DE102009038150A1

DE102009038150A1 - Multiband-Antennenmodul für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102009038150A1
Application number: DE102009038150A
Authority: DE
Inventors: Guy-Aymar Dr. Chakam
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-08-21
Also published as: DE102009038150A8; DE102009038150B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein skalierbares Multiband-Antennenmodul (1) mit mehreren Antennenelementen (2 bis 8) für ein Fahrzeug (9), die innerhalb einer metallischen oder einer nicht leitenden Kavität angeordnet sind. Die metallische Kavität kann direkt in der Außenkarosserie eines Fahrzeugs realisiert werden oder als eigenständiges metallisches Gehäuse oder als metallisiertes Kunststoffgehäuse zur Fixierung in einem entsprechenden Schlitz innerhalb der Außenkarosserie ausgebildet sein, worin die Antennenelemente (2 bis 8) platziert werden. Falls die Kavität in der Außenkarosserie des Fahrzeugs realisiert ist, kann die Kavität für die Antennenelemente (2 bis 8) aus einem nicht leitenden Kunststoffmaterial bestehen. Die Kavität ist Teil einer elektrisch leitenden Grundfläche, die mit der Außenkarosserie (12) eines Fahrzeugs (9) verbunden wird. Dabei ist mit der Tiefe (w) und der Form der Kavität (11) die Strahlungscharakteristik der Antennen (2 bis 8) einstellbar. Weiterhin können Schirmkammern innerhalb der Kavität realisiert werden, um entsprechende elektronische Schaltungen zu schützen.

Description

Die Erfindung betrifft ein flaches Multiband-Antennenmodul innerhalb einer Kavität für ein Fahrzeug mit einem oder einer Mehrzahl von abstrahlenden und empfangenden Antennenelementen. Zuzüglich zu den Antennenelementen kann das Antennenmodul die entsprechenden Tuner, Empfänger und Transceiver der integrierten Dienste beinhalten, so dass nur ein Datenkabel an der Antenne angeschlossen ist. Die Kavität kann in der Autokarosserie eingeformt sein oder als eigenständiges Metallgehäuse, metallisiertes Kunststoffgehäuse oder nichtleitendes Kunststoffgehäuse realisiert werden.
Ein derartiges Multiband-Antennenmodul dient somit nicht nur als Empfangsantennenmodul, um einen Radioempfang im Fahrzeug zu gewährleisten, sondern bietet auch die Möglichkeit, andere 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. Außerdem soll eine Frequenzbandselektion eingehalten werden, um die Verkopplung zu anderen Antennen innerhalb des Antennenmoduls zu verhindern. Insbesondere besteht die Gefahr, dass auf derart engem Raum eine Antennenentkopplung nicht gewährleistet werden kann. Außerdem sollen die Einspeisepunkte auf ein Minimum reduziert werden, um die Anzahl der Antennen im Antennenmodul zu verringern.
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 Signalverstärkungsschaltung, einen FM-Resonanzkreis mit der Signalverstärkungsschaltung und eine metallische Grundfläche auf.
Aus dem Stand der Technik sind somit finnenförmige dual- und mehrbandige 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 die Fahrzeuginsassen über ein Multiband-Antennenmodul zur Verfügung stellt. Darüber hinaus hat ein finnenförmiges Antennenmodul den Nachteil, dass es sich gegenüber der Außenkarosserie des Fahrzeugs sichtbar abhebt und trotz aerodynamischer Verkleidung einen zusätzlichen Strömungswiderstand darstellt.
Aus der Druckschrift DE 11 2004 002 469 T5 ist eine mittels eines Schlitzes in einer Karosseriepaneele verborgene Fahrzeugantenne bekannt. Damit wird eine Fahrzeugantennen-Struktur mit einem Stecker offenbart, der so ausgestaltet ist, dass er in einen vorgeformten länglichen Schlitz in einer leitenden Paneele eines Straßenfahrzeugs passt. Der Stecker selbst weist ein dielektrisches Element und ein Antennenelement auf. Das Antennenelement wird nach dem Einpassen des Steckers in den Schlitz ausgerichtet, um den Schlitz zum Empfang und/oder Senden von Signalen anzuregen. Eine dielektrische Paneele, die mit dem Stecker verbunden ist, ist so ausgestaltet, dass sie sich auf der Außenfläche der leitenden Paneele erstreckt, um den Stecker zu verbergen, wenn der Stecker in den Schlitz eingepasst ist.
Eine derartige verborgene Fahrzeugantenne ist jedoch ungeeignet, um eine Mehrzahl von Kommunikationsdiensten für die Fahrzeuginsassen zu empfangen bzw. abzustrahlen. Sie ist vielmehr auf singuläre Applikationen beschränkt und kann nicht als Multiband-Antennenmodul dienen. Sie hat jedoch gegenüber einer Antennenfinne, wie sie aus der obigen Druckschrift bekannt ist, den Vorteil, dass sie unter dielektrischen Zierleisten zwischen einer metallischen Karosserie und einem Zierelement des Fahrzeugs verborgen werden kann und damit den Strömungswiderstand des Fahrzeugs nicht zusätzlich vergrößert.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und ein Multiband-Antennenmodul anzugeben, das sowohl Empfangsantennen als auch Funkantennen in einem Gehäuse zusammenfasst und sich einer Außenkontur eines Fahrzeugs anpasst, selbst wenn geeignete Zierleisten oder geeignete Abstandsschlitze am Fahrzeug nicht zur Verfügung stehen.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein skalierbares Multiband-Antennenmodul mit mehreren Antennenelementen für ein Fahrzeug geschaffen. Dazu umfassen die Antennenelemente Empfangsantennen und zusätzliche Funkantennen als Sende- und Empfangsantennen. Das Multiband-Antennenmodul weist eine elektrisch leitende Grundfläche als Masse und Gegengewicht auf. Die elektrisch leitende Grundfläche umfasst eine elektrisch leitende Kavität, die in der Außenkarosserie des Fahrzeugs ausgebildet ist oder die als eigenständiges metallisches Gehäuse oder als metallisiertes Kunststoffgehäuse zur Fixierung in einem entsprechenden Schlitz innerhalb der Außenkarosserie ausgebildet ist. Dabei ist mit der Tiefe und der Form der Kavität die Strahlungscharakteristik der Antennenelemente einstellbar. Die Antennenelemente sind innerhalb der Kavität an den Kavitätsseitenwänden und/oder auf einer Platine in einem festgelegten Abstand zum Kavitätsboden angeordnet und fixiert.
Ein Vorteil dieses Antennenmoduls ist die erfindungsgemäße Dienstgruppenbildung innerhalb des Multiband-Antennenmoduls, indem alle Telefondienste und auch der „Long Range”-Dienst mit diesem Antennenmodul bedient werden. Ein Empfang aller DAB-Dienste (digital audio broadcasting) wird durch das Antennenempfangsmodul ermöglicht, da das Empfangsantennenmodul eine Multiband-Antenne darstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Antennenelemente in einer standardisierten oder kundenspezifischen Einheitskavität oder einem standardisierten oder kundenspezifischen elektrisch leitenden Gehäuse, das als Kavität verwendbar oder in eine Kavität einsetzbar ist, angeordnet. Damit ist das erfindungsgemäße Antennenmodul geeignet, in unterschiedlichen Fahrzeugkarosserien unter Verwendung eines Einheitsabschlussdeckels der Kavität oder unter Anpassung eines Abschlussdeckels der Kavität an die Außenkontur der Fahrzeugkarosserie auch nachträglich eingebaut zu werden.
Vorzugsweise ist jedoch die Kavität in entsprechende Karosserieteile beim Fertigungsverfahren des Fahrzeugs eingeformt. Das hat den Vorteil, dass keine nachträglichen Eingriffe zum Einbau des erfindungsgemäßen Multiband-Antennenmoduls in die Karosserie erforderlich sind. Ebenso bevorzugt ist die Ausführung der Kavität als eigenständiges metallisches Gehäuse oder als metallisiertes Kunststoffgehäuse zur Fixierung in einem entsprechenden Schlitz innerhalb der Außenkarosserie.
Vorzugsweise ist die Kavität in einem Dachbereich zwischen einer Windschutzscheibe und einem Schiebedach oder zwischen einem Schiebedach und einem Heckfenster angeordnet. Das hat den Vorteil, dass der metallisch leitende Dachbereich als Gegengewicht zur Antennenfunktion dient.
Es ist auch möglich die Kavität zwischen Scheibenwischerachsen anzuordnen, da in diesem Bereich bei heutigen Fahrzeugen Übergänge aus Kunststoff zur A-Säule der Windschutzscheibe vorhanden sind, wobei in diesem Kunststoffübergang in einem einfachen Spritzgussverfahren eine Kavität zur Unterbringung des erfindungsgemäßen Antennenmoduls ohne zusätzlichen Aufwand möglich ist. In diesem Fall muss lediglich ein Massekontakt zwischen Antennenmodul und der Fahrzeugkarosserie vorgesehen werden, da der Kunststoffübergang kein Gegengewicht für die Antennenfunktion darstellt. Dazu ist das erfindungsgemäße Antennenmodul als flacher Streifen ausgebildet und weist auf einer Platine die einzelnen Antennenelemente auf, die ebenfalls der flachen und nahezu ebenen Platine in ihrer Form und Struktur angepasst sind.
Weiterhin ist es bevorzugt, die Kavität in einer Kofferraumabdeckung oder in einem Kotflügel des Fahrzeugs anzuordnen, womit ebenfalls der Vorteil verbunden ist, dass bei einem metallischen Kotflügel bzw. einer metallischen Heckklappe bereits eine elektrisch leitende Grundfläche für die Antennenfunktion zur Verfügung steht.
Für fahrzeuginterne Dienste wie RKE (remote keyless entry) und/oder TPMS (tire Pressure monitoring system) und/oder einem PASS-System (passive start entry) weist das Antennenmodul bevorzugt Antennenelemente auf, die auf einer Seitenwand der Kavität angeordnet sind, um die Antennencharakteristik an den Bedarf der fahrzeuginternen Dienste anzupassen. Hierzu werden vorzugsweise an der Seitenwand der Kavität dipolartige Antennen und/oder planar invertierte F-Antennen angeordnet.
Ein SDARS-Antennenelement (satelite digital radio system) ist vorzugsweise zusammen mit einem GPS-Antennenelement (global positioning system) in der Mitte der Kavität angeordnet, während AM/FM-Empfangsantennen einander gegenüberliegend an den Enden der Kavität angeordnet sind, um die größtmögliche Entkopplung zu gewährleisten.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn in dem Antennenmodul ein DAB-Antennenelement (digital audio broadcast) zwischen einer SDARS-Antenne (satelite digital radio system) und einer WLAN-Antenne (wireless local area network) angeordnet ist, um eine Entkopplung von bis zu 30 dB zwischen dem SDARS-Antennenelement und dem WLAN-Antennenelement zu gewährleisten. Um einen flachen und kompakten Aufbau des WLAN-Antennenelements zu erreichen, wird eine kapazitiv belastete Monopolantenne eingesetzt.
Ein Telefon-Antennenelement ist vorzugsweise mittig zwischen einem SDARS-Antennenelement und einer der randseitig positionierten AM/FM-Antennen angeordnet, zumal die Frequenzen der Funktelefondienste einen großen Frequenzabstand sowohl zu den amplitudenmodulierten als auch zu den frequenzmodulierten Radiostationen aufweisen. Die Entkopplung dieser Antennenelemente ist dadurch größer als 25 dB. Um einen flachen und kompakten Aufbau des Telefonantennenelementes zu erreichen, wird vorzugsweise eine planar invertierte F-Antenne für Telefondienste eingesetzt.
Die Dimensionierung der Kavität ist von den Diensten und deren Anzahl abhängig. Das bedeutet, je mehr Antennenelemente auf einer lang gestreckten Platine in der Kavität unterzubringen sind, umso größer wird das Verhältnis von Länge zu Breite der vorzusehenden Kavität in der Außenkarosserie des Fahrzeugs. Die Länge eines derartigen Antennenmoduls kann sich bis zu 800 mm über die Breite des Fahrzeugs erstrecken. Kleinere Antennenmodule mit geringerem Integrationsgrad können bereits in Kavitäten von weniger als 50 mm untergebracht werden. Dennoch ist es erforderlich für Antennenelemente zum Empfang von niedrigen Frequenzen, d. h. im Bereich von 0,5 bis 1,6 MHz (Megahertz) beispielsweise für AM-Antennenelemente, eine Mindestlänge für die Kavität vorzusehen, um einen entsprechenden Radioempfang zu gewährleisten.
Hohe Frequenzen, wie sie beispielsweise im Gigahertzbereich für GPS und SDARS-Antennen vorzusehen sind, können mit platzsparenden kleinen Patchantennen ohne großen Flächenbedarf in der Kavität bzw. auf der Platine in der Kavität untergebracht werden, wobei durch Stapeln der Antennen übereinander in diesem Frequenzbereich die Kavitätslänge weiter verkürzt werden kann. Damit können für die Fahrzeuginsassen auch Navigationsgeräte über dieses Multiband-Antennenmodul zugänglich gemacht werden, da sich der Patchantennenstapel dadurch auszeichnet, 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 Permittivität 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 Permittivitäten der beiden Patchantennenmaterialien vorhanden ist.
Eine links und rechts zirkulare Polarisation unterstützt die Entkopplung der beiden Patchantennen des Patchantennenstapels. Die 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 weiteren Einspeisepunkt für derartige Antennenelemente 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 als die Patchantenne für das GPS-System. Diese Maßnahmen ermöglichen einen kompakten flachen Aufbau des Multiband-Antennenmoduls.
Mit der oben offenbarten Gruppierung von Empfangsantennenmodulen, AM/FM-Antennen an den Enden der Kavität und Funkantennenmodulen im Zentrum der Kavität, wird eine höchst effiziente Nutzung des zur Verfügung stehenden Volumens einer Kavität auf bzw. an einem Fahrzeug erreicht, indem nun diese speziell entwickelten Empfangs- und Funkantennenmodule entsprechender Systemauslegung ausgesetzt werden. Mit diesem Multiband-Antennenmodul ist es möglich, auf einer Leiterplatte einer Gesamtlänge von 350 mm mit einer maximalen Breite von 50 mm einen hohen Anteil an Antennen in einem entsprechenden Antennenmodul für Satellitendienste (SDARS und GPS), Telefondienste (GSM900, GSM850, GSM1800, GSM1900 und UMTS), digitale Rundfunkdienste (DAB-T und DAB-S), 2xAM/FM, RKE, TPMS, und PASS zusammenzufassen. Zuzüglich sind die entsprechenden Verstärker, Empfänger (GPS-Empfänger) und/oder Telefon-Transceiver integriert. Dabei ist eine Entkopplung von größer als 10 dB zwischen den Antennensystemen möglich. Dennoch wird eine Tiefe von 20 mm der Kavität für dieses Multiband-Antennenmodul nicht überschritten, obwohl eine Empfangsantenne für die DAB-T Band III Dienste zusätzlich integriert ist.
Vorzugsweise weist das Antennenmodul Antennenelemente für mindestens drei der nachfolgenden Dienstgruppen auf: AM, DRM, FM; DAB-S, DAB T; DVB-T, DVB-H, DVB-S; GSM850 (AMPS), GSM900; GSM1800, GSM1900, UMTS; Straßenmaut, Tolldienst, WLAN, Bluetooth; GPS, SDARS; UWB, RKE, Long Range, TPMS, PASS; Fahrzeug-zu-Fahrzeug, Fahrzeug-zu-Infrastruktur, automatic cruisecontrol (ACC).
Außerdem ist es in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, auf der Rückseite der Platine ein 50 Ω Anpassungsnetzwerk für das Multiband-Antennenmodul anzukoppeln. Dazu weisen die unterschiedlichen Empfangs- und Funkantennenelemente des Multiband-Antennenmoduls an die unterschiedlichen Dienste angepasste Resonanzfrequenzbänder auf. Für den terrestrischen digitalen Audio Radiodienst (DAB-T) und den satellitengestützten digitalen Audio Radiodienst (DAB-S) ist in dem 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 Audio Radiodienst (DAB-S) im oberen Frequenzbereich des Resonanzfrequenzbandes L angesiedelt.
Ein Funkantennenelement bedient in einem unteren Resonanzfrequenzband das Frequenzband GSM850 mit Resonanzfrequenzen f850 zwischen 824 MHz ≤ f₈₅₀ ≤ 894 MHz und das Frequenzband GSM900 mit Resonanzfrequenzen f₉₀₀ zwischen 890 MHz ≤ f₉₀₀ ≤ 960 MHz sowie die Resonanzfrequenzen des Frequenzbandes GSM1800 mit Resonanzfrequenzen f_1.8 zwischen 1,71 GHz ≤ f_1.8 ≤ 1,88 GHz und des Frequenzbandes GSM1900 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.
Der oben erwähnte Patchantennenstapel 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 entgegen gesetzte zirkulare Polarisation aufweist und eine von dem der oberen Patchantenne unterschiedliche relative Permittivität des Kunststoffsubstrats der Patchantenne besitzt, das Resonanzfrequenzband für SDARS-Dienste mit Resonanzfrequenzen f_SDARS zwischen 2,320 GHz ≤ f_SDARS ≤ 2,345 GHz. Die weiteren Frequenzen f_W für WLAN- und Bluetooth-Dienste liegen zwischen 2,4 GHz ≤ f_W ≤ 2,485 GHz. Die Resonanzfrequenzen f_I für die Infrastrukturdienste liegen deutlich darüber im Bereich zwischen 5,87 GHz ≤ f_I ≤ 5,925 GHz.
Bevorzugt ist das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband-Antennenmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Kavität in einer Fahrzeugkarosserie für ein Multiband-Antennenmodul gemäß 1;
3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie eines Fahrzeugs mit einer ersten Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls;
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie eines Fahrzeugs mit einer zweiten Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls;
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie eines Fahrzeugs mit einer dritten Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls;
6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie eines Fahrzeugs mit einer vierten Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls;
7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie eines Fahrzeugs mit einer fünften Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls;
8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie eines Fahrzeugs mit einer sechsten Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls.
1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Multiband-Antennenmoduls 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dieses Multiband-Antennenmodul 1 ist mit seinen Antennenelementen 2 bis 8 derart flach und streifenförmig gestaltet, dass es in einer U- oder V-förmigen Kavität 11 einer Außenkarosserie 12 eines Fahrzeugs 9 unterbringbar ist, wobei die Außenkarosserie 12 des Fahrzeugs gleichzeitig eine metallische Grundfläche 10, die dem Antennenmodul als Masse dient, bilden kann. Wird das Multiband-Antennenmodul 1 in einem Außenkarosseriebereich 12 z. B. aus Kunststoff eingebracht, so ist es von Vorteil, wenn das Multiband-Antennenmodul 1 von einem nach oben offenen, die Kavität nachbildenden, metallischen Gehäuse umgeben ist, zumal die Form der Kavität, die Tiefe der Kavität sowie Winkelstellung der Seitenwände 15 der Kavität zu einem Boden 14 zur Einstellung einer optimalen Antennenstrahlungscharakteristik vorgesehen sind.
In der Ausführungsform gemäß 1 sind zwei AM/FM-Antennenelemente 2 bzw. 8 an den Enden der streifenförmigen Platine 13 derart angeordnet, dass ihre jeweilige Einspeisungspunkte und Masseverbindungsstellen auf der Platine liegen. Somit befindet sich die Platine 13 zwischen den zwei AM/FM-Antennen. Die übrigen Antennenelemente 3 bis 6 sind auf der streifenförmigen Platine 13 angeordnet, deren Unterseite diverse Schaltkreise wie GPS-Empfänger, Remote-Radioempfänger, Telefontransceiver, etc. aufweisen kann, während die Oberseite die einzelnen Antennenelemente 3 bis 6 trägt. Die Anordnung der Antennenelemente auf der streifenförmigen flachen Platine 13 ist derart gewählt, dass eine möglichst hohe Entkopplung zwischen den Antennenelementen möglich ist. Deshalb ist das erste AM/FM-Antennenelement 2 an dem einen Ende der streifenförmigen Platine 13 angeordnet und das zweite AM/FM-Antennenelement 8 wird auf dem gegenüberliegenden Ende der streifenförmigen Platine 13 positioniert, um die größtmögliche räumliche Trennung für Diversity zu erzielen. Dazwischen sind die Antennenelemente 3 bis 6 angeordnet und an einer Seitenwand 15 ist ein weiteres Antennenelement 7.
Aufgrund von Symmetrieforderungen des Richtdiagramms sind die GPS/SDARS-Antennenelemente 5 als Patchantennenstapel mittig auf der Platine 13 angeordnet und von einem WLAN-Antennenelement 3, das eine kapazitiv belastete Monopolantenne für WLAN-Dienste darstellt, durch ein dazwischen angeordnetes DAB-Antennenelement 4 getrennt, so dass zwischen dem WLAN-Antennenelement 3 und dem GPS/SDARS-Antennenelementen 5 eine ausreichende Entkopplung erreicht wird. Ein Telefonantennenelement 6 befindet sich mittig zwischen dem randseitig angeordneten AM/FM-Antennenelement 8 und dem GPS/SDARS-Antennenelementen 5 und ist als planar invertierte F-Antenne ausgebildet. Die Seitenwand 15 der Kavität wird für dipolartige Antennen bzw. planar invertierte F-Antennen für Infrastrukturdienste genutzt.
Eine derartige Ausführungsform eines Multiband-Antennenmoduls hat den Vorteil einer flachen, konformen sowie kosteneffizienten, Raum sparenden Gestaltung als Ersatz für die bisher eingesetzten finnenförmigen Antennenmodule für Fahrzeuge. Ferner sind derartige flache Multiband-Antennenmodule an vielen Positionen im Fahrzeug ohne Änderung einsetzbar, wie es die nachfolgenden 3 bis 8 zeigen. Schließlich kann dieses einzige Multiband-Antennenmodul für mehrere Dienste durch die Multiband-Fähigkeit und die Multifunktionalität verwendet werden. Ferner wird der Positionierungsaufwand für das Anbringen von Antennen für die verschiedensten Dienste reduziert. Darüber hinaus ist es möglich, wie die nachfolgenden Figuren zeigen, das Autodach als Trennungselement und elektrisch leitende Grundfläche einzusetzen. Schließlich ist dieses flache Multiband-Antennenmodul für Diversity-Übertragung und für Diversity von Broadcast-Diensten geeignet. Auch ist es geeignet für fahrzeugexterne und fahrzeuginterne Dienste. Schließlich wird ein kompaktes flaches Volumen erreicht und sehr gute Entkopplungswerte, wie bereits oben im Detail erörtert. Auch die Frequenzselektion dieses flachen Multiband-Antennenmoduls hat sich für die einzelnen Antennenelemente als sehr gut erwiesen.
Die modulare Integration aller Antennenelemente in einer metallischen oder in einer metallbeschichteten Kunststoffkavität hat darüber hinaus den Vorteil, dass eine optimale Richtwirkung der Strahlungscharakteristik für die Antennenelemente durch Einsatz der Kavität erzielt werden kann. Dabei kann das Strahlungsrichtdiagramm durch Einsatz der Kavität optimal eingestellt werden.
2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Kavität 11 in einer Außenkarosserie eines Fahrzeugs für ein Multiband-Antennenmodul 1 gemäß 1. Die hier gezeigte U-förmige Kavität 11 hat ein erstes Ende 26 und ein gegenüberliegendes zweites Ende 27. Bei einer Tiefe w von etwa 2 cm weist die Kavität 11 einen Boden 14 auf, über den ein streifenförmiges flaches Multiband-Antennenmodul positioniert werden kann. Auch die Seitenwand 15, die in einem Winkel zu dem Boden 14 angeordnet ist, kann für weitere Antennenelemente insbesondere für gegenwärtige und künftige Infrastrukturdienste genutzt werden.
Ein besonderer Vorteil einer derartigen Kavität 11 liegt darin, dass eine Einstellung der Richtdiagramme durch Nutzung der Kavität 11 möglich ist, indem Wandschrägung sowie Antennentiefe innerhalb der Kavität 11 einstellbar sind. Schließlich kann durch eine an die Kontur eines Karosserieteils 17 der Außenkarosserie 12 des Fahrzeugs angepasste Abdeckung der Kavität für eine konforme Anpassung an die Fahrzeugkarosserie gesorgt werden. Die Größe der Kavität 11 ist skalierbar oder kann als Einheitsgröße vorgesehen werden. Dies ist von den zu integrierenden Diensten abhängig. Für eine Integration von GPS und SDARS reicht z. B. eine Gesamtlänge von 50 mm aus.
Für ein Multiband-Antennenmodul, das zusätzlich AM- und FM-Antennenelemente sowie Telefondienste mit GSM850 (AMPS), GSM900, GSM1800, GSM1900, UMTS sowie GPS, SDARS, DAB im L-Band und im Band III und WLAN integriert, kann die Kavitätslänge auf bis zu 800 mm anwachsen.
Die Kavität kann als eigenständiges Metallgehäuse realisiert sein, das in einem entsprechenden Schlitz im Dachbereich oder in der gewünschten Position am Fahrzeug eingesetzt wird. Diese hier gezeigte Kavität kann als Einheitskavität für alle Fahrzeuge entworfen werden, so dass eine einzige Kavität für alle Dachkonturen angesetzt wird. Ebenso kann die Kavität derart in Kammern aufgeteilt werden, um entsprechende elektronische Schaltungen schirmen zu können, die sich auf der unteren Seite der Platine 13 befinden.
Die 3 bis 8 zeigen unterschiedliche Positionen zum Einbau des erfindungsgemäßen Multiband-Antennenmoduls 1 in vorbereitete Kavitäten 11 eines Fahrzeugs 9.
3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie 12 eines Fahrzeugs 9 mit einer ersten Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls 1. In dieser Ausführungsform gemäß 3 ist das Multiband-Antennenmodul 1 zwischen den Scheibenwischerachsen 18 und 19 unterhalb der Windschutzscheibe 21 angeordnet. Dieser Übergangsbereich zwischen Motorhaube und A-Säule der Windschutzscheibe 21 ist häufig aus Kunststoff hergestellt, so dass sich mit relativ geringem Aufwand eine Kavität in dem Kunststoff darstellen lässt oder eine entsprechende galavanische Verbindung zwischen der Karosserie und der Kavität als eigenständiges metallisches Gehäuse realisieren lässt.
4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie 12 mit einer zweiten Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls 1. In dieser Position ist das Multiband-Antennenmodul 1 zwischen Windschutzscheibe 21 und Schiebedach 22 des Fahrzeugs 9 angeordnet. Ebenso an dieser Stelle kann das Dach zu einer Kavität geformt werden oder ein eigenständiges metallisches Gehäuse als Kavität verwendet werden.
5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie 12 des Fahrzeugs 9 mit einer dritten Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls 1, wobei diese dritte Position zwischen einem Heckfenster 23 und dem Schiebedach 22 des Fahrzeugs 9 angeordnet ist und sich unmittelbar an das Schiebedach 22 anschließt. Auch hier ist es von Vorteil, dass die metallische Dachkonstruktion des Fahrzeugs 9 die Wirkung des Multiband-Antennenmoduls unterstützt.
6 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie 12 des Fahrzeugs 9 mit einer vierten Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls, wobei dieses Multiband-Antennenmodul 1 in der Nähe des Heckfensters 23 angeordnet ist. Die Positionierung des Multiband-Antennenmoduls 1 in der zweiten bis vierten Position setzt voraus, dass das Fahrzeug kein Cabriolet ist.
7 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie 12 eines Fahrzeugs 9 mit einer fünften Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls. In der fünften Position ist das Multiband-Antennenmodul 1 in eine Kofferraumabdeckung 24 beispielsweise eines Cabriolets eingebaut, da dieses Fahrzeug 9 über ein bewegliches Autodach verfügt.
8 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Außenkarosserie 12 mit einer sechsten Position eines eingebauten Multiband-Antennenmoduls 1 in ein Fahrzeug 9. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Multiband-Antennenmodul 1 in einem hinteren Kotflügel 25 vorgesehen. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.
Für alle diese Einbaupositionen kann die Kavität aus der Außenkarosserie geformt werden oder als eigenständiges Metallgehäuse mit entsprechender Geometrie realisiert werden. Für den Fall, dass die Kavität als eigenständiges Metallgehäuse realisiert wird, sind entsprechende Schlitze in der Karosserie für eine Aufnahme der Kavität und entsprechende elektrische Kontaktierungen und Fixierungen z. B. mittels Verschraubungen vorgesehen. Die Kavität kann mit Schirmkammern zur elektromagnetischen Schirmung der auf der unteren Seite der Platine 13 angebrachten Tuner, Verstärker, Empfänger und/oder Transceiver versehen sein und kann sowohl gestanzte Antennenstrukturen, Patchantennen als auch PCB-Antennen, die innerhalb der Kavität auf einer Platine in einem festgelegten Abstand zum Kavitätsboden montiert sind oder an Innen- oder Außenseiten der Kavitätsseitenwände befestigt werden, aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Multiband-Antennenmodul
2: AM-Antennenelement
3: WLAN-Antennenelement
4: DAB-Antennenelement
5: GPS/SDARS-Antennenelemente
6: Tel/LR-Antennenelemente
7: RKE/TPMS/PASS-Antennenelemente
8: FM-Antennenelement
9: Fahrzeug
10: Grundfläche (Masse)
11: Kavität
12: Außenkarosserie
13: Platine
14: Boden der Kavität
15: Seitenwand der Kavität
16: Kunststoffmasse
17: Karosserieteil
18: Scheibenwischerachse
19: Scheibenwischerachse
20: Dachbereich
21: Windschutzscheibe
22: Schiebedach
23: Heckfenster
24: Kofferraumabdeckung
25: Kotflügel
26: Ende der Kavität
27: Ende der Kavität
28: Oberfläche
w: Tiefe der Kavität

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7239281 B2 [0003]
DE 112004002469 T5 [0005]

Claims

Skalierbares Multiband-Antennenmodul mit mehreren Antennenelementen (2 bis 8) für ein Fahrzeug (9), wobei die Antennenelemente (2 bis 8) Empfangsantennen (2, 8) und Funkantennen (3 bis 7) umfassen und wobei das Multiband-Antennenmodul (1) eine elektrisch leitende Grundfläche (10) als Masse und Gegengewicht aufweist, wobei die elektrisch leitende Grundfläche (10) eine elektrisch leitende Kavität (11) umfasst, die in der Außenkarosserie (12) des Fahrzeugs (9) ausgebildet ist oder die als eigenständiges metallisches Gehäuse oder als metallisiertes Kunststoffgehäuse zur Fixierung in einem entsprechenden Schlitz innerhalb der Außenkarosserie (12) ausgebildet ist, und wobei mit der Tiefe (w) und der Form der Kavität (11) die Strahlungscharakteristik der Antennenelemente (2 bis 8) einstellbar ist, und wobei die Antennenelemente (2 bis 8) innerhalb der Kavität (11) an den Kavitätsseitenwänden (15) und/oder auf einer Platine (13) in einem festgelegten Abstand zum Kavitätsboden (14) angeordnet und fixiert sind.
Multiband-Antennenmodul nach Anspruch 1, wobei in dem Raum zwischen dem Kavitätsboden (14) und der Platine (13) auf der Unterseite der Platine (13) Tuner, Empfänger und/oder Transceiver von entsprechenden Diensten angeordnet sind, so dass die Tuner, Empfänger und/oder Transceiver in unmittelbarer Nähe der Antennenelemente (2 bis 8) platziert sind und das Multiband-Antennenmodul an einen einzigen digitalen Datenbus angeschlossen ist, um Daten von und zu einer Head-Unit zu übertragen.
Multiband-Antennenmodul nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Antennenelemente (2 bis 8) in einer standardisierten oder kundenspezifischen Einheitskavität oder einem standardisierten oder kundenspezifischen Metallgehäuse, das als Kavität (11) einsetzbar ist, angeordnet sind und in unterschiedlichen Außenkarosserien (12) von Fahrzeugen (9) unter Anpassung eines Abschlussdeckels der Kavität (11) an die Außenkontur der Fahrzeugkarosserie (12) oder unter Verwendung eines Einheitsabschlussdeckels der Kavität (11) einsetzbar sind.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kavität (11) aus einem isolierenden Kunststoffmaterial (16) realisiert ist, in welchem die Antennenelemente (2 bis 8) mindestens teilweise fixiert sind.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kavität (11) in Karosserieteile (17) eingeformt ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kavität (11) zwischen Scheibenwischerachsen (18, 19) angeordnet ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kavität (11) in einem Dachbereich (20) zwischen einer Windschutzscheibe (21) und einem Schiebedach (22) oder zwischen einem Schiebedach (22) und einem Heckfenster (23) angeordnet ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kavität (11) in einer Kofferraumabdeckung (24) angeordnet ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kavität (11) in einem Kotflügel (25) des Fahrzeugs (9) angeordnet ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Antennenelemente (7) für fahrzeuginterne sowie fahrzeugexterne Dienste an einer Seitenwand (15) der Kavität (11) angeordnet sind.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine SDARS-Antenne (5) in der Mitte der Kavität (11) angeordnet ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei AM/FM-Antennen (2, 8) einander gegenüberliegend an den Enden (26, 27) der Kavität (11) angeordnet sind.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine DAB-Antenne (4) zwischen einer SDARS-Antenne (5) und einer WLAN-Antenne (3) angeordnet ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Telefon-Antenne (6) mittig zwischen randseitig angeordneten AM/FM-Antennen (2, 8) angeordnet ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dimensionierung der Kavität (11) an den Integrationsgrad des Multiband-Antennenmoduls (1) anpassbar ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Multiband-Antennenmodul (1) Antennenelemente (2 bis 8) für mindestens drei der nachfolgenden Dienstgruppen aufweist: AM/FM, DRM; DAB-S, DAB-T; DVB-T, DVB-H, DVB-S; GSM850 (AMPS), GSM900; GSM1800, GSM1900, UMTS; Straßenmaut, Tolldienst, WLAN, Bluetooth; GPS, SDARS; UWB, RKE, Long Range, TPMS, PASS; Fahrzeug-zu-Fahrzeug, Fahrzeug-zu-Infrastruktur.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Antennenelement (5) für GPS und SDARS Patchantennen aufweist, die zu einem Patchantennenstapel übereinander angeordnet sind, und wobei der Patchantennenstapel für links und rechts zirkulare Polarisation ausgebildet ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entkopplung zwischen den Funkantennen (3 bis 7) mindestens 10 dB, vorzugsweise 20 dB, ist.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Koaxialkabel mit seiner Masseleitung die Grundfläche (10) kontaktiert und mit seinem zentralen Koaxialleiter mit Einspeisungspunkten der Antennenelemente (2 bis 8) elektrisch in Verbindung steht.
Multiband-Antennenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Multiband-Antennenmodul (1) an ein 50 Ω Leitungsnetz angepasst ist.