-
Die
Erfindung betrifft eine Stabantenne für mobile Anwendungen, die zum
Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale ausgebildet ist.
-
Stabantennen
für mobile
Anwendungen, insbesondere zur Befestigung an Kraftfahrzeugen, sind grundsätzlich bekannt.
Diese weisen endseitig ein Befestigungselement auf, mit dem die
Stabantenne am Kraftfahrzeug befestigt wird. Davon ausgehend befindet
sich eine Antennenrute, die in ihrem Inneren eine Antennenleiterstruktur
aufweist. Zum optimalen Senden und/oder Empfangen hochfrequenter
Signale in bestimmten Frequenzbändern
ist eine Abstimmung der Länge
der Antennenrute auf das zu empfangende Frequenzband erforderlich.
Zum Empfang im UKW-Frequenzbereich ist die Länge der Antennenrute bei einer
Lambda-Viertel-Abstimmung zu groß, da dadurch die Länge der
Antennenrute zu groß wird.
Daher wurde die Antennenleiterstruktur zur Verkürzung der Länge der Antennenrute wendelförmig angeordnet.
Damit konnte die mechanische Länge
der Antennenrute z.B. für
den UKW-Frequenzbereich von ca. 700 bis 800 mm Länge auf 180 bis 400 mm verkürzt werden.
Eine andere Art der Verkürzung
der Länge
der Antennenrute kann durch den Einbau einer Induktivität, insbesondere
einer konzentrierten Induktivität
in der Nähe
des Fußes
(also des Befestigungselementes), erreicht werden. Wird der Einbauort
der gleichen Induktivität
in Richtung des Endes der Antennenrute verschoben, ergibt sich lediglich
eine kleinere Verkürzung.
Durch das Einfügen von
weiteren Induktivitäten
können
Bereiche der Antennenrute abgetrennt werden, die als Lambda-Halbe-Dipole
weitere Resonanzen der Antennenrute ermöglichen. Für die erste so genannten Lambda-Viertel-Resonanz
der Stabantenne gilt: Die Nebenwirkung von zusätzlicher Induktivität in der
Anntennleiterstruktur ist, dass die Bandbreite der Stabantenne in
nachteiliger Weise schmaler wird. Unterschiedlich hohe Einbaupositionen
der zusätzlichen
Induktivität im
Verlauf der Antennenleiterstruktur der Antennenrute bedingen also
eine unterschiedlich große
Bandbreite. Wird die konzentrierte Spule in einer Höhe angebracht,
dass der unterhalb der Spule liegende Teil des Antennenstrahlers
ein Monopol für
eine höhere Frequenz
(bzw. ein anderes Frequenzband) darstellt, erhält man bei geeigneter Dimensionierung
der Spule eine Stabantenne, mit der man zwar zwei Frequenzbänder empfangen
kann, die aber auf Grund ihrer Konstruktion äußerst schmalbandig ist (s.
hierzu auch die
DE
44 33 724 C2 ).
-
Der
Erfindung liegt die Aufgage zu Grunde, eine Stabantenne für mobile
Anwendungen, die zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale
ausgebildet ist, bereit zu stellen, die gegenüber bekannten Stabantennen
breitbandiger ist und gegenüber
bekannten Antennen wesentlich einfacher herzustellen ist, da die
bekannten Stabantennen einen aufwändigen Zusammenbau erfordern,
da zwischen die Antennenleiterstruktur Induktivitäten, die
als separate Bauteile zu handhaben sind, angeordnet und geschaltet
werden müssen.
-
Diese
Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Stabantenne zum Senden und/oder Empfangen mehrerer unterschiedlicher
Frequenzbänder
ausgebildet ist und hierfür
die Antennenleiterstruktur abschnittsweise unterschiedlich gestaltet
ist, wobei die Gestaltung von dem jeweiligen Frequenzband abhängig ist.
Die Antenneleiterstruktur als ein einziges Bauteil realisiert erfindungsgemäß sowohl
Antennenstrahler (Abschnitte der Antennenleiterstruktur zum Senden
und/oder Empfangen der hochfrequenten Signale) als auch Induktivitäten, die
die einzelnen Abschnitte der Antennenleiterstruktur voneinander
trennen, um somit mehrere unterschiedliche Frequenzbänder empfangen
zu können.
Der wesentliche Vorteil der Stabantenne gemäß der Erfindung gegenüber den
bisher bekannten Stabantennen ist derjenige, dass die Antennenleiterstruktur
in einem einzigen Bauteil sowohl Antennenstrahler als auch Induktivitäten realisiert.
Dadurch kann mit der Antennenleiterstruktur die Abstimmung auf die
jeweiligen Frequenzbänder
sowie die Herstellung der Stabantenne wesentlich vereinfacht werden,
so dass die fertige Stabantenne eine wesentlich bessere Bandbreite
erzielt, als bisherige unterschiedliche Antennenleiterstrukturen,
die mittels zusätzlicher
Induktivitäten
hochfrequenzmäßig zusammengeschaltet
waren.
-
Zur
Realisierung einer erfindungsgemäßen Stabantenne
sind z.B. zwei Möglichkeiten
denkbar, wobei die Erfindung darauf jedoch nicht beschränkt ist.
Zum einen ist es denkbar, dass die Antennenleiterstruktur als eine
mäanderförmige Leiterbahn
ausgebildet ist, die auf einem entsprechenden starren Träger (Leiterplatte)
oder flexiblem Träger
(Trägerfolie)
angeordnet ist, wobei der entsprechend ausgebildete Träger eine
der Stabantenne entsprechende Form aufweist.
-
Da
heutzutage längliche
Stabantennen mit einem kreisrunden oder elliptischen Querschnitt Standard
sind, kann die Trägerfolie
konisch oder zylindrisch zur Bildung der Antennenrute gerollt und von
der Ummantelung umgeben sein.
-
Die
weitere Lösung
besteht darin, dass die Antennenleiterstruktur aus einer Antennenwicklung besteht,
die mit abschnittsweise unterschiedlichen Steigungen zur Erzeugung
eines Strahlers bzw. einer Induktivität auf den Träger aufgewickelt
wird. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die aufgewickelten
Bereiche sich nicht berühren,
damit hochfrequenzmäßig kein
Kurzschluss entsteht. Dies ist insbesondere in den Bereichen der
Fall, in denen eine Induktivität
erzeugt werden soll, wozu beispielsweise ein gelackter Kupferdraht
zum Einsatz kommt.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, sind in den Unteransprüchen und
in den Figuren angegeben und im Folgenden beschrieben.
-
Es
zeigen:
-
1 bis 6:
Eine Stabantenne mit einem stabförmigen
Träger,
auf den abschnittsweise eine Antennenwicklung mit abschnittsweise
unterschiedlichen Steigungen gewickelt ist,
-
7:
Eine Stabantenne mit einer Trägerfolie,
auf der mäanderförmige Antennenwicklungen
angeordnet sind.
-
Die 1 bis 6 zeigen,
soweit im Einzelnen dargestellt, eine Stabantenne mit der Bezugsziffer 1,
die eine in etwa runden Querschnitt aufweisende Antennenrute 2 besitzt,
an der sich endseitig ein Befestigungselement 3 beispielsweise
zum Einschrauben in einen entsprechenden Halter an einem Fahrzeug
befindet. Diese äußere Form
der Stabantenne 1 ist grundsätzlich bekannt und kann je
nach Sende- und/oder
Empfangseigenschaften, die die Stabantenne haben soll, variieren.
Der erfindungsgemäße Aufbau
der Stabantenne 1 ist in 2 zu erkennen,
wobei im Inneren der Stabantenne 1, genauer der Antennenrute 2,
sich ein Trägerstab 4,
befindet. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Glasfiberstab
oder einen Stab aus einem entsprechenden anderen Material handeln,
das relativ Biegesteif ist, sich in gewissen kleinen Grenzen aber elastisch
verformen lässt.
Auf diesem Trägerstab 4 ist
eine Antennenwicklung 5 mit unterschiedlichen Wicklungsabschnitten 51–56 (s. 3 und 4) aufgewickelt.
Die unterschiedlichen Wicklungsabschnitte 51–56 bilden,
je nach ihrer Steigung, Strahler zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale
in bestimmten Frequenzbändern
(z.B. 53, 54, 56) oder Induktivitäten (beispielsweise 52 oder 55).
Das Ende der Antennenwicklung 5 ist entweder direkt mit
dem Befestigungselement 3 verbunden, das die hochfrequente
Verbindung zwischen der Stabantenne 1 und einem entsprechenden
Sende- und/oder
Empfangsgerät
herstellt. Bei der Stabantenne 1 gemäß 2 weist
der Trägerstab 4 endseitig
ein Anschlussstück 6 auf,
mit dem der Trägerstab 4 z.B.
mit dem Befestigungselement 3 verbunden ist. Hier ist das
Anschlussstück 6 allerdings
im Durchmesser kleiner als der Trägerstab 4 selber,
wobei ein Zwischenstück 7,
hier ausgebildet als Federelement, die Verbindung zwischen dem Trägerstab 4 und
dem Befestigungselement 3 herstellt. Vorzugsweise mit dem
gleichen Durchmesser des Anschlussstücks 6 des Trägerstabes 4 weist
das Befestigungselement 3 ebenfalls ein Anschlussstück 8 auf,
wobei die Enden des als Feder ausgebildeten Zwischenstückes 7 auf die
Anschlussstücke 6 und 8 aufgepresst
werden. Alternative Verbindungsmöglichkeiten
zwischen dem Trägerstab 4 und
dem Zwischenstück 7 sind
in den 5 und 6 erkennbar, wobei dann zwischen den
Trägerstab 4 und
dem Zwischenstück 7 ein
weiteres Verbindungsstück 13 vorhanden
ist, wenn der Trägerstab 4 endseitig
einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Innendurchmesser
des Verbindungsstückes 7.
Hierzu ist gemäß 5 das
Verbindungsstück 13 in
etwa trichterförmig
ausgebildet, während
das Verbindungsstück 13 gemäß 6 als Hülse ausgebildet
ist. Alternativ ist es denkbar, das Zwischenstück 7 nicht als Feder,
sondern aus Vollmaterial herzustellen, in das die Anschlussstücke 6, 8 eingesteckt
und verpresst oder sonst wie befestigt werden. Dabei ist es je nach
Anforderung, die an die Stabantenne 1 gestellt wird, wichtig,
dass der Bereich der Antennenrute 2 (also im Bereich des
Trägerstabes 4)
relativ Biegesteif ist, wohingegen im Bereich des Zwischenstückes 7 gegenüber dem
Bereich des Trägerstabes 4 eine
größere elastische
Verformbarkeit mit entsprechendem Rückstellmoment zugelassen werden
kann. Sind diese Rahmenbedingungen nicht gegeben, ist es auch denkbar,
den Trägerstab 4 bis
in das Befestigungselement 3 hineinzuführen, und dort festzulegen.
-
In 2 ist
noch erkennbar, dass die auf dem Trägerstab 4 aufgewickelte
Antennenwicklung 5, beispielsweise aus Kupferlackdraht
bestehend, von einer Isolierung 9 umgeben ist. Diese Isolierung 9 bewirkt,
dass sich die abschnittsweise unterschiedlich gestaltete Antennenwicklung 5 beim
Umspritzen der Stabantenne 1 mit einer Ummantelung 10 in
ihrer Lage fixiert ist und die einzelnen Wicklungen nicht auf dem
Trägerstab 4 während des
Spritzvorganges bewegbar sind. Diese Isolierung 9 kann
beispielsweise eine Klebeschicht zwischen dem Trägerstab 4 und der
Antennenwicklung 5 sein, aber auch ein Klebeband oder ein
Schrumpfschlauch, der nach dem Aufwickeln der Antennenwicklung 5 auf
dem Trägerstab 4 angebracht
wird.
-
Ein
beispielhaftes, aber nicht einschränkendes Herstellverfahren der
Stabantenne 1 gemäß 2 wird
noch im Folgenden erläutert.
-
Der
Trägerstab 4 wird
auf entsprechende Länge
abgelenkt und mit einem Absatz (Anschlussstück 6) versehen. Anschließend erfolgt
mittels eines Wickelautomaten das Aufbringen der Antennenwicklung 5 mit
den unterschiedlichen Abschnitten (z.B. 51 bis 56)
und das Festlegen der aufgebrachten Antennenwicklung 5 auf
dem Trägerstab 4 mittels
der Isolierung 9. Das Ende der Antennenwicklung 5 wird
bis in den Bereich des Anschlussstückes 6 geführt und elektrisch
mit dem dort aufzubringenden Zwischenstück 7 kontaktiert (z.B.
verlötet).
Hierzu muss die Antennenwicklung 5 freigelegt werden, beispielsweise
wenn es sich um einen Kupferlackdraht handelt. Anschließend erfolgt
am anderen Ende des Zwischenstückes 7 das
Anbringen des elektrisch leitfähigen
Befestigungselementes 3, wobei danach dieses fertige Gebilde
(„Innenleben” der Stabantenne 1)
in ein Spritzgusswerkzeug eingelegt und vollständig mit der Ummantelung 10 umspritzt
wird (bis auf den untersten Gewindezapfen des Befestigungselementes 3).
Der ganz wesentliche Vorteil einer derart hergestellten Stabantenne 1 ist
der, dass der Wickelautomat so eingestellt und betrieben werden
kann, dass die unterschiedlichen Wicklungsabschnitte 51 bis 56 zur
Erzielung von Antennenstrahlern bzw. Induktivitäten herstellbar sind. Damit
ist eine ganz wesentliche Vereinfachung bei der Herstellung der
Stabantenne 1 gegeben, da die einzelnen Abschnitte der
Antennenrute 2 nicht mehr separat (Wicklungsabschnitte
und zusätzliche
Induktivitäten)
hergestellt und elektrisch miteinander verbunden werden müssen. Damit
bietet die Erfindung auch den Vorteil, dass Fehlfunktionen der Stabantenne 1 ausgeschlossen
sind, da schlechte oder gar keine Verbindungen (insbesondere Lötverbindungen)
zwischen Antennenwicklung und Induktivität entstehen können bzw.
diese mit der Erfindung vermieden werden.
-
7 schließlich zeigt
die Stabantenne 1, bei der der Träger als starrer Träger, oder
wie in der 7 dargestellt, als Trägerfolie 11 ausgebildet
ist. Auf der beispielsweise rechteckigen oder trapezförmigen Kunststoff-Trägerfolie 11 wird
eine leitfähige Struktur
derart mäanderförmig aufgebracht
(z.B. als Leiterbahn 12 aufgedruckt), dass sich bei der
fertigen Stabantenne 11 Resonanzen in mehreren Frequenzbändern einstellen.
Diese Resonanzen sind direkt auf die einzelnen unterschiedlichen
abschnittsweisen Gestaltungen der Leiterbahn 12 zurückzuführen. Die z.B.
zylindrisch oder konisch zusammengerollte Trägerfolie 11 wird direkt
oder unter Zwischenschaltung eines Zwischenstückes (s. 2 bis 6)
mit dem Befestigungselement 3 mechanisch und elektrisch verbunden,
so dass ein elektrischer Kontakt zwischen dem metallischen Befestigungselement 3 (Gewindefußteil) und
den elektrisch leitfähigen
aufgedruckten Strukturen der Kunststoff-Trägerfolie 11 entsteht.
Anschließend
wird die Ummantelung 10 angebracht, wieder z.B. in einem
Kunststoff-Spritzgussverfahren oder auch in einem anderen denkbaren Verfahren,
um das „Innenleben" der Stabantenne 1 wetterfest
zu machen und vor äußeren mechanischen
Einflüssen
zu schützen.
-
Die
beiden in den Figuren gezeigten und vorstehend beschriebenen Stabantennen 1 haben
den Vorteil, dass durch die abschnittsweise unterschiedlichen Antennenwicklungen 51 bis 56 bzw.
die mäanderförmig ausgebildete
Leiterbahn 12 eine einzige Stabantenne 1 für unterschiedliche
Frequenzbereiche entsteht. Bei diesen Frequenzbereichen handelt es
sich beispielsweise um Langwelle, Mittelwelle, Kurzwelle, UKW oder
Telefon bzw. entsprechende Kombinationen der genannten Frequenzbereiche.
So kann beispielsweise mit der erfindungsgemäßen Stabantenne 1 eine
neuartige Stabantenne realisiert werden, die kompakt (insbesondere
kurz) gebaut ist, sich leicht herstellen lässt und eine große Bandbreite aufweist.
Auf Grund der abschnittsweise unterschiedlichen Antennenwicklungen
bzw. abschnittsweise unterschiedlichen Leiterbahnen kann z.B. eine einzige
Stabantenne für
die Frequenzbereiche Langwelle (153–279 kHz), Mittelwelle (522–1710 kHz), Kurzwelle
(5900–6250
kHz), UKW (87,5–108
MHz), Telefon (z.B. 170–230
MHz) sowie DAB (Digital Audio Broadcast) (1452–1492 MHz), realisiert werden.
Die Frequenzbänder
mit amplitudenmoduliertem Signal Langwelle, Mittelwelle sowie Kurzwelle
werden hochohmig ausgekoppelt, während
in allen anderen Bändern
(FM-Bänder)
die Stabantenne Anpassung hat.
-
- 1
- Stabantenne
- 2
- Antennenrute
- 3
- Befestigungselement
- 4
- Trägerstab
- 5
- Antennenwicklung
- 6
- Anschlußstück
- 7
- Zwischenstück
- 8
- Anschlußstück
- 9
- Isolierung
- 10
- Ummantelung
- 11
- Trägerfolie
- 12
- Leiterbahn
- 13
- Verbindungsstück