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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung ist eine nicht vorläufige Anmeldung, welche die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 62/100,535 beansprucht, welche am 7. Januar 2015 eingereicht wurde, wobei deren Offenbarungsgehalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugkommunikationssysteme und insbesondere eine in eine Fahrzeugkarosserieverkleidung eingebaute Schlitzantenne.
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HINTERGRUND
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Mobile Rechenvorrichtungen, die sich mit Computernetzwerken verbinden können, sind allgegenwärtig geworden. Die Infrastruktur ermöglicht, dass eine Vielfalt mobiler Netzwerkvorrichtungen innerhalb sich bewegender Fahrzeuge betrieben werden kann, etwa Radios, Mobiltelefone, Tablet-Computer, Navigationsvorrichtungen, automatische Zusammenstoßwarnvorrichtungen, Diebstahlwarnsysteme und so weiter. Fahrzeugkarosserien aus Metall tendieren zur Abschirmung von elektromagnetischen Signalen, die sich mit den relevanten Wellenlängen ausbreiten, wodurch die Verfügbarkeit innerhalb des Fahrzeugs signifikant abgeschwächt oder blockiert wird, sofern nicht eine externe Antenne benutzt wird. An der Außenseite des Fahrzeugs montierte Antennen verbessern zwar den Empfang, jedoch erhöhen sie die Kosten, sie benötigen eine Installation, beeinträchtigen das Erscheinungsbild und erhöhen den Windwiderstand. Nachrüstantennen können unkomfortabel sein, erfordern oft eine professionelle Installation und es kann sein, dass sie für bestimmte Vorrichtungstypen nicht ohne weiteres zur Verfügung stehen, etwa für Mobiltelefone und Notebookcomputer. Zudem verfügen bestimmte Fahrzeugtypen, etwa Cabrios, Softtop-Geländefahrzeuge und offene Kleintransporter über begrenzte Installationsoptionen für externe Antennen. Das Installieren mehrerer externer Antennen für verschiedene Arten von Netzwerkvorrichtungen bietet ein überladenes Erscheinungsbild, das die stilbildenden Linien beeinträchtigt, die viele Fahrzeugbesitzer schätzen.
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Folglich werden verbesserte Antennenoptionen für mobile Netzwerkvorrichtungen benötigt, die in Fahrzeugen betrieben werden. Insbesondere besteht ein Bedarf für Antennenoptionen, welche den Abschirmungseffekt von Fahrzeugkarosserien aus Metall überwinden, ohne dass es erforderlich ist, dass externe Antennen an dem Fahrzeug montiert werden müssen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung enthält ein Fahrzeug mit einer Außenkarosserie einen Metallblechabschnitt und eine Schlitzantenne. Die Antenne umfasst einen Schlitz durch den Metallblechabschnitt hindurch und ein dielektrisches Material, das den Schlitz ausfüllt. Der Schlitz ist mit dem dielektrischen Material ausgefüllt und so dimensioniert, dass er einen Antennenresonanzstrahler für Kommunikationssignale bildet, die sich in einem Ziel-Frequenzband ausbreiten.
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In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform trägt ein Metallteil einer Fahrzeugkarosserie eine Schlitzantenne, die einen Schlitz durch das Karosserieteil hindurch und ein dielektrisches Material, das den Schlitz ausfüllt, umfasst. Der mit dem dielektrischen Material ausgefüllte Schlitz ist so dimensioniert, dass er einen Antennenresonanzstrahler für Kommunikationssignale bildet, die sich in einem Ziel-Frequenzband ausbreiten.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur als Beispiel in der folgenden genauen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
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1 eine Konzeptdarstellung eines Kraftfahrzeugs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, das eine Anzahl von Schlitzantennen trägt, die in metallische Karosserieverkleidungen eingebaut sind;
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2 eine Konzeptdarstellung eines Flugzeugs in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, das eine Anzahl von Schlitzantennen trägt, die in metallische Karosserieverkleidungen eingebaut sind;
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3A eine Frontansicht einer veranschaulichenden aktiven Singleband-Schlitzantenne mit einer einzigen Polarität in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung eingebaut ist;
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3B eine Frontansicht einer veranschaulichenden passiven Singleband-Schlitzantenne mit einer einzigen Polarität in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung eingebaut ist;
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4A eine Frontansicht einer veranschaulichenden aktiven Multiband-Schlitzantenne mit einer einzigen Polarität in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung eingebaut ist;
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4B eine Frontansicht einer veranschaulichenden Multiband-Schlitzantenne mit einer einzigen Polarität in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung eingebaut ist;
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5A eine Frontansicht einer veranschaulichenden aktiven Singleband-Schlitzantenne mit dualer Polarität in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung eingebaut ist;
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5B eine Frontansicht einer veranschaulichenden passiven Singleband-Schlitzantenne mit dualer Polarität in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung eingebaut ist;
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6A eine Frontansicht einer veranschaulichenden aktiven Multiband-Schlitzantenne mit dualer Polarität in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung eingebaut ist;
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6B eine Frontansicht einer veranschaulichenden passiven Multiband-Schlitzantenne mit dualer Polarität in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung eingebaut ist;
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7 ein schematisches Blockdiagramm eines mehrkanaligen Kommunikationssystems in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist, das aktive Schlitzantennen verwendet, die in eine Fahrzeugkarosserie eingebaut sind;
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8 eine schematische Seitenansicht einer in eine Fahrzeugkarosserieverkleidung eingebauten Schlitzantenne und einer zugehörigen Koaxialkabelaufnahme in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist;
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9 ein Logikflussdiagramm zum Konfigurieren von Fahrzeugen mit eingebauten Schlitzantennen in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist nur beispielhaft und ist nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Es versteht sich, dass in den Zeichnungen einander entsprechende Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. Der Begriff Modul bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, Verarbeitungsschaltkreise, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert, oder Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten umfassen können, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform enthält ein Fahrzeug eine Außenkarosserie mit einem Metallblechabschnitt und eine Schlitzantenne, die einen Schlitz durch den Metallblechabschnitt hindurch und ein dielektrisches Material, das den Schlitz ausfüllt, umfasst. Der Schlitz ist ausgelegt, um einen Antennenresonanzstrahler für Kommunikationssignale zu bilden, die sich in einem Ziel-Frequenzband ausbreiten. Der Schlitz weist typischerweise eine Längendimension auf, die einem ganzzahligen Vielfachen einer Halbwellenlänge der Zielfrequenz entspricht, die sich in dem dielektrischen Material ausbreitet. Eine Außenlackierung der Karosserie bedeckt typischerweise eine Außenseite des Metallblechabschnitts, den Schlitz und das dielektrische Material, wodurch die Antenne visuell verborgen wird. In den meisten Fällen wird eine zusätzliche Feinabstimmungsphase ausgeführt, welche die Fahrzeugmaterialien (z. B. Lackierung, Metallblech und dielektrisches Material, welche die Schlitzantenne bilden) und die Fahrzeuggeometrie berücksichtigt, um die Antennenleistung zu optimieren. Dieser Prozess führt oft zu einer endgültigen Antennenkonfiguration, die etwas von der vorstehend erwähnten allgemeinen Regel abweicht, welche als für eine allgemeine anfängliche Richtlinie oder als ”Daumenregel” für nützlich erachtet wird.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt einer Ausführungsform wird ein erstes Hochfrequenz-Aufnahmeelement (HF-Aufnahmeelement) mit dem Metallblechabschnitt benachbart zu einer ersten Längsseite des Schlitzes verbunden und ein zweites HF-Aufnahmeelement wird mit dem Metallblechabschnitt benachbart zu einer zweiten Längsseite des Schlitzes elektrisch verbunden. Die HF-Aufnahme ist typischerweise an einer Unterseite des Metallblechabschnitts entgegengesetzt zu der lackierten Außenseite angeordnet. Ein mit der HF-Aufnahme verbundenes Koaxialkabel kann entlang der Unterseite des Karosserieteils verlaufen. Eine Dachverkleidung oder eine andere Karosserie-Innenkomponente kann das Koaxialkabel vor einer Betrachtung von der Innenseite des Fahrzeugs aus verbergen. Ein Verstärker oder Empfänger kann mit dem Koaxialkabel verbunden sein und ausgestaltet sein, um mithilfe der Schlitzantenne an HF-Kommunikationen teilzunehmen.
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In verschiedenen alternativen Ausführungsformen kann eine Anzahl von Schlitzantennen an dem gleichen Karosserieaußenteil oder an verschiedenen Karosserieteilen angeordnet sein. Die Schlitzantenne kann einen zweiten Schlitz enthalten, der rechtwinklig zu dem ersten Schlitz orientiert ist, um eine Schlitzantenne mit dualer Polarität zu bilden. Ein oder mehrere zusätzliche Schlitze können parallel und benachbart zu dem ersten Schlitz orientiert sein, wobei sie eine Länge aufweisen, die sich von der des ersten Schlitzes unterscheidet, um eine Multiband-Schlitzantenne zu bilden. In einer anderen Alternative enthält die Antenne mehrere Schlitzkomponenten mit verschiedenen Längen, die sich in eine erste Richtung erstrecken, in Verbindung mit mehreren Schlitzkomponenten mit verschiedenen Längen, die sich rechtwinklig zu der ersten Richtung erstrecken, wodurch eine Multiband-Schlitzantenne mit dualer Polarität gebildet wird. Das Fahrzeug kann eine Anzahl von Schlitzantennen enthalten, die für Kommunikationen in einer Anzahl verschiedener Frequenzkanäle ausgestaltet sind, die für verschiedene Typen von Kommunikationsrichtungen bestimmt sind. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung enthält ein Fahrzeugkarosserieteil eine oder mehrere Schlitzantennen. Das heißt, dass Ausführungsformen der Erfindung ein Fahrzeug, das eine oder mehrere Schlitzantennen trägt, und ein Karosserieaußenteil, das eine oder mehrere Schlitzantennen trägt, umfassen.
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Das Einbauen von Schlitzantennen in metallische Karosserieverkleidungen verwandelt die Fahrzeugkarosserie selbst in einen Antennenstrahler. Dies stellt einen Paradigmenwechsel in Fahrzeugkommunikationssystemen weg von der herkömmlichen Herangehensweise dar, die daraus besteht, dass externe Antennen verwendet werden oder der HF-Abschirmeffekt der Fahrzeugkarosserie für Netzwerkvorrichtungen, welche keine externen Antennen verwenden, akzeptiert wird. Das direkte Einbauen der Schlitzantennen in die metallischen Karosserieverkleidungen verwandelt die Fahrzeugkarosserie selbst von einem HF-Schirm in eine HF-Antenne, welche den Empfang einer mobilen Kommunikation für einen großen Bereich von HF-Kommunikationsvorrichtungen signifikant verbessert, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind oder mit diesem auf andere Weise verbunden sind. Verschiedene Typen von Schlitzantennen können für verschiedene Kommunikationskanäle enthalten sein, die von verschiedenen Typen von Vorrichtungen benutzt werden, etwa Mobiltelefone, Wifi-Vorrichtungen, automatischen Zusammenstoßwarnvorrichtungen, Fahrzeugdiebstahl-Warnvorrichtungen und so weiter. Multiband-Schlitzantennen sind zum Empfang mehrerer Bänder innerhalb eines größeren Frequenzkanals ausgestaltet.
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Beispielsweise kann eine Multiband-Schlitzantenne mehrere Mobiltelefonbänder innerhalb eines größeren Kommunikationskanals, der für Mobiltelefonkommunikation reserviert ist, unterstützen. Antennen mit dualer Polarität können verwendet werden, um Signale zu empfangen, die sich in einem Modus mit dualer Polarität ausbreiten. Viele Schlitzkomponenten können als Multiband-Antennen mit dualer Polarität ausgestaltet sein. Jede der in dieser Offenbarung beschriebenen Schlitzantennen kann in einer passiven Konfiguration (ohne eine HF-Aufnahme) oder in einer aktiven Konfiguration mit einer HF-Aufnahme und mit einem Koaxialkabel, das die Antenne mit einer elektronischen Vorrichtung verbindet, etwa mit einem Empfänger oder mit einem Verstärker, der innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist oder anderweitig damit verbunden ist, verwendet werden.
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Es ist daher festzustellen, dass HF-Aufnahmen in passiven Konfigurationen nicht benötigt werden und dass speziell geformte Aufnahmeelemente (Sonden) in aktiven Konfigurationen nicht benötigt werden. Stattdessen wird der Schlitz so gestaltet, dass er als Resonator für die Zielfrequenz wirkt, indem die metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung in dem Bereich in der Nähe des Schlitzes effektiv auf die Zielfrequenz abgestimmt wird. Dies ermöglicht, dass die HF-Aufnahmeelemente, die entlang der Seite des Schlitzes positioniert sind, die Kommunikationssignale empfangen, die sich aufgrund des Vorhandenseins des Schlitzes mit der Zielfrequenz in der metallischen Karosserie ausbreiten. Es soll auch angemerkt werden, dass die Länge des Schlitzes so gewählt wird, dass er ein Resonator für die Zielfrequenz ist, die sich in dem dielektrischen Material ausbreitet (d. h. ein ganzzahliges Vielfaches der Halbwellenlänge (nλ/2) der Zielfrequenz, die sich in dem dielektrischen Material ausbreitet oder in den meisten Fällen eine spezifischer konstruierte Länge, welche ein Ergebnis eines Feinabstimmungsprozesses ist, der alle Geometrie- und Strukturparameter mit Bezug auf die Antenne berücksichtigt), wohingegen die HF-Aufnahmeelemente das Signal mit der Zielfrequenz empfangen, welche sich hauptsächlich entlang der Oberfläche der metallischen Fahrzeugkarosserie ausbreitet. Die Fähigkeit der Schlitzantenne, die metallische Fahrzeugkarosserie selbst auf eine Weise lokal abzustimmen, dass eine Aufnahme mit einem Paar von HF-Aufnahmeelementen ermöglicht werden kann, welche in der Nähe des Schlitzes mit der Karosserieverkleidung elektrisch verbunden sind, war ein nicht erwartetes Ergebnis. Auch die Effektivität einer korrekt dimensionierten Schlitzantenne beim Weiterleiten von HF-Signalen mit einer Zielfrequenz durch die Karosserieverkleidung hindurch sogar ohne HF-Aufnahmen war unerwartet. Während die meisten Antennen leitfähige Elemente enthalten, die so geformt sind, dass sie der Zielfrequenz entsprechen, gestaltet die vorliegende Erfindung den Schlitz (d. h. ein Fehlen von leitfähigem Material) in der leitfähigen Fahrzeugkarosserie derart, dass er der Zielfrequenz entspricht. Diese grundlegende Herangehensweise kann wirksam eingesetzt werden, um einen Bereich von anspruchsvolleren Antennenkonfigurationen auf eine kostengünstige, leicht herstellbare, hocheffektive und visuell verborgene Weise zu erzeugen.
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Bei einem anderen Aufbau der Schlitzantenne wird ein Aufbau mit mehreren Ausgängen und mehreren Eingängen (ein MIMO-Aufbau) vorgeschlagen. Moderne Sender/Empfänger verwenden mehrere Antennen, um sowohl ihren Empfänger als auch ihren Sender zu speisen. Diese Herangehensweise zusammen mit entsprechenden vor kurzem eingeführten Modulations- und Demodulations-Schemata hat gezeigt, dass sie die Leistung in mobilen drahtlosen Breitbandkommunikationen verbessert. Die vorgestellte Schlitzantenne ist auch für den MIMO-Aufbau geeignet, wobei wenige verschiedene Schlitze mit verschiedenen Sender/Empfänger-Einspeisungen aktiv verbunden werden.
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In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist 1 eine konzeptionelle Veranschaulichung eines Kraftfahrzeugs 10, das eine Anzahl von Schlitzantennen 12a–n trägt, die in die metallischen Karosserieverkleidungen des Fahrzeugs eingebaut sind. Diese Figur veranschaulicht das grundlegende Konzept des Einbauens einer oder mehrerer Schlitzantennen, die in ein oder mehrere metallische Karosserieteile des Fahrzeugs eingebaut werden, wodurch die metallische Karosserie des Fahrzeugs effektiv in einen Antennenstrahler umgewandelt wird. Nur ein paar repräsentative Schlitzantennen, die am Fahrzeug gezeigt sind, sind beschriftet, um ein Überladen der Figur zu vermeiden. Das Anordnen einer Anzahl verschiedener Schlitzantennen an verschiedenen Fahrzeugkarosserieverkleidungen mit unterschiedlichen Orientierungen trägt zur Aufrechterhaltung eines Empfangs mit hoher Qualität bei, wenn das Fahrzeug seine Orientierung mit Bezug auf die Ausbreitungswinkel der Kommunikationssignale verändert. Obwohl die Figur den gleichen Typ von Antenne mit einem Schlitz an jeder Stelle zeigt, kann ein Bereich von verschiedenen Typen von anspruchsvolleren Antennen verwendet werden, wie nachstehend beschrieben ist.
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In Fahrzeugkarosserieverkleidungen eingebaute Schlitzantennen sind für Kraftfahrzeuge gut geeignet, aber nicht auf diese spezielle Art von Fahrzeug begrenzt. Die gleiche Herangehensweise kann auf jeden Typ eines metallischen Behälters angewendet werden, der mobile Kommunikationsvorrichtungen beherbergt. Der Bereich potentieller Anwendungen wird daher weiterhin zunehmen, da sich Kommunikationsvorrichtungen weiterhin ausbreiten werden. Als weiteres Beispiel veranschaulicht 2 ein Flugzeug 20, das eine Anzahl von Schlitzantennen 22a und 22b trägt, die in metallische Karosserieverkleidungen des Flugzeugs eingebaut sind. Andere veranschaulichende Beispiele umfassen Lastwägen, Frachtbehälter, Schienenfahrzeuge, Schiffe, Hubschrauber, unbemannte Flugzeuge, Raumfahrzeuge, Raketen und so weiter.
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3A ist eine Frontansicht einer veranschaulichenden Singleband-Schlitzantenne 30 mit einer einzigen Polarität, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung 31 eingebaut ist. Die Grundantenne umfasst einen Schlitz 32 durch eine metallische Karosserieverkleidung 31 hindurch, der mit einem dielektrischen Material 34 gefüllt ist. Das dielektrische Material soll für seine beabsichtigte Anwendung flexibel, aber haltbar sein und eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen, wie etwa zwei bis vier (2 < εr < 4, wobei die Dielektrizitätskonstante von Vakuum per Konvention gleich εr = 1,0). Obwohl eine höhere Dielektrizitätskonstante es allgemein ermöglicht, dass der Schlitz für die gleiche Zielfrequenz kleiner wird, ist festzustellen, dass die Dielektrizitätskonstante kein begrenzender Faktor ist und Materialien mit einem Bereich von Dielektrizitätskonstanten verwenden werden können. Viele Polymerharze, Glasfaser, Polymere, Verbundstoffe und andere Arten von dielektrischen Materialien werden als das dielektrische Material zufriedenstellend arbeiten. Der Schlitz 32 weist eine Länge ”L” auf, die einem ganzzahligen Vielfachen einer Halbwellenlänge (nλ/2) der Zielfrequenz entspricht, die sich in dem dielektrischen Material 34 ausbreitet, um einen Resonanzhohlraum für die Zielfrequenz zu bilden. In den meisten Fällen wird eine zusätzliche Feinabstimmungsphase ausgeführt, welche die Fahrzeugmaterialien (z. B. Lackierung, Metallblech und dielektrisches Material, aus dem die Schlitzantenne besteht) und die Fahrzeuggeometrie berücksichtigt, um die Antennenleistung zu optimieren. Dieser Prozess endet höchstwahrscheinlich in einer allgemeineren Form der Antenne, die ein wenig von der vorstehend erwähnten Daumenregel abweichen kann. Da Duplex-Kommunikationskanäle eine Frequenzlücke zwischen Sende- und Empfangsbändern aufweisen, kann eine genaue Längenentsprechung zu einer genauen Frequenz nicht erwartet werden. Zudem wird eine genaue Entsprechung für eine funktionierende Leistung nicht benötigt. Von einem praktischen Standpunkt aus gesehen sollte eine Daumenregel für die Länge des Schlitzes einem ganzzahligen Vielfachen einer Halbwellenlänge der Nenn-Zielfrequenz ausreichend genau entsprechen, um zu ermöglichen, dass der Schlitz als Resonator für Signale wirkt, die sich mit der Zielfrequenz ausbreiten. Die tatsächliche Entwurfsphase durchquert einen Feinabstimmungsprozess, der zusätzliche Effekte berücksichtigt, die mit den Materialien und der Geometrie in Beziehung stehen und der darauf abzielt, die Schlitzantennenleistung für das spezielle Fahrzeugmodell und den speziellen Verwendungszweck zu optimieren.
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Das ganzzahlige Vielfache wird typischerweise gewählt, um eine Schlitzantenne mit einer Länge zu erzeugen, die aus der Perspektive der Herstellung zum Einbauen in eine Fahrzeugkarosserieverkleidung 31 gut geeignet ist, etwa eine Länge im Bereich von 5–10 cm. Der Schlitz 32 weist auch eine Breite ”W” auf, die viel kleiner als die Länge sein sollte. Im Allgemeinen steuert die Breite des Schlitzes die Schärfe des Empfangsbands (Q) der Schlitzantenne. Sie sollte daher breit genug sein, um sowohl die Sende- als auch die Empfangs-Teilbänder für eine Zielanwendung mit Duplex-Kommunikation aufzunehmen, während sie auch schmal genug ist, um ein funktionales Bandpassfilter um die Zielfrequenz herum zu definieren und Interferenzen von anderen Signalen zu vermeiden. Als allgemeine Regel wird eine Schlitzbreite im Bereich von 5–10 mm als geeignet für eine Schlitzantenne betrachtet, die eine Länge im Bereich von 5–10 cm aufweist. Es ist jedoch festzustellen, dass dies nur allgemeine Richtlinien sind und dass die spezielle Länge und Breite einer speziellen Schlitzantenne für eine spezielle Zielfrequenz ein Thema der Entwurfswahl sein wird.
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Jede Schlitzantenne kann passiv (ohne eine HF-Aufnahme) oder aktiv mit einer HF-Aufnahme und mit einem Koaxialkabel sein, welche die Antenne mit einer elektronischen Vorrichtung verbinden, etwa einem Empfänger oder einem Verstärker, der innerhalb des Fahrzeugs angeordnet ist oder damit auf andere Weise verbunden ist. Beispielsweise kann eine passive Antenne für Mobiltelefone und Wifi-Vorrichtungen bereitgestellt werden, die sich für gewöhnlich nicht mit Hilfsantennen verbinden, wohingegen eine HF-Aufnahme für Radios, Navigationsvorrichtungen und automatische Zusammenstoßwarnvorrichtungen bereitgestellt werden kann, welche für gewöhnlich mit Hilfsantennen verbunden werden. Zur Veranschaulichung der aktiven Konfiguration enthält 3A eine HF-Aufnahme mit einem ersten HF-Aufnahmeelement 36, das von einer ersten Längsseite des Schlitzes 32 beabstandet und dazu benachbart ist, und ein zweites HF-Aufnahmeelement 38, das von der gegenüberliegenden Längsseite des Schlitzes beabstandet und dazu benachbart ist. Der Mittelleiter eines Koaxialkabels ist gewöhnlich mit einem der HF-Aufnahmeelemente verbunden und der Schirmleiter des Koaxialkabels ist gewöhnlich mit dem anderen Aufnahmeelement verbunden. 3B zeigt ein Beispiel für eine passive Singleband-Schlitzantenne 35 mit einer einzigen Polarität.
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4A ist eine Frontansicht einer veranschaulichenden Multiband-Schlitzantenne 40 mit einer einzigen Polarität, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung 31 eingebaut ist. Die Multiband-Antenne enthält mehrere Schlitze, in diesem Beispiel die Schlitze 42, 44 und 46, die typischerweise in einer parallelen Orientierung angeordnet sind, und sie kann passiv (ohne HF-Aufnahmen) oder aktiv sein (mit einem oder mehreren Paaren von HF-Aufnahmeelementen). Diese spezielle Konfiguration enthält ein einziges Paar von HF-Aufnahmeelementen 47, 48 für die drei Schlitzantennen 42, 44 und 46. Dies ermöglicht, dass die Signale, die von allen drei Schlitzantennen aufgenommen werden, auf einem einzigen Koaxialkabel an einen Empfänger übertragen werden, der ausgestaltet ist, um sich selektiv auf die Signale einzustellen, die durch die verschiedenen Schlitze empfangen werden. Dieser Typ von Multiband-Antenne kann für eine Anwendung geeignet sein, bei der Signale in mehreren verschiedenen Bändern innerhalb eines größeren Kommunikationskanals für einen speziellen Typ von Vorrichtung zur Verfügung stehen.
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Beispielsweise kann jede der Schlitzantennen 42, 44 und 46 ausgelegt sein, um Mobiltelefonsignale in einem speziellen Frequenzband zu empfangen, das von einer anderen Fernmeldegesellschaft betrieben wird, was ermöglicht, dass die Multiband-Schlitzantenne 40 Signale von allen drei Fernmeldegesellschaften aufnimmt. Es ist festzustellen, dass in der Praxis die Zusammensetzung aus drei Schlitzen nicht unbedingt mit drei diskreten Frequenzen direkt übereinstimmen muss, die den jeweiligen Schlitzen zugeordnet sind. Stattdessen kann erwartet werden, dass diese Art von Struktur einen Bereich von Frequenzen, der in Bezug zu den Frequenzen steht, die den einzelnen Schlitzen zugeordnet sind, statt ein paar diskrete Frequenzen empfängt. 4B zeigt ein Beispiel für eine passive Multiband-Schlitzantenne 45 mit einer einzigen Polarität.
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5A ist eine Frontansicht einer veranschaulichenden Singleband-Schlitzantenne 50 mit dualer Polarität, die in eine metallische Fahrzeugkarosserieverkleidung 31 eingebaut ist. Es ist festzustellen, dass HF-Signale in einigen Fällen in einem Modus mit dualer Polarität übermittelt werden. Um dieser Situation zu genügen, enthält die Schlitzantenne 50 zwei gleich dimensionierte Schlitze 52, 54, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Dieser Typ von Schlitzantenne kann auch in einer passiven (ohne HF-Aufnahmen) oder einer aktiven (mit einem oder mehreren Paaren von HF-Aufnahmeelementen) Konfiguration eingesetzt werden. In einer aktiven Konfiguration wird typischerweise ein einziger Satz von HF-Aufnahmeelementen 56, 58 für die beiden Schlitze 52, 54 verwendet, was ermöglicht, dass ein einziges Koaxialkabel Signale für beide Polaritäten an einen Empfänger oder Verstärker im Inneren des Fahrzeugs überträgt. 5B zeigt ein Beispiel für eine passive Singleband-Schlitzantenne 55 mit dualer Polarität.
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6A ist eine Frontansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform für eine Multiband-Schlitzantenne 60 mit dualer Polarität, die in eine Fahrzeugkarosserieverkleidung 31 eingebaut ist. Diese Antenne ist als Struktur mit einem einzigen Schlitz ausgestaltet, die mehrere Schlitzkomponenten 62a–c aufweist, die sich in eine erste Orientierung (vertikal) mit unterschiedlichen Längen erstrecken, und die mit mehreren anderen Schlitzkomponenten 64a–c in einer dazu rechtwinkligen Orientierung (horizontal) verbunden sind, welche verschiedene Längen aufweisen. Diese Konfiguration kombiniert folglich die Multiband-Herangehensweise der in 4A gezeigten Antenne 40 mit der Herangehensweise mit dualer Polarität der in 5A gezeigten Antenne 50 zu einer Struktur mit einem einzigen Schlitz. Wie es bei allen Schlitzantennen in dieser Offenbarung der Fall ist, kann dieser Typ von Antenne in einer passiven (ohne HF-Aufnahmen) oder einer aktiven (mit einem oder mehreren Paaren von HF-Aufnahmeelementen) Konfiguration eingesetzt werden. In einer aktiven Konfiguration wird typischerweise ein einziger Satz von HF-Aufnahmeelementen 66, 67 für die gesamte Schlitzstruktur 60 verwendet, was ermöglicht, dass ein einziges Koaxialkabel Multiband-Signale mit dualer Polarität an einen Empfänger oder Verstärker im Inneren des Fahrzeugs unter Verwendung eines gewöhnlichen Koaxialkabels überträgt. 6B zeigt ein Beispiel für eine passive Multiband-Schlitzantenne 65 mit dualer Polarität.
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7 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Multikanal-Kommunikationssystems 70, das aktive und passive Schlitzantennen verwendet, die in eine Fahrzeugkarosserieverkleidung 31 eingebaut sind, um verschiedene alternative Ausführungsformen zu veranschaulichen. Eine Fahrzeugkarosserie 71 enthält eine Anzahl von Schlitzantennen 72a–n, welche verschiedene Konfigurationen wie vorstehend beschrieben aufweisen können. Für passive Antennenkonfigurationen wird nur die Schlitzantennenkonfiguration selbst benötigt. Für aktive Antennenkonfigurationen wird eine HF-Aufnahme benachbart zu der Schlitzantenne bereitgestellt, um ein Koaxialkabel anzuschließen, das zu einer Stelle innerhalb des Fahrzeugs führt. Das Koaxialkabel kann mit einer mit Strom versorgten elektronischen Vorrichtung verbunden sein, etwa mit einem Empfänger oder mit einem Verstärker, oder mit einer nicht mit Strom versorgten Vorrichtung, etwa mit einem weiteren Antennenstrahler (einer Relaisantenne). Es versteht sich, dass diese speziellen Beispiele nur veranschaulichend sind und dass andere Verbindungskonfigurationen als Angelegenheit einer Entwurfswahl verwendet werden können.
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Zur Veranschaulichung dieser verschiedenen Alternativen zeigt 7 eine Anzahl von Schlitzantennen 72a–n mit verschiedenen aktiven und passiven Konfigurationen, wobei bestimmte Schlitzantennen mit Koaxialkabeln verbunden sind und andere nicht. Als erstes Beispiel verbindet das Kabel 73a die Antenne 72a mit einem Empfänger 76a, der gewöhnlich mit einer Hilfsantenne verbunden ist, etwa ein Radio, eine Navigationsvorrichtung, eine automatische Zusammenstoßwarnvorrichtung, eine automatische Diebstahlwarnvorrichtung oder dergleichen. In dieser Konfiguration ersetzt die Antenne 72a eine herkömmliche externe Antenne, etwa eine Peitschen- oder Haifischflossenantenne, die bei aktuellen Fahrzeugen oft zu sehen ist. Als zweites Beispiel verbindet das Kabel 73b die Antenne 72b mit einem mit Strom versorgten bidirektionalen Verstärker 75b, der Mobiltelefonsignale für ein oder mehrere Mobiltelefone 76b verstärkt, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet oder anderweitig damit verbunden sind. Da die Antenne 72b eine Multiband-Antenne sein kann, kann sie Mobiltelefon-Kommunikationssignale in mehreren Bändern, die von verschiedenen Fernmeldegesellschaften betrieben werden, unterstützen. Als drittes Beispiel verbindet das Kabel 73c die Antenne 72c mit einem nicht mit Strom versorgten Antennenstrahler 75c (einer Relaisantenne), die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet oder anderweitig damit verbunden ist, was in diesem Beispiel einen verbesserten Datenkommunikationsdienst für einen oder mehrere Tablet-Computer 76c bereitstellt, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet oder anderweitig damit verbunden sind. In einem vierten Beispiel stellt die passive Antenne 72d ohne eine HF-Aufnahme einen verbesserten Kommunikationsdienst für ein oder mehrere Mobiltelefone bereit, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet oder anderweitig damit verbunden sind. In einem fünften Beispiel verbindet das Koaxialkabel 73n die aktive Antenne 72n mit einem Wifi-Repeater 75n, wodurch drahtlose Dienste, etwa Internet oder Messaging-Dienste, für eine oder mehrere drahtlose Rechenvorrichtungen bereitgestellt werden, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet oder anderweitig damit verbunden sind und durch den Notebookcomputer 76n repräsentiert werden. In jedem Beispiel kann die Antenne 72a–n eine Singleband- oder Multiband-Antenne sein, mit Radiatoren mit einer einzigen Polarität oder mit dualer Polarität, die Datenkommunikationssignale in entsprechenden Kanälen und Modi, die von verschiedenen Fernmeldegesellschaften betrieben werden, unterstützen. Zudem kann jede Alternative einen verbesserten Kommunikationsdienst für Vorrichtungen bereitstellen, die innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind oder falls gewünscht für Vorrichtungen, die mit dem Fahrzeug wirksam verbunden sind, während die Vorrichtungen außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind. Das heißt, dass es sich versteht, dass die verbesserten Kommunikationsdienste, die durch Ausführungsformen der Erfindung bereitgestellt werden, für mobile Vorrichtungen arbeiten werden, während diese physikalisch innerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind, sowie für mobile Vorrichtungen, die außerhalb des Fahrzeugs angeordnet sind, solang die Vorrichtungen mit dem Fahrzeug wirksam verbunden bleiben. Die Fahrzeugkarosserie selbst kann daher als Antenne dienen, um verbesserte Kommunikationsdienste sowohl innerhalb des Fahrzeugs als auch in einer Zone um das Fahrzeug herum bereitzustellen. Es kann erwartet werden, dass das Hinzufügen eines bidirektionalen Verstärkers oder einer Hilfsantenne die Fähigkeit von Ausführungsformen verbessert, verbesserte Kommunikationsdienste sowohl innerhalb des Fahrzeugs als auch in einer Zone um das Fahrzeug herum bereitzustellen.
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8 ist eine schematische Seitenansicht einer Schlitzantenne 80, die in eine Fahrzeugkarosserieverkleidung 81 integriert eingebaut ist. Das dielektrische Material 82 füllt den Schlitz aus und liegt unter dem Außenlack 83, wodurch ein sanfter Übergang auf der Karosserieverkleidung 81 hergestellt wird. Die Antenne wird in die Fahrzeugkarosserieverkleidung typischerweise während des ursprünglichen Herstellungsprozesses eingebaut, was ermöglicht, dass der originale Fahrzeuglack auf den Schlitz aufgebracht wird, der mit dem dielektrischen Material ausgefüllt ist, wodurch die Antenne visuell verborgen wird. Das heißt, dass die Schlitzantenne von einem gewöhnlichen Betrachter, der die gewöhnliche Sorgfalt beim Betrachten des Fahrzeugs in einem Kaufkontext aufbringt, nicht leicht zu sehen ist. In einer aktiven Konfiguration sind die HF-Aufnahmen 84, 85 an einer Unterseite der Karosserieverkleidung angeordnet, die der lackierten Außenoberfläche der Karosserie gegenüberliegt. Ein Koaxialkabel 86, das entlang der Unterseite der Verkleidung verläuft, weist einen Mittelleiter 87 auf, der mit der ersten HF-Aufnahme 84 verbunden ist, und einen Schirmleiter 88, der mit der anderen HF-Aufnahme 85 verbunden ist. Das Koaxialkabel und die HF-Aufnahmen werden typischerweise durch eine Dachverkleidung 89 oder eine andere Karosserieinnenkomponente verborgen. Aus ästhetischen Gründen kann das Kabel so positioniert sein oder das verbergende Teil kann so geformt oder ausreichend fest sein, dass ein plumpes Erscheinungsbild vermieden wird. Auf diese Weise kann eine Anzahl von Schlitzantennen als Originalausstattung des Fahrzeugs installiert und verdrahtet werden.
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9 ist ein Logikflussdiagramm 90 zur Konfiguration von Fahrzeugen mit Schlitzantennen, die in Karosserieaußenteile eingebaut sind. In Block 91 bestimmt der Konstrukteur Kommunikationskanäle, die in dem Fahrzeug untergebracht werden sollen, etwa Kanäle für verschiedene Typen von Vorrichtungen. Beispielsweise können Kanäle diejenigen umfassen, die für gewöhnlich für AM/FM-Radio, für Satellitenradio, für Navigationsvorrichtungen, für Mobiltelefone, für Wifi- und andere Datenvorrichtungen, für automatische Zusammenstoßwarnvorrichtungen, für Diebstahlwarnvorrichtungen und so weiter verwendet werden. In Block 92 bestimmt der Konstrukteur mehrere Bänder, die innerhalb der Kommunikationskanäle unterstützt werden sollen. In Block 93 bestimmt der Konstrukteur mehrere Polaritäten, die innerhalb der Kommunikationsbänder unterstützt werden sollen. In Block 94 bestimmt der Konstrukteur, welcher Kanal passiv sein wird und welcher aktiv sein wird. In Block 95 bestimmt der Konstrukteur ein Schlitzantennen-Layout, welches mehrere Schlitzantennen in mehreren Karosserieverkleidungen umfassen kann. In Block 96 werden die Schlitzantennen in die Karosserieverkleidungen während des ursprünglichen Fertigungsprozesses eingebaut. In Block 97 werden die aktiven Schlitzantennen während des ursprünglichen Fertigungsprozesses mit Koaxialkabeln verdrahtet. In Block 98 kann ein oder können mehrere aktive Vorrichtungen, Empfänger und Antennen über die Koaxialkabel an den Antennen angebracht werden.
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Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht der Fachmann auf dem Gebiet, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Elemente durch Äquivalente derselben ersetzt werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Zudem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne den wesentlichen Umfang derselben zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen begrenzt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der Anmeldung fallen.
