CN108475851A - 具有天线装置的机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车(10)，具有：由能导电的材料制成的外板(25)，该外板将机动车(10)的内部空间(21)相对于外部环境(22)隔开；用于与在外部环境(22)中的至少一个对象(13、14、17、GNSS)交换电磁的无线电波(12、15、16)的天线装置(11)，其中，天线装置(11)具有预定的方向特性(49)；用于以预定的工作频率区间运行天线装置(11)的控制电路(33)。本发明提出，天线装置(11)具有至少一个缝隙天线(41)，该缝隙天线作为相应的狭缝(42)被提供在外板(25)中。

Description

具有天线装置的机动车
技术领域
本发明涉及一种机动车，该机动车具有用于与在外部环境中的至少一个对象交换电磁的无线电波的天线装置和用于以预定的工作频率区间/运行频率区间/运行频率段(Betriebsfrequenzintervall)运行天线装置的控制电路。
背景技术
机动车可以通过无线电接收和双向的无线电连接系统与在外部环境中的对象交换信息。通过对这种无线的服务的数量和质量和数据传输率的提高的要求，要安装在机动车中的天线数量持续增加。因此要求尽可能隐藏地构造天线。为了达到尽可能与方向无关以及无障碍地围绕机动车的全方位接收，例如对于蓝牙、电话和互联网连接所需要的那样，以及为了实现接收卫星服务，用于天线装置的优选安装位置是车顶。然而如果在车顶天线模块中并排安装多个、彼此独立运行的天线，那么这些天线在运行中彼此影响。
所述类型的车顶天线模块例如从文献DE 199 41 476 A1中已知。这种天线模块在无线缆连接的情况下紧固在车顶的外板上。电容式地透过外板实现信号传输。天线模块可以具有多个不同的天线类型。
从文献DE 10 2010 012 615 A1中已知一种用于机动车的控制器，该控制器的壳体由金属制成。控制器可以发射无线电波，其中，壳体的凹口作为缝隙天线起作用，由此壳体用作天线。
从文献US 2007/0216587 A1中已知一种天线系统，该天线系统安装在壳体中，壳体中的部件用作对由在壳体中的天线产生的无线电波的波引导装置。
发明内容
本发明的目的是，在机动车中提供一种具有小的附加构造空间需求的天线。
上述目的通过独立权利要求的主题实现。本发明的有利的改进方案由从属权利要求的特征、下面的说明以及附图公开。
通过本发明提供一种机动车。机动车以已知的方式具有由能导电的材料制成的外板、即例如由钢或铝制成的外板。外板将机动车的内部空间与机动车的外部环境隔开。这种外板的另外的名称是外壳。外板特别是设计为机动车的车顶或A柱或B柱或C柱或行李舱盖或门。
机动车的天线装置设计为用于，与在外部环境中的至少一个对象交换电磁的无线电波。无线电波的交换可以包括向至少一个对象发出无线电波和/或接收来自至少一个对象的无线电波。天线装置为此具有预定的方向特性。为了运行天线装置提供一种控制电路。该控制电路以预定的工作频率区间运行天线装置。例如天线装置能以700MHz至3GHz的工作频率区间运行。天线装置可以具有单一的天线或多个天线，多个天线可以耦合地或彼此独立地由控制电路运行。通过控制电路在天线装置中产生电信号，由此天线装置发出电磁波或无线电波。对此附加或另选地可以通过控制电路截取由天线装置中的无线电波产生的电信号并转发到机动车中。
现在为了特别紧凑地和/或以小的附加构造空间需求设计天线装置，根据本发明提出，天线装置包括至少一个缝隙天线。通过在导电体、例如板中形成狭缝或间隙，即具有长形、例如长方形的贯穿开口，由此可以提供缝隙天线。在根据本发明的机动车中，在外板中作为相应的狭缝提供或形成至少一个缝隙天线。即不设置附加的构件，而是外板本身被开缝。每个狭缝的狭缝长度优选相当于工作频率区间的相应频率的半个波长和/或四分之一波长。换言之，至少一个缝隙天线与控制电路或工作频率区间相协调。
根据本发明提出，在外板中提供贯穿开口。缝隙天线的狭缝的狭缝形状在此是直的、曲折的或弯曲的。换言之，狭缝可以设计为直的，例如长方形的形状，或者是弯曲的或具有分支或卷绕或弧线形。外板的棱边可以在狭缝的区域中彼此成直角地布置或以其它角度或通过弧部连接。重要的是，狭缝长度、即沿着狭缝的纵向延伸方向的长度以所述方式与工作频率区间的至少一个频率的波长相协调。在曲折的狭缝形状中，沿着曲折路径测量狭缝长度，即不是在斜穿而过的捷径中测量。在此，狭缝的绝对最大尺寸特别是小于40cm，特别是小于20cm。
为了在外板中提供狭缝，例如可以冲压或切割出狭缝。例如可以使用激光切割方法用于切割。狭缝完全由外板的导电材料包围或被导电材料限定或邻接导电材料。相应的缝隙天线的几何形状特别是与工作频率区间相协调，使得缝隙天线对于工作频率范围的至少一个频率的效率大于百分之30、优选大于百分之40。在相应的缝隙天线的狭缝中优选布置空气或其它电介质或电绝缘材料。
根据本发明的机动车具有如下优点，即天线装置的至少一个天线例如可以提供在车顶天线模块的区域中，而不必为此在车顶天线模块内部为天线提供构造空间。代替的是，机动车顶的外板具有缝隙天线或具有可通过例如可布置在车顶天线模块中的控制电路运行的多个缝隙天线。
本发明还包括有利的改进方案，通过这些改进方案的特征得到附加的优点。
通过至少一个缝隙天线可以形成天线装置的方向特性，其中，针对工作频率区间中的至少一个频率，使零点对准通过控制电路独立于相应的缝隙天线运行的天线装置其它天线的方向。这用于使得至少一个缝隙天线与另外的天线解耦。例如作为另外的天线可以提供单极天线或鞭状天线。所述另外的天线由于所述方向特性不会或仅极小地受到至少一个缝隙天线的无线电波的作用或妨碍，从而在借助于至少一个缝隙天线发射时没有或仅极小的发射功率被输入或带入到另外的天线中。由此在另外的天线与至少一个缝隙天线之间的间距可以相应选择得较小，特别是小于20厘米。
通过至少一个缝隙天线也可以形成方向特性，其中，针对工作频率区间中的至少一个频率，使天线装置的发射区域和/或接收区域穿过缝隙天线的相应的缝隙既对准机动车的内部空间又同时对准机动车的外部环境。由此可以借助于至少一个缝隙天线提供双向输送(Doppelversorgung)。该方向特性因此可以例如用于，在机动车的WLAN路由器与位于机动车内部空间中的移动终端设备以及位于机动车外部环境中的设备(例如用于停车辅助装置的固定或静止安装的摄像机)之间实现数据交换。所述移动终端设备可以例如是智能电话和/或平板电脑和/或智能表。
优选提出，天线装置具有布置在外板的外侧上的壳体。分别形成缝隙天线的至少一个狭缝在此布置在壳体的相对于外部环境被壳体遮盖住的支承区域中。如果壳体例如布置在机动车的车顶上，则至少一个狭缝位于壳体的下方。由此借助于壳体可以使得至少一个狭缝相对于外部环境密封。
本发明特别是在使用天线模块、即一件式的构件方面是有利的。所述壳体可以例如是所述天线模块、特别是车顶天线模块的组成部分。在此，控制电路的至少一个连接线路可以通过外板的贯穿开口从机动车内部空间被引至壳体中。至少一个连接线路可以例如包括同轴电缆，以便从内部空间向控制电路传输发射信号和/或将通过天线装置接收的信号作为电的接收信号传输至内部空间中。在此还可以提出，这个贯穿开口本身设计为缝隙天线。换言之，控制电路设计为用于，将贯穿开口作为缝隙天线运行。为此在贯穿开口中例如还可以嵌入能导电的材料，以便由此形成缝隙天线的狭缝的至少一个棱边。狭缝的至少一个另外的棱边可以由外板本身形成。但是也可以提出，不在贯穿开口中布置附加的能导电的材料以形成缝隙天线。
在本发明中特别提出，附加或另选地可以通过控制电路运行至少一个与贯穿开口不同的狭缝作为缝隙天线。换言之，除了贯穿开口外在外板中还有至少一个狭缝，该至少一个狭缝分别形成或表明天线装置的缝隙天线。
通过控制电路可以以不同方式运行或使用每个缝隙天线。本发明的一个实施形式提出，控制电路设计为用于，在通过控制电路引起的天线装置运行中，通过馈电线路直接地作为发射极在处于工作频率区间中的一个频率的情况下激励至少一个缝隙天线。为此控制电路设计为用于，通过相应的馈电线路以电流或电容或电感方式在限定至少一个缝隙天线的相应的狭缝边界的边缘中馈入交流电压信号(发射)和/或从那里截取交流电压信号(接收)。控制电路可以具有印刷电路板(PCB-printed circuit board)以用于提供至少一个馈电线路。馈电线路可以通过印刷电路板的至少一个印刷导线形成。在与车顶天线模块有关的方面，该印刷电路板可以被提供或布置在车顶天线模块中。
至少一个缝隙天线表现为针对相应的馈电线路的终端阻抗。特别是提出，天线被适配/调整到具有等于馈电线路本身的线路阻抗值。为此可以使狭缝本身的终端阻抗值适配于线路阻抗。对此另选地可以提供适配电路，通过该适配电路使得狭缝适配于线路。由此可以通过适配电路的适配网络转换阻抗。阻抗值优选在30Ohm至100Ohm的范围中。
附加或另选地，控制电路也可以设计为用于，间接地运行至少一个缝隙天线。在此，控制电路设计为用于，在处于工作频率区间中的至少一个频率的情况下使至少一个缝隙天线间接地作为引向器/引向天线或反射器/反射面天线或天线孔隙/孔隙天线运行。换言之，提供至少一个另外的天线、例如鞭状天线或单极天线，该单极天线的电磁场与至少一个缝隙天线相互作用，由此得到所述方向特性。在此，所述至少一个缝隙天线是引向器/反射器/天线孔隙。
根据本发明的机动车优选设计为汽车、特别是乘用车或载重车。
附图说明
下面说明本发明的实施例。为此示出：
图1示出根据本发明的机动车的示意图；
图2示出车顶天线模块的示意性透视图，该车顶天线模块在车顶上紧固在机动车的外板上；
图3示出缝隙天线的示意图，该缝隙天线在机动车车顶的外板中被提供在车顶天线模块的下方；和
图4示出图2的车顶天线模块连同方向特性的示意性俯视图，该方向特性可以借助于图3的缝隙天线提供。
具体实施方式
下面说明的实施例是本发明的优选实施形式。在实施例中，实施形式的所述组成部分分别表明本发明的各个可视为彼此独立的特征，这些特征也彼此独立地改进本发明并因此可单独地或以与示出的组合方式不同的方式视为本发明的组成部分。所述实施形式还可以通过本发明的其它已说明的特征加以补充。
在附图中，功能相同的元件分别设有相同的附图标记。
图1示出机动车10，机动车可以例如是汽车、特别是乘用车。机动车10可以具有天线装置11，借助于该天线装置可以在机动车10与移动通信网络13之间和/或在机动车10与WLAN路由器14之间提供或建立无线电连接12。还可以提出，通过天线装置11接收GNSS(Global Navigation Satellite System全球导航卫星系统)、例如GPS(GlobalPositioning System全球定位系统)的位置信号15。对此附加或另选地可以提出，接收来自卫星广播17的广播信号16。还可以提出，借助于用于实现双向输送18的天线装置11提供或建立与可位于机动车10的内部空间21中的移动终端设备20的无线电连接。而移动通信网络13、WLAN路由器14、GNSS和卫星广播17分别是布置在机动车10的外部环境22中的对象。
为了发射所述无线电信号并接收该无线电线信号，天线装置可以具有能安装在机动车10的车顶24上的车顶天线模块23。车顶24可以借助于机动车10的外板25形成或提供。车顶天线模块23可以通过连接线路26与车辆部件27电路连接。车辆部件27可以例如是用于至少一个线缆连接的通信网络28的网关。所述至少一个通信网络28可以例如包括以太网和/或CAN总线(CAN–控制器局域网络)。天线装置11将来自车辆部件27的发射信号29转换为所述无线电信号。还将通过天线装置11接收的无线电信号转换为用于车辆部件27的电的接收信号30。车辆部件27可以通过至少一个通信网络28与至少一个另外的车辆部件31、例如与信息娱乐系统(Information-Unterhaltungssystem)交换发射信号29和接收信号30。
图2示出天线装置11。车顶天线模块23可以具有盖或壳体32，在该壳体中可以布置控制电路33，通过控制电路可以运行天线装置11。天线装置11可以例如包括第一天线34和第二天线35。在示出的示例中，第一天线34设置为单极天线结构。该单极天线结构可以具有飞边36，单极天线可以作为金属条37布置在该飞边上，从而金属条37垂直于车顶24的平面。飞边34在此可以由塑料制成。壳体32也可以由塑料制成。天线35可以例如是贴片天线，以便接收所述卫星信号。
控制电路33可以设计为印刷电路板。通过控制电路33可以将天线34、35与连接电缆26联接。控制电路33可以设计用于以本身已知的方式运行天线34、35。
车顶天线模块23可以具有底板38，该底板可以例如由金属制成。底板38在车顶24上的接触区域也表明在外板25的外侧A′上的支承区域A。在底板38上可以布置接套39，该接套可以插入车顶34的外板35中的贯穿开口40中以用于将车顶天线模块23紧固在车顶24上。
天线装置11可以具有另外的天线，该另外的天线虽然同样可以通过控制电路33运行，但是该另外的天线不必须是车顶天线模块本身的组成部分。该另外的天线可以是缝隙天线41，该缝隙天线可以设计为车顶24的外板25中的狭缝42。控制电路33可以具有馈电线路43，通过该馈电线路可以在狭缝42的边缘44处馈入或施加或产生交流电压。由此得到缝隙天线41的馈电点45。馈电线路43可以与边缘44电流地或电容地或电感地联接。可以直接地(电流地、电容地、电感地)实现对狭缝41的激励。但是也可以间接地(借助于天线孔隙耦合、寄生耦合、作为引向器、作为反射器)实现激励。
狭缝在此同样可以仅作为天线的部件起作用，即与另外的天线相关联地或组合地运行。
图3示出缝隙天线41的俯视图。狭缝42是外板25中的贯穿开口。狭缝42具有纵向延伸部46，沿着该纵向延伸部可以测定狭缝42的狭缝长度47。在图3中示出的实施形式中，狭缝具有长方形的形状，其中，狭缝长度47是横向于狭缝长度47的狭缝宽度48的至少2倍，特别是3倍。
图3示出狭缝42的另选的设计方案49，其中，狭缝42具有叉形的或分叉的端部，其中，在图3中示出，狭缝长度47可以例如沿着狭缝42的中线被测定为狭缝长度47′。
狭缝长度47、47′在相当于工作频率区间的相应频率的二分之一和/或四分之一波长的范围中，控制电路33利用该工作频率区间运行天线装置11。
图4示出，借助于缝隙天线41在发射和/或接收无线电波时可以形成方向特性49。方向特性49可以具有零点50，该零点可以对准天线34和/或天线35的方向。由此造成缝隙天线41与天线34、35之间的解耦51。在图4中，联接51通过点划线示意性示出。
除了缝隙天线41外还可以提供至少一个能导电的附加元件41′，该附加元件、例如单极天线37是从外板35上突出的结构。附加元件例如可以是金属棒或弯曲的金属板件或冲弯件。由此可以为工作频率区间中的至少一个频率设定或改变方向特性49。
因此在机动车10中，天线狭缝(由于清晰性原因仅示出一个狭缝)被嵌入车顶中。每个狭缝都被用作天线(优选仅用于仅一个无线电通信服务或一种类型的无线电连接)。由此得到的大优点是，可以如此实现天线方向特性29，该天线方向特性指向其它的天线或发射极34、35、例如电话发射极、极点或零点50的方向。
因此分开地或彼此独立地运行的所示天线可以在狭窄的空间、即在车顶(25)上的平面中解耦并运行。
方向特性49还可以另选或附加被设计为，借助于作为缝隙天线41的狭缝42还提供直至内部空间21中的终端设备20的无线电连接19。
因此可以通过在机动车10的车顶24的外板25中设置贯穿开口或狭缝42来提供缝隙天线。替代所示的简单的长方形的缝隙形状，还可以提供具有一个或多个狭缝的狭缝结构。该狭缝结构可以被提供在机动车10的金属、能导电的外板中，并通过适宜的馈电以工作频率区间激励无线电波的发射。该结构可以具有分支、弧形部或卷绕。
在此优选提出，借助于车顶天线模块23对狭缝结构相对于外部环境22密封。为此将缝隙天线41布置在支承区域A中。
可以借助于冲压技术或激光技术或其它成型技术在机动车的顶篷中、即在机动车的顶篷的外板25中形成狭缝结构。
也可以设想，通过外板25将车顶天线紧固在顶篷上的双重用途，这种做法可以转移到其它的构造空间，例如A柱或挡泥板或车门。
这种结构提供如下优点，即可以使用良好的天线位置，在此不必为天线设计附加的保持件，并可以架设既照亮外部环境22的外部空间又照亮内部空间21中的乘员舱的天线(例如用于蓝牙和/或WLAN)。在车顶天线的构造空间中的所述缝隙天线提供了如下优点，即可以在所述底板38上自由地布置其它天线。此外，通过这种在外板中的缝隙天线对卫星天线的影响也小。
总之示例示出，如何通过本发明在机动车中提供和使用一个或多个缝隙天线结构。

Claims (10)

1.一种机动车(10)，具有：
-由能导电的材料制成的外板(25)，该外板将机动车(10)的内部空间(21)相对于外部环境(22)隔开，
-用于与在外部环境(22)中的至少一个对象(13、14、17、GNSS)交换电磁的无线电波(12、15、16)的天线装置(11)，其中，天线装置(11)具有预定的方向特性(49)，和
-用于以预定的工作频率区间运行天线装置(11)的控制电路(33)，
其特征在于，
天线装置(11)具有至少一个缝隙天线(41)，所述至少一个缝隙天线作为相应的狭缝(42)被提供在外板(25)中。
2.根据权利要求1所述的机动车(10)，其特征在于，通过所述至少一个缝隙天线(41)形成方向特性(49)，其中，针对工作频率区间中的至少一个频率为了实现解耦(51)，使零点(50)对准通过控制电路(33)独立于相应的缝隙天线(41)运行的其它天线(34、35)的方向。
3.根据前述权利要求中任一项所述的机动车(10)，其特征在于，通过所述至少一个缝隙天线(41)形成方向特性(49)，其中，针对工作频率区间中的至少一个频率为了实现双向输送(18)，使天线装置(11)的发射区域和/或接收区域穿过缝隙天线(41)的相应的狭缝(42)既对准内部空间(21)又对准外部环境(22)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机动车(10)，其特征在于，控制电路(33)设计为天线模块(23)——特别是车顶天线模块，所述天线模块在外部安装在外板(25)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机动车(10)，其特征在于，天线装置(11)具有布置在外板(25)的外侧上的壳体(32)，至少一个狭缝(42)布置在壳体(22)的相对于外部环境(22)被壳体(32)遮盖住的支承区域中。
6.根据权利要求5所述的机动车(10)，其特征在于，控制电路(33)的至少一个连接线路(26)通过在外板(25)中提供的贯穿开口(40)从内部空间(21)被引向壳体(32)，控制电路(33)设计为用于，将贯穿开口(40)作为缝隙天线运行。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机动车(10)，其特征在于，控制电路(33)设计为用于，在通过控制电路(33)引起的天线装置(11)运行中，在工作频率区间中的一个频率的情况下通过馈电线路(43)直接地作为发射极激励至少一个缝隙天线(41)，由此通过相应的馈电线路(43)电流地或电容地或电感地在限定至少一个缝隙天线(42)的相应的狭缝(42)边界的边缘(44)中馈入和/或从那里截取交流电压信号。
8.根据权利要求7所述的机动车(10)，其特征在于，至少一个缝隙天线(41)具有等于馈电线路的线路阻抗值的适配。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机动车(10)，其特征在于，控制电路(33)设计为用于，在通过控制电路(33)引起的天线装置(11)运行中，在工作频率区间中的至少一个频率的情况下使至少一个缝隙天线(41)间接地作为引向器或反射器或天线孔隙运行。
10.根据前述权利要求中任一项所述的机动车(10)，其特征在于，在外板(25)中冲压或切割出每个缝隙天线(41)的相应的狭缝(42)。
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