DE10030467A1 - Funkfrequenzantennensystem für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Funkfrequenzantennensystem für KraftfahrzeugeInfo
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- H01Q1/1271—Supports; Mounting means for mounting on windscreens
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Abstract
Es ist eine Fensterantenne (16) zum Empfang von elektromagnetischen Funkwellen von einem Kraftfahrzeug (10) vorgesehen. Das Fahrzeug (10) weist einen Metallaufbau auf, der eine Öffnung mit einer darin angeordneten Fensterscheibe (12) bildet. Die Fensterscheibe (12) weist einen oberen Bereich und einen im wesentlichen horizontalen oberen Rand auf, der an dem Metallaufbau angrenzt. Die Antenne (16) ist aus einem elektrisch leitenden Material gebildet, das an der Fensterscheibe (12) befestigt ist. Die Antenne (16) umfaßt ein horizontal längliches Hauptelement (18), das im wesentlichen parallel zu dem oberen Randabschnitt des Fensters (12) angeordnet und von diesem beabstandet ist. Das Hauptelement (18) ist mit einem Verbindungselement (20) elektrisch verbunden, das sich abwärts erstreckt. Das Verbindungselement (20) ist mit einem Zusatzelement (22) elektrisch verbunden, das unter dem Hauptelement (18) um eine Größe beabstandet ist, die ausreichend ist, so daß keine wesentliche Kopplung mit diesem gebildet wird.
Description
Diese Erfindung betrifft Funkfrequenzantennensysteme (RF-
Antennensysteme), die an einem Fahrzeugfenster befestigt sind.
Mit der zunehmenden Entwicklung von Kommunikationsvorrichtungen
und der wachsenden Vielzahl derartiger Vorrichtung hat sich ein steigen
der Bedarf entwickelt, um zugehörige Antennen in Bereichen anzuordnen,
die die Leistung der Kommunikationsvorrichtungen verbessern. Bei
Kraftfahrzeugen beschränken ästhetische Belange und auch, daß die
Sicht der Fahrzeuginsassen nicht behindert wird, den Bereich gewünsch
ter Stellen für Antennen weiter. Typische Kommunikationsvorrichtungen,
die nun in vielen Fahrzeugen angebracht werden, umfassen AM-/FM-
Radios, Mobilfunktelefone und ferngesteuerte schlüssellose Fahrzeugzu
gangssysteme. Es ist auch beabsichtigt, daß Fahrzeugfernstartsysteme in
naher Zukunft in den Markt eingeführt werden.
Allgemein umfassen herkömmliche ferngesteuerte schlüssellose Zugangs
systeme eine Innenantenne, um Funkwellen zu empfangen, die das Sy
stem anweisen, das Fahrzeug zu sichern oder zu entsichern. Das Modul
für schlüssellosen Zugang ist gewöhnlich unter dem Armaturenbrett im
Fahrgastraum oder an anderen Stellen in dem Fahrzeug angeordnet. Typi
scherweise haben diese Systeme eine zufriedenstellende Leistung ergeben,
jedoch ist der Empfang des Fahrzeugsicherungssignales/des Fahrzeug
entsicherungssignales infolge einer Dämpfung des Signales durch den da
zwischenliegenden Fahrzeugaufbau beschränkt. Zusätzlich tritt ein aus
setzender Empfang des Sicherungs-/Entsicherungssignales abhängig von
der Richtung, aus der das Signal gesendet wird, infolge von Unterschieden
der Größe des Fahrzeugaufbaues auf, der zwischen der Signalquelle und
der Innenantenne liegt. Beispielsweise ist es möglich, daß das schlüssello
se Zugangssystem auf ein Signal, das von einem Ort in der Nähe des hin
teren Kotflügels gesendet wird, nicht anspricht, aber auf ein Signal, das
von einem Ort in der Nähe der Fahrerseitentür gesendet wird, anspricht.
Ein aussetzender oder inkonsistenter Betrieb ist aufgrund der Gefahr ei
ner Kundenunzufriedenheit unerwünscht.
Eine Alternative zur Befestigung einer Antenne in dem Fahrgastraum be
steht darin, die Antenne in der Windschutzscheibe zu befestigen. Her
kömmlich sind Mast- oder Peitschenantennen dazu verwendet worden,
Funkwellen von einem Kraftfahrzeug zu empfangen und zu senden. In
letzter Zeit sind Dünnfilmantennen, die an einem Fahrzeugfenster befe
stigt sind, entwickelt worden (siehe U.S. Patent Nr. 5,083,135, U.S. Patent
Nr. 5,528,314 und U.S. Patent Nr. 5,739,794). Die Dünnfilmantennen ha
ben das Erfordernis für Mast- oder Peitschenantennen für VHF- und UHF-
Empfang beseitigt.
Das U.S. Patent Nr. 5,083,135, das am 21. Januar 1992 erteilt wurde, be
schreibt eine transparente Filmantenne für ein Fahrzeugfenster in der
Form eines "T" mit einem horizontal länglichen Hauptelement, das von
dem oberen horizontalen Rand des Fensters beabstandet und parallel zu
diesem angeordnet ist, und einem vertikal länglichen Impedanzanpas
sungselement, das sich von der Mitte des Hauptelementes das Fenster
abwärts erstreckt. Ein Nachteil in Verbindung mit Filmantennen, bei de
nen sich die Elemente in den Hauptsichtbereich der Windschutzscheibe
erstrecken, ist der Einfluß auf das Fahrzeugaussehen, der bewirkt wird,
wenn Sonnenlicht von der Oberfläche der Windschutzscheibe reflektiert
wird. Das Sonnenlicht kann einen Schimmereffekt in dem Bereich der
Windschutzscheibe bewirken, in dem die Filmantenne eingebettet ist.
Die U.S. Patent Nrn. 5,528,314, das am 18. Juni 1996 erteilt wurde, und
5,739,794, das am 14. April 1998 erteilt wurde, sehen verbesserte Film
antennen (die als Solar-Ray-Antennen bezeichnet sind) vor, die das Aus
sehen des Fahrzeugs nicht verschlechtern. Beide Solar-Ray-Antennen
umfassen ein horizontal längliches Hauptelement, das von dem oberen
horizontalen Rand des Fensters beabstandet und parallel zu diesem ange
ordnet ist. Jede Antenne umfaßt ein Impedanzanpassungselement, das
mit dem Hauptelement gekoppelt ist und sich so auswärts erstreckt, daß
es von dem Rand der Fensteröffnung beabstandet ist, um so eine
Schlitzübertragungsleitung zu bilden. Die Impedanzanpassungselemente
umschließen oder besetzen daher nahezu die gesamte Windschutzscheibe
mit der Ausnahme eines Streifens über den oberen Teil in dem Bereich,
der normalerweise getönt ist.
Ein Fahrzeug, das eine Solar-Ray-Antenne zum AM-/FM-Empfang ver
wendet, schließt aufgrund einer physikalischen Überlagerung die Verwen
dung einer herkömmlichen Filmantenne für ein schlüsselloses Fahrzeug
zugangssystem aus. Die Solar-Ray-Antenne umfaßt praktisch die gesamte
Windschutzscheibe außer den getönten Bereich an der Oberseite. Ein
schlüsselloses Fahrzeugzugangssystem, das eine herkömmliche Filman
tenne verwendet, die in dem getönten Bereich der Windschutzscheibe an
geordnet ist, würde ein vertikales Impedanzanpassungselement erfordern,
das sich in das Impedanzanpassungselement der Solar-Ray-Antenne er
strecken würde. Wenn das Solar-Ray-Impedanzanpassungselement auf
der Windschutzscheibe in eine niedrigere Position verschoben wird, um so
eine physikalische Überlagerung mit der Antenne für das schlüssellose
Zugangssystem zu vermeiden, wird das Aussehen des Fahrzeugs infolge
des Schimmereffektes des Windschutzscheibenbereiches mit der Filman
tenne verschlechtert, die mit dem Rest der Windschutzscheibe einen Kon
trast bildet. Demgemäß besteht Bedarf für eine Filmantenne, die vollstän
dig in dem getönten Bereich einer Windschutzscheibe angeordnet sein
kann.
Es ist eine Fahrzeugfensterantenne zum Empfang von elektromagneti
schen Funkwellen vorgesehen. Das Fahrzeug weist einen Metallaufbau
auf, der eine Öffnung mit einer darin angeordneten Fensterscheibe bildet.
Die Fensterscheibe weist einen oberen Bereich und einen im wesentlichen
horizontalen oberen Rand auf, der an den Metallaufbau angrenzt. Die An
tenne besteht aus einem elektrisch leitenden Material, das an der Fenster
scheibe befestigt ist. Die Antenne umfaßt ein horizontal längliches Haupt
element, das im wesentlichen parallel zu dem oberen Randabschnitt des
Fensters angeordnet und von diesem beabstandet ist. Das Hauptelement
umfaßt einen oberen Rand und einen unteren Rand. Der untere Rand ist
mit einem sich abwärts erstreckenden Verbindungselement verbunden.
Der untere Abschnitt des Verbindungselementes ist mit einem Zusatzele
ment elektrisch verbunden, das einen oberen Rand aufweist, der unter
dem Hauptelement um eine Größe beabstandet ist, die ausreichend ist,
daß mit diesem keine wesentliche Kopplung gebildet wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf
die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
Fig. 1 ein Fahrzeug zeigt, das ein mit einer Antenne gemäß der
Erfindung versehenes Fenster aufweist,
Fig. 2 eine Detailansicht einer Fahrzeugwindschutzscheibe zeigt,
die mit einer Antenne gemäß der Erfindung versehen ist,
Fig. 3 eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfin
dung zeigt,
Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, die mit Lei
tungsbändern ausgebildet ist, und
Fig. 5 eine Ausführungsform der Erfindung zeigt, die mit Lei
tungsbändern ausgebildet ist, die in einem offenen Kreis
enden.
Die vorliegende Ausführungsform der Erfindung ist als eine kleine Hoch
frequenzantenne für ein ferngesteuertes schlüsselloses Fahrzeugzugangs
system konfiguriert, das bei 315 MHz mit einer Wellenlänge von 952 mm
arbeitet. Die Prinzipien der Erfindung erstrecken sich jedoch auf Anten
nen, die für andere Fahrzeugsysteme konstruiert sind, wie beispielsweise
elektronisches Gebührensystem, Mobilfunk, GPS, GMS und PCS. Die An
tenne ist vorzugsweise in dem oberen getönten Bereich der Fahrzeugwind
schutzscheibe angeordnet, obwohl andere Stellen an einem Fahrzeugfen
ster auch durch den Schutzumfang der Erfindung umfaßt sind. Das Fahr
zeug umfaßt bei der bevorzugten Ausführungsform zusätzlich zu einer
oder mehreren Hochfrequenzantennen eine Solar-Ray-Antenne zum AM-
/FM-Empfang. Die Solar-Ray-Antenne erstreckt sich über einen wesentli
chen Anteil des Hauptsichtbereiches der Fahrzeugwindschutzscheibe, wo
bei die möglichen Stellen für Hochfrequenzantennen beschränkt sind.
In Fig. 1 ist eine Fahrzeugkarosserie 10 gezeigt, die eine Fensterantenne
16 für ein schlüsselloses Zugangssystem umfaßt. Die Fahrzeugkarosserie
10 besteht aus einem elektrisch leitenden Metall, wie beispielsweise Stahl
oder Aluminium, und besitzt ein Fenster, das durch einen Karosseriefen
sterrand 11 definiert ist. Eine Fensterscheibe 12 überlappt den Karosse
riefensterrand 11 um seinen Umfang, um eine Windschutzscheibe für die
Fahrzeugkarosserie 10 zu bilden. Die Windschutzscheibe 12 ist vorzugs
weise eine laminierte Standardwindschutzscheibe für Kraftfahrzeuge, die
aus zwei Glaslagen mit einer dazwischenliegenden thermoplastischen Lage
oder Polyvinylbutyrallage besteht.
In Fig. 2 ist ein detaillierter Schnitt der Windschutzscheibe 12 gezeigt. Die
Windschutzscheibe 12 kann optional mit einem sich in Längsrichtung er
streckenden getönten Bereich 14 über den oberen Teil versehen sein. Die
ser getönte Bereich 14, der gewöhnlich bei Windschutzscheiben zur Licht
verringerung und zum Blendschutz verwendet wird, kann bei dieser Er
findung vorteilhafterweise dazu verwendet werden, um die Antenne weni
ger sichtbar zu machen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Er
findung ist die Fensterantenne 16 in dem getönten Bereich 14 der Wind
schutzscheibe 12 angeordnet gezeigt. Zum Empfang von AM-/FM-Signalen
ist eine Solar-Ray-Antenne 30 in dem Hauptsichtbereich der Windschutz
scheibe 12 befestigt. Vor der Beschreibung der Fensterantenne 16 wird
zuerst die Solar-Ray-Antenne 30 kurz beschrieben.
Die Solar-Ray-Antenne 30, die wie in dem U.S. Patent Nr. 5,528,314 be
schrieben konfiguriert ist, ist im wesentlichen in dem Hauptsichtbereich
der Windschutzscheibe 12 angeordnet gezeigt. Die Solar-Ray-Antenne 30
besteht aus einem elektrisch leitenden Material, das an der Windschutz
scheibe 12 befestigt ist. Die Solar-Ray-Antenne 30 ist eine planare Anten
ne mit im wesentlichen konstanter Dicke, womit ihre Empfangs- und
Strahlungseigenschaften durch ihre planare Form stark beeinflußt sind.
Die Antenne 30 kann aus zwei Grundelementen bestehend beschrieben
werden: einem Hauptelement 32 und einem Impedanzanpassungselement
34. Das Hauptelement 32 ist in dem getönten Bereich 14 der Windschutz
scheibe 12 zentral angeordnet. Das Hauptelement 32 besitzt eine im we
sentlichen rechtwinklige Form und ist im wesentlichen parallel zu dem
horizontalen oberen Abschnitt des Karosseriefensterrandes 11 angeordnet
und von diesem beabstandet. Das Impedanzanpassungselement 34 be
deckt im wesentlichen die gesamte Windschutzscheibe 12 unterhalb des
getönten Bereiches 14 und somit den größten Teil oder den gesamten
Hauptsichtbereich der Windschutzscheibe 12.
Die Fensterantenne 16 für das schlüssellose Zugangssystem besteht aus
einem elektrisch leitenden Material, das an der Windschutzscheibe 12 be
festigt ist. Geeignete leitende Materialien umfassen nicht transparente
Filme und Frittenmaterial, wie beispielsweise Silber und Glas. Alternativ
dazu kann die Antenne 16 aus transparenten leitfähigen Einzel- oder
Mehrlagenfilmen bestehen, wie beispielsweise durch Indium-Zinn-Oxid
oder Lagen aus Silber und Titandioxid vorgesehen ist, die für sichtbares
Licht im wesentlichen transparent und elektrisch leitend sind, wobei sie
vorzugsweise einen Schichtwiderstand von 4 Ohm pro Quadrat oder weni
ger aufweisen. Der Schutzumfang der Erfindung ist nicht auf die vorher
erwähnten leitenden Materialien begrenzt, sondern es kann ein beliebiger
Materialfilm mit geeigneter Transparenz und Leitfähigkeit verwendet wer
den, um die Antenne 16 zu bilden. Die grundsätzliche Anforderung für das
leitende Material besteht darin, für die elektrischen Ströme eine ausrei
chende Leitfähigkeit vorzusehen, die entlang der Ränder der Elemente
fließen. Bei einem gegebenen Schichtwiderstand ändert sich diese Leitfä
higkeit mit der Breite des Materialstreifens, der Strom leitet. Optisch
transparente Materialien besitzen im allgemeinen größere Schichtwider
stände und müssen daher breiter sein, aber ihre Transparenz erlaubt, daß
die breiteren Elemente auf einem Fenster ohne Beschränkung des Fen
stersichtbereiches angeordnet werden können. Die Materialien mit niedri
gerem Schichtwiderstand, wie beispielsweise das oben erwähnte Fritten
material, sind im allgemeinen für sichtbares Licht nicht transparent, und
aus diesen hergestellte Fensterantennenelemente müssen daher schmaler
gemacht oder an dem Rand der Windschutzscheibe 12 angeordnet wer
den, um so die Sichtbarkeit durch das Fenster nicht zu beeinflussen.
In Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Antenne 16 gezeigt. Die Antenne
16 ist eine planare Antenne, womit ihre Empfangs- und Strahlungseigen
schaften durch ihre planare Form stark beeinflußt sind. Die Antenne 16
kann aus drei Grundelementen bestehend beschrieben werden: einem
Hauptelement 18, einem Verbindungselement 20 und einem Zusatzele
ment 22. Das Verbindungselement 20 und das Zusatzelement 22 sehen
kombiniert die Funktion des Impedanzanpassungselementes von Anten
nen nach dem Stand der Technik vor. Bei herkömmlichen Fensteranten
nen ist das Impedanzanpassungselement ein vertikal längliches Element,
das an dem Zentralabschnitt des unteren Randes des Hauptelementes
befestigt ist. Eine Antenne, die bei der vorliegenden Anwendung eine der
artige Konfiguration verwendet, würde sich abwärts in den Hauptsichtbe
reich der Windschutzscheibe erstrecken und sich physikalisch mit dem
Impedanzanpassungselement der Solar-Ray-Antenne überlagern. Bei der
gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform sieht die Kombination des
Verbindungselementes 20 und des Zusatzelementes 22 eine flächeneffizi
ente Ersetzung des Impedanzanpassungselementes nach dem Stand der
Technik vor. Durch Beibehaltung annähernd desselben Umfangs für die
Kombination, wie er für das Impedanzanpassungselement nach dem
Stand der Technik erforderlich wäre, und durch Ausdehnung des Zusat
zelementes 22 seitwärts anstatt abwärts, wird annähernd dieselbe Anten
nenimpedanz erzielt, während weniger vertikale Länge für die Antenne 16
erforderlich ist. Ähnlich zu dem Impedanzanpassungselement nach dem
Stand der Technik verhält sich das mit dem Zusatzelement 22 kombinierte
Verbindungselement 20 bezüglich der Fahrzeugkarosserie 10 als ein kur
zer invertierter Monopol. Die Impedanz der Antenne 16 ist durch Einstel
len der gegenwärtigen Weglänge (Außenumfang der Elemente 20 und 22)
der Kombination des Verbindungselementes 20 und des Zusatzelementes
22 abgestimmt. Die Kombination weist eine zugehörige Impedanz auf, die
hauptsächlich als eine Funktion der gegenwärtigen Weglänge variiert.
Durch Befestigung des Verbindungselementes 20 und des Zusatzelemen
tes 22 an dem Hauptelement 18 werden ihre jeweiligen Impedanzen im
wesentlichen parallel kombiniert und erscheinen als Gesamtimpedanz für
die Antenne 16 zwischen dem Einspeisepunkt und dem Erdungspunkt.
Das Hauptelement 18 besitzt eine Außenform und Orientierung ähnlich
dem Hauptelement des beschriebenen U.S. Patentes Nr. 5,083,135. Das
Hauptelement 18 ist im wesentlichen parallel zu dem oberen horizontalen
Abschnitt der Karosseriefensterleiste 11 angeordnet und von diesem beab
standet. Das Hauptelement 18 ist im wesentlichen rechtwinklig, obwohl
seine horizontalen Ränder einer geringen Krümmung des oberen horizon
talen Abschnittes der Karosseriefensterleiste 11 folgen können und seine
Ecken aus Gründen eines besseren Aussehens abgerundet sein können.
Zusätzlich ist es, da der größte Teil der elektrischen Ströme, die in dem
Hauptelement 18 fließen, nahe seiner Außenränder vorliegt, nicht erfor
derlich, daß das Hauptelement 18 über die gesamte Fläche in seinen Au
ßenabmessungen kontinuierlich sein muß. Das Hauptelement 18 ist ein
abgestimmtes Element mit einer wirksamen horizontalen Länge eines un
geradzahligen Ganzzahligen von einem Viertel der Wellenlänge, auf die es
abgestimmt ist.
Das Hauptelement 18 weist bei der abgestimmten Wellenlänge einen
Blindwiderstand von Null auf. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausfüh
rungsform ist die Antenne 16 zum Empfang eines 315 MHz Signales kon
struiert, das ein ferngesteuertes schlüsselloses Zugangssystem für ein
Fahrzeug steuert. Das Hauptelement 18 ist auf eine Wellenlänge von 952
mm entsprechend der Betriebsfrequenz abgestimmt und weist somit eine
wirksame horizontale Länge von etwa 238 mm auf. Wie bei der Antenne
des U.S. Patentes Nr. 5,083,135 hat sich herausgestellt, daß die physika
lische Länge des Hauptelementes 18 bei Resonanz etwas kürzer als ein
gemessenes Viertel der tatsächlichen Signalwellenlänge ist. Das beschrie
bene Patent umfaßt eine detaillierte Beschreibung der Kopplungseffekte,
die die verringerte Länge des Hauptelementes 18 bewirken. Bei der gegen
wärtig bevorzugten Ausführungsform hat sich herausgestellt, daß das
Hauptelement 18 gut mit einer tatsächlichen horizontalen Länge von 152
mm und einer vertikalen Breite von 12,7 mm arbeitet. Das Hauptelement
18 ist unter dem oberen horizontalen Abschnitt des Karosseriefensterran
des 11 ideal um einen Abstand beabstandet, der eine maximale Signalver
stärkung vorsieht, aber es ist möglich, daß an diesem Abstand Abstriche
gemacht werden können, um andere Vorteile für eine bestimmte Fahr
zeugkonstruktion zu erhalten, wie unten beschrieben ist. Bei der gegen
wärtig bevorzugten Ausführungsform ist das Hauptelement 18 vorzugs
weise um 6,4 mm von dem oberen horizontalen Abschnitt des Karosserie
fensterrandes 11 beabstandet, obwohl ein Abstand in dem Bereich von
4,76 mm bis 15,9 mm auch geeignet ist.
Das Verbindungselement 20 besteht vorzugsweise aus einem länglichen
Streifen oder Band und ist im wesentlichen rechtwinklig zu dem Haupt
element 18 angeordnet. Das Verbindungselement 20 ist mit dem Zentral
abschnitt des unteren Randes des Hauptelementes 18 elektrisch verbun
den, wobei es sich von diesem abwärts erstreckt. Obwohl bei der gegen
wärtig bevorzugten Ausführungsform das Verbindungselement 20 mit dem
Zentralabschnitt des Hauptelementes 18 elektrisch verbunden ist, liegt es
im Schutzumfang der Erfindung, das Verbindungselement entlang ande
rer Abschnitte des unteren Randes des Hauptelementes 18 zu verbinden.
Die Länge des Verbindungselementes 20 ist so gewählt, um Übertra
gungskopplungseffekte zwischen dem Hauptelement 18 und dem Zusat
zelement 22 zu minimieren. Bei der gegenwärtig bevorzugten Ausfüh
rungsform ist eine Länge von vorzugsweise 50,8 mm verwendet. Da der
größte Teil der elektrischen Ströme, die in dem Verbindungselement 20
fließen, in der Nähe seiner Außenränder auftritt, ist es nicht erforderlich,
daß das Verbindungselement 20 über die gesamte Fläche in seinen Au
ßenabmessungen kontinuierlich sein muß. Um die Herstellung zu verein
fachen, wird das Verbindungselement 20 vorzugsweise aus demselben
Material mit demselben Prozeß wie das Hauptelement 18 hergestellt.
Das Zusatzelement 22 besteht vorzugsweise aus einem Streifen oder
Band, das sich von dem Verbindungselement 20 erstreckt und aus dem
gleichen Material mit dem gleichen Prozeß hergestellt ist. Das Zusatzele
ment 22 ist im wesentlichen horizontal länglich mit einem oberen Ab
schnitt 24, der mit dem unteren Abschnitt des Verbindungselementes 20
verbunden ist, wobei es sich von diesem im wesentlichen gleichermaßen
in Richtung jeder Seite erstreckt. Obwohl bei der gegenwärtig bevorzugten
Ausführungsform das Zentrum des oberen Abschnittes des Zusatzele
mentes 22 mit dem unteren Abschnitt des Verbindungselementes 20
elektrisch verbunden ist, liegt es im Schutzumfang der Erfindung, dieses
mit anderen Stellen entlang des oberen Randes des Zusatzelementes 22
an dem unteren Abschnitt des Verbindungselementes 20 zu verbinden.
Der Winkel, unter dem das Zusatzelement 22 mit dem Verbindungsele
ment 20 verbunden ist, ist so gewählt, um Übertragungskopplungseffekte
zwischen dem Hauptelement 18 und dem Zusatzelement 22 zu minimie
ren. Der untere Rand des Zusatzelementes 22 ist um einen ausreichenden
Abstand von dem Impedanzanpassungselement 34 der Solar-Ray-Antenne
beabstandet, um so Übertragungskopplungseffekte zwischen dem Zusat
zelement 22 und dem Impedanzanpassungselement 34 zu minimieren. Bei
der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird ein Abstand von vor
zugsweise 19,0 mm beibehalten, obwohl ein Abstand von etwa 12,8 mm
zulässig ist. Da der größte Teil der elektrischen Ströme, die in dem Zusat
zelement 22 fließen, nahe seinen Außenrändern auftritt, ist es nicht erfor
derlich, daß das Zusatzelement 22 über die gesamte Fläche in seinen Au
ßenabmessungen kontinuierlich sein muß. Um die Herstellung zu verein
fachen, wird das Zusatzelement 22 vorzugsweise aus demselben Material
mit demselben Prozeß wie das Verbindungselement 20 hergestellt.
Die Fensterantenne 16 wird vorzugsweise an einem Einspeisepunkt 25
eingespeist, der entlang des oberen Randes des Hauptelementes 18 und
vorzugsweise annähernd zentriert entlang des oberen Randes des Haup
telementes 18 angeordnet ist. Die Fensterantenne 16 kann auch über eine
Einspeisevorrichtung 29 eingespeist werden, die sich von dem oberen
Rand aufwärts erstreckt. Die Einspeisevorrichtung 29 umfaßt beliebige
Einspeiseanordnungen, wie in dem U.S. Patent Nr. 5,528,314 und dem
U.S. Patent Nr. 5,648,785 beschrieben ist, die am 15. Juli 1997 erteilt
wurden, wobei diese beiden durch Bezugnahme hinsichtlich derartiger
Einspeiseanordnungen eingeschlossen sind.
Das Verbindungselement 20 und das Zusatzelement 22 verhalten sich in
Kombination bezüglich des Metallaufbaues des Fahrzeugs 10 als kurzer
invertierter vertikaler Monopol. Die Kombination weist eine zugehörige
Impedanz auf, die hauptsächlich als eine Funktion der gegenwärtigen
Weglänge variiert. Durch Befestigung des Verbindungselementes 20 und
des Zusatzelementes 22 an dem Hauptelement 18 wird die jeweilige Impe
danz dieser Elemente im wesentlichen parallel kombiniert und erscheint
als Gesamtimpedanz für die Antenne 16 zwischen dem Einspeisepunkt 25
und dem Erdungspunkt 23. Folglich kann die Impedanz der Antenne 16
durch Einstellen der gegenwärtigen Weglänge des Verbindungselementes
20 und des Zusatzelementes 22 abgestimmt werden. Dies kann insbe
sondere bei der Verbesserung der Impedanzabstimmung zwischen einem
bestimmten Koaxialkabel und einer Filmantenne 16 nützlich sein, um die
Antennenverstärkung zu maximieren.
Um ein ästhetisch ansprechendes Aussehen beizubehalten, ist der obere
Rand des Impedanzanpassungselementes 34 der Solar-Ray-Antenne vor
zugsweise in dem getönten Bereich 14 der Windschutzscheibe 12 ange
ordnet. Die Anordnung des oberen Randes des Impedanzanpassungsele
mentes beschränkt die Anordnung der Fensterantenne 16 auf einen Be
reich, der ausreichend über dem oberen Rand beabstandet ist, um so eine
Übertragungsleitungskopplung zwischen der Fensterantenne 16 und dem
Impedanzanpassungselement 34 zu minimieren. Die Gesamthöhe der
Fensterantenne 16 ist auf die Strecke zwischen dem Impedanzanpas
sungselement 34 und dem Fensterrand 11 begrenzt. Allgemein wird eine
maximale Antennenleistung der Fensterantenne 16 erhalten, wenn das
Hauptelement 18 um einen bestimmten Abstand unter dem Fensterrand
11 beabstandet ist und das Zusatzelement 22 um einen bestimmten mi
nimalen Abstand weg von dem Impedanzanpassungselement 34 der Solar-
Ray-Antenne beabstandet ist. Aufgrund der Beschränkungen der vertika
len Ausdehnung des getönten Bereiches 14 ist es jedoch nicht möglich, die
Antenne 16 um die optimale Strecke von dem Fensterrand 11 und dem
Impedanzanpassungselement 34 zu beabstanden. Durch konstruktive
oder gesetzliche Anforderungen an die Ausdehnung des getönten Berei
ches 14 bedingte Begrenzungen können die Gesamthöhe der Antenne 16
begrenzen. Daher ist es möglich, daß bei den optimalen Abständen und
Elementlängen der Fensterantenne 16 Abstriche gemacht werden, wobei
dies eine resultierende Abnahme der Antennenverstärkung zur Folge ha
ben kann.
In Fig. 4 ist eine andere Antenne 116 gezeigt, die gemäß den Prinzipien
der Erfindung konfiguriert ist. Die Funktion der Antenne 116 ist ähnlich
der der Antenne 16, wobei entsprechende Elemente im Bereich von 100-
199 beziffert sind, außer daß Antenne 116 nicht symmetrisch ist und die
Elemente aus elektrisch leitendem Bandmaterial mit einer Breite von etwa
2 mm bestehen, das an der Windschutzscheibe 12 befestigt ist. Das
Hauptelement 118 ist im wesentlichen parallel zu dem oberen horizonta
len Abschnitt des Fensterrandes 123 und zu diesem beabstandet ange
ordnet. Die Länge des unteren Randes 119a des Hauptelementes ist im
wesentlichen kürzer als der untere Rand 119b des Hauptelementes. Das
Verbindungselement 120 ist mit den unteren Rändern 119a und 119b des
Hauptelementes 118 elektrisch verbunden und erstreckt sich abwärts da
von. Der untere Abschnitt des Verbindungselementes 120 ist mit den obe
ren Rändern 124a und 124b des Zusatzelementes 122 verbunden. Die
Längen der oberen Ränder 124a und 124b sind so festgelegt, daß der obe
re Rand 124a in Kombination mit dem unteren Rand 119a des Hauptele
mentes eine annähernd gleiche Länge wie die Kombination des oberen
Randes 124b und des unteren Randes 119b des Hauptelementes umfaßt.
Die Antenne 116 wird durch eine Einspeisevorrichtung 129 eingespeist,
die an annähernd dem Zentrum des oberen Randes des Hauptelementes
118 angeordnet ist. Die Einspeisevorrichtung 129 ist ähnlich der vorher
offenbarten Einspeisevorrichtung 29. Der Nullpunkt 127 der Antenne 116
ist vorzugsweise an der Mitte des unteren Randes des Zusatzelementes
122 angeordnet, obwohl andere Anordnungen entlang des glatten Ab
schnittes des unteren Randes des Zusatzelementes im Schutzumfang der
Erfindung liegen.
In Fig. 5 ist eine andere Antenne 216 gezeigt, die gemäß den Prinzipien
der Erfindung konfiguriert ist. Die Funktion der Antenne 216 ist der der
Antenne 16 ähnlich, wobei entsprechende Elemente im Bereich von 200-
299 beziffert sind. Die Antenne 216 unterscheidet sich von der Antenne 16
darin, daß die Elemente von Antenne 216 aus elektrisch leitendem Band
material mit einer Breite von etwa 2 mm bestehen, das an der Wind
schutzscheibe 12 befestigt ist, und das Bandmaterial entlang des unteren
Randes des Zusatzelementes 222 an dem Nullpunkt 227 elektrisch unter
brochen ist. Stromwege für die Antenne 216 erstrecken sich von dem Ein
speisepunkt 225 entlang des oberen Randes des Hauptelementes 218
auswärts. Die Stromwege verlaufen entlang des Leitungsbandes auf jeder
Seite des Verbindungselementes 220 zu den unteren Rändern 226a und
226b des Zusatzelementes und enden an dem Nullpunkt 227. Strom, der
von dem Einspeisepunkt 225 durch das Hauptelement 218 und Verbin
dungselement 220 fließt, fließt durch die jeweiligen unteren Ränder 226a
und 226b des Zusatzelementes 222 und wird an dem Nullpunkt 227 auf
sich zurückreflektiert.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt, daß die reflektierte Impedanz
eines Antennenimpedanzanpassungselementes mit der gegenwärtigen
Weglänge dieses Elementes in Verbindung steht. Es kann ein raumeffizi
entes Impedanzanpassungselement dadurch aufgebaut werden, daß Ab
schnitte von einem Abschnitt des Elementes seitwärts ausgedehnt werden,
während ähnliche Stromweglängen wirksam beibehalten werden. Die phy
sikalische Symmetrie der Stromwege ist nicht erforderlich, jedoch ist der
Nullpunkt der Stromwege vorzugsweise an einem flachen Rand des Zusat
zelementes angeordnet, um eine konsistente Antennenimpedanz mit ge
ringfügigen Änderungen der Weglängen sicherzustellen, die durch Her
stellungstoleranzen bedingt sind. Es hat sich herausgestellt, daß eine
Fensterantenne für Hochfrequenzsignale, die auf diese Art und Weise auf
gebaut ist, auf den oberen getönten Bereich eines Fahrzeugfensters be
grenzt sein kann und immer noch eine akzeptable Antennenleistung vor
sieht. Da die Fensterantenne in dem getönten Bereich eines Fahrzeugfen
sters konfiguriert ist, kann eine Solar-Ray-Antenne zum AM-/FM-
Empfang in dem Hauptsichtbereich des Fensters angeordnet sein.
Es sei angemerkt, daß, während diese Erfindung in Verbindung mit be
stimmten Beispielen beschrieben worden ist, dadurch keine Begrenzung
beabsichtigt ist, da Fachleuten nach dem Studium der vorhergehenden
Beschreibung, den Zeichnungen und den folgenden Ansprüchen Modifi
kationen offensichtlich sind.
Claims (10)
1. Antenne (16) zum Empfang elektromagnetischer Funkwellen an ei
nem Kraftfahrzeug (10), wobei das Fahrzeug (10) einen Metallaufbau
aufweist, der eine Öffnung mit einer darin angeordneten Fenster
scheibe (12) bildet, wobei die Fensterscheibe (12) einen oberen Be
reich und einen im wesentlichen horizontalen oberen Rand aufweist,
der an den Metallaufbau angrenzt, wobei die Antenne (16) aus elek
trisch leitendem Material besteht, das an der Fensterscheibe (12) be
festigt ist, wobei ein horizontal längliches Hauptelement (18) im we
sentlichen parallel zu dem oberen Randabschnitt der Fensterscheibe
(12) angeordnet und von diesem beabstandet ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß:
ein Verbindungselement (20) mit dem Hauptelement (18) elek trisch verbunden ist und sich von diesem abwärts erstreckt, und
ein Zusatzelement (22) mit dem Verbindungselement (20) elek trisch verbunden ist und sich seitwärts von diesem erstreckt, wobei das Zusatzelement (22) unter dem Hauptelement (18) um eine Größe beabstandet ist, die ausreichend ist, so daß keine wesentliche Kopp lung mit diesem gebildet wird.
ein Verbindungselement (20) mit dem Hauptelement (18) elek trisch verbunden ist und sich von diesem abwärts erstreckt, und
ein Zusatzelement (22) mit dem Verbindungselement (20) elek trisch verbunden ist und sich seitwärts von diesem erstreckt, wobei das Zusatzelement (22) unter dem Hauptelement (18) um eine Größe beabstandet ist, die ausreichend ist, so daß keine wesentliche Kopp lung mit diesem gebildet wird.
2. Antenne nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (20) mittig
mit dem Zusatzelement (22) verbunden ist.
3. Antenne nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement (20) mittig
mit dem Hauptelement (18) verbunden ist.
4. Antenne nach Anspruch 1, wobei das Zusatzelement (22) im wesent
lichen parallel zu dem Hauptelement (18) angeordnet ist.
5. Antenne nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitende Material ei
nen dünnen Film aus elektrisch leitendem Material umfaßt.
6. Antenne nach Anspruch 1, wobei das elektrisch leitende Material ein
Band aus elektrisch leitendem Material umfaßt.
7. Antenne nach Anspruch 6, wobei das Band aus elektrisch leitendem
Material etwa 2 mm breit ist.
8. Antenne nach Anspruch 6, wobei das elektrisch leitende Band einen
eingeschlossenen Bereich bildet.
9. Antenne nach Anspruch 6, wobei das Zusatzelement (22) einen ersten
Abschnitt, der sich seitwärts von dem Verbindungselement (20) in
Richtung einer Seite des Fensters (12) erstreckt, und einen zweiten
Abschnitt umfaßt, der sich seitwärts von dem Verbindungselement
(20) in Richtung der anderen Seite des Fensters (12) erstreckt, und
die ersten und zweiten Abschnitte sich abwärts erstreckende Ab
schnitte mit befestigten, sich einwärts erstreckenden Abschnitten
aufweisen, die ausreichend voneinander beabstandet bleiben, so daß
keine wesentliche Kopplung zwischen diesen auftritt.
10. Antenne nach Anspruch 1, wobei das Hauptelement (18) eine wirk
same horizontale Länge eines ungeradzahligen Ganzzahligen von ei
nem Viertel einer vorbestimmten Wellenlänge aufweist.
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