DE102007037615A1

DE102007037615A1 - Antennen-Diagrammumschaltung zur Verbesserung der Funkverbindungseigenschaften

Info

Publication number: DE102007037615A1
Application number: DE200710037615
Authority: DE
Inventors: Guy-Aymar Dr. Chakam; Andreas Schäfer; Martin Dr. Weinberger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2007-08-09
Publication date: 2009-02-12
Also published as: WO2009019183A3; WO2009019183A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung mit einer Antenne (1) und einem Schaltelement (2), dessen einer Anschluss (2a) eine elektrische Verbindung zu einem ersten Ankoppelpunkt (7) an der Antenne (1) aufweist und dessen anderer Anschluss (2b) mit einer ersten Impedanz (3) elektrisch verbunden ist, wobei die Lage des ersten Ankoppelpunkts (7) an der Antenne (1) und die Art und Größe der ersten Impedanz (3) so gewählt sind, dass die Richtcharakteristik der Antennenanordnung (10) in einem ersten Schaltzustand des Schaltelements (2) relativ zur Richtcharakteristik der Antennenanordnung (10) in einem zweiten Schaltzustand des Schaltelements (2) um einen Winkel von mehr als 0° gedreht ist und/oder die Polarisationscharakteristik (21) der Antennenanordnung (10, 30, 40) in einem ersten Schaltzustand des Schaltelements (2, 38a) relativ zur Polarisationscharakteristik der Antennenanordnung (10, 30, 40) in einem zweiten Schaltzustand des Schaltelements (2, 38a) um einen Winkel von mehr als 0° gedreht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen und bezieht sich im Besonderen auf eine Antennenanordnung mit umschaltbarer Abstrahlcharakteristik.
Für den kontrollierten Zugang zu Kraftfahrzeugen werden standardmäßig funkbasierte Zugangssysteme eingesetzt. Diese Zugangssysteme dienen in erster Linie dem komfortablen Aufsperren und Verschließen von Fahrzeugtüren und des Kofferraums, sowie dem Aktivieren und Deaktivieren einer im Fahrzeug vorhandenen Wegfahrsperre.
Durch Integration einer bidirektionalen Kommunikation in die Funkübertragung zwischen der mobilen Funkstation des Zugangssystems und der als Bordstation ausgebildeten Gegenstelle im Fahrzeug können den Status des Fahrzeugs betreffende Daten mittels der mobilen Station über eine größere Distanz abgerufen werden. Die abgerufenen Daten umfassen typischerweise Informationen über den Füllstand des Kraftstofftanks, den Reifendruck oder dergleichen mehr. Darüber hinaus bietet die bidirektionale Kommunikation üblicherweise auch die Möglichkeit weitere Funktionen des Fahrzeugs aufzurufen, so dass sich z. B. Fahrzeugfenster, Sonnendächer und Schiebetüren, aber auch eine eventuell im Fahrzeug vorhandene Standheizung aus größerer Entfernung bedienen lassen.
Für die Funkverbindung zwischen mobiler Station und Bordstation des Zugangssystems stehen mehrere Frequenzbereiche zur Verfügung, die sich vorwiegend im ISM-Band (Industrial, Scientific, and Medical Band; Band für Industrie, Wissenschaft und Medizin) befinden. Die für die Funkkommunikation reservierten Frequenzbänder sind dabei nicht in allen Ländern i dentisch, so dass die Funkstationen meist für mehrere Frequenzbänder optimiert werden müssen.
Die von den funkbasierenden Zugangssystemen unterstützten Dienste erfordern eine Reichweite von wenigen Metern (z. B. für das Aufschließen der Fahrzeugtüren) bis zu einigen hundert Metern und bei Fernabfragen eventuell Kilometern. Bestimmte Dienste wie z. B. das Öffnen der Fahrzeugtüren können dabei oft nur dann aufgerufen werden, wenn ein gewisser Abstand zum Fahrzeug unterschritten ist. Andere Dienste, wie z. B. ein Abfragen der aktuellen Parkdauer, sollten über möglichst große Entfernungen ausführbar sein. Die Ausbreitungsbedingungen für die Funkwellen werden neben der Entfernung zwischen den beiden Stationen des Zugangssystems von verschiedenen Parametern geprägt. Zu diesen zählt in erster Linie die Polarisationsrichtung der zur Funkübertragung verwendeten elektromagnetischen Welle, die Art der im oder am Fahrzeug angebrachten Antenne(n), die Art der in der mobilen Station verwendeten Antenne(n), die Orientierung der mobilen Funkstation im Raum sowie deren Lage in der Hand oder am Körper des Benutzers. Einen wesentlichen Einfluss auf Ausbreitungsbedingungen für die Funkwellen besitzt auch die Ausprägung der Umgebung im Bereich der Funkverbindungsstrecke, die zu einer Mehrwegeausbreitung der Funksignale führen kann.
Die Antenne(n) der im Fahrzeug befindlichen Funkstation ist (sind) im Allgemeinen so ausgestaltet, dass für die gesendeten und empfangenen Signale eine bestimmte Polarisation der Funkwelle bevorzugt wird. Meist ist dies die vertikale Polarisation, d. h. die Polarisationsrichtung, bei der der E-Vektor vertikal ausgerichtet ist. Bedingt ist dies durch die bei Fahrzeugen vorwiegend eingesetzte verkürzte vertikale Monopolantenne.
Bei den mobilen Funkstationen werden meist Schleifen- oder Monopolantennen sowie Kombinationen beider Antennenarten eingesetzt. Im Falle von Monopolantennen werden vor allem Helixantennen bevorzugt.
Schleifenantennen zeichnen sich durch ihre geringe Handempfindlichkeit aus, besitzen im Allgemeinen jedoch einen geringen Wirkungsgrad und erzeugen eine rein lineare Polarisation.
Der Wirkungsgrad von Monopolantennen ist in der Regel größer, aufgrund des kleineren Massegegengewichts ist jedoch die über die Antenne übertragene Leistung sehr empfindlich gegenüber Berührung (Handempfindlichkeit). Auch diese Antennenart unterstützt nur eine Polarisationsrichtung und weist darüber hinaus auch noch eine zusätzlich Nullstelle im Richtdiagramm auf. In mobilen Funkgeräten mit kleinerer Reichweite werden bisweilen Monopolantennen eingesetzt, die unmittelbar auf die Leiterplatte des Geräts gedruckt werden. In diesem Fall ist die Handempfindlichkeit noch größer, da bei einer Benutzung des Geräts meist die gesamte Antenne mit der Hand abgedeckt wird.
Antennenanordnungen mit einer Kombination von Schleifen- und Monopolantennen ermöglichen zwar einen Kompromiss, je nach Berührung überwiegt jedoch die Charakteristik der einen oder der anderen Antennenart. In der Praxis sind die beiden Antennen parallel geschaltet, wodurch sich eine Verstimmung von einer der beiden Antennen immer auch auf die Abstrahl- bzw. Empfangscharakteristik der jeweils anderen Antenne auswirkt. Abstrahlung und Empfang von elektromagnetischen Wellen erfolgen auch bei diesen Antennenkombinationen weitgehend linear polarisiert.
Bei Schleifen- und Monopolantennen wie auch bei Kombinationen beider Antennenarten sind immer Bereiche im Richtdiagramm vorhanden, bei denen keine bzw. nur eine unzureichende Verbindung möglich ist; die so genannten Nullstellen. Da in der Regel ein Benutzer entscheidet, wie er die mobile Funkstation in der Hand hält, ist es einem Hersteller nicht möglich, von einer bestimmten relativen Ausrichtung der mobilen Station gegenüber der Bordstation auszugehen. Vielmehr können in der Praxis die Richtcharakteristiken beider Stationen beliebig zueinander orientiert sein. Abgesehen von der zu berücksichtigenden Handempfindlichkeit und eventuellen Nullstellen können daher bei gleichen Distanzen zwischen mobiler Funkstation und Fahrzeug durchaus unterschiedliche Übertragungsbedingungen vorherrschen. Auch die relative Orientierung der Polarisationsrichtungen von mobiler Station und Bordstation beeinflussen die Übertragungsqualität der Funkstrecke. Im Extremfall können die Polarisationsrichtungen von Mobilstation und Bordstation senkrecht aufeinander stehen, wodurch trotz üblicherweise ausreichender Sendeleistung selbst bei kleinen Abständen keine Kommunikation zustande kommt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung anzugeben, mit der sich die oben genannten Probleme überwinden lassen.
Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen der Erfindung gelöst.
Die Erfindung umfasst eine Antennenanordnung mit einer Antenne und einem Schaltelement, dessen einer Anschluss eine elektrische Verbindung zu einem ersten Ankoppelpunkt an der Antenne aufweist und dessen anderer Anschluss mit einer ersten Impedanz elektrisch verbunden ist, wobei die Lage des ersten Ankoppelpunkts an der Antenne und die Art und Größe der ersten Impedanz so gewählt sind, dass die Richtcharakteristik und/oder die Polarisationscharakteristik der Antennenanordnung in einem ersten Schaltzustand des Schaltelements relativ zur Richtcharakteristik bzw. Polarisationscharakteristik der Antennenanordnung in einem zweiten Schaltzustand des Schaltelements um einen Winkel von mehr als null Grad gedreht ist.
Die Erfindung umfasst ferner eine Funkvorrichtung mit einer mobilen Funkstation und einer weiteren Funkstation, bei der zumindest die mobile Funkstation eine erfindungsgemäße Antennenanordnung aufweist.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "aufweisen", "beinhalten", "enthalten" und "mit", sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell als nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen ist, die in keiner Weise das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließt.
Die Erfindung wird in ihren abhängigen Ansprüchen weitergebildet.
Vorzugsweise umfasst die Antennenanordnung eine Steuereinrichtung, die zur Steuerung des Schaltzustands des Schaltelements ausgebildet ist, wodurch eine mehr oder weniger regelmäßige Änderung der Richtcharakteristik und/oder der Polarisationscharakteristik der Antennenanordnung möglich ist. Hierzu ist die Steuereinrichtung günstigerweise so ausgebildet, das sie den Schaltzustand des Schaltelements in zeitlich festgelegten Zeitabständen ändert um eine Signalübertragung bei beiden Richtcharakteristiken und/oder Polarisationscharakteristiken in einer Art Zeitmultiplex zuzulassen. Die Dauer eines Schaltzustands entspricht dabei vorteilhaft der Dauer eines anderen Schaltzustands, so dass keine Übertragung bei einer der Richtcharakteristiken und/oder Polarisationscharakteristiken bevorzugt wird.
Insbesondere wenn die Antennenanordnung zur Umschaltung zwischen nur zwei Richtcharakteristiken und/oder Polarisationscharakteristiken ausgebildet ist, ist es von Vorteil, wenn der Winkel zwischen der Richtcharakteristik und/oder Polarisationsrichtung der Antennenanordnung in einem ersten Schaltzustand des Schaltelements relativ zur Richtcharakteristik und/oder Polarisationsrichtung der Antennenanordnung in einem zweiten Schaltzustand des Schaltelements in etwa neunzig Grad beträgt. Abweichungen von 90 Grad sind hierbei insoweit zu lässig, als die Sendeleistung in der durch die 90 Grad bestimmten Richtung nicht wesentlich abnimmt, d. h. in der Praxis nicht unter einen Wert von der Hälfte der maximalen Sendeleistung in einer der Hauptsenderichtungen abfällt. Dies trifft natürlich auch auf eine Drehung der Polarisationsrichtung oder auf eine kombinierte Änderung von Richtcharakteristik und Polarisation der Antenne zu.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antennenanordnung ferner ein Einspeisenetzwerk mit zumindest einem ersten und einem zweiten Anpassungszweig, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den ersten Anpassungszweig mit dem Einspeisepunkt der Antenne zu verbinden, wenn sich das Schaltelement in einem ersten Schaltzustand befindet, und den zweiten Anpassungszweig mit dem Einspeisepunkt der Antenne zu verbinden, wenn sich das Schaltelement in einem zweiten Schaltzustand befindet. Bedarfsweise weist das Schaltelement zum einen zumindest einen weiteren Anschluss auf, der mit einer weiteren Impedanz elektrisch verbunden ist, und zum anderen zumindest noch einen weiteren Schaltzustand, der eine elektrische Verbindung der weiteren Impedanz mit einem weiteren Ankoppelpunkt an der Antenne und/oder mit der ersten Impedanz herstellt. Damit sind viele Varianten zur Einstellung der für die Abstrahlcharakteristik der Antenne entscheidenden Stromverteilung auf der Antennenstruktur wählbar, so dass Antennenstrukturen mit einer Vielzahl unterschiedlicher Richtcharakteristiken und/oder Polarisationscharakteristiken geschaffen werden können. Stimmt die Lage des weiteren Ankoppelpunkts an der Antenne mit der des ersten Ankoppelpunkts überein, so können mehrere Impedanzen zu einer weiteren Impedanz zusammengeschaltet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antenne eine Dipolantenne, bei der sich der erste Ankoppelpunkt an einem der beiden Antennenzweige in einem Abstand zum Einspeisepunkt der Antenne befindet, wodurch ein Umschalten zwischen einer Dipol- und einer Monopolcharakteristik möglich wird. Für kleine Bauformen ist die Dipolantenne vorzugsweise gefaltet ausgeführt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antenne eine gefaltete Monopolantenne, bei der sich der erste Ankoppelpunkt am dem Einspeisepunkt entgegengesetzten Ende der Antenne befindet, wodurch zwischen einer Monopol- und einer Schleifencharakteristik umgeschaltet werden kann.
Die Antennenanordnung kann auch mit einer Antenne ausgeführt werden, die eine zwei Antennenelemente aufweisende Antennenstruktur umfasst, wobei das Schaltelement so ausgebildet ist, dass der Ankoppelpunkt des ersten Antennenelements mit einer Impedanz oder einem Impedanznetzwerk verbunden werden kann und/oder das zweite Antennenelement in Serie mit der Impedanz oder dem Impedanznetzwerk an den Ankoppelpunkt angeschlossen werden kann. Damit lassen sich sowohl der Charakter als auch die Länge der Antenne variieren.
Bedarfsweise kann die erste Impedanz und/oder die weitere Impedanz von einem Kurzschluss zur Masse der Antennenanordnung gebildet werden, wodurch sich in einfacher Weise die Antennenart beeinflussen lässt.
Vorteilhaft kann der erste oder ein weiterer Ankoppelpunkt auch als Einspeisepunkt ausgebildet sein, wobei das Schaltelement den ersten und/oder den weiteren Ankoppelpunkt in einem ersten Schaltzustand mit dem HF-Anschluss verbindet und in einem weiteren Schaltzustand mit einer Impedanz verbindet, sodass sich die Stromverteilung auf der Antennenstruktur über die Wahl der Einspeisung ändern lässt. Die Impedanz kann dabei unendlich gewählt werden, d. h. dass der Ankoppelpunkt offen bleibt, wenn er nicht mit der HF-Einspeisung verbunden ist.
Die Funkvorrichtung ist vorzugsweise als Teil eines Fahrzeugzugangssystems ausgebildet.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform in der angegeben Weise oder in beliebig anderen Kombinationen verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
1 eine schematische Darstellung einer Antennenanordnung zeigt, bei der eine umschaltbare Richtcharakteristik durch Überführen einer Dipol-Antenne in eine Monopol-Antenne erzielt wird,
2 die Richtcharakteristiken für zwei Schaltzustände der Antennenanordnung von 1 veranschaulicht,
3 ein erstes Konzept zur Beschaltung einer Antenne in einer Antennenanordnung mit umschaltbarer Richtcharakteristik in Form eines Blockschaltbilds darstellt,
4 ein alternatives Konzept zur Beschaltung einer Antenne in einer Antennenanordnung mit umschaltbarer Richtcharakteristik in Form eines Blockschaltbilds darstellt,
5 Antennenanordnungen mit unterschiedlichen Antennen zeigt, die eine umschaltbarer Richtcharakteristik ermöglichen, und
6 ein alternatives Konzept zur Beschaltung einer Antenne in einer Antennenanordnung mit umschaltbarer Richtcharakteristik in Form eines Blockschaltbilds darstellt.
Die schematische Darstellung der 1 zeigt ein Beispiel für eine Antennenanordnung 10 mit umschaltbarer Richtcharak teristik und/oder Polarisationscharakteristik. Die Antennenanordnung 10 setzt sich aus einer im Beispiel als Dipol ausgebildeten Antenne 1 und einer z. B. auf einem Schaltungsträger 9 angeordneten Antennenbeschaltung zusammen. Die Antennenbeschaltung weist eine Hochfrequenz-Speiseschaltung 6 (HF-Speisung) einer Sende- und/oder Empfangsstufe auf. Die HF-Speisung 6 weist einen HF-Ausgang mit zwei Anschlüssen 4 und 5 auf. Anschluss 4 ist mit der Elektrode 1a des Dipols und Anschluss 5 mit dessen Elektrode 1b verbunden. Im dargestellten Beispiel liegt Anschluss 1b auf Masse. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Vielmehr ist auch eine symmetrische Speisung beider Äste 1a und 1b des Dipols 1 möglich.
Am Ankoppelpunkt 7 schließt ein Hilfskontakt 1c an den Ast 1b des Dipols 1 an. Der Hilfskontakt 1c bildet eine elektrische Verbindung zu einem ersten Anschluss 2a eines Schaltelements 2. Der andere Anschluss 2b des Schaltelements 2 ist mit einer Impedanz 3 verbunden, deren zweiter Kontakt an Masse liegt. Eine Steuereinrichtung 8 steuert über eine in der 1 gestrichelt dargestellte Verbindung den Schaltzustand des Schaltelements 2.
Im vorgestellten Beispiel wird das Schaltelement 2 in zwei Schaltzuständen betrieben, einem geöffneten und einem geschlossenen. Unter geöffnet ist hierbei ein Zustand zu verstehen, bei dem die Potentiale der beiden Anschlüsse 2a und 2b voneinander isoliert sind. Der Begriff geschlossen bedeutet dagegen einen Zustand, bei dem die beiden Anschlüsse 2a und 2b niederohmig miteinander verbunden sind, sich praktisch also auf demselben Potential befinden. Das Schaltelement wird vorzugsweise in Form eines elektronischen Schaltelements realisiert, beispielsweise als PIN-Diode, MEMS (elektromechanische Mikrosysteme), CMOS-Schalter oder in Form eines anderen Bauelements mit elektrisch bzw. elektronisch steuerbaren Schalteigenschaften.
Befindet sich das Schaltelement im geöffneten Zustand, so erfolgt der Stromfluss entlang der beiden Äste 1a und 1b des Dipols 1, so dass man für die vom Dipol 1 ausgesandte elektromagnetische Welle eine Richtungsabhängigkeit für den Absolutwert der elektrischen Feldstärke erhält, wie sie in dem Richtdiagramm 21 der Darstellung a von 2 veranschaulicht ist.
Befindet sich das Schaltelement im geschlossenen Zustand, so wird der Ast 1b des Dipols in Höhe des Ankoppelpunkts 7 über den Hilfskontakt 1c und das Schaltelement 2 mit der Impedanz 3 verbunden. Bei geeigneter Wahl der Lage des Ankoppelpunkts 7 auf der Elektrode 1b des Dipols und bei geeigneter Wahl der Art und Größe der Impedanz 3 wird die Stromverteilung auf den Antennenelektroden 1a und 1b so verändert, dass die Antenne 1 annähernd einer Monopolantenne entspricht, die das in der Darstellung b von 2 veranschaulichte Richtdiagramm 22 aufweist. Die Änderung der Stromverteilung auf den Antennenelektroden 1a und 1b kann ferner mittels einer Änderung der Speiseimpedanz zusätzlich beeinflusst werden, wobei die Änderung die Speiseimpedanz durch die Steuereinrichtung 8 vorgenommen werden kann.
Eine Änderung des Schaltzustands des Schaltelements 2 bewirkt daher eine Drehung des Richtdiagramms der Antennenanordnung 10 und damit der Vorzugsrichtung zur Abstrahlung der Sendeleistung um etwa neunzig Grad. Mit einer entsprechenden Antennenanordnung kann somit eine zuverlässige Signalübertragung erreicht werden, indem die Signale zunächst mit dem Schaltelement 2 in einem ersten Schaltzustand übertragen werden und die Signalübertragung dann mit dem Schaltelement 2 im anderen Schaltzustand wiederholt wird. Diese doppelte Übertragung der Funksignale zwischen mobiler Station und Bordstation eines Fahrzeugzugangssystems in dieser Art eines Zeitmultiplexverfahrens stellt sicher, dass zumindest bei einer der beiden Übertragungen die Richtwirkung der Antenne der mobilen Station günstig für einen Empfang der Signale an der Bordstation ist. Im selben Maße wie für das Senden von Daten gilt dies natürlich auch für das Empfangen von Daten, da sich die Richtwirkung von Empfangsantennen nicht von der Richtwirkung von Sendeantennen unterscheidet.
Neben einer Drehung der Richtcharakteristik der Antenne führt die Veränderung der Stromverteilung auf den beiden Antennenästen 1a und 1b auch zu einer Veränderung des von der Antenne abgestrahlten elektrischen Feldes und kann somit auch zu einer Änderung der Polarisationscharakteristik der Antennenstruktur führen. Bei geeigneter Auslegung der Antennenstruktur kann somit erreicht werden, dass die Polarisation der mobilen Station zumindest in einem der beiden Schaltzustände der Antennenanordnung nicht senkrecht zur Polarisation der Bordstation ausgerichtet ist. Vor allem durch die Kombination beider Effekte, d. h. der Drehung der Richt- und der Polarisationscharakteristik, kann somit eine sichere Signalübertragung gewährleistet werden.
Das Umschalten des Schaltelements vom aktuellen in den jeweils anderen Schaltzustand wird von der Steuereinrichtung 8 bewirkt. Die Zeitdauer während der die Steuereinrichtung 8 einen der Schaltzustände aufrechterhält entspricht dabei zumindest der Dauer für die Übertragung der kleinsten Informationseinheit einer Kommunikationsverbindung zwischen den beiden Stationen. Die Dauer der verschiedenen Schaltzustände während einer Signalübertragung kann dabei gleich gewählt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn keine Anzeichen dafür vorhanden sind, dass eine der beiden Abstrahlcharakteristiken 20 eine zuverlässigere Übertragung als die andere gewährleistet.
In einer weiteren Ausführungsform kann die aktuelle Empfangssignalstärke an der mobilen Station für jede der beiden Richtwirkungen 20 gemessen werden, woraufhin die Übertragung von Signalen bevorzugt bei der Richtwirkung 21 oder 22 erfolgt, bei der eine höhere Empfangsfeldstärke gemessen wurde. Durch mehr oder weniger regelmäßiges Wiederholen der Messung kann diese Bevorzugung einer Richtwirkung an sich verändernde Bedingungen angepasst werden.
In der 3 ist das der Anordnung von 1 zugrunde liegende Konzept einer Antennenanordnung 30 mit umschaltbarer Richtcharakteristik und/oder Polarisationscharakteristik in Form eines Blockschaltbilds dargestellt. Da beliebige Antennenstrukturen verwendet werden können, sind diese in der Figur nicht explizit dargestellt, sondern werden darin generell durch ein entsprechendes Blockschaltbild 31 repräsentiert. Unter dem Begriff einer Antenne werden hierbei alle Einrichtungen verstanden, die zur Abstrahlung und/oder zum Empfang elektromagnetischer Wellen geeignet sind, indem sie zumindest einen Teil einer leitungsgebundenen Welle in eine elektromagnetische Raumwelle und/oder einen Teil einer elektromagnetischen Raumwelle in eine leitungsgebundene Welle zu überführen.
Die Antenne 31 ist über ihren Einspeisepunkt 32 mit dem z. B. als Anpassungsschaltung ausgebildeten Einspeisenetzwerk 35 verbunden, das je nachdem, ob die Antenne sendet oder empfängt, vom HF-Anschluss 36 der Sende- und Empfangseinrichtung 37 Signale empfängt oder an diesen überträgt. Ein Ankoppelschaltnetzwerk 38 ist mit dem Ankoppelpunkt 34 der Antenne 31 verbunden. Das Ankoppelschaltnetzwerk 38 enthält zumindest ein wie zuvor beschriebenes Schaltelement 38a und eine Impedanz 38b. Eine Steuereinrichtung 39 steuert die Sende- und Empfangseinrichtung 37 und den Schaltzustand des Schaltelements 38a. Der optionale Massepunkt 33 wird nur verwendet, wenn die Speisung der Antenne 31 nicht symmetrisch erfolgen soll.
Die Steuereinrichtung 39 steuert das Senden und Empfangen von Signalen durch entsprechendes Umschalten auf die jeweils benötigte Funktion der Sende- und Empfangseinrichtung 37. Der Umschaltvorgang kann beispielsweise über den Pegel der Empfangsstufe oder eine Rückmeldung von der Funkgegenstelle ausgelöst werden. Zum Ändern der Richtcharakteristik und/oder Polarisationscharakteristik der Antenne 31, steuert die Steuereinrichtung 39 ein oder mehrere Schaltelemente 38a des An koppelschaltnetzwerks 38 an, wodurch unterschiedliche Impedanzen 38b an den Ankoppelpunkt 34 der Antenne 31 angeschlossen werden.
Dies kann wie oben beschrieben so erfolgen, dass der Ankoppelpunkt 34 in einem ersten Schaltzustand des einen Schaltelements 38a oder der mehreren Schaltelemente 38a offen ist, und in einem zweiten Schaltzustand des oder der Schaltelemente 38a mit der Impedanz 38b als Last verbunden ist. Ändert sich die Beschaltung der Antenne nur zwischen zwei Zuständen, so wird eine Drehung der Richtwirkung der Antenne um circa neunzig Grad bevorzugt. Je nach Breite der Keule in den Richtdiagrammen der Antennenanordnung 30 kann eine höhere oder geringere Abweichung von diesem Wert toleriert werden, wobei Winkelabweichungen, die der Halbwertsbreite der Keulen entsprechen, in der Regel zulässig sind, da sie die oben beschriebene Wirkungsweise der Antennenanordnung bezüglich der Signalübertragung praktisch nicht beeinträchtigen.
Das oder die Schaltelemente 38a können jedoch auch mehrere Schaltzustände aufweisen, die eine Verbindung des Ankoppelpunkts 34 mit mehreren unterschiedlichen Impedanzen 38b ermöglichen. Vorzugsweise ist der Winkel zwischen den Keulenmaxima der Richtdiagramme zweier benachbarter Schaltzustände dabei kleiner als neunzig Grad, wodurch eine feinere Ausrichtungsabstufung der Antennencharakteristik erreicht wird.
Ein alternatives Beschaltungskonzept für eine Antennenanordnung mit umschaltbarer Richtcharakteristik und/oder Polarisationscharakteristik ist in 4 dargestellt. Im Unterschied zum Konzept der 3 erfolgt in der Antennenanordnung 40 die Veränderung der Abstrahlcharakteristik der Antenne 41 sowohl über das am Einspeisepunkt 42 an die Antenne 41 angeschlossene Einspeisenetzwerk 45, als auch über ein oder mehrere an einen oder mehrere Ankoppelpunkte 43 und 44 angeschlossene Ankoppelschaltnetzwerke 48. Die Steuereinrichtung 49 ist dabei dazu ausgebildet, die in der Verbindung zwischen dem HF-Ausgang 46 der Sende- und Empfangseinrichtung und dem Einspeisepunkt 42 der Antenne 41 wirksamen Schaltungskomponenten bzw. Anpassungszweige 45a oder 45b des Einspeisenetzwerks 45 zu selektieren und das oder die Schaltelemente in dem oder den Ankoppelschaltnetzwerken 48 so anzusteuern, dass der oder die Ankoppelpunkte 43 und 44 (oder weitere) mit jeweils anderen Impedanzen verbunden oder nicht belastet werden. Jede der von der Steuereinrichtung 49 wählbaren Beschaltungskombinationen für Einspeise- und Ankoppelpunkte ist dabei so eingerichtet, dass sich die Orientierung der dadurch erzeugten Abstrahlcharakteristik von der bei anderen Beschaltungskombinationen unterscheidet.
Die beschriebene Antennenanordnung ist nicht auf bestimmte Bauformen von Antennen beschränkt. Um in kleinen Gehäusen mobiler Funkstationen untergebracht werden zu können, werden stets Antennen mit kleinen Bauformen bevorzugt. Beispiele für entsprechende Antennenformen sind in der 5 dargestellt, wobei auch andere Antennenstrukturen in einer wie oben beschriebenen Antennenanordnung verwendet werden können.
In der Darstellung a von 5 ist eine gefaltete Monopolantenne 50 gezeigt, deren dem Einspeisepunkt 51 entgegen gesetztes Ende 52 mit einem Anschluss des Schaltelements 53 verbunden ist. Der andere Anschluss des Schaltelements 53 ist (eventuell über nicht gezeigte Schaltungskomponenten) mit der Masse des Schaltungsträgers 54 verbunden. Im geschlossenen Zustand des Schaltelements 53 wird aus der Monopolantenne somit eine Schleifenantenne mit entsprechend unterschiedlicher Richt- bzw. Polarisationscharakteristik.
In der Darstellung b von 5 ist eine gefaltete Dipolantenne 60 gezeigt, deren Einspeisepunkt 63 am Fußpunkt 61 der einen Elektrode 61 angeordnet ist, während der Fußpunkt 64 der anderen Elektrode 62 mit einem Anschluss des Schaltelements 65 verbunden ist und über dieses an die Masse des Schaltungsträgers 66 angeschlossen werden kann.
Die dritte Darstellung c zeigt eine Antenne 70 deren Länge und Abstimmung über ein Ankoppelnetzwerk 73 verändert werden kann. Je nach Schaltzustand erhält man eine Monopolantenne, eine Schleifenantenne oder eine Kombination beider. Insbesondere kann der Ankoppelpunkt des ersten Antennenelements 71 mit einer Impedanz 73 oder einem Impedanznetzwerk 73 verbunden werden kann und/oder das zweite Antennenelement 72 in Serie mit der Impedanz 73 oder dem Impedanznetzwerk 73 an den Ankoppelpunkt angeschlossen werden. Das Impedanznetzwerk 73 kann ebenfalls noch Schaltelemente enthalten, die es ermöglichen den Antennenpfad 72 gänzlich zu- oder abzuschalten.
In der 6 ist eine weitere Ausführungsform 80 für eine Antennenanordnung mit umschaltbarer Richtcharakteristik und/oder Polarisationscharakteristik dargestellt. Im Unterschied zu den Konzepten von 3 oder 4 wird die Veränderung der Abstrahlcharakteristik der Antenne 81 in der Antennenanordnung 80 durch eine Änderung des Einspeisepunkts erreicht. Hierzu besitzt die Antenne 81 zwei Einspeisepunkte 81 und 82, die mittels der von der Steuereinrichtung 88 gesteuerten Einspeisewahlschalteinrichtung 85 wahlweise mit dem HF-Anschluss 86 der Sende- und Empfangseinrichtung 87 verbunden werden können. Im Endeffekt werden somit Ankoppelpunkt und Einspeisepunkt vertauscht, wobei der jeweils als Ankoppelpunkt fungierende Antennenkontakt mit einer unendlichen Impedanz belastet wird. Zur Einstellung der gewünschten Abstrahlcharakteristiken kann die Antennenanordnung 80 auch einen Masseanschluss 84 aufweisen.
Auch wenn die erfindungsgemäße Antennenanordnung in Bezug auf ein funkbasiertes Fahrzeugzugangssystem beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann dennoch selbstverständlich, dass die Erfindung generell bei Funksystemen eingesetzt werden kann, bei denen die Lage der Abstrahlcharakteristiken zweier miteinander kommunizierender Funkstationen relativ zueinander nicht im Voraus festgelegt oder bestimmt werden kann.

1: Dipol
1a: erste Elektrode des Dipols
1b: zweite Elektrode des Dipols
2: Schaltelement
2a: erster Anschluss des Schaltelements
2b: anderer Anschluss des Schaltelements
3: erste Impedanz
4: erster Anschluss des HF-Ausgangs
5: zweiter Anschluss des HF-Ausgangs
6: Hochfrequenz-Speiseschaltung
7: Ankoppelpunkt
8: Steuereinrichtung
9: Schaltungsträger (Platine)
10: Antennenanordnung
20: Antennendiagramme
21: Richtdiagramm der Antenne im Dipolbetrieb
22: Richtdiagramm der Antenne im "Monopol"-Betrieb
30: Antennenanordnung mit umschaltbarer Richtcharakteristik
31: Antenne
32: Einspeisepunkt
33: optionaler Masseanschluss
34: Ankoppelpunkt
35: Einspeisenetzwerk
36: HF-Anschluss
37: Sende- und Empfangseinrichtung
38: Ankoppelschaltnetzwerk
38a: Schaltelement
38b: Impedanz
39: Steuereinrichtung
40: Antennenanordnung mit umschaltbarer Richtcharakteristik
41: Antenne
42: Einspeisepunkt
43: optionaler Masseanschluss
44: Ankoppelpunkt
45: Einspeisenetzwerk
46: HF-Anschluss
47: Sende- und Empfangseinrichtung
48: Ankoppelschaltnetzwerk
49: Steuereinrichtung
50: Faltmonopol/-schleifenantenne
51: Einspeisepunkt
52: Ankoppelpunkt
53: Schaltelement
54: Schaltungsträger
60: Faltdipolantenne
61: erster Dipolast
62: zweiter Dipolast
63: Einspeisepunkt
64: Ankoppelpunkt
65: Schaltelement
66: Schaltungsträger
70: Antenne mit variabler Länge
71: erster Antennast
72: zweiter Antennenast
73: Ankoppelnetzwerk
80: Antennenanordnung mit umschaltbarer Richtcharakteristik
81: Antenne
82: erster Einspeisepunkt
83: zweiter Einspeisepunkt
84: optionaler Massepunkt
85: Einspeisewahlschalteinrichtung
86: HF-Anschluss
87: Sende- und Empfangseinrichtung
88: Steuereinrichtung

Claims

Antennenanordnung mit einer Antenne (1, 31, 41) und einem Schaltelement (2, 38a), dessen einer Anschluss (2a) eine elektrische Verbindung zu einem ersten Ankoppelpunkt (7) an der Antenne (1, 31) aufweist und dessen anderer Anschluss (2b) mit einer ersten Impedanz (3, 38b) elektrisch verbunden ist, wobei die Lage des ersten Ankoppelpunkts (7, 34) an der Antenne (1) und die Art und Größe der ersten Impedanz (3, 38b) so gewählt sind, dass in einem ersten Schaltzustand des Schaltelements (2, 38a) die Richtcharakteristik (21) der Antennenanordnung (10, 30, 40) relativ zur Richtcharakteristik (22) der Antennenanordnung (10, 30, 40) in einem zweiten Schaltzustand des Schaltelements (2, 38a) um einen Winkel von mehr als null Grad gedreht ist und/oder die Polarisationscharakteristik (21) der Antennenanordnung (10, 30, 40) in einem ersten Schaltzustand des Schaltelements (2, 38a) relativ zur Polarisationscharakteristik der Antennenanordnung (10, 30, 40) in einem zweiten Schaltzustand des Schaltelements (2, 38a) um einen Winkel von mehr als null Grad gedreht ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung (10) eine Steuereinrichtung (8, 39, 49) umfasst, die zur Steuerung des Schaltzustands des Schaltelements (2, 38a) ausgebildet ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8, 39, 49) ausgebildet ist, den Schaltzustand des Schaltelements (2, 38a) in zeitlich festgelegten Zeitabständen zu ändern.
Antennenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer eines Schaltzustands der Dauer eines anderen Schaltzustands entspricht.
Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Richtcharakteristik (20, 21, 22) der Antennenanordnung in einem ersten Schaltzustand des Schaltelements relativ zur Richtcharakteristik der Antennenanordnung in einem zweiten Schaltzustand des Schaltelements in etwa neunzig Grad beträgt.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenanordnung (10, 30, 40) ferner ein Einspeisenetzwerk (45) mit zumindest einem ersten und einem zweiten Anpassungszweig (45a, 45b) umfasst, wobei die Steuereinrichtung (49) dazu ausgebildet ist, den ersten Anpassungszweig (45a) mit dem Einspeisepunkt (42) der Antenne zu verbinden, wenn sich das Schaltelement in einem ersten Schaltzustand befindet, und den zweiten Anpassungszweig (45b) mit dem Einspeisepunkt der Antenne zu verbinden, wenn sich das Schaltelement in einem zweiten Schaltzustand befindet.
Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement zumindest einen weiteren Anschluss, der mit einer weiteren Impedanz elektrisch verbunden ist, und zumindest einen weiteren Schaltzustand aufweist, der eine elektrische Verbindung der weiteren Impedanz mit einem weiteren Ankoppelpunkt (44) an der Antenne und/oder mit der ersten Impedanz herstellt.
Antennenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage des weiteren Ankoppelpunkts (44) an der Antenne mit der des ersten Ankoppelpunkts (43) übereinstimmt.
Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne eine Dipolantenne (1) umfasst, bei der sich der erste Ankoppelpunkt an einem der beiden Antennenzweige in einem Abstand zum Einspeisepunkt der Antenne befindet.
Antennenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolantenne (1, 60) gefaltet ausgeführt ist.
Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne eine gefaltete Monopolantenne (50) umfasst, bei der sich der erste Ankoppelpunkt (52) am dem Einspeisepunkt (51) entgegengesetzten Ende der Antenne (50) befindet.
Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (70) eine zwei Antennenelemente (71, 72) aufweisende Antennenstruktur umfasst, wobei das Schaltelement (73) so ausgebildet ist, dass der Ankoppelpunkt des ersten Antennenelements mit einer Impedanz (73) oder einem Impedanznetzwerk (73) verbunden werden kann und/oder das zweite Antennenelement (72) in Serie mit der Impedanz oder dem Impedanznetzwerk an den Ankoppelpunkt angeschlossen werden kann.
Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanz und/oder die weitere Impedanz von einem Kurzschluss zur Masse der Antennenanordnung gebildet werden.
Antennenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder ein weiterer Ankoppelpunkt (82, 83) als Einspeisepunkt ausgebildet sind, und das Schaltelement (85) den ersten und/oder den weiteren Ankoppelpunkt (82, 83) in einem ersten Schaltzustand mit dem HF-Anschluss verbindet und in einem weiteren Schaltzustand mit einer Impedanz verbindet.
Funkvorrichtung mit einer mobilen Funkstation und einer weiteren Funkstation, bei der zumindest die mobile Funkstation eine Antennenanordnung (10, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.
Funkvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkvorrichtung als Teil eines Fahrzeugzugangssystems ausgebildet ist.