DE102011116430B4

DE102011116430B4 - System mit mehreren antennenelementen und verfahren

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Publication number: DE102011116430B4
Application number: DE102011116430.1A
Authority: DE
Inventors: David R. Petrucci; Charles A. Massoll; Jr. Hibbard Donald B.; Nathan C. Callaghan; Mark A. Wisnewski; David J. Trzcinski; Steven P. Schwinke
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: CN102544766B; CN102544766A; US8508419B2; US20120098717A1; DE102011116430A1

Abstract

Antennensystem (20), das mit einem Fahrzeug (10) verbunden werden kann, das einen Fahrgastraum (52) aufweist, wobei eine externe HF-Vorrichtung außerhalb des Fahrzeugs (10) angeordnet ist und wobei ein Steuermodul (31), das am Fahrzeug (10) montiert ist, ein HF-Ausgangssignal vom Antennensystem (20) empfängt, wobei das Antennensystem (20) umfasst:eine primäre Antenne (22), die mit dem Fahrzeug (10) verbunden ist und in der äußeren Umgebung (50) angeordnet ist, wobei die primäre Antenne (22) ein erstes HF-Signal an die externe HF-Vorrichtung überträgt und von dieser empfängt;eine primäre Datenübertragungsleitung (26) zum Übertragen des ersten HF-Signals, wobei die primäre Datenübertragungsleitung (26) mit der primären Antenne (22) in Verbindung steht;eine sekundäre Antenne (24), die mit dem Fahrzeug (10) verbunden ist und entweder in der äußeren Umgebung (50) oder im Fahrgastraum (52) angeordnet ist, wobei die sekundäre Antenne (24) ein zweites HF-Signal an die in der äußeren Umgebung (50) angeordnete externe HF-Vorrichtung überträgt und von dieser empfängt;eine sekundäre Datenübertragungsleitung (30) zum Übertragen des zweiten HF-Signals, wobei die sekundäre Datenübertragungsleitung (30) mit der sekundären Antenne (24) in Verbindung steht; undeine fest angeordnete HF-Vorrichtung (28), die mit dem Fahrzeug (10) verbunden ist und mit der primären Datenübertragungsleitung (26) und der sekundären Datenübertragungsleitung (30) in Verbindung steht, wobei die fest angeordnete HF-Vorrichtung (28) das HF-Ausgangssignal bereitstellt und wobei das HF-Ausgangssignal auf dem ersten HF-Signal und/oder dem zweiten HF-Signal beruht;wobei die fest angeordnete HF-Vorrichtung (28) durch eine dritte Datenübertragungsleitung (32) mit dem Steuermodul (31) in Verbindung steht und einen HF-Splitter enthält, um ein HF-Signal von der dritten Übertragungsleitung (32) zu empfangen, das HF-Signal in zwei separate Signale aufzuteilen und das aufgeteilte HF-Signal an die primäre Datenübertragungsleitung (26) und die sekundäre Datenübertragungsleitung (30) zu senden; undwobei die primäre Antenne (22) eine Flossenantenne ist und die sekundäre Antenne (24) eine Flachantenne ist.

Description

GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Übermitteln von Hochfrequenzsignalen (HF-Signalen) von mehreren Antennen, und insbesondere ein System und Verfahren zum Übermitteln von HF-Signalen von einer primären Antenne und einer sekundären Antenne.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und können den Stand der Technik bilden oder auch nicht.
Konsumenten verwenden häufig persönliche elektronische Geräte, wie etwa Mobiltelefone, in ihren Fahrzeugen. Jedoch kann die Metallkarosserie von Fahrzeugen wie eine Abschirmung wirken und einen Teil der Hochfrequenzsignale (HF-Signale) am Eindringen in den Fahrgastraum des Fahrzeugs hindern. Im Ergebnis können HF-Signale, etwa Mobilfunksignale oder Signale eines globalen Positionierungssystems (GPS-Signale) manchmal schwach sein, wenn ein tragbares elektronisches Gerät im Fahrgastraum des Fahrzeugs verwendet wird. Darüber hinaus fordern bestimmte von der Regierung vorgegebene Fahrzeugvorschriften, dass Personenfahrzeuge Sonnenschutzglasbeschichtungen verwenden müssen. Diese Art der Glasbeschichtung bewirkt, dass weniger Infrarotenergie in den Fahrgastraum des Fahrzeugs übertragen wird, was wiederum die Hitzebelastung im Fahrgastraum des Fahrzeugs verringert. Diese Beschichtung kann jedoch auch HF-Signale dämpfen, die durch das Glas hindurchgehen.
Fahrzeugantennen werden typischerweise an einer Außenfläche eines Fahrzeugs montiert und zur Übermittlung von HF-Signalen eingesetzt. Fahrzeugaußenantennen werden gewöhnlich auf dem Dach, am Kofferraum oder an der Heckscheibe des Fahrzeugs montiert. Da die Außenantenne an der Außenseite des Fahrzeugs montiert ist, kann sie bei einem Unfall des Fahrzeugs für eine Beschädigung besonders anfällig sein oder sie kann unabsichtlich oder absichtlich abgebrochen werden. Eine nicht funktionierende oder fehlende Außenantenne kann verursachen, dass für drahtlose Kommunikationssysteme im Fahrzeug wie etwa OnStar^® eine drahtlose Kommunikation nicht verfügbar ist. Beispielsweise kann die Außenantenne bei einem Unfall mit Fahrzeugüberschlag zerstört werden, wenn sie auf dem Dach des Fahrzeugs angeordnet ist, wodurch drahtlose Kommunikationssysteme im Fahrzeug nicht mehr funktionieren. Folglich besteht in der Technik ein Bedarf für ein zuverlässigeres Antennensystem, das HF-Signale effektiv übermittelt.
In US 2010/ 0 164 790 A1 ist ein Verfahren zum Verwalten mehrerer Fahrzeugantennen offenbart, bei dem Funksignale mit dem Fahrzeug über ein primäres Antennensystem des Fahrzeugs ausgetauscht werden. Wenn das primäre Antennensystem nicht korrekt arbeitet, wird auf ein sekundäres Antennensystem des Fahrzeugs umgeschaltet.
Die US 5 959 584 A offenbart ein Fahrzeugkommunikationssystem mit zwei Antennen, die am Fahrzeugdach und am Fahrzeugunterboden angebracht sind, so dass auch im Falle eines Unfalls mit Fahrzeugüberschlag immer eine der Antennen zur Kommunikation mit der Umgebung in der Lage ist.
In DE 101 39 406 A1 sind mehrere räumlich getrennte Rundfunkempfangsantennen für ein Cabriolet offenbart, zwischen denen je nach Stellung des Faltdachs des Cabriolets umgeschaltet wird.
Die WO 99/ 55 012 A2 offenbart ein Antennendiversitätssystem zum Empfangen und/oder Senden von Funksignalen, bei dem mehrere Antennen über Schalter jeweils mit einem Empfänger/Sender verbunden oder stattdessen mit einer Impedanzlast gekoppelt werden können. Auf diese Weise können Antennenstrahlmuster modifiziert werden.
In US 2003/ 0 071 760 A1 ist ein Hochleistungs-Antennensystem offenbart, das aus mehreren im Wesentlichen identischen, zueinander parallel angeordneten Sendestrukturen besteht, die jeweils mit einer Stromversorgungs- und Impedanzanpassungsvorrichtung verbunden sind. Ein „Power-Splitter“ teilt Signale von einer Sende/ Empfangseinrichtung über die jeweiligen Stromversorgungs- und Impedanzanpassungsvorrichtungen auf die mehreren Sendestrukturen auf.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Antennensystem bereitgestellt, das mit einem Fahrzeug verbunden werden kann, das einen Fahrgastraum aufweist. Eine externe HF-Vorrichtung ist außerhalb des Fahrzeugs angeordnet. Ein Steuermodul ist im Fahrzeug montiert und empfängt ein HF-Ausgangssignal vom Antennensystem. Das Antennensystem enthält eine primäre Antenne und eine sekundäre Antenne. Die primäre Antenne ist mit dem Fahrzeug verbunden und in der äußeren Umgebung angeordnet. Die primäre Antenne überträgt ein erstes HF-Signal an die externe HF-Vorrichtung und empfängt es von dieser. Es wird auch eine primäre Datenübertragungsleitung zur Übertragung des ersten HF-Signals bereitgestellt, wobei die primäre Datenübertragungsleitung mit der primären Antenne in Verbindung steht. Die sekundäre Antenne ist mit dem Fahrzeug verbunden und entweder in der äußeren Umgebung oder dem Fahrgastraum angeordnet. Die sekundäre Antenne überträgt ein zweites HF-Signal an die externe HF-Vorrichtung, die in der externen Umgebung angeordnet ist, und empfängt es von dieser. Es wird eine sekundäre Datenübertragungsleitung zum Übertragen des zweiten HF-Signals bereitgestellt, wobei die sekundäre Datenübertragungsleitung mit der sekundären Antenne in Verbindung steht. Eine fest angeordnete HF-Vorrichtung ist mit dem Fahrzeug verbunden und steht in Verbindung mit der primären Datenübertragungsleitung und der sekundären Datenübertragungsleitung. Die fest angeordnete HF-Vorrichtung stellt das HF-Ausgangssignal bereit, das auf dem ersten HF-Signal und/oder dem zweiten HF-Signal beruht. Die fest angeordnete HF-Vorrichtung steht zudem durch eine dritte Datenübertragungsleitung in Verbindung mit dem Steuermodul und enthält einen HF-Splitter, um ein HF-Signal von der dritten Übertragungsleitung zu empfangen, das HF-Signal in zwei separate Signale aufzuteilen und das aufgeteilte HF-Signal an die primäre Datenübertragungsleitung und die sekundäre Datenübertragungsleitung zu senden. Die primäre Antenne ist eine Flossenantenne und die sekundäre Antenne ist eine Flachantenne.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die fest angeordnete HF-Vorrichtung ein HF-Koppler zum Kombinieren des ersten HF-Signals mit dem zweiten HF-Signal, um das HF-Ausgangssignal zu erzeugen.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die fest angeordnete HF-Vorrichtung ein HF-Schalter, um entweder das erste HF-Signal oder das zweite HF-Signal als das HF-Ausgangssignal zu wählen.
Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die fest angeordnete HF-Vorrichtung eine Kombination aus einem HF-Schalter und einem HF-Koppler. Die fest angeordnete HF-Vorrichtung arbeitet wie ein HF-Schalter, wenn die HF-Signale von entweder dem ersten HF-Signal oder dem zweiten HF-Signal nicht verfügbar sind. Die fest angeordnete HF-Vorrichtung arbeitet als HF-Koppler, wenn die HF-Signale von sowohl der ersten Datenübertragungsleitung als auch der zweiten Datenübertragungsleitung verfügbar sind.
Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die primäre Antenne an einem Dach des Fahrzeugs oder an einem Luftzuführungsunterteil [engl.: cowl base] oder an einem Seitenrückspiegel oder an einem Frontscheinwerfer oder an einem Heckscheinwerfer oder an einem hoch und in der Mitte eingebauten Bremslicht (CHMSL von Center High Mounted Stop Lamps) oder an einer vorderen Windschutzscheibe oder an einer Heckwindschutzscheibe oder an einem Sonnendach oder an einem Kofferraumdeckel oder an einer Stoßstange angeordnet.
Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die sekundäre Antenne an einem Dach des Fahrzeugs oder an einem Luftzuführungsunterteil oder an einem Seitenrückspiegel oder an einem Frontscheinwerfer oder an einem Heckscheinwerfer oder an einem hoch und in der Mitte eingebauten Bremslicht (CHMSL) oder an einer vorderen Windschutzscheibe oder an einer Heckwindschutzscheibe oder an einem Sonnendach oder an einem Kofferraumdeckel oder an einer Stoßstange angeordnet.
Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die sekundäre Antenne im Fahrgastraum des Fahrzeugs und an einer Fahrzeugdachkonsole oder an einer Fahrzeugmittelkonsole oder an einem Armaturenbrett oder an einer A-Säule oder an einer B-Säule oder an einer C-Säule oder an einer D-Säule oder an einer integrierten Mittelkonsole oder an einer vorderen Windschutzscheibe oder an einer Heckwindschutzscheibe oder an einem Sonnendach oder an Innensitzen oder an einem Deckenlicht angeordnet.
Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind sowohl die primäre Antenne als auch die sekundäre Antenne integrierte Antennen, die mehrere verschiedene Antennenelemente enthalten und globale Positionierungssignale (GPS-Signale) und Mobilfunksignale empfangen und übertragen.
Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die primäre Antenne und/oder die sekundäre Antenne passive Antennen.
Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Datenübertragungsleitung ein Koaxialkabel.
Bei noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steht die sekundäre Antenne in bidirektionaler Verbindung mit einer internen HF-Vorrichtung, die im Fahrgastraum angeordnet ist.
Weitere Anwendungsgebiete werden sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung ergeben. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele nur zur Veranschaulichung gedacht sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zur Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Antennenanordnung, die zwei Antennen an einem Fahrzeug enthält;
2 stellt eine Außenansicht des in 1 gezeigten Fahrzeugs dar;
3A stellt einen Teil eines Innenraums des in 1 gezeigten Fahrzeugs dar; und
3B stellt einen anderen Teil eines Innenraums des in 1 gezeigten Fahrzeugs dar.

GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist rein beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten nicht einschränken.
Mit Bezug auf 1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs allgemein durch Bezugszeichen 10 bezeichnet, wobei ein Antennensystem 20 zum Senden und Empfangen von Hochfrequenzsignalen (HF-Signalen) mit dem Fahrzeug 10 verbunden ist. Das Antennensystem 20 enthält eine primäre Antenne 22 und eine sekundäre Antenne 24, die jeweils mit dem Fahrzeug 10 verbunden sind und HF-Signale übertragen und empfangen. Das Antennensystem 20 enthält auch eine erste Datenübertragungsleitung 26, die zur Übermittlung von HF-Signalen zwischen der primären Antenne 22 und einer fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 verwendet wird, sowie eine zweite Datenübertragungsleitung 30, die zur Übermittlung von HF-Signalen zwischen der sekundären Antenne 24 und der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 verwendet wird. Die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 steht durch eine dritte Datenübertragungsleitung 32 mit einem Fahrzeugsteuermodul 31 in Verbindung.
1 stellt die primäre Antenne 22 so dar, dass sie an einer Wand 34 des Fahrzeugs 10 montiert ist. Insbesondere zeigt 1, dass die primäre Antenne 22 mit einem Befestigungselement 35 an der Wand 34 angebracht ist, wobei das Befestigungselement 35 eine beliebige Art von Befestigungsvorrichtung zur Befestigung der primären Antenne 22 an der Wand 34 sein kann, wie beispielsweise eine Schraube. Die Wand 34 weist eine Öffnung 36 auf, die das Durchführen der ersten Datenübertragungsleitung 26 ermöglicht. Bei einem Beispiel ist die Wand 34 das Dach des Fahrzeugs 10 und ist aus einem metallischen Material wie z.B. einer Stahllegierung gefertigt. Darüber hinaus ist die sekundäre Antenne 24 bei der veranschaulichten Ausführungsform entlang einer zweiten Wand 38 angeordnet, die Teil eines Luftzuführungsunterteils 40 des Fahrzeugs 10 ist. Das Luftzuführungsunterteil 40 kann auch aus einem metallischen Material gefertigt sein und enthält eine Öffnung 42, um die Durchführung der zweiten Datenübertragungsleitung 30 zu ermöglichen. Das Fahrzeug 10 enthält auch mehrere Glasscheiben, etwa eine vordere Windschutzscheibe 44, eine Heckwindschutzscheibe 46 (in 2 gezeigt), ein Sonnendach 48 (in 2 gezeigt) und Seitenfenster 49 (in 2 gezeigt). Bei einer Ausführungsform sind alle Glasscheiben mit einer Sonnenschutzglasbeschichtung beschichtet, die HF-Signale dämpft.
Die Wand 34, das Luftzuführungsunterteil 40 und die Glasscheiben definieren eine äußere Umgebung 50 und einen Fahrgastraum 52 des Fahrzeugs 10. Die äußere Umgebung 50 umfasst die Umgebung, die außerhalb des Fahrzeugs 10 angeordnet ist, während der Fahrgastraum 52 die Umgebung innerhalb des Fahrzeugs 10 umfasst. Die äußere Umgebung 50 ist typischerweise eine beliebige Außenumgebung. Die Antennen 22 und 24 werden verwendet, um HF-Signale an eine (nicht gezeigte) externe HF-Vorrichtung zu senden und von dieser zu empfangen und um die HF-Signale an das Steuermodul 31 zu übermitteln, das innerhalb des Fahrgastraums 52 angeordnet ist. Die externe HF-Vorrichtung kann eine beliebige Struktur sein, die in der äußeren Umgebung 50 angeordnet ist und in der Lage ist, HF-Signale zu übertragen, HF-Signale zu empfangen oder zu beidem. Zum Beispiel kann die externe HF-Vorrichtung ein GPS-Satellit, ein Mobilfunkmast, ein AM-Funkmast oder ein FM-Funkmast sein.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind sowohl die primäre Antenne 22 als auch die sekundäre Antenne 24 in der äußeren Umgebung 50 angeordnet. Insbesondere ist die primäre Antenne 22 mit dem Dach des Fahrzeugs 10 verbunden und die sekundäre Antenne 24 ist an dem Luftzuführungsunterteil 40 angeordnet. Es versteht sich jedoch, dass sowohl die primäre Antenne 22 als auch die sekundäre Antenne 24 außerdem auch in anderen Teilen des Fahrzeugs 10 angeordnet sein können. Beispielsweise kann die primäre Antenne 22 allgemein mit dem Fahrzeug 10 verbunden sein und an einer Vielfalt verschiedener Stellen in der äußeren Umgebung 50 angeordnet sein. Die sekundäre Antenne 24 kann mit dem Fahrzeug 10 nicht nur in der äußeren Umgebung 50 sondem außerdem auch im Fahrgastraum 52 des Fahrzeugs 10 verbunden sein. Obwohl 1 - 3B das Antennensystem 20 beim Einsatz in einem Fahrzeug darstellen, wird der Fachmann feststellen, dass das Antennensystem 20 bei jeder Anwendung verwendet werden kann, bei der HF-Signale übertragen oder empfangen werden.
Mit Bezug nun auf 1 - 2 können sowohl die primäre Antenne 22 als auch die sekundäre Antenne 24 entlang einer beliebigen äußeren Oberfläche des Fahrzeugs 10 angeordnet sein, die zur Montage der Antennen 22 und 24 daran geeignet ist. Zum Beispiel können die Antennen 22 und 24 an dem Luftzuführungsunterteil 40, an einem Seitenrückspiegel 60, an einem Frontscheinwerfer 62, an einem Heckscheinwerfer 64, an einem hoch und in der Mitte eingebauten Bremslicht (CHMSL) 66, an der vorderen Windschutzscheibe 44, an der Heckwindschutzscheibe 46, am Sonnendach 48, an einem Kofferraumdeckel 70 oder an einer Stoßstange 72 montiert sein. Zusätzlich zu der äußeren Umgebung 50 kann die sekundäre Antenne 24 an einer Vielzahl von Stellen im Fahrgastraum 52 positioniert sein, welche ermöglichen, dass die sekundäre Antenne 24 HF-Signale empfängt und überträgt. Beispielsweise kann die sekundäre Antenne 24 unter Bezugnahme auf 3A - 3B an einer Fahrzeugmittelkonsole 76, einem Armaturenbrett 78; einer A-, B-, C- oder D-Säule 80 einer integrierten Mittelkonsole 82, der vorderen Windschutzscheibe 44 (2), der Heckwindschutzscheibe 46 (2), dem Sonnendach 48, den Innensitzen 84 oder einem Deckenlicht 86 positioniert sein. Obwohl die Ausführungsform von 1 die primäre Antenne 22 als Dachmontageantenne und die sekundäre Antenne 24 an dem Luftzuführungsunterteil 40 angeordnet darstellt, gibt es folglich auch andere Einbauoptionen für die primäre und sekundäre Antenne 22 und 24. Im Ergebnis können die primäre und sekundäre Antenne 22 und 24 an verschiedenen Stellen entweder in oder am Fahrzeug 10 im Bestreben positioniert sein, die für ein spezielles Fahrzeug einzigartigen Einbaubeschränkungen zu erfüllen. Die Stellen der primären und sekundären Antenne 22 und 24 können auch so positioniert sein, dass die Kabeldämpfung der primären und sekundären Datenübertragungsleitungen 26 und 30 eingehalten wird. Insbesondere können die Einbaustellen der primären und sekundären Antenne 22 und 24 von der verfügbaren Länge der Datenübertragungsleitungen abhängen, da eine längere Datenübertragungsleitung zu einer größeren Signaldämpfung führt.
Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Antennensystem 20 eine passive Konstruktion auf. Das bedeutet, dass weder die primäre noch die sekundäre Antenne 22 und 24 einen Verstärker enthält. Der Fachmann wird jedoch feststellen, dass das Antennensystem 20 außerdem auch eine aktive Konstruktion enthalten kann, was bedeutet, dass die primäre und sekundäre Antenne 22 und 24 verstärkt werden. Insbesondere können die Antennen 22, 24 eine aktive Konstruktion unter Verwendung eines Zweiwegeverstärkers aufweisen. Jedoch kann es kostengünstiger sein, bei einigen Ausführungsformen eine passive Konstruktion einzusetzen, da eine passive Konstruktion keinen Verstärker benötigt, wodurch die Kosten sowie die Komplexität des Antennensystems 20 verringert werden. Außerdem benötigt eine passive Konstruktion keine elektrische Last des Fahrzeugs und wird typischerweise den elektrischen Verbrauch oder Leistungsbedarf des Fahrzeugs 10 nicht beeinträchtigen.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die primäre Antenne 22 eine Flossenantenne und die sekundäre Antenne 24 ist als Flachantenne dargestellt, jedoch wird der Fachmann feststellen, dass andere Antennentypen ebenfalls verwendet werden können. Außerdem können die primäre und sekundäre Antenne 22 und 24 auch mehrere verschiedene Antennen sein, die zusammengebaut sind, um mehrere verschiedene HF-Signaltypen zu empfangen. Zum Beispiel kann die primäre Antenne 22 eine digitale Audiofunkservice-Satellitenantenne (SDARS-Antenne), eine Mobilfunkantenne und eine globale Positionierungssystemantenne (GPS-Antenne) enthalten. Die sekundäre Antenne 24 kann eine Mobilfunkantenne und eine GPS-Antenne enthalten.
Bei der gezeigten Ausführungsform steht ein erstes Ende 90 der ersten Datenübertragungsleitung 26 in elektrischer Verbindung mit der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 und ein zweites Ende 92 der ersten Datenübertragungsleitung 26 steht in elektrischer Verbindung mit der primären Antenne 22, wodurch die primäre Antenne 22 mit der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 verbunden ist. Ein erstes Ende 94 der zweiten Datenübertragungsleitung 30 steht in elektrischer Verbindung mit der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 und ein zweites Ende 96 der zweiten Datenübertragungsleitung 30 steht in elektrischer Verbindung mit der zweiten Antenne 24, wodurch die sekundäre Antenne 24 mit der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 verbunden ist. Ein erstes Ende 97 der dritten Datenübertragungsleitung 32 steht in elektrischer Verbindung mit der fest angeordneten HF-Vorrichtung und ein zweites Ende 98 der dritten Datenübertragungsleitung 32 steht in Verbindung mit dem Steuermodul 31, wodurch die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 mit dem Steuermodul 31 verbunden ist. Die Datenübertragungsleitungen 26, 30 und 32 sind ein beliebiger Typ von Datenübertragungsleitung, der HF-Signale überträgt, wie z.B. ein Koaxialkabel. Bei einer Ausführungsform können die Datenübertragungsleitungen 26, 30 und 32 jeweils eine Kombination aus mehreren Datenübertragungsleitungen sein, um mehrere verschiedene Typen von HF-Signalen zu übertragen. Zum Beispiel können die Datenübertragungsleitungen 26, 30 und 32 jeweils eine Kombination aus mehreren Koaxialkabeln sein, wobei ein erstes Koaxialkabel ein Mobilfunk-HF-Signal überträgt, ein zweites Koaxialkabel ein GPS-HF-Signal überträgt und ein drittes Koaxialkabel ein SDARS-HF-Signal überträgt.
Die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 wird eingesetzt, um ein HF-Ausgangssignal zu erzeugen, das durch die dritte Datenübertragungsleitung 32 an das Steuermodul 31 übertragen wird. Das von der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 erzeugte Ausgangssignal beruht auf mindestens einem der HF-Signale, die durch die erste und zweite Datenübertragungsleitung 26 und 30 von der primären und sekundären Antenne 22 und 24 empfangen werden. Insbesondere kann die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 einen HF-Koppler, einen HF-Schalter oder beides enthalten. Der HF-Koppler ist eine beliebige Vorrichtung, um die von der ersten und zweiten Datenübertragungsleitung 26 und 30 empfangenen HF-Signale zu einem einzigen Ausgangssignal zu kombinieren. Darüber hinaus kann die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 auch einen HF-Splitter enthalten, um HF-Signale von der dritten Datenübertragungsleitung 32 zu empfangen, das HF-Signal in zwei separate Signale aufzuteilen und das aufgeteilte HF-Signal an die erste Datenübertragungsleitung 26 und die zweite Datenübertragungsleitung 30 zu senden. Alternativ kann die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 bei einer anderen Ausführungsform ein HF-Schalter sein, der die HF-Signale von entweder der ersten Datenübertragungsleitung 26 oder der zweiten Datenübertragungsleitung 30 als das HF-Ausgangssignal wählt. Schließlich kann die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 bei noch einer anderen Ausführungsform sowohl einen HF-Koppler als auch einen HF-Schalter enthalten. Die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 wird wie ein HF-Schalter arbeiten, wenn die HF-Signale von entweder der ersten Datenübertragungsleitung 26 oder der zweiten Datenübertragungsleitung 30 nicht verfügbar sind. Insbesondere wird die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 die HF-Signale von der speziellen Datenübertragungsleitung wählen, die gerade HF-Signale empfängt. Wenn beispielsweise die primäre Antenne 22 beschädigt ist oder nicht funktioniert, wird der HF-Schalter so arbeiten, dass er HF-Signale nur von der sekundären Antenne 24 empfängt. Die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 wird auch wie ein HF-Koppler arbeiten, wenn HF-Signale von sowohl der ersten Datenübertragungsleitung 26 als auch der zweiten Datenübertragungsleitung 30 verfügbar sind. Die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 kann auch mehrere HF-Kopplerelemente sowie mehrere HF-Schalterelemente enthalten, um auch mehrere verschiedene Typen von HF-Signalen zu koppeln und zu schalten. Zum Beispiel kann die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 einen ersten HF-Koppler zum Kombinieren von Mobilfunk-HF-Signalen und einen zweiten HF-Koppler zum Kombinieren von GPS-HF-Signalen enthalten.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die primäre Antenne 22 eine integrierte Antenne, die eine SDARS-Antenne, eine Mobilfunkantenne und eine Antenne des globalen Positionierungssystems GPS enthält, und die sekundäre Antenne 24 ist eine integrierte Antenne, die eine Mobilfunkantenne und eine GPS-Antenne enthält. Die HF-Signale von der SDARS-Antenne von der primären Antenne 22 können mit einer vierten Datenübertragungsleitung 100 in Verbindung stehen. Die vierte Datenübertragungsleitung 100 kann mit einem SDARS-Sender/Empfanger 102 in Verbindung stehen. Die Mobilfunk-HF-Signale und die GPS-HF-Signale von der primären und sekundären Antenne 22 und 24 werden beide durch die jeweiligen Datenübertragungsleitungen 26 und 30 an die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 übermittelt. Die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 stellt dann ein entsprechendes HF-Ausgangssignal für sowohl das Mobilfunk-HF-Signal als auch das GPS-HF-Signal bereit. Die HF-Signale werden dann von der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 durch die dritte Datenleitung 32 an das Steuermodul 31 gesandt.
Das Steuermodul 31 ist vorzugsweise eine elektronische Steuervorrichtung, die einen vorprogrammierten digitalen Computer oder Prozessor, eine Steuerlogik, zum Speichern von Daten verwendeten Speicher und mindestens eine E/A-Peripherieeinrichtung aufweist. Die Steuerlogik enthält eine Vielzahl von Logikroutinen zum Überwachen, Manipulieren und Erzeugen von Daten. Das Steuermodul 31 kann auch Schaltungen für einen Sender/Empfänger zum Senden und Empfangen von HF-Signalen sowie einen Modulator/Demodulator zum Umsetzen zwischen HF-Signalen und digitalen Signalen enthalten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 31 ein OnStar^®-Modul sein. Das OnStar^®-Modul 31 verwendet die Mobilfunk-Datenkommunikation sowie Ortsinformationen unter Verwendung der GPS-Technologie, um OnStar^®-Beauftragte für Notfalldienste, Fahrzeugdiagnose und Weisungen zu kontaktieren. Obwohl ein OnStar^®-Steuermodul erörtert wird, versteht es sich, dass auch andere Typen von Steuermodulen verwendet werden können, wie z.B. ein Infotainmentmodul.
Die sekundäre Antenne 24 kann verwendet werden, um ein im Vergleich mit einem Antennensystem, das nur eine Antenne einsetzt, stärkeres, zuverlässigeres HF-Signal an das Steuermodul 31 zu liefern. Außerdem kann die sekundäre Antenne 24 auch ein stärkeres HF-Signal für den Fahrgastraum des Fahrzeugs bereitstellen. Insbesondere kann die sekundäre Antenne 24 ein stärkeres HF-Signal für das Steuermodul 31 bereitstellen, wenn die von der primären Antenne 22 und der sekundären Antenne 24 empfangenen HF-Signale durch den HF-Koppler, der in der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 angeordnet ist, miteinander gekoppelt werden. Außerdem kann die sekundäre Antenne 24 dem Steuermodul 31 ein zuverlässigeres Signal bereitstellen, indem sie als Reserveantenne arbeitet. Das heißt, dass die sekundäre Antenne 24 betrieben wird, um HF-Signale an das Steuermodul 31 zu liefern, wenn die primäre Antenne 22 beschädigt ist, nicht funktioniert oder entfernt wurde.
Zum Beispiel kann eine primäre Antenne 22, die auf dem Dach des Fahrzeugs 10 angeordnet ist, bei einem Unfall mit Fahrzeugüberschlag zerstört werden. Die sekundäre Antenne 24 ist jedoch typischerweise an einem anderen Ort platziert, etwa an dem Luftzuführungsunterteil 40, und bleibt während des Überschlags betriebsbereit. Daher sind Fahrzeuginsassen, die sich innerhalb des Fahrzeugs 10 befinden, immer noch in der Lage, das OnStar^®-System zu verwenden, um einen Beauftragten für Notfalldienste zu kontaktieren, obwohl die primäre Antenne 22 beschädigt ist. Eine Sonnenschutzglasbeschichtung auf einer oder mehreren Glasscheiben, etwa der vorderen Windschutzscheibe 44, der Heckwindschutzscheibe 46 (in 2 gezeigt) und dem Sonnendach 48 (in 2 gezeigt) kann bei dieser Art von Notfallsituation auch einen zusätzlichen Nutzen bereitstellen, bei der HF-Signale verwendet werden, um Notfalldienste zu kontaktieren. Die Sonnenschutzglasbeschichtungen wirken insbesondere wie ein Metallreflektor, um die HF-Signalstärke im Umkreis der äußeren Umgebung 50 des Fahrzeugs 10 zu erhöhen.
Bei einem weiteren Beispiel kann die sekundäre Antenne 24 auch als eine Reserveantenne verwendet werden, wenn die primäre Antenne 22 vom Fahrzeug 10 entfernt ist. Insbesondere brechen Diebe manchmal im Bestreben zum Deaktivieren der GPS-Standortverfolgung die primäre Antenne 22 vom Dach des Fahrzeugs 10 ab. Die sekundäre Antenne 24 kann jedoch an einer Stelle wie etwa dem Luftzuführungsunterteil 40 angeordnet sein, die von einem Dieb übersehen werden kann. Folglich bleibt die sekundäre Antenne 24 immer noch mit dem Fahrzeug 10 verbunden.
Der Fahrgastraum 52 des Fahrzeugs 10 weist manchmal einen schwachen HF-Signalempfang auf, da das Fahrzeug 10 ein Dach aufweist, das aus einem metallischen Material besteht. Ein schwaches HF-Signal kann insbesondere dann vorherrschen, wenn das Fahrzeugglas mit einer Sonnenschutzglasbeschichtung beschichtet ist. Wenn ein tragbares elektronisches Gerät (nicht gezeigt), das HF-Signale verwendet, im Fahrgastraum 52 des Fahrzeugs 10 angeordnet ist, kann das elektronische HF-Gerät manchmal nicht in der Lage sein, HF-Signale an eine externe HF-Vorrichtung wie etwa einen GPS-Satellit zu senden oder von dieser zu empfangen. Das tragbare elektronische HF-Gerät kann ein beliebiger Typ eines tragbaren elektronischen Geräts sein, das zum Übertragen von HF-Signalen in der Lage ist, wie z.B. ein Mobiltelefon, ein Laptop-Computer mit einer drahtlosen Internetverbindung, ein AM/FM-Radio, oder ein persönliches Navigationsgerät (PND). Die sekundäre Antenne 24 kann im Bemühen zum Verbessern des HF-Signalempfangs innerhalb des Fahrgastraums 52 verwendet werden. Insbesondere kann die sekundäre Antenne 24 verwendet werden, um ein HF-Signal von einer externen HF-Vorrichtung zu empfangen, wie etwa von einem GPS-Satelliten. Die sekundäre Antenne 24 kann dann HF-Signale von der externen HF-Vorrichtung in den Fahrgastraum 46 hinein abstrahlen, wodurch ein stärkeres HF-Signal für das tragbare elektronische HF-Gerät bereitgestellt wird.
Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 1-3B wird ein Verfahren zum Übermitteln eines HF-Signals mit dem Antennensystem 20 erörtert. Das Verfahren beginnt bei einem ersten Schritt, bei dem HF-Signale von der externen HF-Vorrichtung an die primäre Antenne 22 übertragen werden. Die primäre Antenne 22 ist in der äußeren Umgebung 50 angeordnet und ist ausgestaltet, um HF-Signale an die externe HF-Vorrichtung zu übertragen und von dieser zu empfangen. Wie vorstehend erörtert wurde, ist die externe HF-Vorrichtung eine beliebige Struktur, die zum Übertragen von HF-Signalen, zum Empfangen von HF-Signalen oder zu beidem in der Lage ist. Zum Beispiel kann die externe HF-Struktur ein GPS-Satellit, ein Mobilfunkmast und ein FM- oder AM-Funkmast sein. Das Verfahren geht dann zu einem zweiten Schritt weiter.
Im zweiten Schritt werden die HF-Signale von der primären Antenne 22 durch die Datenübertragungsleitung 26 übermittelt. Das erste Ende 90 der ersten Datenübertragungsleitung 26 steht in elektrischer Verbindung mit der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 und das zweite Ende 92 der ersten Datenübertragungsleitung 26 steht in elektrischer Verbindung mit der primären Antenne 22, wodurch die primäre Antenne 22 mit der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 verbunden ist. Das Verfahren kann dann zu einem dritten Schritt weitergehen.
Im dritten Schritt wird die sekundäre Antenne 24 entweder in der äußeren Umgebung 50 oder dem Fahrgastraum 52 des Fahrzeugs 10 angeordnet. Die sekundäre Antenne 24 ist ausgestaltet, um HF-Signale an die externe HF-Vorrichtung zu übertragen und von dieser zu empfangen. Das Verfahren geht dann zu einem vierten Schritt weiter.
Im vierten Schritt werden die HF-Signale von der sekundären Antenne 24 durch die sekundäre Datenübertragungsleitung 30 übermittelt. Das erste Ende 94 der zweiten Datenübertragungsleitung 30 steht in elektrischer Verbindung mit der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 und das zweite Ende 96 der zweiten Datenübertragungsleitung 30 steht in elektrischer Verbindung mit der sekundären Antenne 24, wodurch die sekundäre Antenne 24 mit der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 verbunden ist. Das Verfahren kann dann zu einem fünften Schritt weitergehen.
Im fünften Schritt wird ein HF-Ausgangssignal durch die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 bereitgestellt. Das HF-Ausgangssignal beruht auf den HF-Signalen, die von der primären Datenübertragungsleitung 26 und/oder der sekundären Datenübertragungsleitung 30 empfangen werden. Bei einer Ausführungsform ist die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 ein HF-Koppler zur Kombination der HF-Signale, die von der ersten und zweiten Datenübertragungsleitung 26 und 30 empfangen werden, zu einem einzigen Ausgangssignal. Alternativ kann bei einer anderen Ausführungsform die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 ein HF-Schalter sein, der das HF-Signal von entweder der ersten Datenübertragungsleitung 26 oder der zweiten Datenübertragungsleitung 30 als das HF-Ausgangssignal wählt. Bei noch einer anderen Ausführungsform kann die fest angeordnete HF-Vorrichtung 28 sowohl einen HF-Koppler als auch einen HF-Schalter enthalten. Das Verfahren kann dann zu einem sechsten Schritt weitergehen.
Im sechsten Schritt wird das HF-Ausgangssignal von der fest angeordneten HF-Vorrichtung 28 an das Steuermodul 31 übermittelt. Bei einer Ausführungsform ist das Steuermodul 31 ein OnStar^®-Modul, das eine Mobilfunk-Datenkommunikation sowie eine Ortsinformation unter Verwendung der GPS-Technologie verwendet, um OnStar^®-Beauftragte für Notfalldienste, Fahrzeugdiagnose und Weisungen zu kontaktieren. Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren dann zum ersten Schritt zurückkehren. Zum Beispiel kann OnStar^® dann ein HF-Signal an die primäre Antenne 22 übermitteln, das Informationen wie z.B. Weisungen von der gegenwärtigen Position des Fahrzeugs zu einem anderen vorbestimmten Zielort durch einen GPS-Satellit enthält. Alternativ kann das Verfahren dann enden.
Die Beschreibung der Erfindung ist rein beispielhaft und Variationen, die vom Grundgedanken der Erfindung nicht abweichen, sollen im Schutzumfang der Erfindung liegen. Derartige Variationen sollen nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der Erfindung angesehen werden.

Claims

Antennensystem (20), das mit einem Fahrzeug (10) verbunden werden kann, das einen Fahrgastraum (52) aufweist, wobei eine externe HF-Vorrichtung außerhalb des Fahrzeugs (10) angeordnet ist und wobei ein Steuermodul (31), das am Fahrzeug (10) montiert ist, ein HF-Ausgangssignal vom Antennensystem (20) empfängt, wobei das Antennensystem (20) umfasst: eine primäre Antenne (22), die mit dem Fahrzeug (10) verbunden ist und in der äußeren Umgebung (50) angeordnet ist, wobei die primäre Antenne (22) ein erstes HF-Signal an die externe HF-Vorrichtung überträgt und von dieser empfängt; eine primäre Datenübertragungsleitung (26) zum Übertragen des ersten HF-Signals, wobei die primäre Datenübertragungsleitung (26) mit der primären Antenne (22) in Verbindung steht; eine sekundäre Antenne (24), die mit dem Fahrzeug (10) verbunden ist und entweder in der äußeren Umgebung (50) oder im Fahrgastraum (52) angeordnet ist, wobei die sekundäre Antenne (24) ein zweites HF-Signal an die in der äußeren Umgebung (50) angeordnete externe HF-Vorrichtung überträgt und von dieser empfängt; eine sekundäre Datenübertragungsleitung (30) zum Übertragen des zweiten HF-Signals, wobei die sekundäre Datenübertragungsleitung (30) mit der sekundären Antenne (24) in Verbindung steht; und eine fest angeordnete HF-Vorrichtung (28), die mit dem Fahrzeug (10) verbunden ist und mit der primären Datenübertragungsleitung (26) und der sekundären Datenübertragungsleitung (30) in Verbindung steht, wobei die fest angeordnete HF-Vorrichtung (28) das HF-Ausgangssignal bereitstellt und wobei das HF-Ausgangssignal auf dem ersten HF-Signal und/oder dem zweiten HF-Signal beruht; wobei die fest angeordnete HF-Vorrichtung (28) durch eine dritte Datenübertragungsleitung (32) mit dem Steuermodul (31) in Verbindung steht und einen HF-Splitter enthält, um ein HF-Signal von der dritten Übertragungsleitung (32) zu empfangen, das HF-Signal in zwei separate Signale aufzuteilen und das aufgeteilte HF-Signal an die primäre Datenübertragungsleitung (26) und die sekundäre Datenübertragungsleitung (30) zu senden; und wobei die primäre Antenne (22) eine Flossenantenne ist und die sekundäre Antenne (24) eine Flachantenne ist.
Antennensystem (20) nach Anspruch 1, wobei die fest angeordnete HF-Vorrichtung (28) ein HF-Koppler zum Kombinieren des ersten HF-Signals und des zweiten HF-Signals ist, um das HF-Ausgangssignal zu erzeugen.
Antennensystem (20) nach Anspruch 1, wobei die fest angeordnete HF-Vorrichtung (28) ein HF-Schalter zum Wählen entweder des ersten HF-Signals oder des zweiten HF-Signals als HF-Ausgangssignal ist.
Antennensystem (20) nach Anspruch 1, wobei die fest angeordnete HF-Vorrichtung (28) eine Kombination aus einem HF-Schalter und einem HF-Koppler ist, wobei die fest angeordnete HF-Vorrichtung (28) als HF-Schalter arbeitet, wenn entweder das erste HF-Signal oder das zweite HF-Signal nicht verfügbar ist, und wobei die fest angeordnete HF-Vorrichtung (28) als HF-Koppler arbeitet, wenn das erste HF-Signal und das zweite HF-Signal verfügbar sind.
Antennensystem (20) nach Anspruch 1, wobei die primäre Antenne (22) an einem Dach des Fahrzeugs (10) oder an einem Luftzuführungsunterteil (40) oder an einem Seitenrückspiegel (60) oder an einem Frontscheinwerfer (62) oder an einem Heckscheinwerfer (64) oder an einem hoch und in der Mitte eingebauten Bremslicht (CHMSL) (66) oder an einer vorderen Windschutzscheibe (44) oder an einer Heckwindschutzscheibe (46) oder an einem Sonnendach (48) oder an einem Kofferraumdeckel (70) oder an einer Stoßstange (72) angeordnet ist.
Antennensystem (20) nach Anspruch 1, wobei die sekundäre Antenne (24) an einem Dach des Fahrzeugs (10) oder an einem Luftzuführungsunterteil (40) oder an einem Seitenrückspiegel (60) oder an einem Frontscheinwerfer (62) oder an einem Heckscheinwerfer (64) oder an einem hoch und in der Mitte eingebauten Bremslicht (CHMSL) (66) oder an einer vorderen Windschutzscheibe (44) oder an einer hinteren Windschutzscheibe (46) oder an einem Sonnendach (48) oder an einem Kofferraumdeckel (70) oder an einer Stoßstange (72) angeordnet ist.
Antennensystem (20) nach Anspruch 1, wobei die sekundäre Antenne (24) innerhalb des Fahrgastraums (52) des Fahrzeugs (10) und an einer Fahrzeugdachkonsole oder an einer Fahrzeugmittelkonsole (76) oder an einem Armaturenbrett (78) oder an einer A-Säule (80) oder an einer B-Säule (80) oder an einer C-Säule (80) oder an einer D-Säule (80) oder an einer integrierten Mittelkonsole (82) oder an einer vorderen Windschutzscheibe (44) oder an einer Heckwindschutzscheibe (46) oder an einem Sonnendach (48) oder an Innensitzen (84) oder an einem Deckenlicht (86) angeordnet ist.
Antennensystem (20) nach Anspruch 1, wobei die primäre Antenne (22) und die sekundäre Antenne (24) jeweils integrierte Antennen sind, die mehrere unterschiedliche Antennenelemente enthalten und globale Positionierungssignale (GPS) und Mobilfunksignale empfangen und übertragen.
Antennensystem (20) nach Anspruch 1, wobei die primäre Antenne (22) und/oder die sekundäre Antenne (24) passive Antennen sind.