DE102008014931A1

DE102008014931A1 - Fraktale Antenne für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102008014931A1
Application number: DE102008014931A
Authority: DE
Inventors: Jin-Ho Bucheon Kim; Dong-Won Gunpo Lee
Original assignee: Mototech Co Ltd Siheung; MOTOTECH CO Ltd
Current assignee: Mototech Co Ltd Siheung; MOTOTECH CO Ltd
Priority date: 2008-01-03
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2028-03-20
Also published as: US7898486B2; JP2009165098A; DE102008014931B4; KR100939704B1; KR20090074849A; US20090174616A1; CN101478077A

Abstract

Hier ist eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug offenbart. Ein erstes und zweites Abstrahlungselement verlaufen von einem Scheitelpunkt geneigt nach unten und sind einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite innerhalb eines Radoms zum Schutz der Antenne angeordnet. Ein erstes und zweites parasitäres Element sind in einem Innenraum ausgebildet, der durch das erste und zweite Abstrahlungselement gebildet ist. Darüber hinaus sind das erste und zweite parasitäre Element so angeordnet, dass sie parallel zum jeweiligen ersten und zweiten Abstrahlungselement liegen und unter regelmäßigen Abständen davon beabstandet sind, von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind. Das erste und zweite Abstrahlungselement sind jeweils auf einem Teil der Oberfläche eines ersten Substrats und einem Teil der Oberfläche eines zweiten Substrats in Anordnungsmustern ausgebildet, die jeweils eine vorbestimmte Form haben.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug, und im Spezielleren auf eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug, bei der parasitäre Elemente in einem durch Abstrahlungselemente gebildeten Innenraum angeordnet sind, wodurch Breitbandresonanzfrequenzen erzeugt werden, zwei Abstrahlungselemente einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, wodurch eine omnidirektionale Antenne bereitgestellt wird, und die ein Anordnungsmuster mit einer fraktalen Struktur verwendet, so dass die Raumausnutzung verbessert wird, wodurch sich die Größe der Antenne verringert.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Im Allgemeinen werden Mikrostreifen-Flachantennen derzeit weitverbreitet als Antennen eingesetzt, die im bodengestützten Rundfunk, beim Satellitenrundfunk sowie für die Datenübermittlung verwendet werden. Eine derartige Mikrostreifen-Flachantenne hat jedoch insofern Probleme, als ihr Wirkungsgrad ziemlich niedrig ist, und die aktive Bandbreitenbewältigung ist schwierig, weil die Bandbreite schmal ist, so dass sich die Mittenfrequenz der Bandbreite je nach Veränderungen im umgebenden Umfeld ändert.
Darüber hinaus hat man unter Verwendung eines Verfahrens des Druckens eines Antennenanordnungsmusters auf einem Teil einer gedruckten Leiterplatte eine herkömmliche Antenne hergestellt, wobei auf der Leiterplatte eine Signalsende-/Empfangsschaltung und eine Datenverarbeitungsschaltung aufgedruckt sind. Für den Fall, dass auf eine gedruckte Leiterplatte ein Antennenanordnungsmuster aufgedruckt ist und eine Antenne integral bereitgestellt wird, sind Abstrahlungsbilder nicht in allen Richtungen gleichmäßig. Von daher taucht ein Problem dahingehend auf, dass der Abstrahlungswirkungsgrad für eine bestimmte Richtung niedrig ist, so dass die Empfangssensitivität herabgesetzt ist. Um einen mobilen Datenverkehr zu bewerkstelligen, wie etwa den Empfang von digitalen Multimedia-Rundfunk-DMB-Sendungen und über Amplitudenmodulation/Frequenzmodulation (AM/FM) erfolgenden Sendungen, muss die Kommunikation in allen Richtungen stattfinden, womit es für eine Antenne ziemlich wichtig ist, gute omnidirektionale Eigenschaften in zwei Dimensionen bzw. Raumrichtungen zu haben.
Wenn Signale mit einer Frequenzbandbreite empfangen werden, deren Mittenfrequenz 200 MHz beträgt, wie etwa DMB-Signale, dann beträgt außerdem die elektrische Länge einer Monopolantenne allgemein 37,6 cm. Die Länge einer AM/FM-Rundfunkantenne, die ein niedrigeres Frequenzband benutzt als die DMB-Rundfunkantenne, ist größer als die der DMB-Rundfunkantenne. Eine Antenne, die herkömmlicherweise verwendet wurde und das Aussehen eines abstehenden Gebildes hat, hat jedoch Probleme dahingehend, dass sie bezüglich Sicherheit und Erscheinungsbild nicht wünschenswert ist, unpraktisch ist, und auch beschädigt werden kann, wenn ein Fahrzeug gewaschen wird.
Von daher wird eine realistische, praktische Lösung ernsthaft benötigt, mit der die Größe einer Antenne reduziert werden kann, indem die elektrische Länge eines Abstrahlungselements in einem begrenzten Raum erreicht wird, die gute omnidirektionale Eigenschaften bzw. Kennlinien hat, um sich so zum Empfang von DMB- und AM/FM-Rundfunksendungen zu eignen, und mit der sich durch Optimieren der Leistungsfähigkeit der Antenne Breitbandcharakteristika realisieren lassen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demzufolge wurde die vorliegende Erfindung geschaffen, wobei die vorstehenden, im Stand der Technik auftauchenden Probleme berücksichtigt wurden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der ein erstes und zweites parasitäres Element in einem Innenraum angeordnet sind, der durch ein erstes und zweites Abstrahlungselement gebildet ist, so dass die Abstrahlungselemente und die parasitären Elemente miteinander in gekoppelter Art verbunden sind, mit dem Ergebnis, dass an einem Kapazitätswert eine Kompensation vollbracht wird, wodurch Breitbandresonanzfrequenzen erzeugt werden.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der das erste und zweite Abstrahlungselement einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, wodurch eine omnidirektionale Antenne bereitgestellt wird, deren Signalabschwächung in allen Richtungen klein ist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei der ein fraktales Verlaufsmuster verwendet wird, so dass die Raumausnutzung verbessert ist, wodurch eine Antenne bereitgestellt wird, die in der Größe noch weiter verringert ist.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug bereit, die ein erstes und zweites Abstrahlungselement umfasst, die von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite innerhalb eines Radoms zum Schutz der Antenne angeordnet sind; und ein erstes und zweites parasitäres Element, die in einem Innenraum gebildet sind, der durch das erste und zweite Abstrahlungselement gebildet ist, und die so angeordnet sind, dass sie parallel zu dem jeweiligen ersten und zweiten Abstrahlungselement angeordnet und unter regelmäßigen Abständen davon beabstandet sind, von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug bereit, die vier Substrate, d. h. zwei Paare von Substraten umfasst, wobei ein erstes Paar von Substraten von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und ein zweites Paar von Substraten von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind; Anordnungsmustereinheiten, die an jeweiligen Außenflächen der Substrate ausgebildet sind; und eine Versorgungseinheit, die dazu ausgelegt ist, Signale an die Anordnungsmustereinheiten anzulegen.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug bereit, die vier Substrate, d. h. zwei Paare von Substraten umfasst, wobei ein erstes Paar von Substraten von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und ein zweites Paar von Substraten von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind; Anordnungsmustereinheiten, die so ausgelegt sind, dass sie jeweilige vorbestimmte Formen haben und an jeweiligen Außenflächen der Substrate ausgebildet sind; eine Versorgungseinheit, die dazu ausgelegt ist, Signale an die Anordnungsmustereinheiten anzulegen; und ein Radom, das dazu ausgelegt ist, die Anordnungsmustereinheiten zu schützen; wobei die vier Substrate im Inneren des Radoms so angeordnet sind, dass eine Mittelachse zwischen dem ersten Paar von Substraten, die von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und eine Mittelachse zwischen dem zweiten Paar von Substraten, die von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, senkrecht zu einer Anbringungsfläche des Fahrzeugs verlaufen.
Von daher hat die vorliegende Erfindung einen Vorteil dahingehend, dass das erste und zweite parasitäre Element in einem Innenraum angeordnet sind, der durch das erste und zweite Abstrahlungselement gebildet wird, so dass die Abstrahlungselemente und die parasitären Elemente miteinander in gekoppelter Art verbunden sind, mit dem Ergebnis, dass an einem Kapazitätswert eine Kompensation erfolgt, wodurch Breitbandresonanzfrequenzen erzeugt werden.
Darüber hinaus stellt die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung eine omnidirektionale Antenne bereit, bei der das erste und zweite Abstrahlungselement einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, so dass die Signalabschwächung in allen Richtungen klein ist.
Zusätzlich wird bei der fraktalen Antenne für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ein fraktales Verlaufsmuster verwendet, so dass die Raumausnutzung verbessert ist, wodurch eine Antenne bereitgestellt wird, die in der Größe noch weiter reduziert ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen sowie weitere Aufgaben, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich noch deutlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Querschnittsansicht, die die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine dreidimensionale Ansicht, die die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Draufsicht, die die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 zeigt Beispiele von typischen fraktalen Strukturen;
6 zeigt den Aufbau eines Abstrahlungselements einer fraktalen AM/FM-Rundfunkantenne für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt die Kennlinie eines Verhältnisses Antennenspannung/stehende Welle (VSWR = Voltage Standing Wave Ratio) gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
8 zeigt die Kennlinien eines Antennenabstrahlungsbilds gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Einzelnen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2 ist eine Querschnittsansicht, die die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein erstes und zweites Abstrahlungselement 100a und 100b und ein erstes und zweites parasitäres Element 200a und 200b.
In näherer Einzelheit, wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b sowie das erste und zweite parasitäre Element 200a und 200b innerhalb eines Radoms 300 eingebaut, das die Antenne schützt und aufrecht an der Anbringungsfläche eines Fahrzeugs installiert ist.
Im Inneren des Radoms 300 verlaufen das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b von einem Scheitelpunkt geneigt nach unten und sind einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet. Darüber hinaus sind in einem durch das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b gebildeten Innenraum das erste und zweite parasitäre Element 200a und 200b parallel zu dem jeweiligen ersten und zweiten Abstrahlungselement 100a und 100b und davon in regelmäßigen Abständen beabstandet angeordnet, verlaufen von einem Scheitelpunkt geneigt nach unten und sind einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet.
Eine Mittelachse zwischen dem ersten und zweiten Abstrahlungselement 100a und 100b, die vom Scheitelpunkt geneigt nach unten verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, sowie eine Mittelachse zwischen dem ersten und zweiten parasitären Element 200a und 200b, die vom Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, sind so angeordnet, dass sie senkrecht zur Anbringungsfläche des Fahrzeugs stehen.
3 ist eine dreidimensionale Ansicht, die die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 4 ist eine Draufsicht, die die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, sind das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b jeweils auf einem Teil der Oberfläche einer Seite eines ersten Substrats 110a und einem Teil der Oberfläche einer Seite eines zweiten Substrats 110b in Anordnungsmustern gebildet, die jeweils eine vorbestimmte Form haben.
Das erste und zweite Substrat 110a und 110b ist jeweils so gebildet, dass es eine vorbestimmte Größe hat. Je nach der Form des Radoms 300 können am ersten und zweiten Substrat 110a und 110b verschiedene Arten von Modifikationen vorgenommen werden, und bei den Materialien des ersten und zweiten Substrats 110a und 110b kann man für deren Einsatz ohne Weiteres zum Beispiel auf Epoxidharz, Kunststoffe, flammhemmendes Material der Klasse 4 (FR4) und Teflon übergehen.
Das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b sind jeweils auf einem Teil der Oberfläche einer Seite des ersten Substrats 110a und einem Teil der Oberfläche einer Seite des zweiten Substrats 110b in Anordnungsmustern ausgebildet, die jeweils eine vorbestimmte Form haben. Bei dieser Ausführungsform sind das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b jeweils so geformt, dass ein Koch'sches Kurvenfraktal periodisch angenähert bzw. iteriert wird.
Eine Antenne mit einer fraktalen Struktur kann beträchtlich kleiner sein, ohne dass ihre Leistungsfähigkeit herabgesetzt ist. Darüber hinaus wird die fraktale Struktur verwendet, um ein Multifrequenzband zu erhalten, und wird auf eine Antenne angewendet, um durch das Prinzip der Selbstähnlichkeit die Bandbreite um jede Frequenz zu erhöhen.
Die Selbstähnlichkeit für eine Antennenform kann man erhalten, indem unter Bildung einer fraktalen Gestalt an einer Fläche eine Flexionsdeformierung oder -formgebung durchgeführt wird. In 5 sind als Beispiele verschiedene Arten von Fraktalen gezeigt. Die fraktale Antenne kann unter Verwendung von fraktalen Formen mit verschiedenen Strukturen gebildet werden, wie etwa als Sierpinski-Ring, Sierpinski-Teppich, Minkovski-Feld, Mandelbrot-Baum, Koch-Kurve oder Koch-Insel.
Obwohl bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Koch'sche Kurvenform verwendet wird, kann die Antenne ge mäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von verschiedenen, wie vorstehend beschriebenen fraktalen Formen gebildet werden.
An einem Ende des ersten Abstrahlungselements 100a ist eine Versorgungseinheit 130 ausgebildet. Die Versorgungseinheit 130 versorgt das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b mit Energie.
An einem Ende des zweiten Abstrahlungselements 100a ist ein offenes Ende 140 gebildet.
Das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b sind elektrisch miteinander verbunden. Da das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b elektrisch miteinander verbunden sind, ist die Gesamtlänge der fraktalen Antenne für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung die Länge des Anordnungsmusters des ersten Abstrahlungselements 100a, addiert zur Länge des Anordnungsmusters des zweiten Abstrahlungselements 100b.
Basierend auf der Gesamtlänge und -breite der jeweiligen Anordnungsmuster des ersten Abstrahlungselements 100a und zweiten Abstrahlungselements 100b wird eine Grundresonanzfrequenz eingestellt. Die Gesamtlänge der Anordnungsmuster des ersten Abstrahlungselements 100a und zweiten Abstrahlungselements 100b bestimmt die Resonanzfrequenz, und die Breite der Anordnungsmuster des ersten Abstrahlungselements 100a und zweiten Abstrahlungselements 100b bestimmt die Resonanzbreite der Resonanzfrequenz.
Die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem DMB-Rundfunkempfangsband oder einem AM/FM-Rundfunkempfangsband basierend auf der Gesamtlänge der Anordnungsmuster betrieben, die das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b bilden.
Bei dieser Ausführungsform hat, wenn die Gesamtlänge der Anordnungsmuster des ersten Abstrahlungselements 100a und zweiten Abstrahlungselements 100b 38 ± 2 cm beträgt, die Antenne die Resonanzeigenschaften eines Bands (174 bis 216 MHz), das sich für einen DMB-Rundfunkempfang eignet. In diesem Fall haben sowohl das erste als auch zweite Abstrahlungselement 100a und 100b, die in einer fraktalen Form ausgebildet sind, eine Basisperiodenlänge von 2 cm und sind in einer Koch'schen Kurvenform ausgebildet, mit vier Perioden zusammen mit vier Baugrößen. Die Länge eines jeden Anordnungsmusters des ersten und zweiten Abstrahlungselements 100a und 100b beträgt ungefähr 18,96 cm, und die Gesamtlänge des ersten und zweiten Abstrahlungselements 100a und 100b beträgt 37,94 cm.
In dieser Ausführungsform hat, wenn die Gesamtlänge der Anordnungsmuster des ersten Abstrahlungselements 100a und zweiten Abstrahlungselements 100b 95 ± 2 cm beträgt, die Antenne die Resonanzeigenschaften eines Bands (88 bis 108 MHz), das sich für einen FM-Rundfunkempfang eignet. In diesem Fall haben sowohl das erste als auch zweite Abstrahlungselement 100a und 100b, die in einer fraktalen Form ausgebildet sind, eine Basisperiodenlänge von 2 cm und sind in einer Koch'schen Kurvenform ausgebildet, mit zehn Perioden zusammen mit vier Baugrößen. Die Länge jedes Anordnungsmusters des ersten und zweiten Abstrahlungselements 100a und 100b beträgt ungefähr 47,4 cm, und die Gesamtlänge des ersten und zweiten Abstrahlungselements 100a und 100b beträgt ungefähr 94,8 cm. Außerdem erzeugen das erste Abstrahlungselement 100a und zweite Abstrahlungselement 100b Resonanzfrequenzen mit einem AM-Band (150 bis 1750 kHz) mittels eines Pufferspeichers und Verstärkers unter Anpassung der Eingangsimpedanz an eine hohe Impedanz.
Die numerischen Werte für die Länge der Anordnungsmuster der Abstrahlungselemente werden in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beispielhaft erwähnt, wobei die vorliegende Erfindung aber nicht darauf beschränkt ist.
Die Anordnungsmustereinheit einer Antenne wie zum Beispiel einer AM/FM-Rundfunkantenne, die ein niedriges Frequenzband benutzt, ist lang. Wie in 6 gezeigt ist, sind, wenn die Längen des ersten und zweiten Abstrahlungselements 100a und 100b jeweils größer sind als die Längen des ersten und zweiten Substrats 110a und 110b, das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b so gebildet, dass sie innerhalb des jeweiligen ersten und zweiten Substrats 110a und 110b in der Form einer Mäanderlinienstruktur gekrümmt sind, so dass ein einziges Anordnungsmuster ohne Unterbrechung gebildet ist.
Das erste und zweite parasitäre Element 200a und 200b sind jeweils auf einem Teil der Oberfläche einer Seite eines dritten Substrats 210a und einem Teil der Oberfläche einer Seite eines vierten Substrats 210b in Anordnungsmustern gebildet, die jeweils eine vorbestimmte Form haben, wobei das dritte und vierte Substrat jeweils so gebildet ist, dass es eine vorbestimmte Größe hat. Das erste und zweite parasitäre Element 200a und 200b sind elektrisch miteinander verbunden.
Wie das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b, sind das erste und zweite parasitäre Element 200a und 200b so ausgebildet, dass ein Koch'sches Kurvenfraktal periodisch iteriert wird.
Das erste Abstrahlungselement 100a ist mit dem ersten parasitären Element 200a in gekoppelter Art verbunden, und das zweite Abstrahlungselement 100b ist mit dem zweiten parasitären Element 200b in gekoppelter Art verbunden, so dass an einem Kapazitätswert "C" eine Kompensation stattfindet, wodurch Breitbandresonanzfrequenzen erzeugt werden.
In einem Innenraum, der so gebildet ist, dass das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, sind das erste und zweite parasitäre Element 200a und 200b so angeordnet, dass sie parallel zu dem jeweiligen ersten und zweiten Abstrahlungselement 100a und 100b verlaufen sowie davon beabstandet angeordnet sind, und sie sind einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das erste und zweite parasitäre Element 200a und 200b sowie das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b angeordnet, wobei ein optimierter Abstand zwischen ihnen von 3 mm aufrechterhalten ist. Die Positionen bzw. Einbauorte des ersten und zweiten parasitären Elements 200a und 200b bestimmen das Ausmaß der Einkopplung.
7 ist eine Ansicht, die die Kennlinie eines Antennen-VSWR gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 7 gezeigt ist, ist das Frequenzband der fraktalen Antenne für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung um ungefähr 20 MHz erweitert, verglichen mit den Kennlinien einer Mehrzweck-Mikrostreifen-Flachantenne.
Da das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, hat die fraktale Antenne für ein Fahrzeug ein omnidirektionales Abstrahlungsbild.
8 ist eine Ansicht, die die Kennlinien eines Antennenabstrahlungsbilds gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 8 gezeigt ist, bietet die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung eine omnidirektionale Antenne, deren Signalabschwächung in allen Richtungen klein ist.
Eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Substrate 110a und 110b, die von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind (zum Beispiel in einer "Λ"-Form); Substrate 210a und 210b, die von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und zwar in einem Innenraum, der durch die Substrate 110a und 110b gebildet ist, und die dieselbe Form wie die Substrate 110a und 110b haben; Anordnungsmustereinheiten 100a, 100b, 200a und 200b, die vorbestimmte Formen haben und auf den jeweiligen Außenflächen der Substrate 110a, 110b, 210a und 210b ausgebildet sind; und eine Versorgungseinheit 130, die an die vier Anordnungsmustereinheiten 100a, 100b, 200a und 200b Signale anlegt.
Genauer gesagt verlaufen die Substrate 110a und 110b von einem Scheitelpunkt geneigt nach unten und sind einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet, und die Substrate 210a und 210b verlaufen vom Scheitelpunkt geneigt nach unten und sind einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet. Die Substrate 110a, 110b, 210a und 210b sind im Inneren des Radoms 300 angeordnet, das die Antenne schützt, und zwar so, dass eine Mittelachse zwischen den Substraten 110a und 110b und eine Mittelachse zwischen den Substraten 210a und 210b senkrecht zur Anbringungsfläche des Fahrzeugs verlaufen.
Die Substrate 110a, 110b, 210a und 210b umfassen ein außen liegendes erstes und zweites Substrat 110a und 110b sowie ein innen liegendes drittes und viertes Substrat 210a und 210b.
Die Anordnungsmustereinheiten 100a, 100b, 200a und 200b umfassen das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b, die auf dem jeweiligen ersten und zweiten Substrat 110a und 110b so ausgebildet sind, dass ein Koch'sches Kurvenfraktal periodisch iteriert wird, und sind zur Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen ausgelegt, und umfassen das erste und zweite parasitäre Element 200a und 200b, die auf dem jeweiligen dritten und vierten Substrat 210a und 210b so ausgebildet sind, dass ein Koch'sches Kurvenfraktal periodisch iteriert wird, und sind mit dem jeweiligen ersten und zweiten Abstrahlungselement 100a und 100b in gekoppelter Art verbunden.
Die Grundresonanzfrequenz wird basierend auf der Gesamtlänge und -breite der Anordnungsmuster eingestellt, die das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b bilden.
Die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einem DMB-Rundfunkempfangsband oder einem AM/FM-Rundfunkempfangsband auf der Grundlage der Gesamtlänge der Anordnungsmuster betrieben, die das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b bilden.
Wenn die Längen des ersten und zweiten Abstrahlungselements 100a und 100b, die in den fraktalen Verlaufsmustern ausgebildet sind, größer sind als die jeweiligen Längen des ersten und zweiten Substrats 110a und 110b, sind das erste und zweite Ab strahlungselement 100a und 100b so gebildet, dass sie in der Form einer Mäanderlinienstruktur gekrümmt sind.
Eine fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst Substrate 110a und 110b, die von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind; Substrate 210a und 210b, die von einem Scheitelpunkt geneigt nach unten verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite in einem Innenraum angeordnet sind, der durch die Substrate 110a und 110b gebildet ist, die dieselbe Form wie die Substrate 110a und 110b haben; Anordnungsmustereinheiten 100a, 100b, 200a und 200b, die vorbestimmte Formen haben und auf den jeweiligen Außenflächen der Substrate 110a, 110b, 210a und 210b ausgebildet sind; eine Versorgungseinheit 130, die Signale an die Anordnungsmustereinheiten 100a, 100b, 200a und 200b anlegt; und ein Radom 300, welches die Anordnungsmustereinheiten 100a, 100b, 200a und 200b schützt. Die Substrate 110a, 110b, 210a und 210b sind im Inneren des Radoms 300 so angeordnet, dass eine Mittelachse zwischen den Substraten 110a und 110b, die vom Scheitelpunkt geneigt nach unten verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und eine Mittelachse zwischen den Substraten 210a und 210b, die vom Scheitelpunkt geneigt nach unten verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, senkrecht zur Anbringungsfläche des Fahrzeugs verlaufen.
Die Funktionen und Ausführungen der fraktalen Antenne für ein Fahrzeug gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind nahezu dieselben wie diejenigen der fraktalen Antenne für ein Fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform, und nur die Tatsache, dass das Radom 300 zum Schutz der Anordnungsmus ter 100a, 100b, 200a und 200b zusätzlich mit aufgenommen ist, besteht als Unterschied zur fraktalen Antenne für ein Fahrzeug gemäß der zweiten Ausführungsform.
Von daher hat die vorliegende Erfindung einen Vorteil dahingehend, dass das erste und zweite parasitäre Element 200a und 200b in einem durch das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b gebildeten Innenraum so angeordnet sind, dass die Abstrahlungselemente und parasitären Elemente miteinander in gekoppelter Art verbunden sind, mit dem Ergebnis, dass an einem Kapazitätswert "C" eine Kompensation stattfindet, wodurch Breitbandresonanzfrequenzen erzeugt werden.
Darüber hinaus bietet die fraktale Antenne für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung eine omnidirektionale Antenne, bei der das erste und zweite Abstrahlungselement 100a und 100b einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, so dass die Signalabschwächung in allen Richtungen klein ist.
Außerdem wird bei der fraktalen Antenne für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ein fraktales Verlaufsmuster verwendet, so dass die Raumausnutzung verbessert ist, wodurch eine Antenne mit reduzierter Größe bereitgestellt wird.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu Darstellungszwecken offenbart wurden, werden Fachleute auf diesem Gebiet einsehen, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und Sinngehalt der Erfindung abzuweichen, wie er in den begleitenden Ansprüchen offenbart ist.

Claims

Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, umfassend: ein erstes und zweites Abstrahlungselement, die von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite innerhalb eines Radoms zum Schutz der Antenne angeordnet sind; und ein erstes und zweites parasitäres Element, die in einem Innenraum ausgebildet sind, der durch das erste und zweite Abstrahlungselement gebildet ist, und die so angeordnet sind, dass sie parallel zu dem jeweiligen ersten und zweiten Abstrahlungselement angeordnet und unter regelmäßigen Abständen davon beabstandet sind, von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 1, wobei: das erste und zweite Abstrahlungselement jeweils auf einem Teil einer Oberfläche einer Seite eines ersten Substrats und einem Teil einer Oberfläche einer Seite eines zweiten Substrats in Anordnungsmustern ausgebildet sind, die jeweils eine vorbestimmte Form haben, wobei das erste und zweite Substrat jeweils so ausgebildet ist, dass es eine vorbestimmte Größe hat; und das erste und zweite Abstrahlungselement elektrisch miteinander verbunden sind.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 2, wobei: das erste Abstrahlungselement mit einer Versorgungseinheit versehen ist, die dazu ausgelegt ist, an einem Ende von ihm Signale anzulegen; und das zweite Abstrahlungselement an einem seiner Enden mit einem offenen Ende versehen ist.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 2, wobei die Anordnungsmuster des ersten und zweiten Abstrahlungselements, die jeweils die vorbestimmte Form haben, jeweils so ausgebildet sind, dass ein Koch'sches Kurvenfraktal periodisch iteriert wird.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 2, wobei das erste und zweite Abstrahlungselement vom Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 2, wobei eine Grundresonanzfrequenz basierend auf der Gesamtlänge und -breite der Anordnungsmuster eingestellt wird, die das erste und zweite Abstrahlungselement bilden.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 6, wobei die fraktale Antenne basierend auf der Gesamtlänge der Anordnungsmuster, die das erste und zweite Abstrahlungselement bilden, in einem digitalen Multimediarundfunk-(DMB)-Funkempfangsband oder einem Amplitudenmodulations-/Frequenzmodulations-(AM/FM)-Funkempfangsband betrieben wird.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 4, wobei das erste und zweite Abstrahlungselement so ausgebildet sind, dass sie in einer Mäanderlinienstruktur gekrümmt sind, wenn die Längen von fraktalen Verlaufsmustern, die das erste und zweite Abstrahlungselement bilden, länger als jeweilige Längen des ersten und zweiten Substrats sind.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 1, wobei: das erste und zweite parasitäre Element jeweils auf einem Teil einer Oberfläche einer Seite eines dritten Substrats und einem Teil einer Oberfläche einer Seite eines vierten Substrats in Anordnungsmustern ausgebildet sind, die jeweils eine vorbestimmte Form haben, wobei das dritte und vierte Substrat jeweils so ausgebildet ist, dass es eine vorbestimmte Größe hat; und das erste und zweite parasitäre Element elektrisch miteinander verbunden sind.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 9, wobei das erste parasitäre Element in gekoppelter Art mit dem ersten Abstrahlungselement verbunden ist und das zweite parasitäre Element in gekoppelter Art mit dem zweiten Abstrahlungselement verbunden ist, wodurch Breitbandresonanzfrequenzen erzeugt werden.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 9, wobei die Anordnungsmuster des ersten und zweiten parasitären Elements, die jeweils die vorbestimmte Form haben, jeweils so ausgebildet sind, dass ein Koch'sches Kurvenfraktal periodisch iteriert wird.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 1, wobei: das erste und zweite Abstrahlungselement jeweils auf einem Teil einer Oberfläche einer Seite eines ersten Substrats und einem Teil einer Oberfläche einer Seite eines zweiten Substrats in Anordnungsmustern ausgebildet sind, die jeweils eine vorbestimmte Form haben, wobei das erste und zweite Substrat jeweils so ausgebildet ist, dass es eine vorbestimmte Größe hat, und das erste und zweite Abstrahlungselement elektrisch miteinander verbunden sind; und das erste und zweite parasitäre Element jeweils auf einem Teil einer Oberfläche einer Seite eines dritten Substrats und einem Teil einer Oberfläche einer Seite eines vierten Substrats in Anordnungsmustern ausgebildet sind, die jeweils eine vorbestimmte Form haben, wobei das dritte und vierte Substrat jeweils so ausgebildet ist, dass es eine vorbestimmte Größe hat, und das erste und zweite parasitäre Element elektrisch miteinander verbunden sind.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 1, wobei eine Mittelachse zwischen dem ersten und zweiten Abstrahlungselement, die vom Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und eine Mittelachse zwischen dem ersten und zweiten parasitären Element, die vom Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, aufrecht stehend angeordnet sind, so dass die Mittelachsen senkrecht zu einer Anbringungsfläche des Fahrzeugs verlaufen.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, umfassend: vier Substrate, die zwei Paare von Substraten umfassen, wobei ein erstes Paar von Substraten von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und ein zweites Paar von Substraten von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind; Anordnungsmustereinheiten, die an jeweiligen Außenflächen der Substrate ausgebildet sind; und eine Versorgungseinheit, die dazu ausgelegt ist, Signale an die Anordnungsmustereinheiten anzulegen.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 14, wobei die vier Substrate, die Anordnungsmustereinheiten und die Versorgungseinheit innerhalb eines Radoms zum Schutz der Antenne angeordnet sind, so dass eine Mittelachse zwischen dem ersten Paar von Substraten, die vom Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und eine Mittelachse zwischen dem zweiten Paar von Substraten, die vom Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, senkrecht zu einer Anbringungsfläche des Fahrzeugs verlaufen.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, umfassend: vier Substrate, die zwei Paare von Substraten umfassen, wobei ein erstes Paar von Substraten von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und ein zweites Paar von Substraten von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind; Anordnungsmustereinheiten, die so ausgelegt sind, dass sie jeweilige vorbestimmte Formen haben und an jeweiligen Außenflächen der Substrate ausgebildet sind; eine Versorgungseinheit, die dazu ausgelegt ist, Signale an die Anordnungsmustereinheiten anzulegen; und ein Radom, das dazu ausgelegt ist, die Anordnungsmustereinheiten zu schützen; wobei die vier Substrate im Inneren des Radoms so angeordnet sind, dass eine Mittelachse zwischen dem ersten Paar von Substraten, die von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, und eine Mittelachse zwischen dem zweiten Paar von Substraten, die von einem Scheitelpunkt nach unten geneigt verlaufen und einander gegenüberliegend auf der linken und rechten Seite angeordnet sind, senkrecht zu einer Anbringungsfläche des Fahrzeugs verlaufen.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 14 oder 16, wobei: das erste Paar von Substraten ein außen liegendes erstes und zweites Substrat, und das zweite Paar von Substraten ein innen liegendes drittes und viertes Substrat umfassen; und die Anordnungsmustereinheiten ein erstes und zweites Abstrahlungselement umfassen, die auf dem jeweiligen ersten und zweiten Substrat so ausgebildet sind, dass ein Koch'sches Kurvenfraktal periodisch iteriert wird, und dazu ausgelegt sind, elektromagnetische Wellen abzustrahlen, und ein erstes und zweites parasitäres Element, die auf dem jeweiligen dritten und vierten Substrat so ausgebildet sind, dass ein Koch'sches Kurvenfraktal periodisch iteriert wird, und die mit dem jeweiligen ersten und zweiten Abstrahlungselement in gekoppelter Art verbunden sind.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 17, wobei eine Grundresonanzfrequenz basierend auf der Gesamtlänge und -breite der Anordnungsmuster eingestellt wird, die das erste und zweite Abstrahlungselement bilden.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 18, wobei die fraktale Antenne basierend auf der Gesamtlänge der Anordnungsmuster, die das erste und zweite Abstrahlungselement bilden, in einem digitalen Multimediarundfunk-(DMB)-Funkempfangsband oder einem Amplitudenmodulations-/Frequenzmodulations-(AM/FM)-Funkempfangsband betrieben wird.
Fraktale Antenne für ein Fahrzeug, nach Anspruch 17, wobei das erste und zweite Abstrahlungselement so ausgebildet sind, dass sie in einer Mäanderlinienstruktur gekrümmt sind, wenn die Längen von fraktalen Verlaufsmustern, die das erste und zweite Abstrahlungselement bilden, länger als jeweilige Längen des ersten und zweiten Substrats sind.