CH718601A1

CH718601A1 - Broadband antenna arrangement.

Info

Publication number: CH718601A1
Application number: CH00486/21A
Authority: CH
Inventors: Oppliger Hanspeter
Original assignee: Wavelab Eng Ag
Priority date: 2021-05-04
Filing date: 2021-05-04
Publication date: 2022-11-15
Also published as: EP4087055A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine breitbandige Antennenanordnung (1) für ein Schienenfahrzeug, umfassend eine Grundplatte (10) mit einer Öffnung (12), in die ein koaxiales Steckerelement anordenbar ist, ein monopolförmiges Strahlerelement (20), umfassend mindestens einen Strahlerabschnitt (21) mit einem Fusspunkt (22), nahegelegen der Grundplatte (10), und einer sich parallel zur Grundfläche erstreckenden Abschlussfläche (26), wobei das Strahlerelement (20) divergierende Wände (23a, 23b) in dem mindestens einen Strahlerabschnitt (21) aufweist und Haltemittel (40) zur Verbindung des Strahlerelements (20) mit der Grundplatte (10). Das Strahlerelement (20) ist in Form einer Pyramide mit der Abschlussfläche (26) als rechteckförmige Basis mit einer Länge (27), die ein Vielfaches einer Breite (28) der Abschlussfläche (26) beträgt und die Haltemittel (40) sind als Strukturabschnitte (31a, 31b) ausgebildet wobei sich ein erster Strukturabschnitt (31a) an einem ersten Ende und ein zweiter Strukturabschnitt (31b) an einem gegenüberliegenden zweiten Ende (30b) des Strahlerelements (20) anschliessen und mindestens eine der ersten und zweiten Strukturabschnitte (31a, 31b) mittels einer Stütze (32a, 32b) an der Grundplatte abstützbar ist, wobei eine Antennenstruktur (200) gebildet ist.The present invention relates to a broadband antenna arrangement (1) for a rail vehicle, comprising a base plate (10) with an opening (12) into which a coaxial plug element can be arranged, a monopole-shaped radiator element (20) comprising at least one radiator section (21). a base (22) close to the base plate (10) and a closing surface (26) extending parallel to the base surface, the radiating element (20) having diverging walls (23a, 23b) in the at least one radiating section (21) and holding means ( 40) for connecting the radiator element (20) to the base plate (10). The radiator element (20) is in the form of a pyramid with the end surface (26) as a rectangular base with a length (27) which is a multiple of a width (28) of the end surface (26) and the holding means (40) are designed as structural sections ( 31a, 31b), with a first structural section (31a) adjoining a first end and a second structural section (31b) adjoining an opposite second end (30b) of the radiator element (20) and at least one of the first and second structural sections (31a, 31b ) can be supported on the base plate by means of a support (32a, 32b), an antenna structure (200) being formed.

Description

Technisches Gebiet der ErfindungTechnical field of the invention

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine breitbandige Antennenanordnung, insbesondere geeignet für Schienenfahrzeuge. The present invention relates to a broadband antenna arrangement, particularly suitable for rail vehicles.

Stand der TechnikState of the art

[0002] Antennen sind essenzielle Bestandteile jedes drahtlosen Kommunikationssystems, um einen ungestörten Empfang und eine effiziente störungsfreie Kommunikation zu gewährleisten. Jede Anwendung nutzt unterschiedliche Frequenzbänder und ein universeller Einsatz erfordert eine breitbandige Antennenanordnung mit reduzierter Komplexität und gleichzeitig erhöhter Leistungsfähigkeit. Bei Anwendungen in Schienenfahrzeugen und/oder Transportfahrzeugen sind darüber hinaus noch Anforderungen an die mechanische Robustheit, insbesondere in Bezug auf Vibrationen und Stösse sowie hinsichtlich stark wechselnder Umwelteinflüsse und hohe gesetzliche Sicherheitsanforderungen zu beachten. Neben Schienenfahrzeugen können auch andere Fahrzeuge wie Kraftfahrzeuge oder Schiffe bzw. andere Verkehrsmittel wie U-Bahnen oder Strassenbahnen mit einer Antennenanordnung ausgestattet werden, um eine drahtlose Kommunikationsverbindung in unterschiedlichsten Frequenzbereichen zu gewährleisten. [0002] Antennas are essential components of every wireless communication system in order to ensure undisturbed reception and efficient, interference-free communication. Each application uses different frequency bands and universal use requires a broadband antenna arrangement with reduced complexity and increased performance at the same time. In the case of applications in rail vehicles and/or transport vehicles, there are also requirements for mechanical robustness, in particular with regard to vibrations and impacts, as well as with regard to strongly changing environmental influences and high legal safety requirements. In addition to rail vehicles, other vehicles such as motor vehicles or ships or other means of transport such as underground trains or trams can also be equipped with an antenna arrangement in order to ensure a wireless communication link in a wide variety of frequency ranges.

[0003] Bekannte im Transportwesen einsetzbare als omnidirektionale Antennen ausgebildete Antennenanordnungen umfassen einen Rundstrahler, welcher aufgrund seiner erzielbaren Breitbandigkeit alle momentan gängigen Frequenzbereiche abdeckt, die internationalen Funkstandards unterstützt und störfest ist. Derartige Antennenanordnungen schaffen Voraussetzungen für zukunftsfähige Kommunikations- und Navigationssysteme, welche auch unter erschwerten Bedingungen zuverlässig Satellitensignale für eine präzise Positionsbestimmung und störungsfreie Navigation empfangen. Known antenna arrangements designed as omnidirectional antennas that can be used in the transport sector include an omnidirectional antenna element which, due to its achievable broadband capability, covers all currently common frequency ranges, supports international radio standards and is immune to interference. Such antenna arrangements create the conditions for future-proof communication and navigation systems, which reliably receive satellite signals for precise position determination and trouble-free navigation even under difficult conditions.

[0004] So ist zum Beispiel aus EP 3 276 745 A1 eine breitbandige omnidirektionale Antenne für Schienenfahrzeuge bekannt, umfassend eine Grundplatte und einen monopolförmigen Strahler mit kegelförmigen Abschnitten, welcher sich senkrecht von der Grundplatte erstreckt und mittels divergierender Wände einen Aufnahmeraum bildet. Der Strahler ist ein Rundstrahler, dessen Form eine Aussenkontur aufweist, welche formschlüssig in eine schalen- oder wannenförmige Aufnahmevorrichtung aufgenommen ist. Der Strahler ist mittels einer Halteeinrichtung mit der Grundplatte verbunden, welche mittels einer Verbindungskomponente den Strahler einseitig abstützt. Angegeben ist, dass die Antenne in einem Frequenzbereich von 697 MHz bis 6000 MHz betreibbar ist. Um den unteren Frequenzbereich zu erweitern müsste ein höher bauender Strahler vorgesehen sein, was aber je nach Einbauort nicht oder nur begrenzt möglich ist. For example, a broadband omnidirectional antenna for rail vehicles is known from EP 3 276 745 A1, comprising a base plate and a monopole-shaped radiator with conical sections, which extends perpendicularly from the base plate and forms a receiving space by means of diverging walls. The emitter is an omnidirectional emitter, the shape of which has an outer contour which is accommodated in a form-fitting manner in a bowl-shaped or trough-shaped receiving device. The radiator is connected to the base plate by means of a holding device, which supports the radiator on one side by means of a connection component. It is stated that the antenna can be operated in a frequency range from 697 MHz to 6000 MHz. In order to expand the lower frequency range, a higher radiator would have to be provided, but this is not possible or only possible to a limited extent depending on the installation location.

[0005] Aus WO 2007/048258 A1 ist eine Antennenanordnung bekannt, umfassend eine Breitband-Monopol-Antenne mit einem rotationssymmetrischen Strahler mit Grundkörpern, welche koaxial hintereinander angeordnet sind und einer elektrisch leitenden Grundplatte. Der Strahler weist einen zur Grundplatte hin sich verjüngenden elektrisch leitenden Grundkörper auf, der am unteren Ende einen Einspeisepunkt für die HF-Leitung hat und einen am oberen Ende sich anschliessenden weiteren elektrisch leitenden Grundkörper, welcher am oberen Rand mittels eines Verbindungsmittels elektrisch leitend an einer Stelle mit der Grundplatte verbindbar ist. Das strahlende Element erreicht durch seine Form eine omnidirektionale Abstrahlung mit hoher Bandbreite. Allerdings kann auch hier die untere Frequenzgrenze nicht oder nur in engen Grenzen durch eine höher bauende Antenne zu niedrigeren Werten verschoben werden, da eine beschränkte zulässige Höhe der Antenne einzuhalten ist. An antenna arrangement is known from WO 2007/048258 A1, comprising a broadband monopole antenna with a rotationally symmetrical radiator with base bodies which are arranged coaxially one behind the other and an electrically conductive base plate. The radiator has an electrically conductive base body that tapers towards the base plate, which has a feed point for the HF line at the lower end and a further electrically conductive base body that adjoins the upper end and is electrically conductive at one point at the upper edge by means of a connecting means can be connected to the base plate. Due to its shape, the radiating element achieves omnidirectional radiation with a high bandwidth. However, here too the lower frequency limit cannot be shifted to lower values, or only within narrow limits, by means of a higher antenna, since the antenna must be within a limited permissible height.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

[0006] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine kompakte und robuste Antennenanordnung mit einer Breitband-Monopol-Antenne vorzusehen, welche über bekannte Antennenanordnungen hinaus einen breiten Frequenzbereich mit einer flachbauenden Antennenanordnung abdeckt. Dieser Frequenzbereich kann sowohl Frequenzen von ≤ 700 MHz, insbesondere ≤ 690 MHz und hohe Frequenzen ≥ 6000 MHz, insbesondere bis 6500 MHz, überdecken. Darüber hinaus ist die Antennenanordnung für den Einsatz im Transportbereich geeignet, insbesondere für Schienenfahrzeuge unter Erfüllung aller Sicherheitsanforderungen. Es soll eine vergleichsweise niedrig bauende, sehr breitbandfähige Antennenanordnung geschaffen werden, um insbesondere auch den aerodynamischen Luftwiderstand des Schienenfahrzeugs niedrig zu halten und eine vorgeschriebene Hüllkurve des Schienenfahrzeugs einzuhalten. It is therefore an object of the invention to provide a compact and robust antenna arrangement with a broadband monopole antenna, which covers a wide frequency range with a flat antenna arrangement beyond known antenna arrangements. This frequency range can cover frequencies of ≦700 MHz, in particular ≦690 MHz, and high frequencies ≧6000 MHz, in particular up to 6500 MHz. In addition, the antenna arrangement is suitable for use in the transport sector, in particular for rail vehicles, while meeting all safety requirements. A comparatively low-profile, very broadband-capable antenna arrangement is to be created in order in particular to keep the aerodynamic air resistance of the rail vehicle low and to comply with a prescribed envelope of the rail vehicle.

[0007] Die Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung werden durch die abhängigen Ansprüche wiedergegeben. The object is achieved in particular by the features of independent claim 1. Advantageous developments of the invention are reflected in the dependent claims.

[0008] Ausgehend von einer an sich bekannten Antenne wird eine breitbandige Antennenanordnung für ein Schienenfahrzeug vorgeschlagen, umfassend eine Grundplatte mit einer Öffnung, in die ein koaxiales Steckerelement anordenbar ist, ein monopolförmiges Strahlerelement, umfassend mindestens einen Strahlerabschnitt mit einem Fusspunkt, nahegelegen der Grundplatte, und einer sich parallel zur Grundplatte erstreckenden Abschlussfläche in einer Ebene quer zu einer Längsachse, wobei das Strahlerelement divergierende Wände in dem mindestens einen Strahlerabschnitt aufweist und Haltemittel zur Verbindung des Strahlerelements mit der Grundplatte. Proceeding from an antenna that is known per se, a broadband antenna arrangement for a rail vehicle is proposed, comprising a base plate with an opening into which a coaxial plug element can be arranged, a monopole-shaped radiator element, comprising at least one radiator section with a base point close to the base plate, and an end surface extending parallel to the base plate in a plane transverse to a longitudinal axis, the radiating element having diverging walls in the at least one radiating section and retaining means for connecting the radiating element to the base plate.

[0009] Die Antennenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlerelement in Form einer Pyramide mit der Abschlussfläche als rechteckförmige Basis mit einer Länge ausgebildet ist, die ein Vielfaches einer Breite der Abschlussfläche ist und die Haltemittel als Strukturabschnitte ausgebildet sind, wobei sich ein erster Strukturabschnitt an einem ersten Ende und ein zweiter Strukturabschnitt an einem gegenüberliegenden zweiten Ende des Strahlerelements anschliessen und mindestens einer der ersten und zweiten Strukturabschnitte mittels einer Stütze an der Grundplatte abstützbar ist, wobei eine Antennenstruktur gebildet ist. The antenna arrangement is characterized in that the radiating element is designed in the form of a pyramid with the end surface as a rectangular base with a length that is a multiple of the width of the end surface and the holding means are designed as structural sections, with a first structural section at connect a first end and a second structural section to an opposite second end of the radiating element and at least one of the first and second structural sections can be supported on the base plate by means of a support, an antenna structure being formed.

[0010] Die Form des Strahlerelements umfasst von dem unteren Strahlerabschnitt ausgehende, sich zu der oberen rechteckförmigen Abschlussfläche erstreckende divergierende Wände. Dabei können die divergierenden Wände das Strahlerelement abschnittsweise gegen die Längsachse unterschiedlich geneigt sein. Die Wände selbst können in sich eine Wölbung haben. The shape of the radiating element comprises diverging walls extending from the lower radiating section to the upper rectangular end surface. In this case, the diverging walls of the radiator element can be inclined differently in sections relative to the longitudinal axis. The walls themselves may have a bulge in themselves.

[0011] Die Form des Strahlerelements kann auch beschrieben werden als beschnittener Kegel oder Konus, wobei ein flacher oder schlanker Kegel oder Konus entsteht mit einer näherungsweise rechteckförmigen Querschnittsfläche, die ausgehend von dem unteren Fusspunkt sich vergrössert. Ansatzweise kann das Strahlerelement als eine auf der Spitze stehende Pyramide mit einer rechteckigen Grundfläche bzw. Basis beschrieben werden. The shape of the radiator element can also be described as a trimmed cone or cone, with a flat or slender cone or cone being formed with an approximately rectangular cross-sectional area, which increases starting from the lower base. The radiating element can be roughly described as a pyramid standing on its apex with a rectangular base.

[0012] Das Strahlerelement kann zumindest teilweise als ein Hohlkörper ausgebildet sein, umfassend einen Hohlraum, welcher quer zur Längsachse Querschnittsflächen aufweist, die sich entlang der Längsachse in Richtung der Abschlussfläche verbreitern. Insbesondere können die Querschnittsflächen des Hohlraums oval oder rechteckig sein, wobei sie sich, ausgehend von dem unteren Strahlerabschnitt in Richtung des oberen Endes des Strahlerelements verbreitern. Ein derartiges Strahlerelement mit einem solchen Aufnahmeraum zeigt keine oder nur geringfügige Auswirkungen auf die Breitbandfähigkeit der Antennenanordnung, aber reduziert vorteilhaft deren Masse. The radiator element can be at least partially formed as a hollow body, comprising a cavity which has cross-sectional areas transverse to the longitudinal axis, which widen along the longitudinal axis in the direction of the end surface. In particular, the cross-sectional areas of the cavity can be oval or rectangular, widening starting from the lower radiator section in the direction of the upper end of the radiator element. Such a radiator element with such a receiving space shows little or no effect on the broadband capability of the antenna arrangement, but advantageously reduces its mass.

[0013] Das zumindest in einem Bereich in der Form einer auf der Spitze stehenden flachen Pyramide oder eines schlanken Trichters ausgebildete Strahlerelement mündet in bzw. geht aus von einem Fussbereich bzw. dem Fusspunkt, welcher eingerichtet ist, um an der Grundplatte aufnehmbar oder verbindbar zu sein. Das gemäss der Erfindung neugestaltete Strahlerelement, welches in Abwandlung von einer an sich bekannten Kegel- bzw. Konus-Form hin zu einer schlanken bzw. flachen Pyramiden-Form ausgebildet ist, hat überraschend keinen oder nur einen geringen negativen Einfluss auf die Breitbandfähigkeit des Strahlerelements verglichen mit den bekannten kegel-, konus- und/oder zylinderförmigen rotationssymmetrischen Strahlern. Aber diese Form erweist sich aber als besonders geeignet für einen Einsatzort auf einem Schienenfahrzeug. The radiator element, which is designed at least in one area in the form of a flat pyramid standing on its tip or of a slender funnel, opens into or emanates from a foot area or the foot point, which is designed to be attachable or connectable to the base plate be. The newly designed radiator element according to the invention, which is designed in a modification from a known cone or cone shape to a slim or flat pyramid shape, surprisingly has little or no negative influence on the broadband capability of the radiator element with the known conical, conical and/or cylindrical rotationally symmetrical radiators. But this form proves to be particularly suitable for a location on a rail vehicle.

[0014] Die flache oder schlanke Form des Strahlerelements ist derart ausgebildet, dass dessen oberes Ende die senkrecht zur Längsachse sich erstreckende rechteckige ebene Abschlussfläche bildet. Diese Abschlussfläche weist eine Breite und eine Länge in einer Ebene quer zur Längsachse auf, welche derart wählbar sind, dass die gesamte Antennenanordnung die Anforderungen der Breitbandigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Masse erfüllt. Die Breite der Abschlussfläche des oberen Ende des Strahlerelements kann zumindest teilweise einer Breite der sich daran anschliessenden Strukturabschnitte entsprechen. The flat or slender shape of the radiator element is designed in such a way that its upper end forms the rectangular, planar end surface extending perpendicularly to the longitudinal axis. This end surface has a width and a length in a plane transverse to the longitudinal axis, which can be selected in such a way that the entire antenna arrangement meets the broadband requirements while reducing the mass at the same time. The width of the end surface of the upper end of the radiator element can at least partially correspond to a width of the structural sections adjoining it.

[0015] Um eine noch niedriger bauende Antenne zu schaffen, wird die Antennenstruktur insgesamt in die Länge, d.h. in einer Ebene quer zur Längsachse, gestreckt, bzw. die Abmessung der Antennenstruktur parallel zur Grundplatte sind anpassbar. In einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Strahlerelements weist die Antennenstruktur demnach eine längsgestreckte Form auf, einschliesslich der von sich an die Abschlussfläche des Strahlerelements anschliessenden Strukturabschnitte. Diese werden auch als Kurzschlüsse bezeichnet, welche die Erdung aller Metallteile der Antennenstruktur mittels entsprechend ausgebildeter erster und zweiter Stützen sichern. Die Kurzschlüsse bzw. die auf diese Weise bereitgestellten Verbindungen zur Grundplatte sind so massiv ausgebildet, dass ein vorgeschriebener Hochstromtest für den Einsatz der Antennenanordnung im Schienenverkehr erfüllt ist. Denkbar ist aber auch, dass nur eine Stütze und das entsprechende Strukturelement einen Kurzschluss bereitstellen. Falls eine weitere Stütze vorgesehen ist, um eine Stabilisierung zu erreichen, kann diese aus einem Material gefertigt sein, welches keinen Kurzschluss darstellt. In order to create an even lower antenna, the antenna structure is stretched overall in length, i.e. in a plane transverse to the longitudinal axis, or the dimensions of the antenna structure parallel to the base plate can be adjusted. In a plane perpendicular to the longitudinal axis of the radiating element, the antenna structure accordingly has an elongated shape, including the structure sections adjoining the end face of the radiating element. These are also referred to as short circuits, which ensure that all metal parts of the antenna structure are grounded by means of appropriately designed first and second supports. The short circuits or the connections to the base plate provided in this way are designed to be so solid that a prescribed high-current test for the use of the antenna arrangement in rail traffic is met. However, it is also conceivable that only one support and the corresponding structural element provide a short circuit. If a further support is provided in order to achieve stabilization, this can be made of a material which does not represent a short circuit.

[0016] Vorzugsweise sind die Abmessungen der Antennenstruktur der Antennenanordnung so gewählt, dass unter Berücksichtigung einer Rückflussdämpfung von - 10 dB oder ein noch niedrigerer Wert einen Frequenzbereich von zumindest etwa 690 MHz bis 6500 MHz abgedeckt ist. Insbesondere liegt in einem X-Y-Z-Koordinatensystem die maximale Höhe der Antennenanordnung in Z-Richtung im Bereich von 30 mm bis 50 mm, eine maximale Breite in Y-Richtung im Bereich von etwa 80 mm bis 120 mm und eine Länge in X-Richtung im Bereich von 120 mm bis 160 mm. Mit diesen Abmessungen können Anforderungen für einen Einsatz im Schienenverkehr erfüllt werden. Andere Abmessungen sind aber ebenfalls denkbar, wobei die Form einzelner Abschnitte der Antennenstruktur anpassbar sind. Insbesondere kann im Falle einer Antennenanordnung, welche nicht im Schienenverkehr eingesetzt wird und beispielsweise nicht Hochstromanforderungen zu erfüllen hat, deren Höhe in weiteren Bereichen variieren. The dimensions of the antenna structure of the antenna arrangement are preferably chosen such that, taking into account a return loss of −10 dB or an even lower value, a frequency range of at least approximately 690 MHz to 6500 MHz is covered. In particular, in an X-Y-Z coordinate system, the maximum height of the antenna arrangement in the Z direction is in the range of 30 mm to 50 mm, a maximum width in the Y direction is in the range of about 80 mm to 120 mm and a length in the X direction is in the range from 120mm to 160mm. With these dimensions, requirements for use in rail transport can be met. However, other dimensions are also conceivable, with the shape of individual sections of the antenna structure being adaptable. In particular, in the case of an antenna arrangement which is not used in rail traffic and does not have to meet high-current requirements, for example, its level can vary within a wide range.

[0017] In einer Ausführungsform der Antennenanordnung kann die Antennenstruktur neben dem Strahlerelement mehrere Strukturelemente umfassen, welche miteinander verbindbar den ersten Strukturabschnitt und/oder den zweiten Strukturabschnitt bilden. In one embodiment of the antenna arrangement, the antenna structure can comprise, in addition to the radiating element, a plurality of structural elements which form the first structural section and/or the second structural section so as to be connectable to one another.

[0018] In einer Ausführungsform der Antennenanordnung sind der erste und der zweite Strukturabschnitt bzw. bei einer mehrteiligen Form einzelne Strukturelemente zumindest teilweise quaderförmig ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Strukturabschnitte und/oder die Strukturelemente eine Breite quer zur Längsachse des Strahlerelements auf, die der Breite der Abschlussfläche des Strahlerelements entspricht. Die Höhe und die Querschnittsfläche, d.h. die Abmessung und/oder Form in Längsachsen-Richtung eines oder mehrerer Strukturabschnitte bzw. Strukturelemente ist wählbar, insbesondere derart, dass die Breitbandfähigkeit der Antennenstruktur bzw. der Antennenanordnung unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Masse der Antennenanordnung und den Sicherheitsanforderungen maximiert ist. Mit anpassbaren Abmessungen und Formen der Strukturabschnitte und/oder der Strukturelemente stehen Möglichkeiten zur Verfügung, negativen Effekten im Hinblick auf die Breitbandfähigkeit der Antennenanordnung zu begegnen. In one embodiment of the antenna arrangement, the first and the second structural section or, in the case of a multi-part form, individual structural elements are at least partially cuboid. The structural sections and/or the structural elements preferably have a width transverse to the longitudinal axis of the radiator element, which width corresponds to the width of the end surface of the radiator element. The height and the cross-sectional area, i.e. the dimension and/or shape in the direction of the longitudinal axis of one or more structural sections or structural elements can be selected, in particular in such a way that the broadband capability of the antenna structure or the antenna arrangement is maximized while simultaneously taking into account the mass of the antenna arrangement and the safety requirements is. With adaptable dimensions and shapes of the structure sections and/or the structure elements, options are available for counteracting negative effects with regard to the broadband capability of the antenna arrangement.

[0019] Manche Bereiche der Strukturabschnitte bzw. die Strukturelemente können L-förmig ausgebildet sein, wobei bei niedriger Bauhöhe der Antennenanordnung eine zusätzliche Kapazität geschaffen werden kann. Durch sorgfältig aufeinander abgestimmte Strukturabschnitte bzw. Strukturelemente und deren Anordnung in der Antennenstruktur kann die Breitbandfähigkeit der Antennenanordnung bei gleichzeitig eingehaltener niedriger Bauhöhe erweitert werden. [0019] Some areas of the structure sections or the structure elements can be L-shaped, in which case an additional capacity can be created with a low overall height of the antenna arrangement. The broadband capability of the antenna arrangement can be expanded while at the same time maintaining a low structural height by means of structural sections or structural elements that are carefully matched to one another and their arrangement in the antenna structure.

[0020] In einer Ausführungsform der Antennenanordnung kann die Antennenstruktur in Aufsicht betrachtet eine Form bilden, bei welcher das Strahlerelement in einem Mittelabschnitt angeordnet ist. Beispielsweise kann die Antennenstruktur näherungsweise eine Z-Form bilden. Die mit dem Strahlerelement verbindbaren Strukturabschnitte bzw. Strukturelemente komplementieren die Z-Form, welche vorzugsweise symmetrisch zu der Längsachse des Strahlerelements sein kann. In Aufsicht betrachtet kann die Antennenstruktur ausgehend von einem mittig angeordneten Strahlerelement eine mäandernde Struktur mit einer oder mehrerer Ecken bilden. In an embodiment of the antenna arrangement, the antenna structure can form a shape, when viewed in plan, in which the radiating element is arranged in a central portion. For example, the antenna structure can approximately form a Z shape. The structural sections or structural elements that can be connected to the radiator element complement the Z shape, which can preferably be symmetrical to the longitudinal axis of the radiator element. Viewed from above, the antenna structure can form a meandering structure with one or more corners, starting from a centrally arranged radiating element.

[0021] Die sich an das Strahlerelement anschliessenden Strukturabschnitte bzw. Strukturelemente bilden mit entsprechenden Stützen die Kurzschlüsse bzw. stellen eine elektrisch leitende und/oder abstützende Verbindung zur Grundplatte dar. Die Antennenstruktur mit vorzugsweise zwei Haltepunkten zu der Grundplatte erzielt eine robuste mechanische Verankerung des Strahlerelements mit der Grundplatte, welche eine verbesserte Stabilität gegen Stösse und Vibrationen bildet. The structural sections or structural elements adjoining the radiating element form the short circuits with corresponding supports or represent an electrically conductive and/or supporting connection to the base plate. The antenna structure with preferably two breakpoints to the base plate achieves a robust mechanical anchoring of the radiating element with the base plate, which provides improved stability against shocks and vibrations.

[0022] In einer bevorzugten Z-Form der Antennenstruktur einer Ausführungsform der Antennenanordnung kann sich an das Strahlerelement im Bereich eines der Enden bzw. Endbereiche der Abschlussfläche in ebener Verlängerung der erste Strukturabschnitt anschliessen. Hierbei kann der erste Strukturabschnitt geformt sein, dass eine oder mehrere Ecke gebildet sind, wobei zwischen dem Mittelabschnitt und dem ersten Strukturabschnitt ein Winkel von ≤ 90° eingeschlossen sein kann. Der erste Strukturabschnitt kann ferner so geformt und angeordnet sein, dass er sich weitgehend parallel zum Mittelabschnitt erstreckt und in einem Endabschnitt eine sich in Richtung Grundplatte erstreckende erste Stütze zur Abstützung an der Grundplatte umfasst. Alternativ kann die Struktur mehrteilig aus entsprechenden Strukturelementen ausgebildet sein, wobei die Strukturelemente derart geformt und miteinander verbunden sein können, dass in einer Ausführungsform näherungsweise die Z-förmige Antennenstruktur gebildet ist. Beispielsweise kann ein Mittelast der Z-Form durch das Strahlerelement gebildet sein und sich davon ausgehende Äste durch den ersten Strukturabschnitt bzw. Strukturelement und einem zweiten Strukturabschnitt bzw. in einer mehrteiligen Ausführung mittels mehrerer entsprechend geformter Strukturelemente geformt sein. In einer mehrteiligen Ausführungsform können die einzelnen Strukturelemente mittels einer Schweissverbindung miteinander verbindbar sein, wobei dies voraussetzt, dass der erforderliche Hochstromtest und eine geforderte Masshaltigkeit erfüllt sind. In a preferred Z-shape of the antenna structure of an embodiment of the antenna arrangement, the first structure section can adjoin the radiating element in the region of one of the ends or end regions of the terminal surface in a planar extension. The first structural section can be shaped in such a way that one or more corners are formed, with an angle of ≦90° being enclosed between the middle section and the first structural section. The first structural portion may further be shaped and arranged to extend substantially parallel to the central portion and include in an end portion a first support extending toward the base for bearing on the base. Alternatively, the structure can be formed in several parts from corresponding structural elements, wherein the structural elements can be shaped and connected to one another in such a way that the Z-shaped antenna structure is approximately formed in one embodiment. For example, a central branch of the Z-shape can be formed by the radiator element and branches emanating therefrom can be formed by the first structural section or structural element and a second structural section or in a multi-part design by means of a plurality of correspondingly shaped structural elements. In a multi-part embodiment, the individual structural elements can be connected to one another by means of a welded connection, this presupposing that the required high-current test and a required dimensional accuracy are met.

[0023] In einer weiteren Ausführungsform der Antennenanordnung ist die Antennenstruktur derart ausgebildet, dass diese einen Höhenversatz aufweist, d.h. Strukturabschnitte bzw. Strukturelemente liegen zumindest teilweise in parallelen Ebenen quer zur Längsachse. Hierfür kann zumindest ein Zwischenstück in die Antennenstruktur integriert sein, welches den Höhenversatz überbrückt. Erreicht wird dies beispielsweise dadurch, dass eine der ersten und zweiten Stützen in der Länge verkürzt ausgeführt ist. In a further embodiment of the antenna arrangement, the antenna structure is designed in such a way that it has a height offset, i.e. structural sections or structural elements lie at least partially in parallel planes transverse to the longitudinal axis. For this purpose, at least one intermediate piece can be integrated into the antenna structure, which bridges the height offset. This is achieved, for example, in that one of the first and second supports is shortened in length.

[0024] In einer Ausführungsform der Antennenanordnung ist an einem der Strukturabschnitte bzw. Strukturelemente eine Auflagefläche ausgebildet. Auf der horizontalen Auflagefläche kann eine weiteres Antennenelement, beispielsweise eine GPS (Global Positioning System) - Antenne und/oder eine GNSS (Global Navigation Satellite System) - Antenne angeordnet und gehalten sein. Mittels des weiteren Antennenelements kann der Anwendungsbereich der Antennenanordnung erweitert werden. In one embodiment of the antenna arrangement, a bearing surface is formed on one of the structural sections or structural elements. Another antenna element, for example a GPS (Global Positioning System) antenna and/or a GNSS (Global Navigation Satellite System) antenna, can be arranged and held on the horizontal support surface. The field of application of the antenna arrangement can be expanded by means of the additional antenna element.

[0025] Das oder die weiteren Antennenelemente können auf der vorgesehenen Auflagefläche beispielsweise mittels Klebung gehalten sein. Alternativ kann an einem Radom, welches die Antennenanordnung zumindest teilweise umschliesst, eine Halte- bzw. Lageschale vorgesehen sein, mittels welcher das Antennenelement in Position haltbar ist The one or more additional antenna elements can be held on the intended support surface, for example by means of an adhesive. Alternatively, a holding or positioning shell can be provided on a radome, which at least partially encloses the antenna arrangement, by means of which the antenna element can be held in position

[0026] Vorzugsweise kann zur elektrischen Kontaktierung des zusätzlichen Antennenelements ein Anschlusskabel entlang der Antennenstruktur und der Stütze zur Grundplatte und dort zu einem Anschlusselement geführt werden. Preferably, a connection cable can be routed along the antenna structure and the support to the base plate and there to a connection element for electrical contacting of the additional antenna element.

[0027] Bevorzugt ist die Auflagefläche derart an dem entsprechenden Strukturabschnitt bzw. Strukturelement vorgesehen, dass diese an das Zwischenstück angrenzt, welches den Höhenversatz überbrückt. Durch die Form des Zwischenstücks kann eine Anlagefläche für das weitere Antennenelement bereitgestellt sein. Eine andere Anordnung der weiteren Antennenelemente, beispielsweise auf der Grundplatte, ist denkbar. The bearing surface is preferably provided on the corresponding structural section or structural element in such a way that it is adjacent to the intermediate piece which bridges the height offset. A contact surface for the further antenna element can be provided by the shape of the intermediate piece. A different arrangement of the additional antenna elements, for example on the base plate, is conceivable.

[0028] In einer Ausführungsform kann die Antennenanordnung ferner Abstimmelemente umfassen, welche in Bezug zu der Antennenstruktur auf der Grundplatte anordenbar sind. Hierbei können die Abstimmelemente als konzentrierte Elemente oder als Strukturteil ausgebildet sein. Die Abstimmelemente können zumindest teilweise aus einem elektrisch leitenden Material und/oder einem isolierenden Material gefertigt sein. Je nach Ausführungsform können das eine oder die mehreren Abstimmelemente mit der Grundplatte mechanisch verbunden sein. In one embodiment, the antenna arrangement can also comprise tuning elements which can be arranged on the base plate in relation to the antenna structure. In this case, the tuning elements can be designed as lumped elements or as a structural part. The tuning elements can be made at least partially from an electrically conductive material and/or an insulating material. Depending on the embodiment, the one or more tuning elements can be mechanically connected to the base plate.

[0029] Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Antennenanordnung kann zumindest eine der Komponenten Strahlerelement, Strukturabschnitte und/oder Strukturelemente aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, gefertigt sein. Im Falle, dass die Antennenanordnung nicht für den Schienenverkehr eingesetzt wird, d.h. diese nicht einen Hochstromtest zu erfüllen hat, könnte das Strahlerelement auch aus Kunststoff gefertigt sein, beispielsweise durch ein 3D-Druckverfahren gefertigt und mit einem Metall beschichtet. In one embodiment of the antenna arrangement according to the invention, at least one of the components of the radiating element, structural sections and/or structural elements can be made of metal, preferably aluminum. If the antenna arrangement is not used for rail traffic, i.e. it does not have to pass a high-current test, the radiating element could also be made of plastic, for example using a 3D printing process and coated with a metal.

[0030] Die Grundplatte, an welcher das Strahlerelement und Haltemittel befestigbar sind, ist selbst mittels Befestigungsmitteln mit dem Schienenfahrzeug bzw. einer bereitgestellten Montageplattform oder dergleichen verbindbar. Die Form und Gestaltung der Grundplatte ist zumindest teilweise festgelegt, um einen Austausch und Einsatz auf unterschiedlichen Fahrzeugen bzw. an unterschiedlichen Positionen zu gewährleisten. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Grundplatte zumindest teilweise auf einer Oberfläche eine Vertiefung bzw. Ausnehmung aufweisen, welche ausgebildet ist, um die Antennenstruktur in der Vertiefung aufzunehmen. Eine derartige Grundplatte hat durch die Ausnehmung ein geringeres Gewicht. The base plate, to which the radiator element and holding means can be fastened, can itself be connected to the rail vehicle or a provided mounting platform or the like by means of fastening means. The shape and design of the base plate is at least partially fixed in order to ensure that it can be exchanged and used on different vehicles or in different positions. In an advantageous embodiment, the base plate can have a depression or recess, at least partially on one surface, which is designed to accommodate the antenna structure in the depression. Such a base plate has a lower weight due to the recess.

[0031] Die Grundplatte kann beispielsweise aus Stahl, rostfreiem Stahl oder Aluminium gefertigt sein. The base plate can be made of steel, stainless steel or aluminum, for example.

[0032] Durch eine am Fusspunkt des Strahlerelements, nahegelegen zur Grundplatte, vorgesehene Einspeiseeinheit erfolgt eine serielle oder kapazitive Leitungsankopplung des Strahlerelements. Insbesondere kann die Leitungsankopplung mittels eines an der Grundplatte anordenbaren koaxialen Steckerelements erfolgen. Beispielsweise kann an dem Steckerelement ein Versorgungsleiter in Form eines Koaxialleiters anschliessbar sein, dessen Aussenleiter mit der Grundplatte elektrisch leitend verbunden ist. Das Steckerelement ist vorzugsweise in einer Öffnung der Grundplatte aufnehmbar und beispielsweise mittels einer Gewindeverbindung in dieser gehalten. Das Steckerelement kann in Eingriff mit dem Strahlerelement gebracht werden, so dass ein Innenleiter des Versorgungsleiters in elektrischem Kontakt mit der Einspeiseeinheit steht. Durch den vorgesehenen Kurzschluss wird eine galvanische Verbindung mit dem Strahlerelement erzeugt. Eine kapazitive Verbindung von Versorgungsleiter und Strahlerelement kann mittels einer dielektrischen Hülse erfolgen. Da diese Kopplung des Strahlerelements mit dem Versorgungsleiter mittels einer Steckverbindung ausgeführt und somit ohne jede Lötung erfolgt, ist die Montage des Strahlerelements höchst einfach. A feed unit provided at the base of the radiating element, close to the base plate, results in a serial or capacitive line coupling of the radiating element. In particular, the line can be coupled by means of a coaxial plug element that can be arranged on the base plate. For example, a supply conductor in the form of a coaxial conductor can be connected to the plug element, the outer conductor of which is electrically conductively connected to the base plate. The plug element can preferably be accommodated in an opening in the base plate and is held in it, for example by means of a threaded connection. The plug element can be brought into engagement with the radiating element, so that an inner conductor of the supply conductor is in electrical contact with the feed unit. The intended short circuit creates a galvanic connection with the radiator element. A capacitive connection between the supply conductor and the radiating element can be made by means of a dielectric sleeve. Since this coupling of the radiating element to the supply conductor is carried out by means of a plug-in connection and therefore takes place without any soldering, the mounting of the radiating element is extremely simple.

[0033] Gemäss einer Ausführungsform umfasst die Antennenanordnung des Weiteren ein Radom, um diese vor äusseren Einflüssen zu schützen. Das Radom, auch als Abdeckhaube oder Gehäuse bezeichnet, ist form- und/oder kraftschlüssig sowie feuchtigkeitsdicht mit der Grundplatte verbindbar. Im Transportwesen und insbesondere bei Schienenfahrzeugen ist die Gestalt und Abmessungen des Radoms unter Berücksichtigung eines durch die auf einem Dach montierte eingehäuste Antennenanordnung erzeugten Luftwiderstands sowie einer einzuhaltenden Hüllkurve des Schienenfahrzeugs weitgehend festgelegt. Insbesondere die vorbestimmte Höhe des Radoms bedingt eine niedrig aufgebaute Struktur der Antennenanordnung, welche eingerichtet ist, um auch in einem niedrigen Frequenzbereich einsetzbar zu sein, ohne den oberen Frequenzbereich merklich zu reduzieren. [0033] According to one embodiment, the antenna arrangement also includes a radome in order to protect it from external influences. The radome, also referred to as a cover hood or housing, can be connected to the base plate in a positive and/or non-positive manner and in a moisture-tight manner. In transportation, and particularly in rail vehicles, the shape and dimensions of the radome are largely defined, taking into account air resistance generated by the encased antenna array mounted on a roof and an envelope of the rail vehicle to be maintained. In particular, the predetermined height of the radome requires a low structure for the antenna arrangement, which is set up so that it can also be used in a low frequency range without noticeably reducing the upper frequency range.

[0034] Gemäss einer Ausführungsform ist die breitbandige Antennenanordnung eingerichtet, um einen Frequenzbereich von ≤ 690 MHz bis ≥ 6500 MHz abzudecken. [0034] According to one embodiment, the broadband antenna arrangement is set up to cover a frequency range from ≦690 MHz to ≧6500 MHz.

[0035] Gerade im Schienenverkehr ist eine hohe Funktionsfähigkeit einer breitbandigen Antennenanordnung von hoher sicherheitstechnischer Relevanz für eine hochpräzise Ortung und deren Zuverlässigkeit. Demnach gibt es eine Vielzahl von internationalen bzw. europäischen elektrotechnischen Standards für elektrische, elektronische und programmierbarer elektronischer Systeme im sicherheitsrelevanten Bereich, welche auch die Antennenanordnung gemäss der Erfindung erfüllt. Dazu kann das Kundeninformationssystem, eine Fahrzeugplattform, ein bahnspezifischer Mobilfunk für ETCS (European Train Control System), eine Fahrzeugortung und ähnliches zählen. [0035] Especially in rail transport, a high level of functionality of a broadband antenna arrangement is of high safety relevance for high-precision positioning and its reliability. Accordingly, there are a large number of international and European electrotechnical standards for electrical, electronic and programmable electronic systems in the safety-relevant area, which the antenna arrangement according to the invention also complies with. This can include the customer information system, a vehicle platform, railway-specific mobile communications for ETCS (European Train Control System), vehicle tracking and the like.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

[0036] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Antennenanordnung gemäss eines Ausführungsbeispiels; Fig. 2a eine schematische perspektivische Ansicht einer Antennenstruktur gemäss einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Antennenanordnung; Fig. 2b eine schematische perspektivische Ansicht einer Antennenstruktur gemäss einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Antennenanordnung; Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die Antennenstruktur gemäss Fig. 2a; Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer Antennenanordnung gemäss einer weiteren Ausführungsform; Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht einer Grundplatte der erfindungsgemässen Antennenanordnung; Fig. 6 eine schematische perspektivische Ansicht eines die Antennenstruktur überdeckenden Radoms.The invention will be explained in more detail below using exemplary embodiments in connection with the drawing. 1 shows a schematic perspective view of an antenna arrangement according to an embodiment; 2a shows a schematic perspective view of an antenna structure according to an embodiment of the antenna arrangement according to the invention; 2b shows a schematic perspective view of an antenna structure according to a further embodiment of the antenna arrangement according to the invention; FIG. 3 shows a schematic plan view of the antenna structure according to FIG. 2a; 4 shows a schematic perspective view of an antenna arrangement according to a further embodiment; 5 shows a schematic perspective view of a base plate of the antenna arrangement according to the invention; 6 shows a schematic perspective view of a radome covering the antenna structure.

Bevorzugte Ausführungsformen der ErfindungPreferred Embodiments of the Invention

[0037] In Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Antennenanordnung 1 gemäss eines ersten Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Antennenanordnung 1 umfasst eine Grundplatte 10 und ein Strahlerelement 20, welches mittels Haltemitteln 40 mit der Grundplatte 10 verbindbar ist. 1 shows a schematic perspective view of an antenna arrangement 1 according to a first exemplary embodiment. The antenna arrangement 1 comprises a base plate 10 and a radiating element 20 which can be connected to the base plate 10 by means of holding means 40 .

[0038] Die Grundplatte 10 kann auch als Masseplatte bezeichnet sein und ist in Abmessungen ausgeführt und/oder mit Verbindungsmitteln versehen, welche eingerichtet sind, um diese an eine vorgegebene Montageplattform an einem Schienenfahrzeug oder dergleichen lösbar zu befestigen. In der stark vereinfachten Darstellung der Fig. 1 ist die Grundplatte 10 rechteckig gestaltet. Sie kann aber auch quadratisch, oval, polygonal, kreisrund etc. geformt sein. In etwa in der Mitte der Grundplatte 10 ist eine Öffnung 12 vorgesehen, in welche ein Steckerelement (nicht dargestellt) positionierbar und gehalten ist, welches beispielsweise als koaxiales Steckerelement ausgebildet sein kann. Dabei kann der Aussenleiter des Steckerelements mit der Grundplatte 10 elektrisch galvanisch verbunden sein. Der Innenleiter des Steckerelements, welcher vom Aussenleiter getrennt ist, führt durch die Öffnung 12 und ist mit einer Einspeiseeinheit des Strahlerelements 20 elektrisch galvanisch verbindbar. Ferner sind an der Grundplatte 10 weitere Öffnungen 11 in Eckbereichen und Nuten 15 (nicht dargestellt) vorgesehen, welche einerseits eine lösbare Verbindung mit einem Radom (dargestellt in Fig. 5) und andererseits mit einer Montageplattform oder dergleichen bereitstellt. The base plate 10 can also be referred to as a ground plate and is dimensioned and/or provided with connecting means which are set up in order to detachably attach it to a given mounting platform on a rail vehicle or the like. In the greatly simplified representation of FIG. 1, the base plate 10 is rectangular. However, it can also be square, oval, polygonal, circular, etc. in shape. An opening 12 is provided approximately in the middle of the base plate 10, in which a plug element (not shown) can be positioned and held, which can be designed, for example, as a coaxial plug element. In this case, the outer conductor of the plug element can be electrically connected to the base plate 10 in a galvanic manner. The inner conductor of the plug element, which is separated from the outer conductor, leads through the opening 12 and can be electrically connected to a feed unit of the radiating element 20 . Further openings 11 in corner areas and grooves 15 (not shown) are provided on the base plate 10, which provide a detachable connection to a radome (shown in FIG. 5) on the one hand and to a mounting platform or the like on the other.

[0039] In Fig. 1 ist auch das Strahlerelement 20 erkennbar, welches eine Komponente einer Antennenstruktur 200 ist. Das Strahlerelement 20 kann als eine Art monopolartiger Strahler ausgebildet sein, welcher mindestens einen Strahlerabschnitt 21 mit einem Fusspunkt 22 nahe der Grundplatte 10 umfasst. Das Strahlerelement 20 kann als eine auf der Spitze stehende Pyramide mit einer rechteckförmigen Basis verstanden werden. Die Form der Basis ist ein langgestrecktes Rechteck mit einer Länge, welche ein Vielfaches der Breite ist. Bevorzugt kann das Verhältnis von Länge zu Breite typischerweise im Bereich von 6:1 bis 10:1 liegen. Ausgehend von dem Fusspunkt 22, erstreckt sich das Strahlerelement 20 entlang einer Längsachse 24 zu einer oberen Abschlussfläche 26. Das Strahlerelement 20 wird durch Wände 23a, 23b, 23c, 23d gebildet, welche sich teilweise abschnittsweise in unterschiedlicher Neigung und teilweise mit einer Wölbung entlang der Längsachse 24 erstrecken. Alternativ kann der untere Strahlerabschnitt 21 auch als ein sich erweiternder Konus- oder Kegelabschnitt oder auch Pyramidenabschnitt ausgebildet sein. An diesen unteren Strahlerabschnitt 21 kann sich ein oberer Strahlerabschnitt 25 anschliessen, wobei zumindest an einem Teil der Wände 23a, 23b, 23c, 23d durch deren unterschiedlicher Neigung ein Übergang gebildet sein. Der obere Strahlerabschnitt 25 ist in der Fig. 1 ebenfalls in der Form einer Pyramide dargestellt. Hierbei entspricht ein Durchmesser des unteren Strahlerabschnitts 21 am Übergang von dem unteren Strahlerabschnitt 21 zu dem oberen Strahlerabschnitt 25 dem Durchmesser des oberen Strahlerabschnitts 25. Alternativ kann der obere Strahlerabschnitt 25 eine andere Form aufweisen, beispielsweise konisch, kegelförmig oder zylindrisch sein. The radiator element 20, which is a component of an antenna structure 200, can also be seen in FIG. The radiator element 20 can be designed as a type of monopole-like radiator, which comprises at least one radiator section 21 with a base 22 close to the base plate 10 . The radiator element 20 can be understood as a pyramid standing on its apex with a rectangular base. The shape of the base is an elongated rectangle with a length that is a multiple of the width. Preferably, the length to width ratio may typically range from 6:1 to 10:1. Starting from the base 22, the radiator element 20 extends along a longitudinal axis 24 to an upper end surface 26. The radiator element 20 is formed by walls 23a, 23b, 23c, 23d, which are partly in sections with different inclinations and partly with a curvature along the Longitudinal axis 24 extend. Alternatively, the lower radiator section 21 can also be designed as an expanding cone or cone section or also as a pyramid section. An upper radiator section 25 can be connected to this lower radiator section 21, with a transition being formed at least on part of the walls 23a, 23b, 23c, 23d due to their different inclination. The upper radiator section 25 is also shown in FIG. 1 in the form of a pyramid. A diameter of the lower radiator section 21 at the transition from the lower radiator section 21 to the upper radiator section 25 corresponds to the diameter of the upper radiator section 25. Alternatively, the upper radiator section 25 can have a different shape, for example conical, conical or cylindrical.

[0040] Das Strahlerelement 20 bildet einen Mittelabschnitt 30 der Antennenstruktur 200. In einer Ebene quer zur Längsachse 24 weist das Strahlerelement 20 die obere Abschlussfläche 26 auf, welche eine Endfläche des Strahlerelements 20 ist und eine gewisse Höhe der Antennenstruktur 200 festlegt. Insbesondere ist die Abschlussfläche 26 eine rechteckförmige Fläche, deren Länge 27 ein Vielfaches von deren Breite 28 ist. An der Abschlussfläche 26 schliessen sich jeweils als Strukturabschnitte 31a, 31b ausgebildete Haltemittel 40 an. The radiating element 20 forms a middle section 30 of the antenna structure 200. In a plane transverse to the longitudinal axis 24, the radiating element 20 has the upper end face 26, which is an end face of the radiating element 20 and defines a certain height of the antenna structure 200. In particular, the end surface 26 is a rectangular surface whose length 27 is a multiple of its width 28 . Holding means 40 embodied as structural sections 31a, 31b adjoin the end face 26 in each case.

[0041] Die Strukturabschnitte 31a, 31b sind ausgebildet, um das Strahlerelement 20 mit der Grundplatte 10 zu verbinden. Hierfür umfassen in der dargestellten Ausführungsform die Strukturabschnitte 31a, 31b jeweils eine Stütze 32a, 32b, welche mit einer Kontaktfläche auf der Grundplatte 10 aufliegt. Beispielsweise sind diese mittels Schraubverbindungen verbindbar. Vorzugsweise kann die Kontaktfläche im Vergleich zum Querschnitt der Stütze 32a, 32b vergrössert sein, um eine stabilere Abstützung der Antennenstruktur zu bewirken. The structural sections 31a, 31b are designed to connect the radiator element 20 to the base plate 10. For this purpose, in the illustrated embodiment, the structural sections 31a, 31b each comprise a support 32a, 32b, which rests on the base plate 10 with a contact surface. For example, these can be connected by means of screw connections. The contact surface can preferably be enlarged in comparison to the cross section of the support 32a, 32b in order to bring about a more stable support of the antenna structure.

[0042] In der Darstellung der Fig. 1 ist die gesamte Antennenstruktur 200 einschliesslich des Strahlerelements 20 und der sich jeweils anschliessenden Strukturabschnitte 31a, 31b als aus einem Stück gefertigt dargestellt. Alternativ können aber auch die Strukturabschnitte 31a, 31b als von dem Strahlerelement 20 separate Strukturelemente 33a, 33b, 33c, 33d, wie in Fig. 2b dargestellt, ausgebildet sein, welche mit diesem in geeigneter Weise verbunden sind bzw. an diesem befestigbar sind. In the illustration of FIG. 1, the entire antenna structure 200, including the radiating element 20 and the respectively adjoining structure sections 31a, 31b, is shown as being manufactured from one piece. Alternatively, however, the structural sections 31a, 31b can also be designed as separate structural elements 33a, 33b, 33c, 33d from the radiator element 20, as shown in FIG. 2b, which are connected to it in a suitable manner or can be fastened to it.

[0043] In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Antennenstruktur 200 kann diese in Aufsicht näherungsweise eine Z-Form annehmen, wobei das Strahlerelement 20 im Mittelabschnitt 30 angeordnet ist. Andere geeignete Formen sind denkbar, welche eine Antennenanordnung 1 bereitstellen, die den gewünschten Frequenzbereich überdeckt. Insbesondere nehmen geeignete Antennenstrukturen 200 eine langgestreckte Gestalt in einer Ebene quer zur Längsachse 24 an. Andere geeignete Formen der Antennenstruktur 200 können sowohl symmetrisch, ausgehend von dem Strahlerelement 20, als auch asymmetrisch sein. Ferner kann sich die Antennenstruktur 200 mittels einer ersten Stütze 32a an der Grundplatte abstützen und einen Kurzschluss bilden. Im Falle einer zweiten Stütze 32b kann diese ebenfalls einen Kurzschluss bilden oder beispielsweise aus einem dielektrischen Material gefertigt sein und somit eine Abstützung an der Grundplatte 10 bilden. In the embodiment of the antenna structure 200 shown in FIG. 1, this can assume approximately a Z-shape in a top view, with the radiating element 20 being arranged in the middle section 30. FIG. Other suitable forms are conceivable which provide an antenna arrangement 1 which covers the desired frequency range. In particular, suitable antenna structures 200 assume an elongated shape in a plane transverse to longitudinal axis 24 . Other suitable forms of the antenna structure 200 can be both symmetrical, starting from the radiating element 20, and asymmetrical. Furthermore, the antenna structure 200 can be supported on the base plate by means of a first support 32a and form a short circuit. In the case of a second support 32b, this can also form a short circuit or be made of a dielectric material, for example, and thus form a support on the base plate 10.

[0044] Fig. 2a zeigt die Antennenstruktur 200 gemäss der Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht. Erkennbar in Fig. 2a ist eine längliche Form der Antennenstruktur 200. Eine obere abschliessende Fläche 34 der Antennenstruktur 200, umfassend das Strahlerelement 20 mit seiner oberen Abschlussfläche 26 und die sich daran anschliessende Strukturabschnitten 31a, 31b, bildet eine horizontale Ebene quer zur Längsachse 24. Demnach sind die Strukturabschnitte 31a, 31b in einer gleichen Ebene wie die Abschlussfläche 26 und bilden mit dieser einen glatten Übergang. Die Strukturabschnitte 31a, 31b können sich aus quaderförmigen Bereichen zusammensetzen, welche in einer gleichen Breite wie die Breite 28 des Strahlerelements 20 ausgeführt sind. Einzelne Bereiche der Strukturabschnitte 31a, 31b können aber auch in anderer Form ausgebildet sein, beispielsweise Eckelemente bilden. In Richtung der Längsachse 24 betrachtet können Bereiche der Strukturabschnitte 31a, 31b einen L-förmigen Querschnitt haben. Die Formgebung der Strukturabschnitte 31a, 31b ist anpassbar, so dass die Antennenanordnung 1 einen möglichst grossen Frequenzbereich überdeckt, ein geringes Gewicht hat und keine Schwachstellen aufweist, die für einen Hochstromtest problematisch sein können. FIG. 2a shows the antenna structure 200 according to FIG. 1 in a perspective view. An elongated shape of the antenna structure 200 can be seen in Fig. 2a. An upper closing surface 34 of the antenna structure 200, comprising the radiator element 20 with its upper closing surface 26 and the structure sections 31a, 31b adjoining it, forms a horizontal plane transverse to the longitudinal axis 24. Accordingly, the structural sections 31a, 31b are in the same plane as the closing surface 26 and form a smooth transition with it. The structural sections 31a, 31b can be composed of cuboid areas which are designed with the same width as the width 28 of the radiator element 20. However, individual areas of the structural sections 31a, 31b can also be designed in a different form, for example forming corner elements. Viewed in the direction of the longitudinal axis 24, regions of the structural sections 31a, 31b can have an L-shaped cross section. The shape of the structural sections 31a, 31b can be adapted so that the antenna arrangement 1 covers the largest possible frequency range, is light in weight and has no weak points that can be problematic for a high-current test.

[0045] Das Strahlerelement 20 umfasst in dem unteren Strahlerabschnitt 21 den Fusspunkt 22. Der Fusspunkt 22 ist über eine untere Endfläche 22a mit der Grundplatte 10 galvanisch verbunden. Die Leitungsankoppelung des Strahlerelements 20 erfolgt über ein von unterhalb der Grundplatte 10 zugängliches koaxiales Steckerelement, dessen Aussenleiter mit der Grundplatte 10 und dessen Innenleiter mit dem Strahlerelement 20 elektrisch leitend verbindbar ist. The radiator element 20 comprises the base 22 in the lower radiator section 21. The base 22 is galvanically connected to the base plate 10 via a lower end face 22a. The line coupling of the radiator element 20 takes place via a coaxial plug element which is accessible from below the base plate 10 and whose outer conductor can be electrically connected to the base plate 10 and whose inner conductor can be electrically connected to the radiator element 20 .

[0046] Die untere Endfläche 22a hat in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine rechteckige Form, wobei sich von den Seiten der rechteckigen Endfläche 22a die divergierenden Wände 23a, 23b, 23c, 23c entlang der Längsachse 24 über den unteren Strahlerabschnitt 21 und über den oberen Strahlerabschnitt 25 erstrecken. Erkennbar ist, dass zumindest zwei der Wände 23a, 23b, 23c, 23d am Übergang zwischen dem unteren Strahlerabschnitt 21 und dem oberen Strahlerabschnitt 25 eine Kante ausbilden. In the exemplary embodiment shown, the lower end surface 22a has a rectangular shape, with the diverging walls 23a, 23b, 23c, 23c extending from the sides of the rectangular end surface 22a along the longitudinal axis 24 over the lower radiator section 21 and over the upper radiator section 25 extend. It can be seen that at least two of the walls 23a, 23b, 23c, 23d form an edge at the transition between the lower radiator section 21 and the upper radiator section 25.

[0047] Fig. 2b zeigt eine alternative Ausführungsform mit einer Antennenstruktur 200 in einer perspektivischen Ansicht. Die dargestellte Antennenstruktur 200 unterscheidet sich unteranderem von derjenigen in Fig. 2a dargestellten, dass die Strukturabschnitte 31a, 31b aus mehreren Strukturelementen 33a, 33b, 33c, 33d, 33e zusammengesetzt sind. Die Strukturelemente 33a, 33b, 33c, 33d, 33e können unterschiedlich gestaltet sein. Hierbei liegen nicht alle oberen Abschlussflächen von Strahlerelement 20 und Strukturabschnitten 31a, 31b bzw. Strukturelementen 33a, 33b, 33c, 33d, 33e auf einer Ebene parallel zur Grundplatte. Vielmehr sind Abschnitte der Antennenstruktur 200 auf einer tieferen Ebene und damit näher an der Grundplatte 10 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist dies das Strukturelement 33d. Der Höhenversatz kann beispielsweise in einem Abschnitt parallel zum Mittelabschnitt 30 mittels einer verkürzten Stütze 32b realisiert werden. Der Höhenunterschied zwischen dem tiefer gelegenen Abschnitt 33d und dem höher gelegenen Abschnitt der Antennenstruktur 200 kann auch mittels eines geeigneten Zwischenstücks 33e überbrückt sein. 2b shows an alternative embodiment with an antenna structure 200 in a perspective view. The antenna structure 200 shown differs from that shown in FIG. 2a, among other things, in that the structure sections 31a, 31b are composed of a plurality of structure elements 33a, 33b, 33c, 33d, 33e. The structural elements 33a, 33b, 33c, 33d, 33e can be designed differently. In this case, not all of the upper end surfaces of the radiator element 20 and structural sections 31a, 31b or structural elements 33a, 33b, 33c, 33d, 33e lie on a plane parallel to the base plate. Rather, sections of the antenna structure 200 are arranged on a lower level and thus closer to the base plate 10 . In the illustrated embodiment, this is the structural element 33d. The height offset can be realized, for example, in a section parallel to the middle section 30 by means of a shortened support 32b. The height difference between the lower section 33d and the higher section of the antenna structure 200 can also be bridged by means of a suitable intermediate piece 33e.

[0048] In dem tiefergelegenen Strukturabschnitt 31a ist eine Auflagefläche 36 ausgebildet, auf welcher ein weiteres Antennenelement 35 (nicht dargestellt) anordenbar ist. Beispielsweise eine GPS- und/oder GNSS-Antenne. In dieser Platzierung ergibt sich eine optimale Funktionsfähigkeit dieses weiteren Antennenelements 35. Zur elektrischen Kontaktierung des weiteren Antennenelements 35 kann ein weiterer koaxialer Steckeranschluss an einer Unterseite der Antennenstruktur 200 vorgesehen sein. In the lower-lying structural section 31a, a bearing surface 36 is formed, on which another antenna element 35 (not shown) can be arranged. For example a GPS and/or GNSS antenna. This placement results in optimum functionality of this additional antenna element 35. For electrical contacting of the additional antenna element 35, an additional coaxial plug connection can be provided on an underside of the antenna structure 200.

[0049] Aus der Darstellung der Fig. 2b ist ebenfalls ersichtlich, dass in dem Mittelabschnitt 30 der Antennenstruktur 200 ein Hohlraum 50 ausgebildet ist. Dieser Hohlraum 50 ist in dem Strahlerelement 20 derart gestaltet, dass er in Ebenen senkrecht zur Längsachse 24 sich verändernde Querschnittsflächen hat, welche von dem unteren Strahlerabschnitt 21 bis zum oberen Strahlerabschnitt 25 sich erweitern bzw. verbreitern. It can also be seen from the illustration in FIG. 2b that a cavity 50 is formed in the middle section 30 of the antenna structure 200 . This cavity 50 is designed in the radiator element 20 in such a way that it has changing cross-sectional areas in planes perpendicular to the longitudinal axis 24 , which expand or widen from the lower radiator section 21 to the upper radiator section 25 .

[0050] In Fig. 3 ist eine Aufsicht der Antennenstruktur 200 gemäss der Ausführungsform nach Fig. 2a dargestellt. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass die Antennenstruktur 200 näherungsweise eine Z-Form ausbildet. Hierbei ist das Strahlerelement 20 in dem Mittelabschnitt 30, entsprechend einem Mittelast der Z-Form, angeordnet, an welchen sich an einem ersten Ende 30a der erste Strukturabschnitt 31a und an einem gegenüberliegenden zweiten Ende 30b der zweite Strukturabschnitt 31b anschliessen. Die Form der Antennenstruktur 200 kann in ihrer Form variieren. So sind ganz unterschiedliche Formen denkbar, welche in Aufsicht symmetrische oder asymmetrische Formen bilden. 3 shows a top view of the antenna structure 200 according to the embodiment of FIG. 2a. In this view it can be seen that the antenna structure 200 forms approximately a Z-shape. In this case, the radiator element 20 is arranged in the middle section 30, corresponding to a middle end of the Z-shape, which is adjoined by the first structural section 31a at a first end 30a and the second structural section 31b at an opposite second end 30b. The shape of the antenna structure 200 can vary in shape. Very different shapes are conceivable, which form symmetrical or asymmetrical shapes when viewed from above.

[0051] Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antennenanordnung 1 in einer schematischen und perspektivischen Ansicht. Die Antennenanordnung 1 ist ergänzt durch das zusätzliche Antennenelement 35, welches auf eines der Strukturabschnitte 31b auf einer hierfür vorgesehenen Fläche 36 angeordnet und gehalten ist. Die elektrische Kontaktierung dieses Antennenelements 35 kann mittels eines weiteren koaxialen Steckerelements erfolgen, welches an geeigneter Stelle an der Grundplatte 10 vorsehbar ist (nicht dargestellt). Ferner ist ein Abstimmelement 37 vorgesehen, welches an der Grundplatte 10 anordenbar und verbindbar ist und eingerichtet ist, um den Frequenzbereich der Antennenanordnung 1 zu maximieren. 4 shows a further embodiment of the antenna arrangement 1 in a schematic and perspective view. The antenna arrangement 1 is supplemented by the additional antenna element 35, which is arranged and held on one of the structural sections 31b on a surface 36 provided for this purpose. This antenna element 35 can be electrically contacted by means of a further coaxial plug element, which can be provided at a suitable point on the base plate 10 (not shown). Furthermore, a tuning element 37 is provided, which can be arranged and connected to the base plate 10 and is set up to maximize the frequency range of the antenna arrangement 1 .

[0052] In Fig. 5 ist in schematischer und perspektivischen Ansicht die Grundplatte 10 gemäss einer Ausführungsform dargestellt. Die dargestellte Grundplatte 10 weist näherungsweise eine Rechteckform auf, wobei in Eckbereichen Durchgangslöcher 11 vorgesehen sind, welche zur Befestigung mit einer Montageplattform ausgebildet sein können. In einem mittleren Bereich umfasst die Grundplatte 10 eine Ausnehmung 13, in welche die Antennenstruktur 200 aufnehmbar und mittels eines in der Öffnung 12 einführbaren koaxialen Steckerelement 14 elektrisch und galvanisch kontaktierbar ist. Die Ausnehmung 13 trägt auch zu einer Gewichtsreduzierung der Antennenanordnung 1 bei. In Fig. 5, the base plate 10 is shown according to one embodiment in a schematic and perspective view. The base plate 10 shown has an approximately rectangular shape, with through-holes 11 being provided in the corner regions, which can be designed for attachment to a mounting platform. In a central region, the base plate 10 includes a recess 13 in which the antenna structure 200 can be received and electrically and galvanically contacted by means of a coaxial plug element 14 that can be inserted into the opening 12 . The recess 13 also contributes to reducing the weight of the antenna arrangement 1 .

[0053] Zur Komplementierung kann die Antennenanordnung 1 mit einem Radom 60 umschlossen sein. Um eine feuchtigkeitsdichte Verbindung zwischen Grundplatte 10 und Radom 60 vorzusehen, ist an der Grundplatte 10 eine Nut 15 vorgesehen, in welche eine Dichtung aufnehmbar ist. The antenna arrangement 1 can be surrounded by a radome 60 to complement it. In order to provide a moisture-tight connection between base plate 10 and radome 60, a groove 15 is provided on base plate 10, in which a seal can be accommodated.

[0054] Die Fig. 6 zeigt einen Radom 60, welcher als Gehäuse die Antennenstruktur 200 umschliesst und mit der Grundplatte 10 feuchtigkeitsdicht verbindbar ist. Der Radom 60 hat vorzugsweise die Form eines langgestreckten flachen Quaders. Eine Verbindung mit der Grundplatte und/oder einer Montageplattform kann mittels Schraub-, Klebe-, Niet- und/oder Schnappverbindungen erfolgen. 6 shows a radome 60 which, as a housing, encloses the antenna structure 200 and can be connected to the base plate 10 in a moisture-tight manner. The radome 60 is preferably in the form of an elongated flat parallelepiped. A connection to the base plate and/or an assembly platform can be made by means of screw, adhesive, rivet and/or snap connections.

Claims

1. Broadband antenna arrangement (1) for a rail vehicle, comprising - a base plate (10) with an opening (12) into which a coaxial plug element (14) can be arranged, - a monopole-shaped radiator element (20), comprising at least one radiator section (21) with a base (22), close to the base plate (10) and an end surface (26) extending parallel to the base surface, the radiator element (20) having diverging walls (23a , 23b, 23c, 23d) in the at least one radiator section (21); and - Holding means (40) for connecting the radiator element (20) to the base plate (10), characterized in that the radiator element (20) is designed in the form of a pyramid with the end surface (26) as a rectangular base with a length (27) which is a multiple of a width (28) of the end surface (26) and the holding means (40) as structural sections ( 31a, 31b), a first structural section (31a) adjoining a first end (30a) and a second structural section (31b) adjoining an opposite second end (30b) of the radiator element (20) and at least one of the first and second Structural sections (31a, 31b) can be supported on the base plate (10) by means of a support (32a, 32b), an antenna structure (200) being formed.

2. Broadband antenna arrangement according to Claim 1, characterized in that the first and second structural sections (31a, 31b) are formed from a plurality of structural elements (33a, 33b, 33c, 33d) which can be connected to one another.

3. Broadband antenna arrangement (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the structural sections (31a, 31b) and / or the structural elements (33a, 33b, 33c, 33d) are at least partially cuboid and with the in a central section ( 30) arranged radiator element (20) form the antenna structure (200).

4. Broadband antenna arrangement (1) according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the antenna structure (200), viewed in the direction of the longitudinal axis (24), forms approximately a Z-shape, the radiating element (20) forming the middle section (30) forms.

5. Broadband antenna arrangement (1) according to any one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that one of the supports (32a, 32b) has a shortened length.

6. Broadband antenna arrangement (1) according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that a bearing surface (36) is formed on one of the structural sections (31a, 31b) and/or the structural elements (33a, 33b, 33c, 33d). , on which another antenna element (35) can be positioned and held.

7. Broadband antenna arrangement (1) according to claim 6, characterized in that the further antenna element (35) is a GPS and/or a GNSS antenna.

8. Broadband antenna arrangement (1) according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the radiating element (20) comprises a cavity (50) which has cross-sectional areas transverse to the longitudinal axis (24) which extend along the longitudinal axis (24) in Widen towards the end surface (26).

9. Broadband antenna arrangement (1) according to one of the preceding claims 1 to 8, characterized in that tuning elements can be arranged in order to expand the broadband capability of the antenna arrangement (1).

10. Broadband antenna arrangement (1) according to one of the preceding claims 1 to 9, characterized in that the radiating element (20), the structural sections (31a, 31b) and/or the structural elements (33a, 33b, 33c, 33d) are made of metal are.

11. Broadband antenna arrangement (1) according to one of the preceding claims 1 to 10, characterized in that a radome (60) is included, which can be connected to the base plate (10) in a form-fitting and/or non-positive manner and in a moisture-tight manner, the radome ( 60) encloses the antenna structure (200) without contact.

12. Broadband antenna arrangement (1) according to one of the preceding claims 1 to 11, characterized in that the base plate (10) has a plurality of openings (11, 12) which are provided for cable feedthrough and/or for attachment to a rail vehicle, the Arrangement of the openings (11, 12) can be predetermined by the rail vehicle.

13. Broadband antenna arrangement (1) according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that the base plate (10) has a recess (13) on one surface, in which the antenna structure (200) can be accommodated.

14. Broadband antenna arrangement (1) according to any one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that it is set up to cover a frequency range of 690 MHz to 6500 MHz.