DE102007055323A1

DE102007055323A1 - Finnenförmiges Multiband Antennenmodul für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102007055323A1
Application number: DE102007055323A
Authority: DE
Inventors: Guy-Aymar Dr. Chakam
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2027-11-21
Also published as: DE102007055323B4; WO2009065806A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein finnenförmiges Multiband Antennenmodul (1) für Fahrzeuge mit einer elektrisch leitenden Grundfläche (6) als Masse (7) und Gegengewicht. In dem Antennenmodul (1) ist ein Empfangsantennenmodul (8) mit zwei Resonanzfrequenzbändern und einem ersten gemeinsamen Einspeisepunkt (9) vorgesehen. Ein erstes Funkantennenmodul (10) mit zwei weiteren Resonanzfrequenzbändern und einem zweiten gemeinsamen Einspeisepunkt (11) ist ebenfalls in dem Antennenmodul (1) angeordnet. Ferner weist das Antennenmodul (1) ein zweites Empfangsantennenmodul (12) mit zwei weiteren Resonanzfrequenzbändern auf, für die ein dritter und ein vierter Einspeisepunkt (13, 14) vorgesehen sind. Dabei sind der dritte und der vierte Einspeisepunkt (13, 14) voneinander isoliert angeordnet. Das Empfangsantennenmodul (8) und die Antennenmodule (10, 12) nutzen die elektrisch leitende Grundfläche (6) als eine gemeinsame Masse (3), auf der ein Patchantennenstapel (17) angeordnet ist, der das zweite Empfangsantennenmodul (12) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein finnenförmiges Multiband Antennenmodul für Fahrzeuge mit einer elektrisch leitenden Grundfläche als Masse und Gegengewicht für das finnenförmige Multiband Antennenmodul. Dabei soll das Multiband Antennenmodul die Möglichkeit bieten mehrere Dienste über dieses Antennenmodul den Fahrzeuginsassen zur Verfügung zu stellen. Dabei sollen die unterschiedlichsten Dienste auf engstem Raum empfangen und/oder auch abgestrahlt werden können. Dabei soll eine Frequenzbandselektion eingehalten werden, um die Verkopplung zu anderen Antennen innerhalb der Finne zu vermindern. Insbesondere besteht die Gefahr, dass auf derart engem Raum eine Antennenentkopplung nicht gewährleistet werden kann. Ein weiteres Problem stellt das Bereitstellen von Einspeisungspunkten dar, die auf ein Minimum zu reduzieren sind, um den Antennenkabelbaum im Fahrzeug zu entlasten.
Aus der Druckschrift US 7,239,281 B2 ist eine finnenförmige Antennenvorrichtung für Fahrzeugradiogeräte bekannt, die mit einer drahtlosen Empfangsschaltung verbunden ist und ein Radiosignal empfängt. Die finnenförmige Antennenvorrichtung weist eine finnenförmige Abdeckung, eine AM-Antenne, eine Signalverstärkerschaltung, einen FM Resonanzkreis mit der Signalverstärkerschaltung und eine metallische Grundfläche auf. Aus dem Stand der Technik sind somit finnenförmige dualbandige Antennenmodule bekannt, die mindestens zwei Radiodienste abdecken, jedoch mangelt es bisher an einem Antennenmodul, das möglichst umfassend Radiodienste, Kommunikationsdienste, Navigationsdienste und/oder auch TV-Dienste für den Fahrzeuginsassen über ein finnenförmiges Multiband Antennenmodul zur Verfügung stellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein finnenförmiges Multiband Anten nenmodul anzugeben, das sowohl Empfangsantennen als auch Sendeantennen in einem finnenförmigen Gehäuse zusammenfasst.
Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein finnenförmiges Multiband Antennenmodul für Fahrzeuge mit einer elektrisch leitenden Grundfläche als Masse und Gegengewicht geschaffen. In dem Antennenmodul ist ein Empfangsantennenmodul mit zwei Resonanzfrequenzbändern und einem ersten gemeinsamen Einspeisepunkt vorgesehen. Ein erstes Funkantennenmodul mit zwei weiteren Resonanzfrequenzbändern und einem zweiten gemeinsamen Einspeisepunkt ist ebenfalls in dem Antennenmodul angeordnet. Ferner weist das Antennenmodul ein zweites Empfangsantennenmodul mit zwei weiteren Resonanzfrequenzbändern auf, für die ein dritter und ein vierter Einspeisepunkt vorgesehen sind. Dabei sind der dritte und der vierte Einspeisepunkt voneinander isoliert angeordnet. Die Empfangsantennenmodule und das Funkantennenmodul nutzen die elektrisch leitende Grundfläche als eine gemeinsame Masse, auf der ein Patchantennenstapel angeordnet ist, der das zweite Empfangsantennenmodul bildet.
Ein Vorteil dieses Antennenmoduls ist die erfindungsgemäße Dienstgruppenbildung innerhalb des Antennenmoduls, in dem alle Telefondienste und auch der „long-range"-Dienst mit diesem Antennenmodul bedient werden. Ein Empfang aller DAB-Dienste (digital audio broadcasting) werden durch das Empfangsantennenmodul mit einem gemeinsamen Einspeisepunkt ermöglicht, wobei das Empfangsantennenmodul eine Multiband Antenne darstellt. Dabei ist die Einbindung des DAB-T-Dienstes im Band III kritisch, zumal eine derartige Finne auf oder an einem Fahrzeug eine Höhe von 60 mm nicht überschreiten soll.
Dieses wird bei dem Empfangsantennenmodul durch die Kombination von einem sperrtopfartigen Resonator und einem zentralen Monopol gelöst, bei dem der sperrtopfartige Resonator durch eine Antennenhelix realisiert ist und der Monopol durch einen Antennenstab, der mit dem Einspeisepunkt zusammenwirkt. Dabei werden die niedrigen Frequenzen des DAB-T-Dienstes im Band III durch eine Parallelresonanz zwischen Antennenstab und Antennenhelix ermöglicht. Die hochfrequenten Dienste im L-Band des DAB-T werden durch eine Serienresonanz zwischen Antennenstab und Antennenhelix sichergestellt.
Ein erstes Funkantennenmodul, das im Wesentlichen die Mobilfunkfrequenzen der GSM – Dienste und des UMTS – Dienstes abstrahlt und empfängt, weist eine mehrarmige Funkantenne mit guter Anpassung ohne Anpassungselemente auf. Dazu weist die mehrarmige Funkantenne ein erstes abstrahlendes Element auf, das einen Resonanzfrequenzbereich für die niedrigeren GSM-Dienste ermöglicht, indem das erste abstrahlende Element mit einer Dachkapazität belastet wird. Die höherfrequenten Dienste, insbesondere die Dienste im UMTS – Bereich, werden durch ein zweites abstrahlendes Element in dem Antennenmodul gewährleistet, das über einen Verbindungssteg an einen gemeinsamen Einspeisepunkt des ersten und des zweiten abstrahlenden Elements angeschlossen ist. Somit weist dieses erste Funkantennenmodul nur einen Einspeisepunkt als Eingang und Ausgang auf.
Um für die Fahrzeuginsassen auch Navigationsgeräte über dieses finnenförmige Multiband Antennenmodul zugänglich zu machen, weist das Antennenmodul ein zweites Empfangsantennenmodul auf, das von einem Patchantennenstapel gebildet wird. Der Patchantennenstapel zeichnet sich dadurch aus, dass er die links und rechts zirkulare Polarisation nutzt, um sowohl GPS-Dienste als auch SDARS-Dienste zu nutzen. Dieser Patchantennenstapel ist durch eine geschickte Auswahl der Substratparameter gekennzeichnet, wobei die Wahl der relativen Permeabilität dafür sorgt, dass eine Entkopplung der beiden in dem Patchantennenstapel realisierten Antennen- und Frequenzsysteme erreicht wird. Dabei wird der Grundsatz genutzt, dass die Entkopplung besser wird, wenn ein großer Unterschied zwischen den relativen Permeabilitäten der beiden Patchantennenmaterialien vorhanden ist.
Eine rechts und links zirkulare Polarisation unterstützt die Entkopplung der beiden Patchantennen des Patchantennenstapels. Diese unterschiedliche Polarisation wird durch entsprechende Kantenschrägungen erzeugt, wobei derartige Kantenschrägungen eine entsprechende Störung darstellen, durch die die Anregung der notwendigen orthogonalen Moden möglich ist. In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, dass für jede der Patchantennen in dem Stapel eigene Ein- und Ausgänge für die Dienste vorhanden sind, was bedeutet, jeweils einen zweiten Einspeisepunkt und einen vierten Einspeisepunkt des Antennenmoduls vorzusehen. Um außerdem eine Volumenanforderung zu erfüllen, ist die SDARS-Antenne als Patchantenne in dem Patchantennenstapel unten angeordnet, da sie in einem höheren Frequenzbereich operiert. Durch diese oben erwähnten Maßnahmen wird ein flacher kompakter Aufbau dieses zweiten Empfangsantennenmoduls erreicht.
Mit einer derartigen Gruppierung von Empfangsantennenmodulen und Funkantennenmodulen wird eine höchst effiziente Nutzung des zur Verfügung stehenden Volumens einer Finne auf bzw. an einem Fahrzeug erreicht, indem nun diese speziell entwickelten Empfangs- und Funkantennenmodule entsprechender Systemauslegung ausgesetzt werden. Mit diesem Multiband Antennenmodul ist es gelungen, auf einer trapezförmigen Leiterplatte einer Gesamtlänge von 116 mm mit einer maximalen Breite von 40 mm einen hohen Anteil an Antennen in einem entsprechenden Antennenmodul für Satellitendienste (SDARS und GPS), Telefondienste (GSM 900, GSM 850, GSM 1800, GSM 1900 und UMTS) sowie den digitalen Rundfunkdiensten (DAB-T, DAB-S und WLAN) oder Platz für einen weiteren Funkdienst zusammenzufassen. Dabei ist eine Entkopplung von besser als 10 dB zwischen den Antennensystemen gelungen. Dennoch wird eine Höhe von 60 mm in einem finnenartigen Gehäuse für dieses Antennenmodul nicht überschritten, obwohl eine Empfangsantenne für die DAB-T Band III Dienste mit hinein integriert ist. Dabei zeigt auch diese Antenne für das Band III in dem DAB-T-Dienst eine hervorragende Performance.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Multiband Antennenmodul ein zweites Funkantennenmodul mit einem fünften Einspeisepunkt auf. Dieses zweite Funkantennenmodul weist einen λ/4-Antennenstab auf, der ein Resonanzfrequenzband für die so genannten WLAN-Dienste bereitstellt mit Resonanzfrequenzen f_WLAN zwischen 2,4 GHz ≤ f_WLAN ≤ 2,5 GHz. Um eine Entkopplung von mindestens 18 dB zwischen dem zweiten Funkantennenmodul und dem ersten Funkantennenmodul zu erreichen, werden die beiden Funkantennenmodule in dem Multiband Antennenmodul in einem Mindestabstand von 0,8 λ angeordnet.
Um eine derartige Entkopplung von mindestens 10 dB auch zwischen dem zweiten Funkantennenmodul und dem zweiten Empfangsantennenmodul zu erreichen, werden diese beiden Funkantennenmodule in einem Mindestabstand von 0,4 λ angeordnet. Ferner werden in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Entkopplung des ersten Funkantennenmoduls und des weiteren Empfangsantennenmoduls diese in einem Mindestabstand von 0,4 λ in dem Multiband Antennenmodul untergebracht. Das erste Empfangsantennenmodul mit seinem Antennenstab und seiner Antennenhelix wird vorzugsweise mittig zwischen dem zweiten Empfangsantennenmodul und dem zweiten Funkantennenmodul angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Empfangsantennenmodul auch seitlich neben dem ersten Funkantennenmodul in einem Abstand d zwischen 10 mm ≤ d ≤ 30 mm angeordnet sein. Dazu werden diese beiden Antennenmodule im Bereich der Breitseite der trapezförmigen elektrisch leitenden Grundfläche, die auch als Masse oder Gegengewicht dient, angeordnet. Diese für die einzelnen Antennenelemente des Multiband Atennenmoduls gemeinsame elektrisch leitende Grundfläche kann eine Metallfolie aufweisen oder eine Beschichtung auf einem PCB-Substrat sein. Aufgrund einer trapezförmigen Außenkontur weist diese Grundfläche eine Breitseite und eine der Breitseite gegenüberliegende Schmalseite auf, sodass es von Vorteil ist, im Bereich der Breitseite das Empfangsantennenmodul und das erste Funkantennenmodul zu positionieren, da sie die größten Höhen aufweisen.
Das zweite Funkantennenmodul, das ein λ/4 ≤ 30 mm aufweist, Kann im Bereich der Schmalseite angeordnet sein, sodass außerdem der für die Entkopplung erforderliche hohe Abstand von 0,8 λ des zweiten Funkantennenmoduls zum zweiten Empfangsantennenmodul eingehalten werden kann. Je nach Aufbau und Anzahl der unterschiedlichen Empfangsantennenmodule und Funkantennenmodule in dem Multiband Antennenmodul sind bis zu fünf Einspeisepunkte erforderlich, um die einzelnen Antennenelemente zu versorgen, sodass auch entsprechende Antennenzuleitungen als elektrische Verbindungen vorzusehen sind, wobei deren Masseleitungen die Grundfläche kontaktieren.
Außerdem ist es in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, auf der Rückseite des PCB-Substrats ein 50 Ω Anpassungsnetzwerk für das Multiband Antennenmodul anzukoppeln. Dazu weisen die unterschiedlichen Empfangs- bzw. Funkantennnemodule des Multiband Antennenmoduls an die unterschiedlichen Dienste angepasste Resonanzfrequenzbänder auf. Für den terrestrischen digitalen Audioradiodienst (DAB-T) und den satellitengestützten digitalen Audioradiodienst (DAB-S) ist in dem finnenförmigen Multiband-Antennenmodul lediglich ein Antennenempfangsmodul vorgesehen mit einem einzigen Einspeisepunkt, der sowohl für das Resonanzfrequenzband III mit den Resonanzfrequenzen f_III zwischen 174 MHz ≤ f_III ≤ 240 MHz und in einem weiteren Resonanzfrequenzband L mit den Resonanzfrequenzen f_L zwischen 1452 MHz ≤ f_L ≤ 1492 MHz vorgesehen ist. Dabei ist der satellitengestützte digitale Audioradiodienst (DAB-S) im oberen Frequenzbereich des Resonanzfrequenzbandes L angesiedelt.
Das erste Funkantennenmodul bedient in einem unteren Resonanzfrequenzbereich das Frequenzband GSM 850 mit Resonanzfrequenzen f₈₅₀ zwischen 824 MHz ≤ f₈₅₀ ≤ 894 MHz und das Fre quenzband GSM 900 mit Resonanzfrequenzen f₉₀₀ zwischen 890 MHz ≤ f₉₀₀ ≤ 960 MHz. Während die Dienste GSM 850 und GSM 900 von einem abstrahlenden Antennenelement abgestrahlt und empfangen werden, werden mit Hilfe eines zweiten abstrahlenden Elements des ersten Funkantennenmoduls Resonanzfrequenzen des Frequenzbandes GSM 1800 mit Resonanzfrequenzen f_1,8 zwischen 1,71 GHz ≤ f_1.8 ≤ 1,88 GHz und des Frequenzbandes GSM 1900 mit Resonanzfrequenzen f_1.9 zwischen 1,85 GHz ≤ f_1.9 ≤ 1,99 GHz sowie des Frequenzbandes UMTS mit Frequenzen f_2.0 zwischen 1,92 GHz ≤ f_2.0 ≤ 2,17 GHz abgestrahlt und empfangen.
Der oben erwähnte Patchantennenstapel des zweiten Empfangsantennenmoduls strahlt und empfängt mit der oberen Patchantenne des Patchantennenstapels Resonanzfrequenzen f_GPS zwischen 1,574 GHz ≤ f_GPS ≤ 1,577 GHz und bedient gleichzeitig mit einer unteren Patchantenne in dem Patchantennenstapel, die eine entgegengesetzte Zirkularpolarisation aufweist und eine von dem der oberen Patchantenne unterschiedliche relative Permeabilität des Kunststoffsubstrats der Patchantenne besitzt, das Resonanzfrequenzband für SDARS-Dienste mit Resonanzfrequenzen f_SDARS zwischen 2,320 GHz ≤ f_SDARS ≤ 2,345 GHz.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband Antennenmoduls einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Multiband Antennenmodul gemäß 1;
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Patchantennenstapel;
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Patchantennenstapels gemäß 3;
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband Antennenmoduls einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Multiband Antennenmodul gemäß 5;
7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband Antennenmoduls einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Multiband Antennenmodul gemäß 7;
9 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband Antennenmoduls einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Multiband Antennenmodul gemäß 9;
11 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband Antennenmoduls einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
12 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Multiband Antennenmodul gemäß 11.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband Antennenmoduls 1 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieses Multiband Antennenmodul 1 ist in einer Finne 20 angeordnet, deren Kontur mit gestrichelten Linien in 1 markiert ist. Die maximale Höhe h_F der Finne 20 soll 60 mm nicht überschreiten. Das Multiband Antennenmodul 1 weist eine Grundplatte 6 auf, die als gemeinsame Masse 7 bzw. Gegengewicht für die in der Finne 20 angeordneten Empfangs- und Funkantennenmodule dient. Dabei sind die Empfangs- und Funkantennenmodule derart in der Finne 20 auf der Grundfläche 6 angeordnet, dass eine Entkopplung von mindestens 10 dB gewährleistet ist und in besonderen Fällen auch mindestens 18 oder 20 dB gewährleistet werden.
In dieser ersten Ausführungsform eines Multiband Antennenmoduls 1 sind vier Antennenmodule 8, 10, 12 und 18 zu sehen. Davon bilden die Antennenmodule 8 und 12 ein Empfangsantennenmodul, während die übrigen Antennenmodule 10 und 18 jeweils Funkantennenmodule sind. Mit dem Empfangsantennenmodul 8 werden Signale für die digitalen Rundfunkdienste DAB-T und DAB-S einem Autoradio im Innenraum eines Fahrzeugs über einen gemeinsamen ersten Einspeisepunkt 9 des Multiband Antennenmoduls 1 zugeführt. Dazu weist das Empfangsantennenmodul 8 zwei Antennenelemente auf, nämlich einen λ/4-Antennenstab 33 und eine den λ/4-Antennenstab 33 umgebende Antennenhelix 23, die einen sperrtopfartigen Resonator 21 bildet und in dieser Ausführungsform der Erfindung Windungen 24 aufweist, die um den λ/4-Antennenstab 33 gewickelt sind.
Derartige Windungen 24 können einen kreisrunden, einen ovalen oder einen tropfenförmigen Querschnitt oder einen polygonalen Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise sind die Querschnitte derartiger Windungen 24 dreieckförmig oder viereckförmig, um sie an die Form und das innere Volumen der Finne 20 anzupassen, die beispielsweise aus einer strömungsgünstigen Kunststoffhülle besteht. Das DAB-Empfangsantennenmodul weist trotz der weit auseinander liegenden Resonanzbänder, die sich durch Serienschaltung bzw. Parallelschaltung der beiden Antennenelemente ergeben, einen einzigen gemeinsamen Einspeisepunkt 9 auf. Dieses Antennenempfangsmodul ist in etwa mittig zwischen zwei benachbarten Antennenmodulen 12 und 18 angeordnet.
Neben dem Empfangsantennenmodul 8 weist das Multiband Antennenmodul 1 in der Finne 20 zwei Funkantennenmodule, nämlich das erste Funkantennenmodul 10, und ein zweites Funkantennenmodul 18 auf. Dabei ist das zweite Antennenmodul 18 hier im Bereich einer Schmalseite 28 der Grundfläche 6 angeordnet und als λ/4-Antennenstab 33 ausgeführt. Über diesen λ/4-Antennenstab 33 werden die WLAN-Dienste abgestrahlt und empfangen. Die Höhe des λ/4-Antennenstabs 33 ist kleiner oder gleich 30 mm. Ferner ist zur Gewährleistung einer ausreichenden Entkopplung zwischen dem zweiten Funkantennenmodul 18 und dem ersten Funkantennenmodul 10 ein Mindestabstand a > 0,8 λ in diesem Multiband Antennenmodul 1 vorgesehen. Deshalb bietet es sich an, das erste Funkantennenmodul 10 im Bereich einer Breitseite 29 der Grundfläche 6 anzuordnen.
Während das zweite Funkantennenmodul 18 lediglich ein breites Resonanzfrequenzband zwischen 2,4 und 2,5 GHz aufweist, werden mit dem ersten Funkantennenmodul 10 mindestens zwei Resonanzfrequenzbänder abgestrahlt und empfangen. Ein erstes abstrahlendes Element 31 weist eine hier nicht gezeigte Dachkapazität auf, um die GSM-Dienste bei Resonanzfrequenzen von 800 bis 1000 MHz zu bedienen, und mit einem zweiten abstrahlenden Element 32 können Resonanzfrequenzen bis in die UMTS-Dienste abgestrahlt und empfangen werden, die bei etwa 2 GHz liegen, sodass dazwischen eine Bandlücke von fast einem Gigahertz selektiv ausgeschlossen wird. Dieses erste Funkantennenmodul 10 ist an einen einzigen Einspeisepunkt angeschlossen, der den zweiten Einspeisepunkt 11 des Multibands Antennenmoduls 1 bildet.
Der Aufbau und die Wirkungsweise des zweiten Empfangsantennenmoduls 12 werden in den nachfolgenden 3 und 4 näher erläutert.
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Multiband Antennenmodul 1 gemäß 1. Auch in dieser Draufsicht ist die Kontur der Finne 20 mit gestrichelten Linien angedeutet, wobei die Breite der Finne von der Breite der Grundfläche b_G bis zu einer Spitze der Finne auf eine Breite b_F abnimmt. Dadurch kann dieses Multiband Antennenmodul auf oder an einem Fahrzeug fixiert werden und muss nicht bei automatischen Waschvorgängen von dem Dach oder anderen Bereichen der Fahrzeugkontur entfernt werden. Auch kann diese Finne 20 so ange ordnet werden, dass sie möglichst windschlüpfrig mit geringem Luftwiderstand am oder auf dem Fahrzeug angeordnet ist.
Die Verteilung der Empfangsmodule 8 und 12 sowie der Funkmodule 10 und 18 auf der Grundfläche 6 ist so gestaltet, dass die größte Entfernung zwischen dem ersten Funkmodul 10 und dem zweiten Funkmodul 18 mit a > 0,8 λ besteht, während das zweite Empfangsmodul 12 etwa mittig zwischen dem ersten Funkmodul 10 und dem zweiten Funkmodul 18 angeordnet ist. Dabei wird zur Entkopplung der Funkmodule untereinander darauf geachtet, dass deren Mindestabstand a > 0,4 λ ist. Die Kontur 27 der Grundfläche 6 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung lang gestreckt und trapezförmig und weist eine Breitseite 29 und eine Schmalseite 28 auf, wobei die Breitseite 29 eine Breite b_G von etwa 45 mm aufweist und sich zur Schmalseite 28 hin verjüngt. Die Länge l_G ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung kleiner als 120 mm.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Patchantennenstapel 17 des zweiten Empfangsantennenmoduls 12. Das Resonanzfrequenzband der oberen Patchantenne 15 ist auf die GPS-Navigationsdienste abgestimmt und weist einen eigenen Einspeisepunkt 13 auf, der gleichzeitig der dritte Einspeisepunkt des Multiband Antennenmoduls 1 ist.
Die Patchantenne 16, die den unteren Bereich des Patchantennenstapels 17 bildet, weist einen eigenen Einspeisepunkt 14 auf, welcher der vierte Einspeisepunkt des Multiband Antennenmoduls ist. Dabei ist die untere Patchantenne 16 auf die Frequenzen der SDARS-Dienste abgestimmt. Durch einen hier nicht gezeigten geeigneten Kantenanschliff kann dafür gesorgt werden, dass sich die beiden Patchantennen 15 und 16 in ihrer zirkularen Polarisation unterscheiden, wobei eine der Patchantennen eine links und die andere eine rechts zirkulare Polarisation aufweisen. Darüber hinaus wird eine Entkopplung der beiden Patchantennen dadurch verbessert, dass die Isolationsschichten 34 und 35 deutlich unterschiedliche Permeabilitäten aufweisen.
Die Patchantennenflächen 36 bzw. 37 sind aus einer metallischen Beschichtung der Isolationsschichten 34 bzw. 35 gebildet und stehen über ihre Einspeisepunkte 13 und 14 mit Mikrostreifenleitern auf der Unterseite eines Substrats 25, das die gemeinsame elektrisch leitende Grundfläche 6 trägt, elektrisch in Verbindung. Andererseits können die Einspeisepunkte 13 und 14 auch von zentralen Leitern von Koaxialleitungen 38 und 39 versorgt werden, die auf der Unterseite des PCB-Substrats angeordnet sind. Dazu wird die Zuleitung zu dem oberen Einspeisepunkt 13 der gestapelten Patchantenne 15 isoliert durch den gesamten Patchantennenstapel 17 durchgeschleift, während die Zuleitung zu dem Einspeisepunkt 14 lediglich isoliert durch die elektrisch leitende Grundfläche 6 geführt werden muss.
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Patchantennenstapels 17 gemäß 3. Dieser Patschantennenstapel 17 weist eine Breite von 33 mm und eine Länge l_P ebenfalls von 33 mm und eine Höhe h_P von 10 mm auf. Die Patchantennenflächen 36 und 37 sind bei dieser Ausführungsform der Erfindung quadratisch und die Einspeisungen werden von unten zugeführt und sind somit in dieser perspektivischen Darstellung nicht sichtbar.
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband Antennenmoduls 2 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Die Finne 20 für diese zweite Ausführungsform der Erfindung kann kürzer gestaltet werden, da im Bereich der Breitseite 29 das Empfangsantennenmodul 8 neben dem ersten Funkantennenmodul 10 angeordnet ist. Um eine Entkopplung zwischen den beiden Modulen von mindestens 10 dB zu erreichen, sind die beiden Module mit ihren Einspeisepunkten 9 und 11 in einem Abstand d von etwa 20 mm vorzugsweise 30 mm angeordnet. Wie bereits bei der Ausführungsform gemäß 1 ist der Abstand zwischen der ersten Funkantenne 10 und der zweiten Funkantenne 18a > 0,8 λ. Das zweite Funkantennenmodul 12 aus einem Stapel 17 von Patchantennen 15 und 16 weist sowohl zu dem zweiten Funkantennenmodul 18, das über einen fünften Einspeisepunkt 19 des Multiband Antennenmoduls angeschlossen ist, und zu dem ersten Funkantennenmodul 10 jeweils einen Abstand a > 0,4 λ auf.
6 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Multiband Antennenmodul 2 gemäß 5 und verdeutlicht, dass diese zweite Ausführungsform der Erfindung auf einer deutlich kürzeren Finne 20 untergebracht werden kann.
7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband Antennenmoduls 3 einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Auch hier werden Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Eine weitere Verkürzung der Finne 20 ist dadurch möglich, dass das zweite Funkantennenmodul mit seinem größten erforderlichen Abstand von dem ersten Funkantennenmodul 10 weggelassen wird und damit keine WLAN-Dienste mit diesem Multiband Antennenmodul 3 zur Verfügung gestellt werden können. Die Länge dieses Antennenmoduls wird im Wesentlichen durch einen Abstand zur Sicherstellung der Entkopplung zwischen dem ersten Funkantennenmodul 10 und dem zweiten Empfangsantennenmodul 12 bestimmt, der größer als 0,4 λ ist. Ferner ist das Empfangsantennenmodul 8 im Bereich der Breitseite 29 der trapezförmigen Grundfläche 6 angeordnet und weist zu dem ersten Funkmodul einen Abstand d zwischen 10 und 30 mm auf, wobei unter dem Abstand nicht der Abstand der Einspeisepunkte 9 und 11 verstanden wird, sondern der Abstand d zwischen den Außenkonturen der beiden Antennenmodule 8 und 10.
8 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Multiband Antennenmodul 3 gemäß 7.
9 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband Antennenmoduls 4 einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Hier konnte die Finne 20 weiter dadurch verkürzt werden, dass das Empfangsantennenmodul 8 zwischen dem ersten Funkantennenmodul 10 und dem zweiten Empfangsantennenmodul 12 angeordnet wird, sodass lediglich der Abstand a > 0,4 λ zwischen dem ersten Funkantennenmodul 10 und dem zweiten Funkantennenmodul 12 einzuhalten ist, der deutlich größer ist als der Abstand d zwischen den Außenkonturen des Empfangsmoduls 8 und des ersten Funkmoduls 10.
10 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Multiband Antennenmodul 4 gemäß 9 und verdeutlicht somit die weitere Kürzung der Länge l_F der Finne 20.
11 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband Antennenmoduls 5 einer fünften Ausführungsform der Erfindung. In diesem Fall wird die Entkopplung zwischen dem Empfangsmodul 8 und dem zweiten Funkmodul 12 verbessert, indem das Empfangsmodul in einem Abstand d neben dem ersten Funkmodul 10 im Bereich der Breitseite 29 der Grundfläche 6 angeordnet ist. Auch hier wird ein Abstand zwischen dem ersten Funkmodul 10 und dem zweiten Funkmodul 12 in der Größenordnung von a > 0,4 λ eingehalten.
12 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Multiband Antennenmodul 5 gemäß 11, wobei die Länge l_G der Grundfläche 6 in etwa genauso groß ist wie in den vorhergehenden 9 und 10.

1: Antennenmodul (1. Ausführungsform)
2: Antennenmodul (2. Ausführungsform)
3: Antennenmodul (3. Ausführungsform)
4: Antennenmodul (4. Ausführungsform)
5: Antennenmodul (5. Ausführungsform)
6: Grundfläche
7: Masse
8: Empfangsantennenmodul (DAB)
9: erster gemeinsamer Einspeisepunkt (DAB)
10: erstes Funkantennenmodul (GSM, UMTS)
11: zweiter gemeinsamer Einspeisepunkt (GSM, UMTS)
12: zweites Empfangsantennenmodul (GPS, SDARS)
13: dritter Einspeisepunkt (GPS)
14: vierter Einspeisepunkt (SDARS)
15: Patchantenne (GPS)
16: Patchantenne (SDARS)
17: Patchantennenstapel
18: zweites Funkantennenmodul (WLAN)
19: fünfter Einseisepunkt (WLAN)
20: Finne
21: sperrtopfartiger Resonator
22: Monopol
23: Helix
24: Windung
25: PCB-Substrat
26: Beschichtung
27: Außenkontur
28: Schmalseite
29: Breitseite
30: Masseleitung
31: erstes abstrahlendes Element des ersten Funkantennenmoduls
32: zweites abstrahlendes Element des ersten Funkantennenmoduls
33: λ/4-Antennenstab
34: Isolationsschicht
35: Isolationsschicht
36: Patchantennenfläche
37: Patchantennenfläche
38: Koaxialleitung
39: Koaxialleitung
b_G: Breite der Grundfläche
d: Abstand zwischen den Außenkonturen des Empfangsantennenmoduls und des ersten Funkantennenmoduls
a: Abstand zwischen den Funkantennenmodulen
b_F: Finnenbreite an der Finnenspitze
h_F: Höhe der Finne
l_G: Länge der Grundfläche
b_P: Breite des Patchantennenstapels
h_P: Höhe des Patchantennenstapels
l_P: Länge des Patchantennenstapels

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7239281 B2 [0002]

Claims

Finnenförmiges Multiband Antennenmodul für Fahrzeuge aufweisend: – eine elektrisch leitende Grundfläche (6) als Masse (7) und Gegengewicht, – ein Empfangsantennenmodul (8) mit zwei Resonanzfrequenzbändern und einem ersten gemeinsamen Einspeisepunkt (9), – ein erstes Funkantennenmodul (10) mit zwei weiteren Resonanzfrequenzbändern und einem zweiten gemeinsamen Einspeisepunkt (11), – ein zweites Empfangsantennenmodul (12) mit zwei weiteren Resonanzfrequenzbändern, die einen dritten und einen vierten Einspeisepunkt aufweisen, wobei der dritte und der vierte Einspeisepunkt (13, 14) voneinander isoliert sind, wobei das Empfangsantennenmodul (8) und die Funkantennenmodule (10, 18) die elektrisch leitende Grundfläche (6) als eine gemeinsame Masse (7) nutzen und das zweite Empfangsantennenmodul (12) Patchantennen (15, 16) aufweist, die als Patchantennenstapel (17) übereinander auf der Grundfläche (6) angeordnet sind.
Antennenmodul nach Anspruch 1, wobei ein zweites Funkantennenmodul (18) einen fünften Einspeisepunkt (19) aufweist.
Antennenmodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Entkopplung zwischen den Antennenelementen (8, 12, 18) mindestes 10 dB, vorzugsweise 20 dB aufweist.
Antennenmodul nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Entkopplung zwischen dem zweiten Empfangsantennenmodul (12) und dem zweiten Funkantennemodul (18) mindestens 18 dB, aufweist.
Antennenmodul nach Anspruch 1, wobei der Patchantennenstapel (17) für links und rechts zirkulare Polarisation vorgesehen ist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Entkopplung in dem Patchantennenstapel (17) der Einbau von dielektrischen Materialien mit unterschiedlicher Permeabilität vorgesehen ist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Multiband Antennenmodul (1) in einer Finne (20) aus Kunststoff mit begrenzter Höhe eingebaut ist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Empfangsantennenmodul (8) einen sperrtopfartigen Resonator (21) mit einem Monopol (22) aufweist.
Antennenmodul nach Anspruch 8, wobei der sperrtopfartige Resonator (21) eine Helix (23) aufweist, die in ihrem Zentrum den Monopol (22) aufweist.
Antennenmodul nach Anspruch 9, wobei die Helix (23) kreisförmige Windungen (24) aufweist.
Antennenmodul nach Anspruch 9, wobei die Helix (23) polygonale, vorzugsweise dreieckförmige oder viereckförmige Windungen (24) aufweist.
Antennenmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das Antennenmodul (1) zwischen dem zweiten Empfangsantennenmodul (12) und dem zweiten Funkantennenmodul (18) einen Mindestabstand von 0,4 λ aufweist.
Antennenmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei das Antennenmodul (1) zwischen den nebeneinander angeordneten zweiten und ersten Funkantennenmodulen (18, 10) einen Mindestabstand von 0,8 λ aufweist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antennenmodul (1) zwischen den nebeneinander angeordneten Antennenmodulen (12, 10) einen Mindestabstand von 0,4 λ aufweist.
Antennenmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei das Empfangsantennenmodul (8) mittig zwischen dem zweiten Empfangsantennenmodul (12) und dem zweiten Funkantennemodul, (18) angeordnet ist.
Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Empfangsantennenmodul (8) seitlich neben dem ersten Funkantennenmodul (10) in einem Abstand d zwischen 10 mm ≤ d ≤ 30 mm angeordnet ist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitende Grundfläche (6) eine Metallfolie aufweist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitende Grundfläche (6) eine Fläche einer auf ein PCB-Substrat (25) aufgebrachten Beschichtung (26) ist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundfläche (6) eine trapezförmige Außenkontur (27) aufweist, und sich die Breite (b) der trapezförmigen Außenkontur (27) zu einer Schmalseite (28) hin verjüngt, die einer Breitseite (29) gegenüberliegend angeordnet ist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antennenmodul (1) auf oder an Fahrzeugen angeordnet ist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antennenmodul (1) von einer Kunststoffmasse, die zu einer Finne (20) geformt ist, umhüllt ist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit jedem Einspeisepunkt (9, 11, 13, 14, 19) eine Antennenzuleitung elektrisch in Verbindung steht, wobei deren Masseleitung (30) die Grundfläche (6) kontaktiert.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antennenmodul (1) an ein 50 Ω Anpassungsnetzwerk angekoppelt ist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Empfangsantennenmodul (8) in einem Resonanzfrequenzband III Resonanzfrequenzen f_III zwischen 174 MHz ≤ f_III ≤ 240 MHz und in einem anderen Resonanzfrequenzband L Resonanzfrequenzen f_L zwischen 1452 MHz ≤ f_L ≤ 1492 MHz aufweist.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste abstrahlende Element (31) des ersten Funkantennenmoduls (10) Resonanzfrequenzen des Frequenzbandes GSM 850 mit Resonanzfrequenzen f₈₅₀ zwischen 824 MHz ≤ f₈₅₀ ≤ 894 MHz und des Frequenzbandes GSM 900 mit Resonanzfrequenzen f₉₀₀ zwischen 890 MHz ≤ f₉₀₀ ≤ 960 MHz abstrahlt und empfängt.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite abstrahlende Element (32) des ersten Funkantennenmoduls (10) Resonanzfrequenzen des Frequenzbandes GSM 1800 mit Resonanzfrequenzen f_1.8 zwischen 1,71 GHz ≤ f_1.8 ≤ 1,88 GHz und des Frequenzbandes GSM 1900 mit Resonanzfrequenzen f_1.9 zwischen 1,85 GHz ≤ f_1.9 ≤ 1,99 GHz sowie des Frequenzbandes UMTS mit Frequenzen f₂ _. ₀ zwischen 1,92 GHz ≤ f_2.0 ≤ 2,17 GHz abstrahlt und empfängt.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Resonanzfrequenzband GPS des zweiten Funkantennenmoduls (12) Resonanzfrequenzen f_GPs zwischen 1,574 GHz ≤ f_GPs ≤ 1,577 GHz abstrahlt und empfängt.
Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Resonanzfrequenzband für SDARS des zweiten Funkantennenmoduls (12) Resonanzfrequenzen f_SDARS zwischen 2,320 GHz ≤ f_SDARS ≤ 2,345 GHz abstrahlt und empfängt.
Antennenmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 28, wobei das Resonanzfrequenzband WLAN des zweiten Funkantennenmoduls (18) Resonanzfrequenzen f_WLAN zwischen 2,4 GHz ≤ f_WLAN ≤ 2,5 GHz abstrahlt und empfängt.