antenneneinheit enthalten sind, werden elektrisch mit einem
Kontaktgebiet auf dem Gehäuse
der Einheit gekoppelt. Eine bevorzugte Antenne zur Verwendung mit
der vorliegenden Erfindung ist vollständig in der verwandten Anmeldung EP-A-1365475
beschrieben, die am gleichen Datum wie die vorliegende Anmeldung
eingereicht wurde. Jedoch sei darauf hingewiesen, dass das RF Erdungsverfahren
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung nicht auf eine bestimmte Antenne beschränkt ist
und mit irgendwelchen Antennen verwendet werden kann, die einen
Nutzen daraus ziehen, eine RF Masse mit dem Fahrzeug zu haben.
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Die
Antenneneinheit ist an einer Glasoberfläche des Fahrzeugs angebracht.
Bezugnehmend auf 2 ist die Antenneneinheit 201 in
der bevorzugten Ausführungsform
an der vorderen Windschutzscheibe 203 des Fahrzeugs unmittelbar
unter der Dachplatte 209 in der Fahrzeugmitte befestigt.
Alternative Ausführungsformen
erlauben, dass die Antenne an dem hinteren Fensterglas (d. h. dem
Rücklicht)
oder irgendeinem der Seitenfenster-Abschnitte, die nicht zurückgezogen
werden können,
platziert wird.
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Die
Antenneneinheit ist an der Innenseite des Windschutzscheibenglases
angebracht, wie in 3 gezeigt. Die Antenneneinheit 201 ist
unter Verwendung eines starken Klebemittels angebracht. In der bevorzugten
Ausführungsform
wird ein doppelseitiges Band 302, wie mit Very High Bond
(VHB) Band von 3M, verwendet, um die Antenneneinheit an dem Fenster
anzubringen. Dieses Band ist ungefähr 1mm (0,040'') dick und klebt extrem gut sowohl an Glas-
als auch Plastikmaterialien. In Folge dessen kann eine permanente
Verbindung zwischen dem Windschutzscheiben-Glas und dem Plastikgehäuse der
Antenneneinheit hergestellt werden.
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Die
Antenneneinheit kann eine Vielzahl von Antennen enthalten. Irgendwelche
Antennen, die ein verbessertes Betriebsverhalten erreichen, und
zwar als Folge davon, das sie mit der Fahrzeugdachplatte RF mit
Masse verbunden sind, sind elektrisch innerhalb der Antenneneinheit 201 mit
einem Kontaktgebiet 302 auf dem Antenneneinheitsgehäuse 310 gekoppelt.
Genau durch dieses Gebiet wird ein leitender RF Pfad zur Masse hergestellt
werden. Auf eine Anbringung hin wird ein elektrischer Kontakt zwischen
der Antenneneinheit 201 und einem leitenden Pfad 303 auf
der Windschutzscheibe 203 geschaffen. Der elektrische Kontakt
zwischen dem Gehäuse
der Antenneneinheit und dem leitenden Pfad 303 wird durch
Komprimieren einer leitenden Dichtung 305 zwischen dem
Kontaktgebiet 309 auf dem Antenneneinheits-Gehäuse und
einem Kontaktgebiet 311 auf dem leitenden Pfad 303,
der auf der Windschutzscheibe 203 existiert, komprimiert
wird.
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Die
leitende Dichtung 305 in der bevorzugten Ausführungsform
umfasst einen Siliziumelastomer, der mit Nickel beschichteten Grafit-Partikeln
geladen ist; jedoch können
alternative Ausführungsformen verschiedenes
leitendes Dichtungsmaterial verwenden, wie beispielsweise orientierte
Drähte
in Silikon, verflochtene Sn/Cu/Fe Dichtungen oder Elastomere, mit
anderen leitenden Materialien geladen sind, wobei all diese in dem
technischen Gebiet altbekannt sind. Die Härte und die Dicke der leitenden
Dichtung 305 wird derart gewählt, dass eine ausreichende Kompression
erzielt wird, wenn die Antenneneinheit unter Verwendung des VHB
1mm (0,040'') dickem Band angebracht
wird. Wenn die Antenneneinheit an der Windschutzscheibe angebracht
ist, wird das Dichtungsmaterial zwischen der Kontaktfläche 309 auf
der Antenneneinheit und dem Kontaktgebiet 311 auf der Windschutzscheibe
komprimiert, wie in 3 gezeigt. Die leitende Dichtung
wird auf eine 1mm (0,040'') Dicke komprimiert,
was einen elektrischen RF Kontakt zwischen dem Kontaktierungsgebiet 309 der
Antenneneinheit und dem Kontaktgebiet 311 auf dem leitenden
Pfad auf der Windschutzscheibe sicherstellt. In einer bevorzugten
Ausführungsform wird
eine CHO-SEAL 6309 Dichtung verwendet, die von Chomerics (Woburn,
MA) hergestellt wird.
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Der
leitende Pfad 303 auf der Windschutzscheibe wird durch
Anbringen eines leitenden Netzes auf die Innenseite der Windschutzscheibe
in einem kleinen Gebiet an der oberen Mitte des Windschutzscheibenglases
hergestellt. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst das leitende
Netz ein Gitter, das durch Anbringen einer leitenden Epoxydfarbe
auf die Windschutzscheibe, vorzugsweise unter Verwendung einer Seidenschirm-
oder Sprüh-Technik,
geschaffen wird. Leitende Epoxydfarben sind Farben, die mit Metallpartikeln
geladen sind, um eine leitende Oberfläche zu bilden, und diese sind
in dem technischen Gebiet altbekannt. Leitende Epoxyde können mit
verschiedenen Metallpartikeln geladen werden, wie beispielsweise
Silber, Kupfer oder Nickel. In der bevorzugten Ausführungsform
wird eine mit Silber beladene leitende Epoxydfarbe verwendet. Wenn das
Material für
das leitende Netz gewählt
wird, müssen
mögliche
galvanische Reaktionen zwischen dem Netz und dem leitenden Dichtungsmaterial,
welches verwendet werden wird, um einen Kontakt zwischen dem Netz
und der Antenneneinheit zu schaffen, berücksichtigt werden. Bestimmte
unähnliche
Materialien werden in der Atmosphäre galvanisch reagieren, was
eine Oxydation oder Korrosion verursachen wird, die den elektrischen
Kontakt verringern oder eliminieren wird. Somit wird in der bevorzugten
Ausführungsform
das für
die Netzarbeit verwendete Silberepoxyd eine minimale galvanische
Reaktion mit der verwendeten leitenden Dichtung aufzeigen.
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Das
Gittermuster des leitenden Netzes 401 ist mit näheren Einzelheiten
in 4 gezeigt. Die leitende Dichtung kontaktiert das
Netz 401 in dem Netzkontaktgebiet 311. Der Abschnitt
des Netzes 401, der auf dem Abschnitt der Windschutzscheibe
direkt über dem
Kontaktgebiet 311 angeordnet ist, umfasst ein komprimiertes
Gitter 405. Der Abschnitt des Netzes, das zwischen der
Antenne und der Dachplatte in den anderen Gebieten als direkt über dem
Kontaktgebiet angeordnet ist, umfasst ein weniger konzentriertes Gittermuster 406.
Dieses Gebiet ist vorzugsweise dafür vorgesehen, um eine Massestabilität für die Antenneneinheit
bereitzustellen. Durch Verwendung eines weniger kompakten Gitters
wird die Menge des Silberepoxyds, welches verwendet wird, verringert; somit
werden die Kosten verringert.
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Das
leitende Netz erstreckt sich nahe zu der oberen Kante der Windschutzscheibe.
In der bevorzugten Ausführungsform
erstreckt sich das Netz auf ungefähr 3 Millimeter von der oberen
Kante. Um den erforderlichen RF Masseverbindungspfad bereitzustellen
muss sich das Netz in das Gebiet hineinerstrecken, dass durch das
Klebemittel abgedeckt werden wird, das verwendet wird, um die Windschutzscheibe
an der Dachplatte anzubringen. In der bevorzugten Ausführungsform
wird das Netz an die Windschutzscheibe unter Verwendung eines Seidenschirm-Prozesses
oder Sprüh-Prozesses
vor Installation der Windschutzscheibe in dem Fahrzeug angebracht.
Diese Prozesse werden in ausreichender Weise gesteuert, um eine
genaue Positionierung des Netzes 401 auf der Windschutzscheibe
sicherzustellen.
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Nachdem
das Netz an der Windschutzscheibe angebracht worden ist, wird die
Windschutzscheibe unter Verwendung von standardmäßigen Windschutzscheibeninstallationstechniken
in dem Fahrzeug installiert. Eine übliche Windschutzscheibeninstallation
umfasst die Anbringung des Windschutzscheibenglases durch Kleben
des Glases an dem Fahrzeug unter Verwendung eines starken schwarzen
Windschutzscheibenklebemittels, wie beispielsweise U-400HV, was
von EssexARG (Dayton, OH) hergestellt wird. Standardmäßige Windschutzscheibenklebemittel
sind auf Urethan gestützt.
Sie sind farblich schwarz, was die UV Stabilität und die Ästhetik verbessert. Um dem
Klebemittel die schwarze Farbe zu geben, werden die Urethan-Klebemittel
stark mit Kohlenstoff geladen. In Folge der Kohlenstoff-Beladung sind die
Eigenschaften der Klebemittel, die in der Kraftfahrzeugindustrie
verwendet werden, um Windschutzscheiben anzubringen derart, dass
das Klebemittel einen elektrischen Masseverbindungspfad in dem RF
Band (bei 200 MHz-400 MHz zwischen dem Netz, das sich auf der Windschutzscheibe befindet,
und der Dachplatte bereitstellen wird, um den RF Masseverbindungspfad
von der Antenne zu der Dachplatte zu vervollständigen. Wegen der halbisolierenden
Eigenschaften des Klebemittels, zusammen mit der Farbe, die auf
der Fahrzeugdachplatte existiert, wird der leitende Pfad nicht als
eine DC Masse wirken; jedoch wird eine ausreichende kapazitive oder
parazitäre
Kopplung existieren, um ihr zu erlauben als eine Masse in dem RF
Spektrum, das für
das Betriebsverhalten der Antenneneinheit kritisch ist, zu wirken.
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Das
Installationsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt mehrere Vorteile gegenüber den Techniken bereit, die
in dem Stand der Technik verwendet werden. Die Antennenanbringung
erfordert nicht mehr die Entfernung des Innendachs, unabhängig davon,
ob die Antenne in der Fabrik an oder als Teil einer Windschutzscheibenersetzung nach
dem Verkauf angebracht wird. Bei der anfänglichen Fabrikinstallationsphase
ermöglicht
die vorliegende Erfindung, dass der Antenneninstallationsprozess
durch den Windschutzscheibenanbieter ausgeführt wird. Somit müssen keinerlei Änderungen
für die
Fertigungsstraße
durchgeführt
werden, wo die Windschutzscheiben installiert werden, um einen zusätzlichen
Antenneninstallationsprozess unterzubringen. In der Phase nach dem
Verkauf entfernt die vorliegende Erfindung das Problem einer Beschädigung des
Fahrzeug-Innendachs während
des Antenneninstallationsprozesses, weil nicht länger eine Notwendigkeit besteht
das Innendach zu entfernen, um die Antenne zu installieren. In Folge
dessen erlaubt die vorliegende Erfindung eine effizientere und somit kostengünstigere
Vorgehensweise zum Erzielen der RF Masse von der Antenne zu der
Dachplatte, die benötigt
wird, um ein optimales Antennenbetriebsverhalten sicherzustellen.