[0001] 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 Scheibenrändern benachbarten
Enden jeweils durch eine quer zu den Heizleitern verlaufende Sammelschiene 4a,b zur
Zuführung des Heizgleichstroms verbunden sind.
[0002] Antennen dieser Art sind bekannt z.B. aus DE 3618452.A1 und aus der Offenlegungsschrift
DE 3719692 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.
[0003] 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 3618452, Fig. 7, (Blöcke
6a, b, c, d) und in DE 3719692 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.
[0004] 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.
[0005] 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 oben genannten Einschränkungen nicht bestehen.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs
angegebenen Merkmale gelöst.
[0007] 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 bereichweise 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 8a 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 beschaltet
ist.
Fig. 10a: Antenne nach der Erfindung mit Heizdrähten in einer Verbundglasscheibe auf
der einen Seite der Kunstsstoffolie 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.
[0008] 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 Widerstandwert zu erreichen, oder bei Fahrzeugen
aus Zweischeiben-Verbundglas, zwischen die beiden Glasscheiben, z.B. in Form von dünnen
Wolframdrähten, eingelegt.
[0009] 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 Antennen für den Meterwellenbereich mit den in der Offenlegungsschrift
DE 3719692 A1 angegebenen guten Eigenschaften nicht zulassen.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] Dies 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 entkoppelt 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.
[0013] Druckt man sowohl die Antennenleiter 6 als auch die Heizleiter 5 auf die Scheibe
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.
[0014] 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.
[0015] Im Fall der galvanischen Verbindung an den Kreuzungspunkten stellt der erste Leiterteil
6 der Antennenleiter für die Heizströme unerwünschte Nebenschlüsse dar, über die Ausgleichströme
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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] Kann der Abstand 26 (s. 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.
[0023] 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.
[0024] 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 polarisierter Wellen wesentlich.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] 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 Antennenanschlußpunkten 8a und 8b im Empfangsfall die Empfangsspannung
abgegriffen werden und im Sendefall die Sendespannung eingespeist werden kann.
[0029] 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. 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.
[0030] 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.
[0031] 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.
[0032] 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.
[0033] 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.
[0034] 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.
[0035] Die Heizströme werden über die Sammelschienen-Anschlußklemmen 15 a 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.
[0036] 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.
[0037] 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.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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.
[0041] Zusammenfassend werden einige Vorteile von Antennen nach der Erfindung stichpunktartig
aufgelistet:
- 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.
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:)
Anspruch 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)
Anspruch 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)
Anspruch 4)
Antenne 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)
Anspruch 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:
Anspruch 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)
Anspruch 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.
Anspruch 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)
Anspruch 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:
Anspruch 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)
Anspruch 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)
Anspruch 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)
Anspruch 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)
Anspruch 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)
Anspruch 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)
Anspruch 16)
Antenne nach Anspruch 7 bis 15
dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen über phasen- und amplitudengewichtende Netzwerke
zusammengeschaltet sind, sodaß ein gewünschtes Richtdiagramm erzeugt wird.
Anspruch 17)
Antenne nach Anspruch 7 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Antennen für Antennendiversityzwecke
eingesetzt sind.
Anspruch 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)