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Die vorliegende Erfindung betrifft ein finnenförmiges Multiband-Antennenmodul sowie ein Fahrzeug, das mit einem solchen Antennenmodul ausgestattet ist.
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Bei finnenförmigen Multiband-Antennenmodulen für Fahrzeuge ist man bestrebt, mit einem einzigen Antennenmodul möglichst viele Dienste anbieten zu können. Problematisch ist hierbei, dass die unterschiedlichen Funkanwendungen in unterschiedlichen Frequenzbereichen Daten übertragen. Bei Car-to-Car-Anwendungen liegen die entsprechenden Frequenzen zum Beispiel bei 5,875 Gigahertz bis 5,925 Gigahertz, bei LTE (3GPP long term evolution, auch als 3,9 G bezeichnet – ein Mobilfunkstandard, der als UMTS-Nachfolger von dem third Generation Partnership Project (3GPP) spezifiziert wird) im Frequenzbereich zwischen 792 Megahertz und 862 Megahertz sowie zwischen 2,5 Gigahertz und 2,69 Gigahertz, bei Telefonantennen im Frequenzbereich von 824 Megahertz bis 960 Megahertz sowie zwischen 1,71 Gigahertz und 2,2 Gigahertz. Die Größe des finnenförmigen Multiband- Antennenmoduls darf dabei nicht oder kaum verändert werden. Dennoch müssen die erforderliche Bandbreite, die Form des Richtdiagramms sowie der Antennengewinn eingehalten werden.
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Die
DE 10 2007 055 323 offenbart ein finnenförmiges Multiband-Antennenmodul für Fahrzeuge mit zwei voneinander getrennten Empfangsantennenmodulen und zwei voneinander getrennten Funkantennenmodulen. Das erste Empfangsantennenmodul besitzt einen dedizierten Einspeisepunkt und das zweite Empfangsmodul zwei weitere Einspeisepunkte, die voneinander isoliert sind. Auch die beiden Funkantennenmodule weisen jeweils einen eigenen Einspeisepunkt auf.
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In der
DE 10 2009 051 605 ist ein weiteres finnenförmiges Multiband-Antennenmodul beschrieben, das hochintegriert ist. Unter einer gemeinsamen finnenförmigen Außenabdeckung befinden sich nicht nur die Sende- und Empfangsantennenelemente, sondern auch elektronische Anpassungs- oder Verstärkerschaltkreise mit Tranceiver, Tuner oder Empfänger.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein finnenförmiges, raumsparendes Multiband-Antennenmodul bereitzustellen, das mehrere Funkanwendungen unterstützt.
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Diese Aufgabe wird durch ein finnenförmiges Multiband-Antennenmodul nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben Ausführungsformen der Erfindung an.
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Die Erfindung umfasst ein finnenförmiges Multiband-Antennenmodul, das insbesondere für Fahrzeuge geeignet ist, mit einer Antennenplatine und einer darauf angeordneten Platte. Dabei kann die Platte als eine Art Trägerstruktur dienen und auf der Antennenplatine insbesondere vertikal bzw. senkrecht angeordnet sein. Die zwei größten Flächen der Platte erstrecken sich jeweils in einer vertikalen und in einer horizontalen Richtung. Dabei besitzt die Platte in der vertikalen Richtung an einem unteren Ende einen unteren Bereich und an einem oberen Ende einen oberen Bereich. Im unteren Bereich der Platte ist die Platte mit der Antennenplatine mechanisch verbunden. Erfindungsgemäß erstreckt sich ein erster Monopol in Form eines ersten Armes auf mindestens einer der größten Flächen der Platte im Wesentlichen in der vertikalen Richtung. In vertikaler Richtung in einem unteren Bereich des ersten Monopols ist der erste Monopol über einen Speisungspunkt mit der Antennenplatine verbunden. Der so angeordnete erste Monopol ist für ein Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen in einem oberen Telefonfrequenzbereich, insbesondere in einem Bereich von 1710 Megahertz bis 2170 Megahertz, ausgelegt. Unter Telefonanwendungen fallen insbesondere GSM (Global System for Mobile Communications) und UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Der erste Monopol besitzt in vertikaler Richtung in einem oberen Bereichen eine mit dem ersten Monopol gekoppelte induktive Verlängerung. Diese Verlängerung soll ein Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen in einem unteren Telefonfrequenzbereich und in einem unteren LTE- Frequenzbereich, insbesondere in einem Bereich von 792 Megahertz bis 960 Megahertz, ermöglichen.
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Ein solches Multiband-Antennenmodul besitzt den Vorteil, dass sowohl der Telefonfrequenzbereich als auch der untere LTE-Frequenzbereich bei geringen Volumenanforderungen bedient werden können.
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Besondere Vorteile hinsichtlich des benötigten Volumens ergeben sich bei einer Ausführungsform, bei der die induktive Verlängerung des ersten Monopols eine Spirale umfasst.
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Das erfindungsgemäße finnenförmige Multiband-Antennenmodul kann einen zusätzlichen zweiten Monopol in Form eines zweiten Armes umfassen. Dieser zweite Monopol erstreckt sich auf mindestens einer der zwei größten Flächen der Platte im Wesentlichen in der vertikalen Richtung. In vertikaler Richtung in einem unteren Bereich des zweiten Monopols ist der zweite Monopol vorzugsweise über denselben Speisungspunkt wie der erste Monopol mit der Antennenplatine verbunden. Der zweite Monopol kann in der horizontalen Richtung insbesondere versetzt zum ersten Monopol verlaufen und ist vorzugsweise für ein Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen in einem oberen LTE-Frequenzbereich, insbesondere in einem Bereich von 2,5 Gigahertz bis 2,69 Gigahertz, ausgelegt.
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Ein derartiges Antennenmodul besitzt den Vorteil, dass auch die oberen LTE-Frequenzen bei Einhaltung der strikten Volumenbegrenzung bedient werden können. Darüber hinaus ergibt sich eine einfachere Herstellung, da derselbe Speisungspunkt für den zweiten Monopol verwendet wird wie für den ersten Monopol. Darüber hinaus kann Platz gespart werden und der gleiche Transceiver kann für alle Telefondienste einschließlich der Dienste, die auf LTE beruhen, eingesetzt werden.
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In einer Ausführungsform weist das erfindungsgemäße finnenförmige Multiband-Antennenmodul einen im Wesentlichen in vertikaler Richtung verlaufenden Dipol auf. Dieser ist im oberen Bereich der Platte derartig angeordnet, dass er mit dem ersten Monopol kapazitiv gekoppelt und somit über den ersten Monopol elektromagnetisch anregbar ist. Der Dipol ist dabei vorzugsweise für ein Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen im Bereich von Car-to-Car-Frequenzen, insbesondere im Bereich von 5,875 Gigahertz bis 5,925 Gigahertz, ausgelegt.
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Durch den zusätzlichen, auf der Platte angeordneten Dipol wird es möglich, die Richtdiagrammanforderungen für Car-to-Car-Anwendungen zu erfüllen, so dass Car-to-Car-Anwendungen unterstützt werden können. Durch die elektromagnetische Anregung des Dipol über den ersten Monopol sind keine zusätzliche Platte und kein zusätzlicher Speisungspunkt nötig, wodurch eine einfache Herstellung gewährleistet bleibt und erhebliche Kosten eingespart werden können. Durch seine Anordnung im oberen Bereich der Platte ergibt sich ein vorteilhaftes Abstrahlungsverhalten, das insbesondere für Car-to-Car-Anwendungen wichtig ist, da die Abschattung durch die Dachkrümmung bei 5.9 GHz eliminiert bzw. deutlich minimiert werden kann und sehr gute Gewinnwerte im vorderen sowie im hinteren Bereich des Fahrzeugs erreicht werden.
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Der Dipol kann auf einer ersten der zwei größten Flächen der Platte und der zweite Monopol auf einer zweiten der zwei größten Flächen der Platte angeordnet sein. Das heißt, dass sich bei einer solchen Ausführungsform der Dipol und der zweite Monopol auf unterschiedlichen Seiten der Platte befinden.
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Alternativ können sich der Dipol und der zweite Monopol auf einer ersten der zwei größten Flächen der Platte oder auf einer zweiten der zwei größten Flächen der Platte befinden. Somit können der Dipol und der zweite Monopol also auch auf derselben Seite der Platte angeordnet sein.
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Das erfindungsgemäße Antennenmodul kann einen Stumpf (englisch: stub) umfassen. Dieser ist vorzugsweise in einem unteren Bereich des ersten Monopols angeordnet, um eine Impedanz eines Antennenensembles bestehend aus dem ersten und dem zweiten Monopol sowie dem Dipol an eine Impedanz einer im Antennenmodul verwendeten Sende- und Empfangseinheit anzupassen.
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Durch diese Impedanzanpassung mittels eines Stumpfes wird erreicht, dass möglichst wenig Energie am Speisungspunkt reflektiert wird.
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Der erste Monopol kann verschiedene Ausgestaltungen besitzen. Beispielsweise kann er in vertikaler Richtung in einem mittleren Bereich einen Knick und/oder im oberen Bereich der Platte eine weitere Verlängerung aufweisen.
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Auch die Platte kann unterschiedliche Formen besitzen. Beispielsweise kann der obere Bereich der Platte in der horizontalen Richtung eine größere Ausdehnung besitzen als der untere Bereich der Platte. Bei einer Ausführungsform weist die Platte in vertikaler Richtung von unten nach oben betrachtet zunächst einen flachen Quader auf, der etwa in Höhe des Knickes des ersten Monopols zu einer Seite abknickt, um etwa in einem mittleren Bereich sich nach oben hin trichterförmig auszudehnen und anschließend trapezförmig zu verjüngen. Dabei entsteht im oberen Bereich der Platte eine Art dreieckige Verlängerung der Platte in horizontaler Richtung.
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Eine derartige spezifische Ausgestaltung der Platte bietet die Möglichkeit, eine verlustärmere Realisierung der Multiband- und multifunktionalen Antenne zu erreichen.
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Darüber hinaus umfasst die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antennenmodul.
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Vorzugsweise ist das Antennenmodul derartig am Fahrzeug angeordnet, dass eine Strahlung des Dipols sich über einem Dach des Fahrzeugs (vorzugsweiße möglichst ungehindert) ausbreiten kann.
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Das Antennenmodul kann derartig am Fahrzeug angeordnet sein, dass sich der Dipol und der zweite Monopol in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs hinter dem ersten Monopol befinden.
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Durch diese Anordnung wird ein vorteilhaftes Abstrahlungsverhalten erreicht. Insbesondere können sehr gute Gewinnwerte im vorderen sowie im hinteren Bereich des Fahrzeugs erreicht werden.
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Weitere Details der Erfindung und zusätzliche Vorteile werden im Nachfolgenden mit Bezug auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform erläutert.
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Dabei zeigen die
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1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen finnenförmigen Multiband-Antennenmoduls in schematischer Darstellung von einer Seite,
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2 die Ausführungsform aus 1 von der entgegengesetzten Seite
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3 die Platte der in 1 gezeigten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung und
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4 ein Fahrzeug mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antennenmoduls.
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In den Figuren sind dieselben oder wirkungsgleiche Elemente mit demselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen finnenförmigen Multiband-Antennenmoduls 1. In einem gestrichelt skizzierten finnenförmigen Gehäuse 2 befinden sich eine Antennenplatine 3 und eine darauf senkrecht angeordnete Platte bzw. Trägerstruktur 4. Die zwei größten Flächen 4a, 4b der Platte 4 (das heißt, die Seiten der Platte) erstrecken sich in einer vertikalen und in einer horizontalen Richtung, die mit Pfeilen skizziert und mit den Bezugszeichen 5 und 6 versehen sind. In der vertikalen Richtung 5 besitzt die Platte 4 an einem unteren Ende einen unteren Bereich 7 und an einem oberen Ende einen oberen Bereich 8. Die Platte 4 ist in ihrem unteren Bereich 7 mit der Antennenplatine 3 mechanisch verbunden.
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Ein erster Monopol 9 in Form eines ersten Armes erstreckt sich auf beiden Seiten 4a, 4b der Platte 4 im Wesentlich in der vertikalen Richtung 5. Die beiden Teile des ersten Monopols 9, die auf jeweils einer der beiden Seiten 4a, 4b der Platte 4 verlaufen, sind durch Kontaktierungen 10a bis 10g miteinander verbunden. In vertikaler Richtung in einem mittleren Bereich weist der erste Monopol einen Knick 11 auf und in einem unteren Bereich ist der erste Monopol über einen Speisungspunkt 12 mit der Antennenplatine 3 verbunden. Der bislang beschriebene Teil des ersten Monopols 9 ist für ein Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen in einem oberen Telefonfrequenzbereich von 1710 Megahertz bis 2170 Megahertz ausgelegt.
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In der vertikalen Richtung 5 in einem oberen Bereich des ersten Monopols 9 weist dieser zusätzlich eine induktive Verlängerung 13 des ersten Monopols auf. Diese induktive Verlängerung 13 ist vorliegend als Spirale ausgebildet, um die erforderliche Länge unter Einhaltung der strengen Volumenanforderungen zu erreichen. Durch die induktive Verlängerung 13 wird ein Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen in einem unteren Telefonfrequenzbereich und einem unteren LTE-Frequenzbereich von 792 Megahertz bis 960 Megahertz ermöglicht.
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Die in 1 dargestellte Ausführungsform weist einen zusätzlichen zweiten Monopol 17 in Form eines zweiten Armes auf. Der zweite Monopol 17 erstreckt sich auf einer Seite 4b der Platte 4 im Wesentlich in der vertikalen Richtung 5. In vertikaler Richtung in einem unteren Bereich des zweiten Monopols 17 ist der zweite Monopol über den Speisungspunkt 12 mit der Antennenplatine 3 verbunden. In horizontaler Richtung 6 ist der zweite Monopol 17 versetzt zum ersten Monopol 9 angeordnet. Der gezeigte zweite Monopol 17 ist dabei für ein Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen in einem oberen LTE-Frequenzbereich von 2,5 Gigahertz bis 2,69 Gigahertz ausgelegt.
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2 zeigt die in 1 dargestellte Ausführungsform schematisch von der entgegengesetzten Seite. Wiederum sind das finnenförmige Gehäuse 2, die Antennenplatine 3 und die Platte 4 dargestellt. Die vertikale Richtung 5 und die horizontale Richtung 6 sind durch Pfeile verdeutlicht. Die Durchkontaktierungen 10a bis 10g, die die beiden Teile des ersten Monopols 9 miteinander verbinden, sind auch in der 2 dargestellt. Wie der 2 zu entnehmen ist, besitzt der erste Monopol 9 in vertikaler Richtung in einem unteren Bereich des ersten Monopols einen Stumpf 14 (englisch: stub). Dieser dient dazu, die Impedanz des Antennenensembles an eine Impedanz einer das Antennenmodul verwendenden Sende- und Empfangseinheit 15 anzupassen.
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Wie 2 illustriert besitzt der erste Monopol 9 eine weitere Verlängerung 16, die auf der Seite 4a der Platte 4 angeordnet ist, auf der sich der zweite Monopol 17 nicht befindet. Diese weitere Verlängerung 16 verbessert insbesondere das Verhalten des ersten Monopols in dieser und jener Hinsicht.
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Darüber hinaus weist die dargestellte Ausführungsform zusätzlich einen Dipol 18 auf, der sich auf der Seite 4a der Platte 4 befindet, auf der der zweite Monopol 17 nicht angeordnet ist. Dieser Dipol 18 verläuft im Wesentlichen in vertikaler Richtung 5 im oberen Bereich 8 der Platte 4. Der Dipol 18 ist dabei so angeordnet, dass er mit dem ersten Monopol 9, 16 kapazitiv gekoppelt ist und so über den ersten Monopol 9, 16 elektromagnetisch angeregt werden kann. Der Dipol 18 ist für ein Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen im Bereich von Car-to-Car-Frequenzen von 5,875 Gigahertz bis 5,925 Gigahertz ausgelegt. Durch die Anordnung des Dipols 18 im oberen Bereich der Platte kann dieser das Dach eines Fahrzeuges überstrahlen.
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In der gezeigten Ausführungsform befinden sich der zweite Monopol 17 und der Dipol 18 auf unterschiedlichen Seiten 4a, 4b der Platte 4. Dies muss nicht so sein. Alternativ wäre eine Ausführungsform denkbar, bei der sich der Dipol und der zweite Monopol auf derselben Seite (4a oder 4b) der Platte 4 befinden.
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Die in 1 gezeigte Platte 4 besitzt eine spezifische Geometrie, die in 3 noch einmal näher verdeutlicht wird. Im unteren Bereich 7 hat die Platte 4 zunächst im Wesentlichen eine Quaderform 4m. In der vertikalen Richtung 5 schließt sich daran ein im Wesentlichen parallelogrammförmiges Stück 4n an, auf das in vertikaler Richtung 5 im oberen Bereich 8 der Platte 4 ein im Wesentlichen quaderförmiges Stück 4o folgt, wobei sich in horizontaler Richtung 6 an eine obere Hälfte des parallelogrammförmigen Stückes 4n und das im Wesentlichen quaderförmige Stück 4o im oberen Bereich 8 der Platte 4 ein viereckiges Plattenstück 4p anschließt.
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4 illustriert ein Fahrzeug 19 mit einer Ausführungsform 1 eines erfindungsgemäßen finnenförmigen Multiband-Antennenmoduls. Das Antennenmodul 1 ist dabei derartig am Fahrzeug 19 angeordnet, das eine Strahlung des Dipols 18 sich über dem Dach 20 des Fahrzeugs 19 ausbreiten kann. Bei dem in 4 gezeigten Anordnungsbeispiel ist das Antennenmodul 1 derartig am Fahrzeug 19 befestigt, dass sich der Dipol 18 und der zweite Monopol 17 in einer Fahrtrichtung 21 des Fahrzeugs hinter dem ersten Monopol 9 befinden.
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Die beschriebene Erfindung kann eine Vielzahl von Vorteilen aufweisen. Insbesondere kann die benötigte Homogenität beziehungsweise die gewünschte Form des Richtdiagramms im Azimuth für alle Dienste und insbesondere für Car-to-Car-Anwendungen erreicht werden. Eine Abschottung nach vorn bei Car-to-Car-Anwendungen wegen der Dachkrümmung wird weitgehend vermieden. Durch den Aufbau des Antennenmoduls wird verhindert, dass andere Antennen in der Finnenantenne zusätzliche Hindernisse bei 6 Gigahertz darstellen. Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen Antennenmodul können auch die Frequenzen für Wireless LAN nach IEEE 802.11a abgedeckt werden. Aufgrund der Erfindung können unter Einhaltung des aktuell existierenden Volumens der Dachfinnen die erforderlichen Bandbreiten, die gewünschte Form des Richtdiagramms und der benötigten Antennengewinn erreicht werden. Zusätzlich können nicht unerhebliche Kosten eingespart werden, nicht zuletzt weil über einen einzigen Speisungspunkt alle Dienste bedient werden können.
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Die mit Bezug auf die Figuren gemachten Ausführungen sind rein illustrativ und nicht beschränkend zu verstehen. An der anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsform können viele Änderungen vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausführungsform eines erfindungsgemäßen finnenförmigen Multiband-Antennenmoduls
- 2
- finnenförmiges Gehäuse
- 3
- Antennenplatine
- 4
- Platte
- 4a
- erste der zwei größten Flächen der Platte
- 4b
- zweite der zwei größten Flächen der Platte
- 4m
- im Wesentlichen quaderförmiges Stück
- 4n
- im Wesentlichen parallelogrammförmiges Stück
- 4o
- im Wesentlichen quaderförmiges Stück
- 4p
- viereckiges Plattenstück
- 5
- vertikale Richtung
- 6
- horizontale Richtung
- 7
- unterer Bereich der Platte
- 8
- oberer Bereich der Platte
- 9
- erster Monopol
- 10a–10g
- Durchkontaktierungen
- 11
- Knick des ersten Monopols
- 12
- Speisungspunkt
- 13
- induktive Verlängerung
- 14
- Stumpf
- 15
- Sende- und Empfangseinheit
- 16
- weitere Verlängerung des ersten Monopols
- 17
- zweiter Monopol
- 18
- Dipol
- 19
- Fahrzeug
- 20
- Dach des Fahrzeugs
- 21
- Fahrtrichtung des Fahrzeugs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007055323 [0003]
- DE 102009051605 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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