DE102010061995A1 - Multiple-input multiple-output (MIMO) antenna device for motor vehicle, has partial devices that are provided outside and inside of vehicle roof and comprised with antennas for transmitting/receiving signals of same frequency band - Google Patents

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Abstract

The antenna device (100) has a partial device (10) that is provided outside the vehicle roof (3) within the antenna housing (15), and comprised with an antenna (11). A partial device (20) is arranged within the vehicle facing the vehicle roof and is arranged with an antenna (12). The antennas are configured to transmit/receive signals of same frequency band. An independent claim is included for vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenvorrichtung und ein Fahrzeug mit der Antennenvorrichtung.The invention relates to an antenna device and a vehicle with the antenna device.

Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heute eine Elektronikausrüstung auf, die zumindest eine Antenne erfordert. Beispielsweise weisen die Kraftfahrzeuge eine Antenne für einen Radioempfang, für einen Mobilfunkempfang und/oder für einen GPS-Empfang auf. Häufig werden Antenneneinrichtungen außen auf einem Karosserieteil, insbesondere auf einem Kraftfahrzeugdach, angeordnet.Most motor vehicles today have an electronic equipment that requires at least one antenna. For example, the motor vehicles have an antenna for radio reception, for mobile radio reception and / or for GPS reception. Frequently, antenna devices are arranged on the outside of a body part, in particular on a motor vehicle roof.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, eine Antennenvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit der Antennenvorrichtung zu schaffen, die beziehungsweise das einen Beitrag leistet, einen zuverlässigen Betrieb einer Kommunikationsverbindung mit hoher Datenrate zu ermöglichen.The object underlying the invention is to provide an antenna device as well as a vehicle with the antenna device, which contributes to enabling a reliable operation of a communication link with a high data rate.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention are characterized in the subclaims.

Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch eine Antennenvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugdach, das ein Karosserieblech aufweist. Die Antennenvorrichtung umfasst eine erste Teilvorrichtung, die an einer nach außen, aus dem Fahrzeug heraus, gerichteten Seite des Fahrzeugdachs angeordnet ist und ein Antennengehäuse und eine in dem Antennengehäuse angeordnete erste Antenne aufweist. Des Weiteren umfasst die Antennenvorrichtung eine zweite Teilvorrichtung, die an einer nach innen, in das Fahrzeug hinein, gerichteten Seite des Fahrzeugdachs angeordnet ist, und die eine zweite Antenne aufweist.According to a first aspect, the invention is characterized by an antenna device for a vehicle having a vehicle roof, which has a body panel. The antenna device comprises a first sub-device, which is arranged on a side of the vehicle roof directed outwards, out of the vehicle, and has an antenna housing and a first antenna arranged in the antenna housing. Furthermore, the antenna device comprises a second sub-device which is arranged on a side of the vehicle roof directed inwards into the vehicle and which has a second antenna.

Vorteilhafterweise ermöglicht dies mit geringem Herstellungs- und/oder Montageaufwand eine Mehrantennenanordnung zu realisieren. Die erste und zweite Antenne können vorteilhafterweise sehr gut elektromagnetisch entkoppelt sein und nur eine sehr geringe Signalkorrelation aufweisen, da das Karosserieblech als Schirmblech genutzt werden kann. Dies kann ermöglichen, dass die erste und zweite Antenne für ein Mehrfach-Eingabe-Mehrfach-Ausgabe-Antennensystem (MIMO, Multiple-Input-Multiple-Output) genutzt werden können. Die erste und zweite Antenne derart auszubilden und anzuordnen, dass sie eine zueinander orthogonale Antennenpolarisation aufweisen, ist hierfür nicht notwendig aufgrund der guten elektromagnetischen Schirmung durch das Karosserieblech. Mobilfunkübertragungssysteme zumindest ab der vierten Generation (4G), beispielsweise Long Term Evolution (LTE), bedingen eine Übertragung mit hoher spektraler Effizienz. Um dies zu ermöglichen, können solche Übertragungssysteme mehrere Sendeantennen und mehrere Empfangsantennen zur Datenübertragung für eine Kommunikationsverbindung aufweisen. Die Anzahl der Sendeantennen kann unterschiedlich sein von der Anzahl der Empfangsantennen. Ein MIMO-Kanal, der durch die Sendeantennen und die Empfangsantennen ausgebildet wird, kann in mehrere räumliche Kanäle zerlegt werden. Ein Nutzen mehrerer räumlicher Kanäle zur Übertragung von Daten kann einen höheren Gesamtdurchsatz und/oder eine höhere Zuverlässigkeit der Datenübertragung ermöglichen.Advantageously, this makes it possible to realize a multi-antenna arrangement with little manufacturing and / or assembly effort. The first and second antenna can advantageously be very well decoupled electromagnetically and have only a very low signal correlation, since the body panel can be used as a shroud. This may allow the first and second antennas to be used for a multiple input multiple output (MIMO) antenna system. The first and second antennas are designed and arranged such that they have mutually orthogonal antenna polarization, this is not necessary because of the good electromagnetic shielding by the body panel. Mobile transmission systems at least from the fourth generation (4G), for example, Long Term Evolution (LTE), require a transmission with high spectral efficiency. In order to make this possible, such transmission systems may comprise a plurality of transmission antennas and a plurality of reception antennas for data transmission for a communication connection. The number of transmit antennas may be different than the number of receive antennas. A MIMO channel formed by the transmit antennas and the receive antennas can be split into multiple spatial channels. Using multiple spatial channels to transmit data may allow for higher overall throughput and / or higher reliability of data transmission.

Beispielsweise sind die erste und zweite Teilvorrichtung in einem vorgegebenen Dachbereich, beispielsweise im Heckbereich, des Fahrzeugs in räumlicher Nähe, insbesondere gegenüberliegend, angeordnet.For example, the first and second sub-device in a predetermined roof area, for example in the rear area, the vehicle in spatial proximity, in particular opposite, arranged.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die erste Antenne und die zweite Antenne ausgebildet, Signalwellen eines gleichen vorgegebenen Frequenzbandes zu empfangen und/oder zu senden. Das Frequenzband kann beispielsweise zumindest einen Teil eines Frequenzbereichs von näherungsweise 700 MHz bis 900 MHz umfassen. Die erste und/oder die zweite Teilvorrichtung kann jeweils weitere Antennen umfassen, die jeweils ausgebildet sind, Signalwellen unterschiedlicher Frequenzbänder zu empfangen und/oder zu senden.In an advantageous embodiment, the first antenna and the second antenna are configured to receive and / or transmit signal waves of the same predetermined frequency band. For example, the frequency band may comprise at least a portion of a frequency range of approximately 700 MHz to 900 MHz. The first and / or the second sub-device may each comprise further antennas, which are each designed to receive and / or transmit signal waves of different frequency bands.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die erste Antenne eine invertierte F-Antenne auf. Die invertierte F-Antenne kann vorteilhafterweise einen geringen Bauraum aufweisen.In a further advantageous embodiment, the first antenna has an inverted F antenna. The inverted F antenna can advantageously have a small space.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die zweite Antennen eine invertiere L-Antenne auf.In a further advantageous embodiment, the second antenna has an inverted L antenna.

Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Fahrzeug, das ein Fahrzeugdach und eine Antennenvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt aufweist. Das Fahrzeugdach weist ein Karosserieblech auf. Die Antennenvorrichtung ist an dem Fahrzeugdach angeordnet. Hierbei beziehen sich vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts auch auf den zweiten Aspekt.According to a second aspect, the invention is characterized by a vehicle having a vehicle roof and an antenna device according to the first aspect. The vehicle roof has a body panel. The antenna device is arranged on the vehicle roof. In this case, advantageous embodiments of the first aspect also relate to the second aspect.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained below with reference to the schematic drawings. Show it:

1 eine Schnittansicht einer Antennenvorrichtung und 1 a sectional view of an antenna device and

2 ein Fahrzeug mit der Antennenvorrichtung. 2 a vehicle with the antenna device.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Elements of the same construction or function are provided across the figures with the same reference numerals.

Die in 1 gezeigte Antennenvorrichtung 100 weist eine erste Teilvorrichtung 10 mit einem Antennengehäuse 15 und einer ersten Antenne 11 auf. Des Weiteren weist die Antennenvorrichtung 100 eine zweite Teilvorrichtung 20 auf, die eine zweite Antenne 21 umfasst.In the 1 shown antenna device 100 has a first sub-device 10 with an antenna housing 15 and a first antenna 11 on. Furthermore, the antenna device 100 a second sub-device 20 on that a second antenna 21 includes.

Das Antennengehäuse 15 ist beispielsweise finnenförmig ausgebildet.The antenna housing 15 is formed, for example, fin-shaped.

Die erste Teilvorrichtung 10 ist beispielsweise an einer nach außen, aus dem Fahrzeug heraus, gerichteten Seite des Fahrzeugdachs 3 angeordnet. Vorzugsweise weist das Fahrzeugdach 3 ein Karosserieblech 5 auf. Die zweite Teilvorrichtung 20 ist beispielsweise an einer nach innen, in das Fahrzeug hinein, gerichteten Seite des Fahrzeugdachs 3 angeordnet. Beispielsweise sind die erste 10 und zweite Teilvorrichtung 20 in einem vorgegebenen Dachbereich, beispielsweise im Heckbereich des Fahrzeugdachs 3 in räumlicher Nähe, insbesondere gegenüberliegend angeordnet. Das Fahrzeugdach 3 weist beispielsweise in dem vorgegebenen Dachbereich eine vorgegebene Ausnehmung 7 auf. In der weitere Komponenten, beispielsweise Steckverbinder 9 und/oder Kabel angeordnet sein können. Die zweite Antenne 21 kann vorzugsweise vorgegeben beabstandet von der Ausnehmung 7 angeordnet sein.The first sub-device 10 is, for example, on a side of the vehicle roof directed outwards, out of the vehicle 3 arranged. Preferably, the vehicle roof 3 a body sheet 5 on. The second sub-device 20 is, for example, on a side of the vehicle roof directed inwards into the vehicle 3 arranged. For example, the first one 10 and second sub-device 20 in a predetermined roof area, for example in the rear area of the vehicle roof 3 in spatial proximity, in particular arranged opposite one another. The vehicle roof 3 has, for example, in the predetermined roof area a predetermined recess 7 on. In the other components, such as connectors 9 and / or cables can be arranged. The second antenna 21 can preferably predetermined distance from the recess 7 be arranged.

Eine derartige Anordnung der ersten 10 und zweiten Teilvorrichtung 20 im Fahrzeugdach 3 hat den Vorteil, dass die erste Antenne 11 und die zweite Antenne 21 vorteilhafterweise sehr gut elektromagnetisch entkoppelt sein können und nur eine sehr geringe Signalkorrelation aufweisen können, da das Karosserieblech 5 als Schirmblech genutzt werden kann. Ein weiterer Vorteil bei solch einer Anordnung ist, dass durch die Scheiben, die ein dielektrisches Material aufweisen, Signale mit ausreichender Qualität in einen Fahrgastraum gelangen können und sich dort ausbreiten können, sodass die zweite Antenne 21 diese empfangen kann. Auch Sendesignalwellen der zweiten Antenne 21 können über die Scheiben nach außen, aus dem Fahrzeug heraus, gesendet werden.Such an arrangement of the first 10 and second sub-device 20 in the vehicle roof 3 has the advantage that the first antenna 11 and the second antenna 21 can advantageously be very well decoupled electromagnetically and can only have a very low signal correlation, since the body panel 5 can be used as a shielding plate. Another advantage with such an arrangement is that through the disks comprising a dielectric material, signals of sufficient quality can enter and propagate into a passenger compartment, so that the second antenna 21 this can receive. Also transmission signal waves of the second antenna 21 can be sent out through the windows to the outside, out of the vehicle.

Die erste Antenne 11 und die zweite Antenne 21 sind beispielsweise ausgebildet, Signalwellen eines gleichen vorgegebenen Frequenzbandes zu empfangen oder zu senden. Das Frequenzband kann beispielsweise zumindest einen Teil eines Frequenzbereichs von näherungsweise 700 MHz bis 900 MHz umfassen. Dies ermöglicht, die Antennenvorrichtung für eine Mobilfunkübertragung gemäß dem Long Term Evolution (LTE) Mobilfunkstandard zu nutzen. Der Long Term Evolution (LTE) Standard sieht für eine Downlink-Datenübertragung beispielsweise eine untere Grenzfrequenz von 696 MHz vor. Beispielsweise ist in Deutschland für eine Downlink-Datenübertragung gemäß dem LTE-Standard ein Frequenzband von 791 MHz bis 822 MHz vorgesehen.The first antenna 11 and the second antenna 21 For example, they are configured to receive or transmit signal waves of the same predetermined frequency band. For example, the frequency band may comprise at least a portion of a frequency range of approximately 700 MHz to 900 MHz. This makes it possible to use the antenna device for mobile transmission according to the Long Term Evolution (LTE) mobile standard. The Long Term Evolution (LTE) standard, for example, provides a lower limit frequency of 696 MHz for downlink data transmission. For example, in Germany for a downlink data transmission according to the LTE standard, a frequency band of 791 MHz to 822 MHz is provided.

Die erste 10 und/oder zweite Teilvorrichtung 20 können jeweils weitere Antennen 21 umfassen, die jeweils ausgebildet sind, Signalwellen unterschiedlicher Frequenzbänder zu empfangen und/oder zu senden. Beispielsweise kann eine weitere erste Antenne als Strahlerantenne für ein GSM-System und/oder eine weitere zweite Antennen als Patchantenne für ein GPS-System ausgebildet sein.The first 10 and / or second sub-device 20 can each have more antennas 21 each configured to receive and / or transmit signal waves of different frequency bands. For example, a further first antenna can be designed as a radiating antenna for a GSM system and / or a further second antenna as a patch antenna for a GPS system.

Die erste Antenne 11 ist beispielsweise als invertierte F-Antenne ausgebildet. Die zweite Antenne 21 ist beispielsweise als invertiere L-Antenne ausgebildet.The first antenna 11 is designed for example as an inverted F antenna. The second antenna 21 is formed for example as an inverted L-antenna.

Die zweite Teilvorrichtung 20 kann beispielsweise mehrere Steckverbinder 9, beispielsweise koaxiale Antennensteckverbinder, aufweisen. Die zweite Antenne 21 kann beispielsweise in räumlicher Nähe zu diesen Steckverbindern 9 angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass ein metallischer Mantel der Koaxialsteckverbinder als zusätzliche Schirmung zwischen der ersten 11 und zweiten Antenne 21 wirken kann und somit einen Beitrag leisten kann, die elektromagnetische Entkopplung zwischen der ersten 11 und zweiten Antenne 21 zu verbessern.The second sub-device 20 can, for example, multiple connectors 9 , For example, coaxial antenna connectors have. The second antenna 21 For example, in close proximity to these connectors 9 be arranged. This has the advantage that a metallic shell of the coaxial connector as an additional shield between the first 11 and second antenna 21 and thus can contribute, the electromagnetic decoupling between the first 11 and second antenna 21 to improve.

Die erste 11 und zweite Antenne 21 können beispielsweise für ein Mehrfach-Eingabe-Mehrfach-Ausgabe-Antennensystem (MIMO, multiple input multiple Output) genutzt werden. 2 zeigt ein Fahrzeug, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, mit der Antennenvorrichtung 100. Ein Fahrzeugdach 3 des Fahrzeugs 1 weist ein Karosserieblech 5 auf. Die Antennenvorrichtung 100 ist an dem Fahrzeugdach 3 angeordnet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Fahrzeug 1 eine Übertragungsvorrichtung aufweist, die elektrisch koppelbar ist mit einem mobilen Endgerät. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das mobile Endgerät ausgebildet ist, Signalwellen von mehreren Antennen, beispielsweise von zwei Antennen, für eine Kommunikationsverbindung auszuwerten und/oder mehrere Antennen, beispielsweise zwei Antennen, derart anzusteuern, dass diese Antennen Signalwellen für die eine Kommunikationsverbindung senden. In diesem Zusammenhang kann die Übertragungseinheit ausgebildet sein, die jeweilige Antennensignale des mobilen Endgerätes an die erste 11 und zweite Antenne 21 zu senden und/oder Empfangssignale der ersten 11 und zweiten Antenne 21 an das mobile Endgerät zu senden.The first 11 and second antenna 21 For example, they can be used for a multiple input multiple output (MIMO) antenna system. 2 shows a vehicle, such as a motor vehicle, with the antenna device 100 , A vehicle roof 3 of the vehicle 1 has a body panel 5 on. The antenna device 100 is on the vehicle roof 3 arranged. For example, it can be provided that a vehicle 1 a transmission device which is electrically coupled to a mobile terminal. For example, it can be provided that the mobile terminal is designed to evaluate signal waves from a plurality of antennas, for example from two antennas, for a communication connection and / or to control a plurality of antennas, for example two antennas, in such a way that these antennas send signal waves for the one communication connection. In this connection, the transmission unit can be designed to connect the respective antenna signals of the mobile terminal to the first 11 and second antenna 21 to send and / or received signals of the first 11 and second antenna 21 to send to the mobile device.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Fahrzeugvehicle
33
Fahrzeugdachvehicle roof
55
Karosserieblechbody sheet
77
Ausnehmungrecess
99
SteckverbinderConnectors
1010
erste Teilvorrichtungfirst sub-device
1111
erste Antennefirst antenna
1515
Antennengehäuseantenna housing
2020
zweite Teilvorrichtungsecond sub-device
2121
zweite Antennesecond antenna
100100
Antennevorrichtungantenna device

Claims (5)

Antennenvorrichtung (100) für ein Fahrzeug (1) mit einem Fahrzeugdach (3), das ein Karosserieblech (5) aufweist, umfassend: – eine erste Teilvorrichtung (10), die an einer nach außen, aus dem Fahrzeug heraus, gerichteten Seite des Fahrzeugdachs (3) angeordnet ist und ein Antennengehäuse (15) und eine in dem Antennengehäuse (15) angeordnete erste Antenne (11) aufweist, – eine zweite Teilvorrichtung (20), die an einer nach innen, in das Fahrzeug hinein, gerichteten Seite des Fahrzeugdachs (3) angeordnet ist und die eine zweite Antenne (21) aufweist.Antenna device ( 100 ) for a vehicle ( 1 ) with a vehicle roof ( 3 ), which is a body panel ( 5 ), comprising: - a first sub-device ( 10 ), which on an outward, out of the vehicle, directed side of the vehicle roof ( 3 ) and an antenna housing ( 15 ) and one in the antenna housing ( 15 ) arranged first antenna ( 11 ), - a second sub-device ( 20 ), which, on a side of the vehicle roof facing inwards into the vehicle ( 3 ) and a second antenna ( 21 ) having. Antennenvorrichtung (100) nach Anspruch 1, bei der die erste Antenne (11) und zweite Anntenne (21) ausgebildet sind, Signalwellen eines gleichen vorgegebenen Frequenzbandes zu empfangen und/oder zu senden.Antenna device ( 100 ) according to claim 1, wherein the first antenna ( 11 ) and second antenna ( 21 ) are adapted to receive signal waves of a same predetermined frequency band and / or to send. Antennenvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die erste Antenne (11) eine invertierte F-Antenne aufweist.Antenna device ( 100 ) according to one of claims 1 or 2, in which the first antenna ( 11 ) has an inverted F antenna. Antennenvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die zweite Antenne (21) eine invertierte L-Antenne aufweist.Antenna device ( 100 ) according to one of the preceding claims, in which the second antenna ( 21 ) has an inverted L antenna. Fahrzeug (1) umfassend: – ein Fahrzeugdach (3), das ein Karosserieblech (5) aufweist und – eine Antennenvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die an dem Fahrzeugdach (3) angeordnet ist.Vehicle ( 1 ) comprising: - a vehicle roof ( 3 ), which is a body panel ( 5 ) and - an antenna device ( 100 ) according to one of claims 1 to 4, on the vehicle roof ( 3 ) is arranged.
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