DE20102324U1

DE20102324U1 - Motor vehicle window with antenna structures

Info

Publication number: DE20102324U1
Application number: DE20102324U
Authority: DE
Original assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2001-02-08
Publication date: 2001-05-03
Anticipated expiration: 2011-02-09

Description

Kraftfahrzeugscheibe mit AntennenstrukturenVehicle window with antenna structures

Die Erfindung betrifft eine Sichtscheibe für ein Kraftfahrzeug mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattimgsmerkmalen.The invention relates to a viewing window for a motor vehicle with the generic features specified in the preamble of the main claim.

In die Scheibe sind erfindungsgemäß elektrisch leitende Strukturen - Flächen bzw. Leiterbahnen - integriert, die unter dem Gesichtspunkt optimaler Rundfunk-Empfangseigenschaften konfiguriert sind und zusätzlich der Beheizung der Scheibe dienen.According to the invention, electrically conductive structures - surfaces or conductor tracks - are integrated into the pane, which are configured from the point of view of optimal radio reception properties and additionally serve to heat the pane.

Es ist bekannt, Scheibenheizfelder, die originär für Zwecke der Entfrostung z.B.It is known that window heating panels, which were originally designed for defrosting purposes, e.g.

in Heckscheiben angeordnet sind, gleichzeitig für Antennenzwecke zu nutzen.arranged in rear windows, can also be used for antenna purposes.

In Europapatent Nr. 0 146 033 wird demgemäß vorgeschlagen, an eine solche, vom Autohersteller vorgegebene Heizfläche eine HF-Schaltung anzuschließen, die mit der Heizfläche einen Resonanzkreis bilden soll und die Heizfläche &ldquor;in Serien- bzw. in Parallelresonanz in der Nähe der Mitte des VHF-Bandes" bringt.Accordingly, European Patent No. 0 146 033 proposes connecting an RF circuit to such a heating surface specified by the car manufacturer, which is intended to form a resonance circuit with the heating surface and bring the heating surface "into series or parallel resonance near the center of the VHF band".

Tatsächlich profitiert EP 0 146 033 von der Tatsache, daß die Heizfläche in heutigen Kfz-Heckscheiben auf Grund ihrer Abmessungen ohnehin meist irgendwo innerhalb des Meterwellen-Bereichs (UKW) in Resonanz ist, weil die Scheibenbreite für diesen Bereich etwa einer halben Wellenlänge entspricht (siehe auch Nachrichtentechnische Zeitschrift H.In fact, EP 0 146 033 benefits from the fact that the heating surface in today's car rear windows, due to their dimensions, usually resonates somewhere within the meter wave range (VHF), because the window width for this range corresponds to about half a wavelength (see also Nachrichtentechnische Zeitschrift H.

1/1974, S. 20, unter 4.2 - UKW-Empfang).1/1974, p. 20, under 4.2 - FM reception).

Bei der Lösung nach EP 0 146 033 wird an der Struktur der Heizfläche bewußt nichts geändert. Die mit dieser Konstellation erzielbaren Empfangseigenschaften sind mittelmäßig.In the solution according to EP 0 146 033, the structure of the heating surface is deliberately not changed. The reception properties achievable with this configuration are mediocre.

Will man die Heizfläche auch für den Empfang im Lang- Mittel- und Kurzwellenbereich (AM) nutzen, muß man am Gleichstromanschluß eine hinreichend induktiv hochohmige Spulenanordnung vorsehen, um - als Voraussetzung für die Antennenfunktion - die Heizfläche gegen das niederohmige Bordnetz HF-mäßig zu isolieren. Gleichzeitig wird eine Sperrwirkung gegen die von der Fahrzeugelektronik erzeugten und auf dem Gleichstrom-Bordnetz vorhandenen HF-Störungen erzielt. Die Spulen werden wegen der hohen Induktivität und der hohen Heizströme aus dickem Draht und als Kernspulen ausgeführt und sind voluminös, schwer und teuer.If you want to use the heating surface for reception in the long, medium and short wave range (AM), you have to provide a sufficiently inductively high-impedance coil arrangement on the DC connection in order to isolate the heating surface from the low-impedance vehicle electrical system in terms of HF - as a prerequisite for the antenna function. At the same time, a blocking effect is achieved against the HF interference generated by the vehicle electronics and present in the DC vehicle electrical system. Due to the high inductance and the high heating currents, the coils are made of thick wire and as core coils and are bulky, heavy and expensive.

Ein der Lösung nach EP 0 146 033 konträres Prinzip besteht darin, das Leitungsdesign der Heizfläche zu verändern.A principle contrary to the solution according to EP 0 146 033 is to change the pipe design of the heating surface.

Mit bestimmten zusätzlichen Leiterelementen im Bereich der Heizfläche gelingt es speziell für den LMK-Bereich, die Anpassung der Struktur an die weiterführenden HF-Leitungen und Netzwerke positiv zu beeinflussen, den Empfangspegel im Meterwellenbereich anzuheben sowie den Empfang z.B. auch für vertikale Polarisation zu verbessern.With certain additional conductor elements in the area of the heating surface, it is possible, especially for the LMK range, to positively influence the adaptation of the structure to the further RF lines and networks, to increase the reception level in the meter wave range and to improve the reception, e.g. also for vertical polarization.

Es ist auch bekannt, das Heizfeld in zwei oder drei Sektoren aufzuteilen, die alle als Antennen für den UKW- und TV-Bereich betrieben werden. Jede Teilfläche wird nach dem Prinzip des Raumdiversity nach bestimmten Kriterien wahlweise zum Empfangsgerät durchgeschaltet.It is also known to divide the heating field into two or three sectors, all of which are operated as antennas for the VHF and TV ranges. Each sub-area is selectively connected to the receiving device according to the principle of room diversity and according to certain criteria.

Für den Empfang im Lang- Mittel- und Kurzwellenbereich (LMK) können, wenn auf der Scheibe genügend Platz zur Verfügung steht, separate, nicht beheizte Leiterstrukturen verwendet werden. Geeignet sind z.B. ein bis drei Drähte oder Leiterbahnen oder eine schmale leitende Fläche, die zwischen dem Heizfeld und der unteren oder der oberen Umrandung der Scheibe angeordnet ist.For reception in the long, medium and short wave range (LMW), separate, unheated conductor structures can be used if there is enough space on the pane. Suitable options include one to three wires or conductor tracks or a narrow conductive surface arranged between the heating field and the lower or upper edge of the pane.

Der Strahler für den zusätzlichen Niederfrequenzbereich steht also nicht in Verbindung mit dem Gleichstrom-Bordnetz, und man kann deshalb auf die oben erwähnte teure Spulenanordnung verzichten.The radiator for the additional low frequency range is therefore not connected to the DC vehicle electrical system, and the expensive coil arrangement mentioned above can therefore be dispensed with.

Bedingung für eine zufriedenstellende Funktion und Leistungsfähigkeit der unbeheizten separaten Leiterstruktur als LMK-Antenne sind genügend große Abstände zur metallischen Umrandung der Scheibe einerseits und zur Heizfläche andererseits.The prerequisite for a satisfactory function and performance of the unheated separate conductor structure as an LMK antenna is sufficiently large distances to the metallic border of the pane on the one hand and to the heating surface on the other.

Eine insgesamt 15 bis 20 cm breite freie Zone oberhalb oder unterhalb des Heizfelds ist deshalb anzustreben, und die mittige Position des separaten AM-Strahlers innerhalb dieser Zone gewährleistet gemeinhin den besten Empfang.A free zone of 15 to 20 cm wide above or below the heating field is therefore desirable, and the central position of the separate AM radiator within this zone generally ensures the best reception.

Die letztgenannte Bedingung bezüglich der räumlichen Anordnung stellt zugleich den Nachteil der Kombination von beheizten und unbeheizten Strukturen in einer Scheibe als Antennen für den Rundfunkempfang dar:The latter condition regarding the spatial arrangement also represents the disadvantage of combining heated and unheated structures in one disc as antennas for radio reception:

Je steiler die Heckscheibe ist, umso geringer ist in aller Regel auch das Höhenmaß der Scheibe in der Karosserie, z.B. bei Fahrzeugen mit steiler Heckklappe. Das Heizfeld reicht dann meist bis dicht an den unteren und den oberen Rand, um freie Sicht zu gewährleisten, und es ist nicht möglich, eine zusätzliche unbeheizte Leiterstruktur als Antenne für den niedrigen Frequenzbereich und außerdem ausreichende Abstände gegen die Leiter des Heizfelds und gegen die Scheibenumrandung vorzusehen.The steeper the rear window, the lower the height of the window in the body is generally, e.g. in vehicles with a steep tailgate. The heating field then usually extends close to the lower and upper edges to ensure a clear view, and it is not possible to provide an additional unheated conductor structure as an antenna for the low frequency range and also to provide sufficient distances from the conductors of the heating field and from the window frame.

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Es bliebe also nur die Heizfeld-Lösung mit den teuren Spulen hoher Induktivität oder die Wahl einer anderen Antennenposition am Fahrzeug.The only options left would be the heating field solution with the expensive high-inductance coils or choosing a different antenna position on the vehicle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Fahrzeugscheibe mehrere, unter HF-Gesichtspunkten optimierte Antennen für unterschiedliche Frequenzbereiche des Rundfunkempfangs anzuordnen und zusätzlich die Beheizung der gesamten Fläche zu gewährleistea Die Antennen sollen vorzugsweise Einzelstrahler für den Hörrundfünk-Empfang im UKW- und im LMK-Bereich bilden. Gleichzeitig soll auch der TV-Empfang auf den Frequenzen der terrestrischen Übertragung möglich sein. Die Anordnung soll hohe Empfangsqualität gewährleisten und mit einfachen und kostengünstigen Bauelelementen zu realisieren sein.The invention is based on the object of arranging several antennas, optimized from an RF point of view, for different frequency ranges of radio reception in a vehicle window and additionally guaranteeing heating of the entire surface. The antennas should preferably form individual radiators for radio reception in the VHF and LMK ranges. At the same time, TV reception should also be possible on the frequencies of terrestrial transmission. The arrangement should ensure high reception quality and be able to be implemented with simple and inexpensive components.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsvarianten und Details.This object is achieved with the features specified in the characterizing part of the main claim. The subclaims contain preferred embodiments and details.

Die Erfindung lautet also im Grundsatz: In einer Sichtscheibe eines Kraftfahrzeugs werden aus leitenden Strukturen unter HF-technischen Gesichtspunkten und Erfordernissen einzelne Antennen für unterschiedliche Frequenzen gebildet, die über die gesamte Scheibenfläche verteilt sind, sowie Mittel zur HF-mäßigen Entkopplung einzelner Strahler gegen die metallische Scheibenumrandung bzw. gegen andere Strahler. Sämtliche Leiterstrukturen in der Scheibe sind beheizbar. Jede Struktur ist einzeln an das Gleichstrom-Bordnetz angeschlossen. Um die für die Antennenfunktion in bestimmten Frequenzen erforderlichen elektrischen Eigenschaften und HF-Parameter zu gewährleisten und um die Einkopplung bordeigener HF-Störungen zu verhindern, wird hier jede einzelne Struktur an ihrer Anschlußstelle in der schon beschriebenen Weise HF-mäßig isoliert.The invention is thus basically as follows: In a window of a motor vehicle, individual antennas for different frequencies are formed from conductive structures in accordance with RF technical aspects and requirements. These antennas are distributed over the entire window surface, as well as means for RF decoupling of individual radiators from the metal window frame or from other radiators. All conductor structures in the window can be heated. Each structure is individually connected to the DC on-board network. In order to guarantee the electrical properties and RF parameters required for the antenna function at certain frequencies and to prevent the coupling of on-board RF interference, each individual structure is RF-insulated at its connection point in the manner already described.

Die praktische Realisierung geschieht nach einem denkbar einfachen Prinzip: Ausgangspunkt sind z.B. Leiterbahnen, die in bzw. auf der Scheibenfläche parallel bzw. quasi parallel angeordnet sind und wie sie in bekannter Weise auch für die Scheibenheizung üblich sind.The practical implementation is based on a very simple principle: the starting point is, for example, conductor tracks that are arranged parallel or quasi-parallel in or on the window surface and are also common for window heating.

Die Leiterbahnen werden zu zweit oder zu dritt zusammengefaßt und bilden eine Antenne. Daneben gibt es z.B. einzelne Leiterbahnen als Entkopplungsstrukturen.The conductor tracks are combined in pairs or threes to form an antenna. There are also individual conductor tracks as decoupling structures.

Die mögliche Zahl der Antennen hängt von der Größe der Scheibe, von den Frequenzen und von den geforderten Leistungsparametern der Antennen ab. Es können auch mehr als zwei oder drei Leiterbahnen zu einem Strahler zusammengefaßt werden. Dieses Beispiel gilt fiir die Anordnung von Leiterbahnen bzw. Drähten in der Scheibe. Wenn die Scheibe als ganzes metallisiert ist, d.h. wenn ihre Oberfläche eine dünne Metallschicht trägt oder wenn eine elekktrisch leitende Folie in eine Verbundglasscheibe eingelegt ist, werden die erfindungsgemäßen Leiterstrukturen aus Teilflächen dieser Metallisierung gebildet. Die Teilflächen werden durch Zonen ohne Metallisierung getrennt, die sehr schmal (und damit für das Auge unsichtbar) sein können.The possible number of antennas depends on the size of the pane, the frequencies and the required performance parameters of the antennas. More than two or three conductor tracks can also be combined to form a radiator. This example applies to the arrangement of conductor tracks or wires in the pane. If the pane is metallized as a whole, i.e. if its surface has a thin metal layer or if an electrically conductive film is inserted into a laminated glass pane, the conductor structures according to the invention are formed from partial areas of this metallization. The partial areas are separated by zones without metallization, which can be very narrow (and thus invisible to the eye).

Mit der Erfindung wird gesichert, daß die gesamte Fläche einer beliebig großen (oder kleinen) und beliebig gestalteten Sichtscheibe - vor allem der Heck- und u.U. einer Frontscheibe komplett für Antennenzwecke in unterschiedlichen Frequenzbereichen genutzt werden kann.The invention ensures that the entire surface of a viewing window of any size (or small) and any design - especially the rear window and possibly a front window - can be used completely for antenna purposes in different frequency ranges.

Gleichzeitig bleibt die Beheizungsfunktion für die gesamte Fläche erhalten.At the same time, the heating function is maintained for the entire area.

Das ist - wie bezweckt - vor allem bei Scheiben von Bedeutung, die zwar die gesamte Breite des Fahrzeugs einnehmen, deren andere Erstreckung jedoch relativ gering ist, wie Heckscheiben bei Kompaktfahrzeugen mit Steilheck. Die Aufteilung der leitendenden Strukturen in Teilstrukturen ist für den Betrachter nicht erkennbar.This is - as intended - particularly important for windows that take up the entire width of the vehicle but whose other extension is relatively small, such as rear windows in compact hatchback vehicles. The division of the conductive structures into substructures is not visible to the observer.

Die Vorteile der Erfindung resultieren des weiteren aus der Aufteilung des Heizfelds und damit des Heizstroms auf mehrere separate Flächen und Strukturen. Über die Teilflächen fließen naturgemäß geringere Ströme, so daß die Bauelelemente der Heizstrom-Anschlüsse sehr klein dimensioniert werden können und damit kostengünstig sind.The advantages of the invention also result from the division of the heating field and thus the heating current into several separate surfaces and structures. Naturally, lower currents flow across the partial surfaces, so that the components of the heating current connections can be dimensioned very small and are therefore cost-effective.

Die erfindungsgemäßen Entkopplungsstrukturen sind vor allem fur niederfrequente Bereiche, wie LMK, von Bedeutung. Hier sollen sie die kapazitive Belastung der Antennen durch umgebende metallische Strukturen, z.B. Karosserie und Antennen anderer Frequenzen, reduzieren..The decoupling structures according to the invention are particularly important for low-frequency ranges, such as LMK. Here they are intended to reduce the capacitive load on the antennas caused by surrounding metallic structures, e.g. bodywork and antennas of other frequencies.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments.

In der zugehörigen Zeichnung zeigenIn the accompanying drawing

Figur 1. Beispiel für die Aufteilung eines Felds aus horizontalen LeiterbahnenFigure 1. Example of the division of a field of horizontal conductor tracks

a) Ausführung des vorhandenen Heizfelds an einem handelsüblichen Fahrzeuga) Implementation of the existing heating field on a standard vehicle

b) Erfindungsgemäße Aufteilung in Antennen für unterschiedliche Frequenzen Figur 2. Sichtscheibe mit Metallisierungb) Inventive division into antennas for different frequencies Figure 2. Viewing window with metallization

In Figur 1 wird schematisch die Heckscheibe eines aktuellen Kompakt-Pkw mit Steilheck mit ihren Abmessungen und den Maßen des Heizfelds gezeigt. Das Fahrzeug ist gegenwärtig mit einer Dachantenne ausgestattet. Bei der Scheibe sindFigure 1 shows a schematic of the rear window of a current compact hatchback car with its dimensions and the dimensions of the heating field. The vehicle is currently equipped with a roof antenna.

1 metallische Scheibenumrandung1 metallic disc border

2 Sammelleiter2 Collector

3 Leiterbahn als Heizleiter3 Conductor track as heating conductor

In Figur 1 a ist zu erkennen, daß die Scheibe zwar der üblichen Breite heutiger Fahrzeuge entspricht. Das Höhenmaß von 470 mm ist jedoch so gering, daß es wegen des sehr großen Anstellwinkels der Scheibe (fest senkrecht) nicht möglich wäre, etwa z.B. eine separate, unbeheizte Struktur als Antenne für LMK-Empfang, mit dem oben beschriebenen Platzbedarf, anzuordnen. Man könnte dann die Scheibe quasi nur zur HaMe beheizen. Bei dem Beispiel beträgt der Abstand der Heizleiter 3 A = 30 mm und der Abstand zur Umrandung 1 der Scheibe oberhalb und unterhalb des Heizfelds je B = 40 mm.In Figure 1a it can be seen that the window corresponds to the usual width of today's vehicles. However, the height of 470 mm is so small that due to the very large angle of the window (fixed vertical) it would not be possible to arrange a separate, unheated structure as an antenna for LMK reception, with the space requirements described above. The window could then be heated only for the HaMe. In the example, the distance between the heating conductors 3 is A = 30 mm and the distance to the edge 1 of the window above and below the heating field is B = 40 mm each.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung in Figur 1 b wurden die Abstände A und B beibehalten. Ebenso ist gewährleistet, daß die gesamte Scheibenfläche beheizbar ist. Der Unterschied zu Figur 1 a besteht darin, daß innerhalb der Scheibenumrandung sechs separate Leiterstrukturen angeordnet sind, von denen drei Antennen für unterschiedliche Frequenzen darstellen. Mit der erfindungsgemäßen An- und Zuordnung dieser Antennen sind die unter HF-Gesichtpunkten besten Voraussetzungen für einen optimalen Empfang im jeweiligen Frequenzbereich gegeben. Dabei sindIn the embodiment according to the invention in Figure 1 b, the distances A and B were retained. It is also ensured that the entire pane surface can be heated. The difference to Figure 1 a is that six separate conductor structures are arranged within the pane border, three of which represent antennas for different frequencies. With the arrangement and assignment of these antennas according to the invention, the best conditions for optimal reception in the respective frequency range are provided from an RF perspective.

4 Antenne für LMK-Empfang4 Antenna for LMK reception

5 Antenne für terrestrischen TV-Empfang5 Antenna for terrestrial TV reception

6 Antenne UKW-Empfang6 Antenna FM reception

Hinzu kommen die Entkopplungsstrukturen 7, die die Antennen gegeneinander und die obere Antenne 4 gegen die Scheibenumrandung entkoppeln. Mit 8 sind die elektrischen Anschlüsse bezeichnet.In addition, there are the decoupling structures 7, which decouple the antennas from each other and the upper antenna 4 from the window frame. The electrical connections are designated with 8.

In Figur 2 wird eine erfindungsgemäße Strukturierung für eine Scheibe mit metallisierter Oberfläche bzw. Zwischenlage gezeigt. Die Strukturierung wird durch Schlitze 9 in der Metallisierung erzielt. Man erhält z.B. eine LMK-Antenne 4', eine UKW-Antenne 6' und eine Antenne 5' für terrestrischen TV-Empfang sowie Entkopplungsstmkturen T. Figure 2 shows a structuring according to the invention for a pane with a metallized surface or intermediate layer. The structuring is achieved by slots 9 in the metallization. This gives, for example, an LMK antenna 4', an FM antenna 6' and an antenna 5' for terrestrial TV reception as well as decoupling structures T.

Claims

1. A visor for a motor vehicle, equipped with conductive structures serving as antennas and for heating purposes, characterised by the following features:

- the structures cover the entire visible surface of the pane and are divided into preferably more than two partial surfaces and structures ( 4 , 5 , 6 , 7 , 4 ', 5 ', 6 ', 7 '),

- the sub-areas and structures are spatially and HF-wise separated from each other,

- the partial surfaces ( 4 , 5 , 6 , 4 ', 5 ', 6 ') form antennas for different frequency ranges, preferably for radio reception, and have different RF resistance values, each corresponding to a specific operating frequency range,

- the receiving partial surfaces are separated from each other by decoupling structures ( 7 , 7 '), which are preferably not used as antennas,

- a decoupling structure ( 7 , 7 ') is arranged between a partial surface ( 4 , 4 ') for AM reception and the metallic disc border ( 1 ),

- to heat the window, all partial surfaces and structures are connected to the on-board network, with each partial surface preferably being assigned its own separate connection ( 8 ).

2. Viewing window with conductive structures according to claim 1, characterized by a horizontal division of the surface formed from the conductive structures.

3. Viewing window with conductive structures according to claim 1, characterized by a division of the area formed from conductive structures orthogonal to the window width.

4. Viewing window with conductive structures according to claim 1, characterized by the arrangement of the connections ( 8 ) on opposite sides of the partial surfaces.

5. Viewing window with conductive structures according to claim 1, characterized by the arrangement of both connections ( 8 ) of a partial area virtually next to one another on the same edge of the window, the partial area being designed in such a way that the current path runs in a U-shape or meandering manner.

6. Viewing window with conductive structures according to claim 1, characterized by the use of the decoupling structures ( 7 , 7 ') additionally as antennas for preferably higher frequencies.