DE102004053354A1

DE102004053354A1 - Kurzstab-Antenne

Info

Publication number: DE102004053354A1
Application number: DE102004053354A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Probst; Ulrich Becker
Original assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-11-03
Also published as: DE102004053354B4

Abstract

Kurzstab-Antenne, insbesondere für den Rundfunk-Empfang in Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem Sockel und einem darauf befestigten Schaft, wobei der Sockel der Anbringung auf einer geeigneten Karosseriefläche dient und der Schaft, der den HF-Strahler bildet, im Sockel lösbar befestigt ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
– der Sockel (2) ist biegelastisch und der Schaft (3) ist im wesentlichen starr ausgebildet,
– der HF-Anschlußpunkt (Speisepunkt) des Schafts (2) ist über eine kurze Verbindungsleitung (8) direkt an das zugehörige Schaltungsmodul angeschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kurzstabantenne für den Rundfunk-Empfang in Kraftfahrzeugen, insbesondere für den Empfang im AM- und im FM-Bereich.
Derartige Kurzstab-Antennen bestehen in aller Regel aus einem Sockel und dem darauf befestigten Schaft. Der Sockel dient der Anbringung an bzw. auf einer geeigneten Karosseriefläche und kann Anpassungs- und Verstärkungsschaltungen enthalten.
Für diesen Antennentyp hat sich im Verlauf der technischen Entwicklung und zur Erfüllung der mechanischen und elektrischen Anforderungen ein nahezu einheitlicher Aufbau der Produkte der unterschiedlichen Anbieter ergeben:

– Der Sockel ist als kompaktes, starres Element ausgebildet und hat Befestigungsmittel für die Halterung an der Karosserie einerseits und für die lösbare Halterung des Schafts andererseits. Üblich sind Schraubverbindungen. So ragt von der Unterseite des Sockels meist eine Hülse mit Außengewinde durch eine Öffnung im Karosserieblech in das Fahrzeuginnere. Durch die Hülse hindurch wird das Antennenkabel geführt. Mit einer Schraube wird die Hülse und damit die ganze Anordnung an der Karosserie arretiert. Am schaftseitigen Ende des Sockels befindet sich eine Aufnahme mit Innengewinde, in die der Schaft eingeschraubt wird.
– Der Antennenschaft ist in seinem unteren Drittel als Biegeelement ausgebildet. Das Biegeelement besteht aus einer Schraubenfeder, die meist mit einem weich-elastischen Kunststoff umhüllt ist.
– Darüber ist ein Kunststoff Stab mit geringerer Federwirkung angeordnet, um den ein dünner Draht aus leitendem Material gewickelt ist.

Die Schraubenfeder im elastischen unteren Drittel des Schafts soll die federnde Biegung des Schafts bei Auftreten von seitlichen Kräften gewährleisten. Sie dient aber auch, elektrisch gesehen, als Teil des Strahlers und ist mit den anderen leitenden Komponenten durchgängig verbunden.
So wird an ihrem dem Sockel zugekehrten Ende ein metallenes Formteil angeordnet, das einerseits formschlüssig die Schraubenfeder hält und andererseits zum Einschrauben des Schafts in den Sockel dient. Ein ähnliches metallenes Formteil verbindet die Schraubenfeder an ihrem stabseitigen Ende mechanisch mit dem Kunststoff Stab und elektrisch mit dem darauf aufgewendelten, leitenden Draht.
Der hier skizzierte Aufbau ist speziell hinsichtlich des Schafts in der Realisierung konstruktiv wie technologisch aufwendig. Für den Fahrzeugbesitzer macht sich das z.B. nachteilig bemerkbar, wenn der Schaft mutwillig beschädigt oder sogar gestohlen wird. Der Schaft ist als Ersatzteil recht teuer.
Die Schraubenfeder im Biegebereich gestaltet die elektrischen Verhältnisse schwierig.
Es ist kompliziert bzw. erfordert meist eine Anpassungsschaltung, will man im Speisepunkt des Strahlers die optimale Impedanz für die weiterführenden Netzwerke einstellen.
Als Speisepunkt des Strahlers ist die Schraubverbindung zwischen dem Schaft und dem Sockel zu betrachten (dies gilt insbesondere dann, wenn im Sockel die Verstärkerschaltung angeordnet ist).
Weitere Schwierigkeiten ergeben sich, wenn die Kurzstab-Antenne als Mehrbereichsantenne auch für zusätzliche Frequenzen genutzt werden soll, z.B. für Frequenzen des Mobilfunks. Auf Grund ihrer Abmessungen, gerechnet vom Speisepunkt, befinden sich die λ/4-Strahler für den 900-MHz- und den 1,8-GHz-Bereich meist im Bereich der Schraubenfeder.
Die komplexen Verhältnisse beeinflussen auch hier den Schaltungsaufbau und nicht zuletzt die Performance der Antenne in den verschiedenen Bereichen ungünstig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den konstruktiven Aufbau einer Kurzstab-Antenne der hier beschriebenen Gattung zu vereinfachen und kostengünstig zu gestalten. Dabei sollen zumindest keine Qualitätseinbußen hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften eintreten, und die mechanischen Eigenschaften sollen verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungen und Details.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht in der Trennung der mechanischen und elektrischen Funktionen und Funktionselemente. Durch Verlegung der Biegefunktion in den Antennensockel erhält man einen extrem vereinfachten Antennenschaft. Gleichzeitig läßt sich das Federelement der bisherigen "Einheitsantenne" auf einfachere Weise in den Gesamtaufbau einfügen. Es entfallen die Kosten für verschiedene, z.T. relativ komplizierte Einzelteile der bisherigen Konstruktion und für das mechanische und elektrische Zusammenfügen der Einzelteile.
Die Erfindung ermöglicht darüber hinaus die vorteilhafte Nutzung auch von Federelementen, die bisher aus mechanischen und elektrischen sowie aus gestalterischen Gründen nicht anwendbar waren. So ergeben sich für die Antenne auch neue gestalterische Perspektiven – etwa nach der Devise "endlich weg von der Einheitsantenne"
Durch den Verzicht auf den Biegebereich mit der Schraubenfeder im Schaft wurden die Voraussetzungen dafür geschaffen, daß die elektrischen Verhältnisse optimal beherrscht werden können. Für das Ziel, im Anschluß- und Speisepunkt des Schafts eine bestimmte komplexe Impedanz einzustellen, ist bei dem erfindungsgemäßen Schaft nur noch die geeignete differenzierte Wendelung des metallischen Drahts auf dem Kunststoff Stab maßgebend. Die Wendelung erfolgt, über die Länge des Stabs gesehen, zu diesem Zweck mit unterschiedlicher Steigung. Bei dem erfindungsgemäßen Antennenschaft ist es damit einfacher als bei dem bisherigen vergleichsweise heterogenen Schaftaufbau, eine Impedanz im Speisepunkt von z.B. 50 Ohm zu realisieren und diesen Wert auch in der Serienproduktion durchgängig zu gewährleisten.
Das Prinzip der Wendelung mit differenzierter Steigung kann jetzt auch ohne Beeinträchtigungen genutzt werden, um den Schaft neben den Frequenzen des Hör-Rundfunks auch für den Betrieb in den Frequenzen des Mobilfunks – im 900-MHz- wie auch im 1,8-GHz-Bereich – zu nutzen.
Die "Kombi"-Antenne, also die auch für andere Frequenzen als die des Hörrundfunks nutzbare Antenne, ist nichts neues. Es gab aber bei dem bisher üblichen Schaft – bedingt durch den komplizierten Aufbau des Biegebereichs, und weil dort zumindest der kleinste der Strahlerabschnitte (für den 1,8-GHz-Bereich) sich komplett innerhalb der Schraubenfeder befand – ständig Schwierigkeiten hinsichtlich einer zufriedenstellenden Performance.
Bei dem erfindungsgemäßen Stab gibt es nur noch die durchgängige Wendel für die HF-Zwecke. Dadurch kann man elegant auch Strahlerabschnitte für die hohen Frequenzen realisieren.
Ein Ersatz oder Austausch des erfindungsgemäßen, vereinfachten Schafts ist durch den möglichen geringen Preis dieses Teils unproblematisch. Dies gilt auch für den Fall eines Diebstahls oder ähnlicher Dummheiten.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung
1. Kurzstab-Antenne des Stands der Technik, Außenansicht
2. Erfindungsgemäßer Antennenaufbau mit Schraubenfeder im Sockel, Außenansicht
3. Schnitt durch einen Antennensockel mit Schraubenfeder
4. Schnitt durch einen Antennensockel mit Schraubenfeder, vereinfachter Ausbau
5. Schnitt durch einen Antennensockel mit federnd wirkender Haube
6. Antennensockel mit federnden Stegen
7. Antennensockel mit Spiralfeder a) Seitenansicht des Sockels b) Draufsicht auf die Spiralfeder
8. Antennensockel mit Torsionsfeder in zwei Ansichten
Dabei sind

1: Karosseriefläche
2: Sockel
3: Kunststoff-Stab
4: Biegebereich
5: Schraubenfeder
6: Feder aus Bandmaterial
7: Verbindungsleitung
8: Sockel-Innenteil
9: Sockel-Außenteil
10: Steg
11: Antennenwendel
12: Hülse
13: Adapter mechanisch
14: Adapter elektrisch
15: Spiralfeder
16: Feder-Arretierung
17: Torsionsfeder
18: Feder-Arretierung
A: Fahrzeug-Längsachse

1a zeigt die bekannte Einheitsantenne. Der Sockel 2 wird auf die Karosseriefläche 1 geschraubt und trägt den Antennenschaft, der aus dem Biegebereich 4 und dem Kunststoff Stab 3 besteht. Der Strahler für den Hör-Rundfunk besteht aus dem Biegebereich, der eine Schraubenfeder 5 enthält, und der Antennenwendel 11 auf dem Kunststoff Stab 3.
Der Strahler besteht damit elektrisch aus mindestens vier unterschiedlichen metallenen Einzelelementen, die zumindest zum Teil durch Löten zu verbinden sind.
Bei der Antenne nach 2 ist der Biegebereich und damit die Federungsfunktion erfindungsgemäß in den Sockel 2 integriert, und der Schaft besteht nur noch aus dem Kunststoff Stab 3 mit Antennenwendel 11. Die Schraubenfeder im Sockel ist nicht elektrisch mit der Antennenwendel verbunden.
Der Biegebereich im Sockel muß nach der Erfindung nicht mehr zwingend ausschließlich mit einer Schraubenfeder gebildet werden. Wenn man eine Feder 6 aus Bandmaterial, z.B. Federstahl, verwendet, hat man den Effekt, daß die Antenne nur noch in zwei Richtungen – z.B. vorwärts und rückwärts in Richtung der Fahrzeug-Längsachse A – federt, und das kann ein Vorteil gegenüber einer Antenne sein, die nach allen Seiten wackelt.
Vollkommen neue Gestaltungsmöglichkeiten ergeben sich mit einer Spiralfeder 15 oder einer Torsionsfeder 17, wie später noch kurz zu beschreiben ist.
Das "Innenleben" von Sockelausführungen mit Schraubenfeder zeigen die 3 und 4. Wichtig ist dabei, daß die Verbindungsleitung 7 für das Nutzsignal gegen die Schraubenfeder 5 isoliert ist. Bei 4 bildet die Hülse 13/14 gleichzeitig den mechanischen und den elektrischen Adapter, in den die metallene Hülse 12 des Stabs 3 geschraubt wird. Die Hülse 13/14 besteht auch aus Metall, denn sie ist gegen die Schraubenfeder 5 durch das dielektrische Sockelmaterial isoliert. Bei der Ausführung nach 4 stellen die Windungen einer Zug-Schraubenfeder 5 selbst die Verschraubungen dar. Die Feder 5 wird ohne Zwischenstück unmittelbar in den Sockel 2 geschraubt, und der Stab 3 wird mit der Hülse 12 – die hier aus Kunststoff besteht – in die Feder 5 geschraubt. Hier gibt es den mechanischen Adapter 13 aus Kunststoff innerhalb der Feder 5, der den metallenen elektrischen Adapter 14 enthält, mit dem im eingeschraubten Zustand der Kunststoff Hülse 12 die Antennenwendel 11 des Stabs 3 kontaktiert ist. Das Nutzsignal läuft also von der Wendel 11 über den Adapter 14 und die Verbindungsleitung 7 zu weiterführenden Netzwerken.
Die 5 und 6 zeigen Sockelausführungen, bei denen die Federung von dem Kunststoff Körper selbst übernommen wird, und zwar entweder von einem haubenartigen hohlen Sockel-Außenteil 9 oder von Stegen 10, die periphär um das zylindrische Sockel-Innenteil 8 angeordnet sind. Voraussetzung für die Federwirkung sind ein Gummi-elastisches Material des Sockels und eine Sockelausbildung mit entsprechenden Querschnitten, die ein Aufrichten des Schafts bei Nachlassen einer seitlichen Belastung bewirken.
Dabei wird die äußere Form des Sockels im wesentlichen von den Design-Vorstellungen des Autoherstellers für ein bestimmtes Fahrzeug abhängen. In Abhängigkeit von den daraus resultierenden Vorgaben sind dann die einzelnen Querschnitte des Sockelkörpers z.B. empirisch zu ermitteln.
Ebenfalls mit der Differenzierung der Querschnitte des Sockeldesigns läßt sich beeinflussen, daß der Antennenschaft nicht nach allen möglichen Richtungen beliebige Bewegungen ausführt. Dazu wählt man für die Richtungen, nach denen mehr Steifigkeit erwünscht ist, Querschnittsverdickungen bzw. eine entsprechende Stegausführung. So kann man z.B. auch bewirken, daß sich der Schaft vor allem in Richtung der Fahrzeug-Längsachse biegen läßt – z.B. für den Fall, daß jemand vergißt, den Schaft vor Einfahrt in eine Waschstraße abzuschrauben und er außerdem bereit ist, ein durch die an der Antenne angreifenden Kräfte demoliertes Fahrzeug-Dach in Kauf zu nehmen.
Mit den Ausführungsbeispielen in 7 und 8 werden Wege für eine – wenn etwa erwünscht – sehr flache Bauweise des erfindungsgemäßen Sockels mit Biegefunktion aufgezeigt. In 7 ist es die Verwendung einer liegend angeordneten Spiralfeder 15 und in 8 die einer Torsionsfeder 17.
Bei der Spirale ist im Zentrum eine Adapterhülse 14 aus einem Dielektrikum eingespannt und nimmt die Hülse 12 mit Schaft 3 auf, und die Spirale ist ihrerseits am peripherären Ende des Federbands in einer Arretierung 16 der Grundplatte des Sockels eingespannt.
Die Torsionsfeder 17 könnte eine Schrauben-Zugfeder sein. Sie ist an einem Ende eingespannt, es gibt eine Führung, in der die Feder beweglich gelagert ist, und am anderen Ende ist eine Adapterhülse 14 angeordnet, die die Hülse 12 mit Schaft 3 aufnimmt.
Der Antennenschaft bewegt sich bei dieser Anordnung um die Achse der Torsionsfeder. Bei den beiden Ausführungsvarianten gilt erfindungsgemäß die Prämisse der Trennung des Signalwegs von der Feder im Sockel.

Claims

Kurzstab-Antenne, insbesondere für den Rundfunk-Empfang in Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem Sockel und einem darauf befestigten Schaft, wobei der Sockel der Anbringung auf einer geeigneten Karosseriefläche dient und der Schaft, der den HF-Strahler bildet, im Sockel lösbar befestigt ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – der Sockel (2) ist biegelastisch und der Schaft (3) ist im wesentlichen starr ausgebildet, – der HF-Anschlußpunkt (Speisepunkt) des Schafts (2) ist über eine kurze Verbindungsleitung (8) direkt an das zugehörige Schaltungsmodul angeschlossen.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Material des Sockels (2) eine Feder (5, 6) angeordnet ist, um die sich die Antenne bei Auftreten von Querkräften abbiegt und die die Rückstellung der Antenne bewirkt.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder als Schraubenfeder (5) ausgebildet ist.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder aus Bandmaterial (6) besteht.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Verwendung einer Spiralfeder (15) innerhalb des Sockels (2).
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Verwendung einer Torsionsfeder (11) innerhalb des Sockels (2).
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Verwendung einer Feder aus dielektrischem Material innerhalb des Sockels (2).
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder innerhalb des Sockels (2) aus metallischem Material besteht und für die Betriebsfrequenzen durch die kurze Verbindungsleitung (7) HF-mäßig überbrückt ist.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (2) allein durch das biegeelastische Material, aus dem er besteht, und durch seine konstruktive Ausbildung elastisch/federnd wirkt.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (2) monolithisch aus einem zylindrischen Innenteil (8) und aus einem gewölbten Außenteil (9) besteht, das innen hohl ist und vorzugsweise unterschiedliche Wanddicken hat.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß um das Innenteil (8) herum, in der Draufsicht betrachtet, kreuzförmig Stege (11) angeordnet sind, die im spitzen Winkel (α) zur Fahrzeug-Längsachse (A) stehen.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) vorzugsweise zwischen 30 und 45° liegt.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 7, gekennzeichnet durch die Kombination des Innenteils (8) mit einem gewölbten Außenteil (9) und Stegen (10).
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (3) aus einem dielektrischen Material besteht, das für die Antennenfunktion mit einer Wendel (11) aus metallischem Draht versehen ist.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendel (11) vorzugsweise mit Bereichen unterschiedlicher Steigung ausgebildet ist, um auf dem Stab Abschnitte zu erzeugen, die als Strahler für unterschiedliche Frequenzen arbeiten.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (3) an seinem sockelseitigen Ende mit einer Hülse (12) form- und kraftschlüssig oder stoffschlüssig versehen ist, mit der er im Sockel (2) lösbar befestigt ist.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (12) aus elektrisch leitendem Material besteht und mit der Wendel (11) auf dem Stab (3) in elektrischer Verbindung steht.
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 13, dadurch gekennzeichhet, daß die Hülse (12) aus einem dielektrischen Material besteht
Kurzstab-Antenne nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Feder (5, 6) im Sockel (2) als separate Antenne, mit eigenem Speisepunkt, für eine Frequenz genutzt wird, für die ihre wirksame Länge einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge entspricht.