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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für ein Fahrzeug, bei der eine erste Antennenstruktur in ein Gehäuse eines Impedanzwandlers und eine zweite Antennenstruktur in oder an einer Fahrzeugscheibe angeordnet ist.
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Durch neue Dienste und steigende Anforderungen an die Qualität und Datenrate drahtloser Dienste nimmt die Anzahl der zu verbauenden Antennen im Fahrzeug stetig zu. Neben einer Positionierung von Antennen im Bereich der Stoßstange und auf dem Dach bietet der Scheibenbereich von Fahrzeugen einen potentiellen Bauraum für Antennen. Hierbei sind derzeit Unterglasantennen, wie beispielsweise im Bereich der Spiegelfußhalterung oder im Bereich der Heckscheibe, oder Folienklebelösungen bekannt.
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DE 103 14 094 A1 offenbart eine Fahrzeugantenne, die auf eine Scheibe aufgebracht ist und eine integrierte Verstärkerschaltung aufweist, wobei die Antenne eine Nutzung sowohl für Mobilfunkdienste als auch für Rundfunkdienste ermöglicht.
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DE 699 26 826 T2 offenbart eine Scheibenantennenanordnung für ein Fahrzeug. Dabei umfasst die Sende- und Empfangseinrichtung des Fahrzeugs eine Scheibenantenne für Mobilfunk und Rundfunk sowie einen Impedanzwandler.
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DE 101 14 769 A1 offenbart eine aktive Breitbandempfangsantenne. Dabei umfasst die Scheibenantenne für ein Fahrzeug eine Verstärkerschaltung.
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Die
DE 10 2009 051 605 A1 betrifft eine Multiband-Finnenantenne für ein Fahrzeug. Die Multiband-Finnenantenne weist mindestens ein Sende- und ein Empfangsantennenelement aus der Gruppe AM/FM-Antennen, Telefon- und RKE-Antennen, GPS-Antenne, SDARS-Antenne, gestapelte Patch-Antenne, DAP-Antennen, WLAN-Antenne, WIMAX-Antenne oder DRM-Antenne auf. Die Antennenelemente sind unter einer gemeinsamen finnenförmigen Außenabdeckung auf der Außenseite des Fahrzeugs angeordnet. Im Inneren der finnenförmigen Außenabdeckung befindet sich eine Antennenplatine, auf der die Antennenelemente angeordnet sind. Elektronische Anpassungs- oder Verstärkerschaltkreise mit Transceiver, Tuner oder Empfänger sind sowohl auf der oberen Seite als auch unteren Seite der Antennenplatine angeordnet.
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Die Anordnung von Telefonantennen in einem Fahrzeug ist unterschiedlichen Schwierigkeiten unterworfen. Eine Anordnung einer Telefonantenne auf dem Dach des Fahrzeugs ist sichtbar und problematisch im Hinblick auf einen Gesamteindruck des Fahrzeugs. Eine Implementierung der Telefonantenne in ein Armaturenbrett des Fahrzeugs kann ein hohes Dämpfungspotential aufweisen und Störungen der verbauten elektronischen Bauteile verursachen. Im Bereich einer Stoßstange des Fahrzeugs muss eine Telefonantenne besonders robust und geschützt aufgebaut sein und ist somit kostenintensiv auszuführen. Die tiefe Einbaulage kann sich dabei nachteilig auf die Empfangsleistung der Telefonantenne auswirken. Darüber hinaus können sich Telefonantennen und Fernsehantennen aufgrund von teilweisen Überschneidungen in den verwendeten Frequenzen gegenseitig störend beeinflussen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antennenstruktur zur Anordnung in und/oder an einem Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, welche eine bessere Leistungsfähigkeit bietet und teilweise bereits bestehende Bauteilstrukturen nutzt, sodass die Antennenstruktur möglichst platzsparend und kostengünstig umgesetzt werden kann.
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Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Antennenanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug. Die Antennenanordnung weist mindestens eine zweite elektronische Schaltung, mindestens eine erste Antennenstruktur, mindestens eine dritte elektronische Schaltung, mindestens eine zweite Antennenstruktur und mindestens einen Impedanzwandler auf. Der Impedanzwandler weist ein Gehäuse auf. In dem Gehäuse des Impedanzwandlers ist mindestens eine erste elektronische Schaltung zum passiven oder aktiven Anpassen einer Impedanz und zum Verstärken eines Signals einer Rundfunkantenne mit mindestens einem elektrischen Eingang und mindestens einem elektrischen Ausgang eingebracht. Erfindungsgemäß ist in dem Gehäuse die mindestens eine zweite elektronische Schaltung zum Verbinden mit der mindestens einen ersten Antennenstruktur zum Senden und Empfangen von Daten und die mindestens eine dritte elektronische Schaltung zum Verbinden mit der mindestens einen zweiten Antennenstruktur zum Senden und Empfangen von Daten angeordnet.
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Der Impedanzwandler ist üblicherweise im Bereich der Armaturen eines Fahrzeugs angeordnet und ist mit einer Antenne zum Bereitstellen von Rundfunkdiensten verbunden. Die Antenne zum Bereitstellen von Rundfunkdiensten ist üblicherweise außerhalb des Fahrzeugs in einem Dachbereich angeordnet und somit von dem Impedanzwandler beabstandet. Durch Einbringen einer Antenne in das Gehäuse oder an dem Gehäuse des Impedanzwandlers kann eine weitere Antenne derart in das Fahrzeug integriert werden, dass beidseitig negative Wechselwirkungen der Antennen minimal sind. Die im oder an dem Gehäuse angeordnete Antenne kann hier beispielsweise eine Antenne zum Breitstellen einer Car-to-Car Kommunikationsverbindung, eine Bluetooth-Antenne, eine WLAN Antenne und dergleichen sein.
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Die Implementierung einer ersten Antennenstruktur in einen bereits bestehenden Impedanzwandler benötig keinen zusätzlichen Bauraum im Fahrzeug. Für die erste Antennenstruktur kann das bereits vorhandene Gehäuse des Impedanzwandlers genutzt werden. Der geringe Abstand zwischen der zweiten elektronischen Schaltung und der ersten Antennenstruktur, welche beide in dem Gehäuse des Impedanzwandlers integriert sind, verhindert darüber hinaus Übertragungsverluste und erhöht die Leistungsfähigkeit der ersten Antennenstruktur.
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Eine Fernsehantenne kann negativ mit Mobilfunkantennen, wie beispielsweise LTE-Antennen, interferieren . Durch die erfindungsgemäße Antennenanordnung ist es möglich, auf eine oder mehrere analoge Fernsehantenne auf einer Fahrzeugscheibe zu verzichten und den entstehenden Platz für mindestens eine Mobilfunkantenne auf der Fahrzeugscheibe (beispielsweise für UMTS-, LTE-, G5- Dienste) zu nutzen. Hierdurch ergeben sich mehr Möglichkeiten, da auch Fernsehen und viele weitere über das TV hinausgehende Dienste über Mobilfunkantennen bereitgestellt werden können. Negative Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Antennenstrukturen, beispielsweise einer Fernseh- und einer Mobilfunkantenne, können dabei ausgeschlossen werden.
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In einer Ausführungsform der Antennenanordnung ist die mindestens eine zweite Antennenstruktur an oder in einer Fahrzeugscheibe angeordnet. Eine derartige Anordnung der zweiten Antennenstruktur erweist sich als vorteilhaft, da die Scheibe eines Fahrzeugs eine größere Fläche und somit viele Möglichkeiten für das Anbringen bzw. Integrieren der Antennenstruktur bietet. Es können beispielsweise leistungsstärkere Antennen mit größeren Abmessungen verwendet werden, wodurch bestimmte Empfangscharakteristika optimiert werden können. Die zweite Antennenstruktur kann als durchgängige Struktur, wie beispielsweise eine Folie, oder als eine Struktur von dünnen Drähten ausgeführt sein und somit für einen Fahrer nicht wahrnehmbar sein.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die mindestens eine erste Antennenstruktur und die mindestens eine zweite Antennenstruktur auf verschiedene Frequenzen anpassbar. Dies ermöglicht eine Anpassung der ersten und der zweiten Antennenstruktur auf unterschiedliche Frequenzen. Somit können unterschiedliche Frequenzbereiche durch die unterschiedlichen Antennenstrukturen abgedeckt und örtlich voneinander beabstandet werden. Durch die räumliche Beabstandung der ersten und der zweiten Antennenstruktur voneinander und durch die unterschiedlichen von den jeweiligen Antennenstrukturen abgedeckten Frequenzbereichen können zudem negative Wechselwirkungen zwischen den Antennenstrukturen bzw. Antennen verhindert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antennenanordnung empfängt die mindestens eine erste Antennenstruktur hohe Frequenzen und die mindestens eine zweite Antennenstruktur tiefe Frequenzen. Beispielsweise kann die zweite Antennenstruktur für tiefe Frequenzen, wie beispielsweise weniger als 1GHz, ausgelegt und auf der Scheibe des Fahrzeugs angeordnet sein. Für tiefe Frequenzen kann es vorteilhaft sein, die Antennenstruktur größer auszuführen, um ihre Empfangscharakteristik zu optimieren. Die Anordnung in einem Scheibenbereich des Fahrzeugs ermöglicht den notwendigen Platz zum Vergrößern der Antennenstruktur. Der Scheibenbereich kann beispielsweise eine Heckscheibe oder mindestens eine Seitenscheibe des Fahrzeugs sein. Da die zweite Antennenstruktur einen anderen Frequenzbereich abdeckt als die erste Antennenstruktur, können beide Antennenstrukturen nebeneinander betrieben werden, ohne einen Einfluss der Antennenstrukturen bzw. Antennen auf einander registrieren zu können.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine dritte Schaltung über mindestens eine elektrische Leitung mit der mindestens einen zweiten Antennenstruktur verbunden. Der Impedanzwandler kann hierbei vorzugsweise von der zweiten Antennenstruktur beabstandet sein. Der Aufbau ist dabei analog zu den bestehenden Rundfunksystemen. Über das Gehäuse des Impedanzwandlers wird eine Masseverbindung hergestellt. Die zweite, beispielsweise auf einer Scheibe angeordnete Antennenstruktur wird über ein Kabel, beispielsweise über ein sogenanntes Pigtail-Kabel, mit dem Gehäuse des Impedanzwandlers verbunden. Das Kabel hat für hohe Frequenzen einen nicht vernachlässigbaren Einfluss, welcher allerdings i bei tiefen Frequenzen vernachlässigbar ist. Somit kann durch die erfindungsgemäße Antennenstruktur die Einbauposition der ersten und zweiten Antennenstrukturen entsprechend der gewünschten zu empfangenden Frequenzen bzw. Frequenzbereiche optimiert werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Antennenanordnung sind die mindestens eine erste Antennenstruktur und die mindestens eine zweite Antennenstruktur Funkantennen. Vorzugweise wird die erste Antennenstruktur zum Erstellen einer WLAN-Verbindung oder einer Bluetooth-Verbindung und die zweite Antennenstruktur für Mobilfunk wie GSM, UMTS, LTE, 5G und dergleichen verwendet. Verschiedene Antennen übernehmen dabei unterschiedliche Frequenzbereiche. Hierdurch sind die Antennen optimal steuerbar und auf die jeweiligen Frequenzen auslegbar. Durch die Beabstandung der ersten und zweiten Antennenstrukturen können zudem gegenseitige Einflüsse durch möglicherweise auftretende destruktive Interferenzen verhindert werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Antennenanordnung ist die mindestens eine zweite Antennenstruktur als ein Folie bereichsweise in eine Scheibe oder in ein Karosserieteil eines Fahrzeugs integriert. Zum Empfangen von tiefen Frequenzen eignen sich Antennenstrukturen auf der Fahrzeugscheibe beispielsweise in Form eines Silberdruckes.
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Die Folie kann während des Herstellungsprozess in die Scheibe integriert werden. Bei einer Integration der Antennenstruktur in die Karosserie kann beispielsweise bei einem Herstellungsprozess von Kunststoffteilen eine Antennenstruktur in eine Gussform eingebracht werden. Bei metallischen Karosserieteilen ist die zweite Antennenstruktur in einen Bereich parallel zu einer Lackierung integrierbar.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Antennenanordnung ist die eine zweite Antennenstruktur als Folie bereichsweise auf einer Scheibe oder auf einem Karosserieteil des Fahrzeugs angeordnet. Die Scheibe kann beispielsweise eine Frontscheibe, eine Heckscheibe oder eine Seitenscheibe des Fahrzeuges sein. Die Frontscheibe oder eine Heckscheibe bietet für die Anbringung bzw. Integration der zweiten Antennenstruktur einen großflächigen Bereich, was viele Möglichkeiten der Anordnung bietet. Zudem sind häufig ähnliche Strukturen und Verkabelungen bereits vorhanden, die für die Anordnung der zweiten Antennenstruktur genutzt werden können. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Antennenstruktur nachträglich aufgeklebt oder aufgeschmolzen werden. Hierdurch kann auch ein Nachrüsten von Fahrzeugen ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die zweite elektronische Schaltung und die mindestens eine erste Antennenstruktur auf der ersten elektronischen Schaltung des Impedanzwandlers angeordnet. Hierdurch kann der Impedanzwandler unmittelbar durch die Antenne und ihre Ansteuerung erweitert werden. Unter Verwendung von SMD Bauteilen und einer Optimierung der Packungsdichte auf einer Leiterplatte des Impedanzwandlers kann eine zusätzliche Antenne und ein entsprechender Transceiver mit den elektronischen Bestandteilen des Impedanzwandlers auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine erste Antennenstruktur außerhalb des Gehäuses des Impedanzwandlers angeordnet. Hierdurch kann die Antennenstruktur beispielsweise als eine Folie ausgeführt sein und um das Gehäuse des Impedanzwandlers gewickelt bzw. an diesem befestigt sein. Hierdurch kann die Leistungsfähigkeit der mindestens einen ersten Antennenstruktur erhöht werden, da eine Dämpfung durch das Gehäuse entfallen kann.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine erste Antennenstruktur in die Wandung des Gehäuses des Impedanzwanders integriert. Hierdurch kann bei der Herstellung des Gehäuses des Impedanzwandlers die erste Antennenstruktur in das Gehäuse integriert werden. Beispielsweise kann die Antennenstruktur in eine Spritzgussform vor dem Injizieren eines Kunststoffes, zum Herstellen des Gehäuses, eingelegt werden. Insbesondere kann hierdurch der benötigte Bauraum weiter reduziert werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Impedanzwandler in einem vorderen Bereich des Fahrzeugs oder in einem hinteren Bereich des Fahrzeugs angeordnet. Hierdurch kann eine optimierte Einbaulage des Impedanzwandlers in einem Fahrzeug ermöglicht werden. Insbesondere kann durch eine derartige Positionierung des Impedanzwandlers eine verlustminimierte Kommunikationsverbindung zu benachbarten Fahrzeugen, Datendiensten, Mobilfunkdiensten und dergleichen realisiert werden.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigt:
- 1 in einer schematischen Darstellung eine Antennenanordnung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
- 2 in einer schematischen Draufsicht ein Fahrzeug mit zwei erfindungsgemäßen Antennenanordnungen;
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In 1 ist in einer schematischen Darstellung eine Antennenanordnung 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Die Antennenanordnung 1 weist einen Impedanzwandler 2 auf. Der Impedanzwandler 2 ist in einem Gehäuse 4 angeordnet und kann über Steckverbindungen 6 elektrisch leitend mit weiteren Komponenten verbunden werden. In das Gehäuse 4 des Impedanzwandlers 2 ist eine erste Antennenstruktur 8 integriert. In das Gehäuse 4 des Impedanzwandlers 2 ist neben der elektronischen Schaltung des Impedanzwandlers eine zweite elektronische Schaltung zum Betreiben der integrierten ersten Antennenstruktur 8 und eine dritte elektronische Schaltung zum Betreiben einer zweiten außerhalb des Gehäuses 4 angeordneten Antennenstruktur 10 eingebracht. Der Übersicht halber sind die in das Gehäuse 4 integrierten elektronischen Schaltungen nicht dargestellt. Die zweite Antennenstruktur 10 ist über eine elektrische Leitung 12 mit der dritten elektronischen Schaltung verbunden und ist hier beispielhaft auf einer Heckscheibe 14 eines Fahrzeugs 16 angeordnet.
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2 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein Fahrzeug 16 mit zwei erfindungsgemäßen Antennenanordnungen 1. Die beiden Antennenanordnungen 1 sind im Bereich der Heckscheibe 14 des Fahrzeuge 16 angeordnet. Insbesondere sind die jeweiligen Gehäuse 4 der Impedanzwandler 2 in C-Säulen des Fahrzeugs 16 integriert, wobei die zweiten Antennenstrukturen 10 beidseitig auf der Heckscheibe 14 angeordnet sind und über elektrische Leitungen 12 mit den jeweiligen dritten elektronischen Schaltungen, die innerhalb eines jeweiligen Gehäuses 4 eines jeweiligen Impedanzwandlers 2 angeordnet sind, verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antennenanordnung
- 2
- Impedanzwandler
- 4
- Gehäuse
- 6
- Steckverbindungen
- 8
- erste Antennenstruktur
- 10
- zweite Antennenstruktur
- 12
- elektrische Leitung
- 14
- Heckscheibe
- 16
- Fahrzeug
