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Die Erfindung betrifft eine schraubbare Fahrzeugantenne.
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Fahrzeugantennen sind innerhalb oder außerhalb des Fahrzeugs angeordnet und dienen dazu, drahtlose Kommunikationsverbindungen bereitzustellen, z.B. zur V2X-Kommunikation, also zur Kommunikation des Fahrzeugs mit der Umgebung, z.B. anderen Fahrzeugen, Basisstationen oder externen Geräten wie z.B. Ampelanlagen oder Road Side Units. Sie können aber auch eine Kommunikationsverbindung zur drahtlosen (Nahfeld-)Kommunikation im Innenraum bereitstellen, z.B. um Fahrzeuginsassen mit dem Entertainmentsystem zu verbinden.
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Um unterschiedliche Kommunikationswege bereitzustellen, stehen verschiedenste Standards zur Verfügung, z.B. Nahfeldkommunikation mittels Bluetooth oder WLAN, aber auch Übertragungsstandards aus dem Bereich des Mobilfunks, z.B. LTE oder 5G.
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Mobilfunkantennen werden normalerweise außerhalb des Fahrzeugs und oben auf dem Dach als sogenannte Haifischantennen bzw. shark (fin) antenna angebracht. Speziell für die V2X-Kommunikation muss das Antennensystem strenge Kriterien in Bezug auf Leistungsmerkmale, insbesondere omnidirektionale Abstrahlcharakteristiken erfüllen, um die Verlässlichkeit der Informationsübertragung zu weiteren Kommunikationsteilnehmern sicherzustellen. Solche Antennen werden im Allgemeinen als separate Boxen oder andere Antennenstrukturen realisiert, z.B. als Folienantennen, die zusätzliches Integrationsvolumen und/oder Trägerstrukturen benötigen.
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Die Integration von Antennenstrukturen in oder auf der Fahrzeugkarosserie ist meistens aufgrund ästhetischer oder Design-Kriterien, aber auch wegen zu erfüllender Leistungsanforderungen limitiert. Außerdem ist Platz zur Integration nötig, aber eine begrenzte Ressource.
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Die Abstrahlcharakteristika einer Fahrzeugantenne sind hauptsächlich durch das Integrationsvolumen innerhalb oder im Exterieur des Fahrzeugs vorgegeben. Speziell für hohe Frequenzen wie bei der V2X-Kommunikation, bei welcher eine Kommunikation momentan bei 5,9 GHz erfolgt, kann die elektromagnetische Wellenausbreitung als quasi-optisch betrachtet werden, d.h. dass jedes metallische Objekt in der Umgebung der Antenne die elektromagnetischen Strahlen blockiert oder reflektiert, wodurch Abschattungseffekte entstehen.
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Zusätzlich ist die Befestigung des Antennenelements an der Fahrzeugkarosserie eine Herausforderung, da zusätzlich zu den oben genannten Vorgaben noch Vorgaben bezüglich Sicherheit, Stabilität, Lebensdauer und Vibrationsfestigkeit erfüllt werden müssen. Außerdem sind zusätzliche Montageschritte nötig, um das Antennenelement an der Fahrzeugkarosserie zu befestigen.
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Aufgrund der vielen, oben beschriebenen Nachteile bekannter Fahrzeugantennen ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine neuartige Fahrzeugantenne bereitzustellen, welche diese Nachteile überwindet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine schraubbare Fahrzeugantenne, aufweisend einen Gewindeteil und einen an einem Endbereich davon anschließenden Kopfteil, die beide aus elektrisch nicht leitendem Material gebildet sind, sowie mindestens einen zumindest innerhalb eines Teils des Kopfteils angeordneten Antennenstrahler, und eine an dem Kopfteil angeordnete und als Reflektor oder Groundplane dienende metallische Scheibe aus elektrisch leitfähigem Material. Ferner ist ein an einem dem Gewindeteil gegenüberliegenden Bereich des Kopfteils angeordneter und daran befestigter HF-Steckverbinder vorgesehen, wobei der Antennenstrahler mit einem Stecker des HF-Steckverbinders elektrisch verbindbar ist.
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Durch die Integration einer Antenne, also Strahler und Reflektor bzw. Groundplane, in eine Schraube, also ein sowieso benötigtes Montageelement, werden sowohl Arbeitsschritte bei der Montage, als auch Bauraum eingespart, ohne dass dabei die Abstrahleigenschaften der Antenne beeinflusst werden.
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Als HF-Steckverbinder wird ein je nach Anwendungsbereich, also insbesondere je nach Bauraum, geeigneter wasserdichter bzw. in vorgegebener IP-Klasse ausgeführter oder nicht wasserdichter HF-Steckverbinder benutzt. In vielen Anwendungen wird ein speziell für den erforderlichen Anwendungsbereich vorgesehener HF-Steckverbinder benutzt. Im Automobilbereich sind dies häufig sogenannte FAKRA-Stecker. Ein FAKRA-Stecker ist dem Fachmann bekannt und ein durch den bekannten Facharbeitskreis Automobil (=FAKRA) definiertes Stecker-Interface, über das die Fahrzeugkommunikation sowohl im Fahrzeuginneren als auch zu externen Einrichtungen erfolgt. Er ist nach DIN-72594-1 und ISO 20860-1 definiert und kann für unterschiedliche Signale individuell codiert werden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die metallische Scheibe auf dem Endbereich des Kopfteils aufliegt, an dem der Gewindeteil angeordnet ist. Somit kann sie gleichzeitig als Unterlegscheibe dienen und ist einfach montierbar, nämlich durch Aufschieben auf das Gewindeteil.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die metallische Scheibe zumindest teilweise innerhalb des Kopfteils angeordnet ist. Somit kann die Länge des Gewindeteils verkürzt werden. Je nach Ausführung kann sie dabei vollständig innerhalb des Kopfteils angeordnet sein, d.h. nach außen nicht sichtbar, z.B. mit Kunststoff umspritzt, sein.
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Alternativ kann sie nach außen hin sichtbar, so dass sie den Kopfteil in zwei Teile unterteilt.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass eine Montagehülle um den Kopfteil gebildet, oder der Kopfteil ist in einer vorgegebenen Form gebildet. Somit kann ein Standard-Montagewerkzeug zum Befestigen der Schraube verwendet werden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Gewinde ein selbstschneidendes Gewinde oder ein nicht selbstschneidendes Gewinde ist. So können sowohl Bauteile befestigt werden, die vorab mit einem Gegengewinde oder einem Hohlraum versehen wurden, also auch Bauteile, in welche sich die Schraube durch Eindrehen selbst einschneidet.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Antennenstrahler eine V2X-Kommunikation oder eine Nahfeldkommunikation, umfassend mindestens Bluetooth und WLAN, bereitstellt. Somit kann die Fahrzeugantenne sowohl im Innenraum des Fahrzeugs, z.B. zur Steuerung von Funktionalitäten wie dem Entertainmentsystem über ein Mobiltelefon, als auch im Außenraum, z.B. zur Kommunikation mit einem Mobiltelefon oder einem Schlüssel, verwendet werden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die schraubbare Fahrzeugantenne im Innenraum eines Fahrzeugs oder einem Außenbereich des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Komponenten sollte somit Anforderungen hinsichtlich Wasserdichtigkeit (IPx) erfüllen.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die schraubbare Fahrzeugantenne dazu verwendet wird, zwei elektrisch nicht leitende Bauteile miteinander zu verbinden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die schraubbare Fahrzeugantenne ferner ein PCB (Printed Circuit Board bzw. Leiterplatte) aufweist, das zwischen Antennenstrahler und HF-Steckverbinder angeordnet ist und derart mit Bauelementen versehen ist, dass eine Verstärkerschaltung oder ein Anpassungsnetzwerk bereitgestellt ist. In einer Ausführung ist eine Verstärkerkomponente vorgesehen, deren elektrische Versorgung mittels einer Phantomeinspeisung über ein am Stecker befestigtes Koaxialkabel erfolgt. Somit wird die Funktionsweise noch mehr verbessert. Durch Bestückung mit zusätzlichen elektrischen Bauteilen, z.B. Kondensatoren, kann eine adaptive Anpassungsschaltung realisiert werden, welche abhängig von der Verstimmung (Detuning) der Antenne durch die Integration in einen neuen, nicht initial vorgesehenen Bauraum, ein (automatisches) Nachtuning ermöglicht bzw. erzielt. Dies erhöht die Flexibilität bei der Verortung der Komponente.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer schraubbaren Fahrzeugantenne gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt eine 3D-Schnittdarstellung der in 1 gezeigten schraubbaren Fahrzeugantenne gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt eine 3D-Schnittdarstellung einer schraubbaren Fahrzeugantenne gemäß einer alternativen Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt eine 3D-Schnittdarstellung der in 1 gezeigten schraubbaren Fahrzeugantenne mit einer zusätzlichen Platine gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das Grundkonzept der Erfindung ist, dass durch Verwenden eines bereits vorhandenen Montageelements die Komplexität der Montage und Anzahl an benötigten Bauteilen verringert wird. Das Montageelement ist eine Schraube aus elektrisch nicht leitendem Material.
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1 zeigt eine Ansicht einer Ausführung einer schraubbaren Fahrzeugantenne 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. 2 zeigte eine 3D-Schnittdarstellung dieser Ausführung. 3 und 4 zeigen alternative Ausführungen der schraubbaren Fahrzeugantenne 1 in 3D-Schnittdarstellungen.
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Wie in den 3D-Schnittdarstellungen der 2 (Schnitt durch 1) und 3 gezeigt, ist der Antennenstrahler 10 als Stabantenne bzw. Monopolantenne gebildet und weist beispielsweise einen Viertelwellen-Monopol auf, d.h. die Leiterlänge bzw. Stablänge entspricht einem Viertel der vom Antennenstrahler 10 abzudeckenden Wellenlänge. Grundsätzlich können auch andere geeignete Antennenformen verwendet werden, sofern diese für die Anwendung geeignet sind. Der Antennenstrahler 10 ist in eine als schraubbare Antenne bzw. Fahrzeugantenne gebildete Kunststoffschraube 1 eingebracht. Vorteilhaft wird die Kunststoffschraube 1 dazu verwendet, ein Kunststoffbauteil des Fahrzeugs an einem anderen Kunststoffbauteil zu befestigen, z.B. ein Spoilerabdeckung an einer Spoilerunterschale. Alternativ ist es möglich, die Kunststoffschraube 1 in ein Kunststoffbauteil einzuschrauben, ohne ein anderes Kunststoffbauteil daran zu befestigen, z.B. als Zierelement oder an einer nicht sichtbaren Position.
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Die Kunststoffschraube 1 ist aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet, vorteilhaft aus Kunststoff oder glasfaserverstärktem Kunststoff, abhängig von den für die Anwendung, d.h. die Schraubverbindung, benötigten mechanischen Eigenschaften.
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Die Kunststoffschraube 1 weist ferner einen Gewindeteil 20 und einen Kopfteil 21 auf, der an einem Endbereich des Gewindeteils 20 angeordnet ist. An dem Kopfteil 21 schließt eine elektrische Verbindung in Form eines HF-Steckverbinders an, vorteilhaft ein sogenannter FAKRA-Stecker 30, wie in den Figuren dargestellt. Nachfolgend wird anhand des in den Figuren gezeigten FAKRA-Steckers 30 die Erfindung genauer beschrieben, wobei jeder für die vorgesehene Anwendung geeignete HF-Steckverbinder verwendet werden kann. Der FAKRA-Stecker 30 ist an dem Kopfteil 21 befestigt. Zur elektrischen Verbindung ist innerhalb des FAKRA-Steckers 30 ein Stecker 32 zur Verbindung mit einem Koaxialkabel aus dem Fahrzeuginneren vorgesehen. Der Antennenstrahler 10 ist mit dem Stecker 32 direkt oder über eine Mikrostreifenleitung verbunden.
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Das Gewinde des Gewindeteils 20 kann als selbstschneidendes oder nicht selbstschneidendes Gewinde ausgeführt sein, je nach Verwendung der Schraube.
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In einer in 2 gezeigten Ausführung ist ferner eine metallische, elektrisch leitfähige Scheibe 11 über den Gewindeteil 20 aufgebracht und liegt auf dem Kopfteil 21 auf. Diese metallische Scheibe 11 dient sowohl als Unterlegscheibe als auch als Reflektor bzw. Groundplane bei Monopolantennen. Ihr Durchmesser ist vorteilhaft größer als der Durchmesser des Kopfteils 21 und so gewählt, dass die gewünschten elektrischen Eigenschaften der Antenne erreicht werden. Ferner kann durch geeignete Maßnahmen eine Masseverbindung zwischen der Groundplane, welche durch die metallische Scheibe 11 realisiert ist, und entweder auf dem Kopfteil 21 aufliegt oder - wie nachfolgend beschrieben - darin eingebracht ist, und dem Außenleiter des Koaxialkabels hergestellt werden.
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In einer alternativen, in 3 gezeigten Ausführung, ist die metallische Scheibe 11 als Teil des Kopfteils 21 gebildet bzw. unterteilt das Kopfteil 21 in zwei Teile. Somit kann der Gewindeteil 20 kürzer sein als bei der in 2 gezeigten Ausführung, da der Stab des Antennenstrahlers 10 auch teilweise in dem Kopfteil 21 angeordnet sein kann. Je nach Lage der metallischen Scheibe 11 im Kopfteil 21 kann so die Länge des Gewindeteils 20 verkürzt oder verlängert werden.
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Vorteilhaft ist entweder eine Montagehülle um den Kopfteil 21 gebildet oder der Kopfteil 21 ist in der entsprechenden Form, z. B. als Außensechskant oder Außensechsrund, gebildet, um die Kunststoffschraube 1 mit einem Standard-Montagewerkzeug zu befestigen.
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In 4 ist eine weitere Ausführung gezeigt, in welcher ein PCB 4 (printed circuit board) bzw. eine Leiterplatte vorgesehen ist, welches zwischen Antennenstrahler 10 bzw. Stab und FAKRA-Stecker 30 angeordnet ist. Dieses PCB 4 kann mit Bauelementen derart bestückt sein, um als Verstärkerschaltung oder als Anpassungsnetzwerk zu wirken. Außerdem kann eine Verstärkerkomponente vorgesehen sein, und eine elektrische Versorgung der Verstärkerkomponente erfolgt mittels einer Phantomeinspeisung über das am Stecker 32 befestigte Koaxialkabel. Es kann Bauteile aufweisen, die zur Kompensation dienen, d.h. um eine Kompensation des aufgrund hoher Frequenzen vorhandenen Leitungsverlusts zu erzielen.
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Die schraubbare Fahrzeugantenne 1 kann sowohl für Antennen verwendet werden, die V2X-Kommunikaiton bereitstellen sollen, also momentan bei 5,9 GHz arbeiten, als auch bei Antennen, die andere Services unterstützen, z.B. Nahfeldkommunikation wie Bluetooth oder WLAN. Die beschriebenen Dienste stellen lediglich eine Untermenge der zu unterstützenden Dienste dar. Es können auch mehrere Dienste mit der gleichen Fahrzeugantenne abgedeckt werden.
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Die schraubbare Fahrzeugantenne kann sowohl im Außenbereich als Außenantenne des Fahrzeugs verwendet werden, als auch als Innenantenne im Inneren des Fahrzeugs. Wenn sie im Innenraum angeordnet ist, kann sie auch bei geeigneter Anordnung als Antenne zur V2X-Kommunikaton dienen. Dabei muss allerdings gewährleistet sein, dass keine Beeinträchtigung der Antennenstrahlung z.B. aufgrund von beschichteten Glasscheiben oder abschattenden Metallteilen in unmittelbarer Umgebung zur Antenne vorhanden ist.
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Die als Kunststoffschraube 1 gebildete schraubbare Fahrzeugantenne ersetzt vorteilhaft eine aus Kunststoff gebildete Schraube zum Befestigen von Anbauteilen, z.B. Spoiler, Kotflügel, Frontschürze, Abdeckkappen, Tankklappe, Türgriff, Scheinwerfergehäuse, Zierelemente im Außenbereich und Verkleidungselemente, Zierelemente und andere Anbauteile im Innenbereich. Es ist lediglich darauf zu achten, dass die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen nicht beeinträchtigt wird, z.B. durch metallische Objekte. Ferner können unterschiedliche Gewindedurchmesser und auch Gewindelängen realisiert werden, je nach Anwendung.
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Durch die Kombination aus Antennenelement und Befestigungselement in ein Bauteil wird die Montage vereinfacht, Bauraum gespart und die Integration von Komponenten in das Fahrzeug erleichtert. Zudem können unter Umständen derzeit nicht genutzte Bauräume des Fahrzeugs funktionalisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- schraubbare Antenne, Fahrzeugantenne
- 1
- Kunststoffschraube
- 10
- Antennenstrahler
- 11
- Reflektor/Groundplane/Unterlegscheibe
- 20
- Gewindeteil
- 21
- Schraubenkopf
- 30
- HF-Steckverbinder, hier FAKRA-Stecker
- 32
- Stecker
- 4
- PCB/Leiterplatte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012108786 A1 [0005]
- EP 1241731 A2 [0005]
- EP 3395617 A1 [0005]
