DE102019131457B3 - Motor vehicle with an antenna module - Google Patents

Motor vehicle with an antenna module Download PDF

Info

Publication number
DE102019131457B3
DE102019131457B3 DE102019131457.7A DE102019131457A DE102019131457B3 DE 102019131457 B3 DE102019131457 B3 DE 102019131457B3 DE 102019131457 A DE102019131457 A DE 102019131457A DE 102019131457 B3 DE102019131457 B3 DE 102019131457B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
antenna
motor vehicle
electronics
antenna module
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102019131457.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Amir Cenanovic
Lars Reichardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Priority to DE102019131457.7A priority Critical patent/DE102019131457B3/en
Priority to CN202011316398.1A priority patent/CN112825384A/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102019131457B3 publication Critical patent/DE102019131457B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/3208—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used
    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3266—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle using the mirror of the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/28—Combinations of substantially independent non-interacting antenna units or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0414—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna in a stacked or folded configuration

Abstract

Kraftfahrzeug mit einem Antennenmodul (2, 3), wobei das Antennenmodul (2, 3) eine gestapelte Patchantenne (10) mit zwei parallel zueinander angeordneten und durch ein Dielektrikum (15) voneinander getrennten Antennenflächen (13, 14) und eine jeweilige Antennenelektronik (11, 12) für jede der Antennenflächen (13, 14) umfasst, wobei die Antennenflächen (13, 14) jeweils derart eine Antenne bilden, dass die gebildeten Antennen voneinander unterschiedlicher Polarisationen aufweisen.Motor vehicle with an antenna module (2, 3), the antenna module (2, 3) being a stacked patch antenna (10) with two antenna surfaces (13, 14) arranged parallel to one another and separated from one another by a dielectric (15) and respective antenna electronics (11 , 12) for each of the antenna areas (13, 14), the antenna areas (13, 14) each forming an antenna such that the antennas formed have mutually different polarizations.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Antennenmodul, das eine gestapelte Patchantenne mit zwei parallel zueinander angeordneten und durch ein Dielektrikum voneinander getrennten Antennenflächen umfasst, wobei die Antennenflächen jeweils derart eine Antenne bilden, dass die gebildeten Antennen voneinander unterschiedlicher Polarisationen aufweisenThe invention relates to a motor vehicle with an antenna module which comprises a stacked patch antenna with two antenna surfaces arranged parallel to one another and separated from one another by a dielectric, the antenna surfaces each forming an antenna such that the antennas formed have mutually different polarizations

Die Kommunikation zwischen Kraftfahrzeugen bzw. zwischen einem Kraftfahrzeug und der Infrastruktur gewinnt zunehmend an Bedeutung und ist beispielsweise eine Grundvoraussetzung für das autonome bzw. vernetzte Fahren. Hierbei sind momentan insbesondere die Telematiksysteme DSRC (Dedicated Short Range Communication) und C-V2X (Cellular Vehicle-to-Everything) relevant. Das erste System basiert im Wesentlichen auf dem IEEE802.11p Standard und ist somit ein W-LAN-System, welches im 5,9 GHz-Spektrum betrieben wird. Es wurde speziell auf die Erfordernisse von Automobilanwendungen zugeschnitten. C-V2X nutzt demgegenüber den Ansatz eines zellulären Netzwerkes. Eine Implementierung dieses Systems ist technisch anspruchsvoller, es kann jedoch eine höhere Reichweite und Energieeffizienz bei gleichzeitig geringerer Latenz erreichen.Communication between motor vehicles or between a motor vehicle and the infrastructure is becoming increasingly important and is, for example, a basic requirement for autonomous or networked driving. The telematics systems DSRC (Dedicated Short Range Communication) and C-V2X (Cellular Vehicle-to-Everything) are currently particularly relevant. The first system is essentially based on the IEEE802.11p standard and is therefore a W-LAN system that operates in the 5.9 GHz spectrum. It has been specially tailored to the requirements of automotive applications. In contrast, the C-V2X uses the approach of a cellular network. An implementation of this system is technically more demanding, but it can achieve a higher range and energy efficiency with lower latency at the same time.

Für C-V2X-Anwendungen werden primär Antennenstrukturen diskutiert, bei denen zwei Sendeantennen zum Senden von Signalen genutzt werden und vier Empfangsantennen zum Empfangen von Signalen. Die Anordnung einer relativ großen Zahl von Antennen, die sich nicht gegenseitig stören sollen, obwohl sie im gleichen Frequenzbereich betrieben werden, ohne die Aerodynamik und/oder das Design des Kraftfahrzeugs negativ zu beeinflussen ist relativ anspruchsvoll. Daher existieren auch Überlegungen, die Systemkomplexität zu reduzieren, indem sowohl sendeseitig als auch empfangsseitig nur zwei Antennen genutzt werden. Dennoch ist es für eine optimale Kommunikationsqualität und Standardkonformität vorteilhaft, Lösungen zu entwickeln, die keine Einschränkung der Antennenzahl erfordern.For C-V2X applications, antenna structures are primarily discussed in which two transmitting antennas are used to send signals and four receiving antennas are used to receive signals. The arrangement of a relatively large number of antennas, which should not interfere with one another, although they are operated in the same frequency range, without negatively influencing the aerodynamics and / or the design of the motor vehicle, is relatively demanding. Therefore, there are also considerations to reduce the system complexity by using only two antennas on both the transmission side and the reception side. Nevertheless, for optimal communication quality and standard conformity, it is advantageous to develop solutions that do not require any restriction on the number of antennas.

Aus der Druckschrift DE 10 2007 055 323 A1 ist ein finnenförmiges Multiband-Antennenmodul bekannt, das ein als Patchantennenstapel ausgebildetes Empfangsantennenmodul umfasst. Dieses dient zum Empfang von GPS-Diensten und SDARS-Diensten. Um die Entkopplung der Patchantennen des Patchantennenstapels zu unterstützen, werden für diese unterschiedliche zirkuläre Polarisationen genutzt.From the pamphlet DE 10 2007 055 323 A1 a fin-shaped multiband antenna module is known which comprises a receiving antenna module designed as a patch antenna stack. This is used to receive GPS services and SDARS services. In order to support the decoupling of the patch antennas of the patch antenna stack, different circular polarizations are used for them.

Ein weiteres Antennenmodul mit einer Patchantenne ist aus der Druckschrift DE 10 2010 015 823 A1 bekannt. Dort wird eine Einspeisestiftverlängerung eines Einspeisestifts für die Patchantenne genutzt, durch die eine weitere Antennenstruktur zum Abstrahlen oder Empfangen elektromagnetischer Wellen gebildet wird. Eine GPS-Patchantenne und eine SDARS-Patchantenne können zu einem Patchantennenstapel zusammengefasst werden und durch zwei getrennte Einspeisestifte gespeist werden.Another antenna module with a patch antenna is from the publication DE 10 2010 015 823 A1 known. There, a feed pin extension of a feed pin is used for the patch antenna, through which a further antenna structure for emitting or receiving electromagnetic waves is formed. A GPS patch antenna and an SDARS patch antenna can be combined into a patch antenna stack and fed by two separate feed pins.

Auch die Druckschrift US 2008/0068270 A1 betrifft einen Patchantennenstapel. Die Antennenvorrichtung kann neben dem Patchantennenstapel separate Verstärker für die einzelnen Patches oder einen gemeinsamen Verstärker umfassen.The print too US 2008/0068270 A1 relates to a patch antenna stack. In addition to the patch antenna stack, the antenna device can comprise separate amplifiers for the individual patches or a common amplifier.

Aus der Druckschrift DE 10 2015 005 468 A1 ist es bekannt, mehrere Patchantennen mit unterschiedlicher Polarisation auf einer Antennenfläche anzuordnen. Um eine ausreichende Entkopplung der Antennen zu erreichen, werden diese in einem Abstand von etwas weniger als 0,6 Wellenlängen der zu sendenden bzw. zu empfangenden elektromagnetischen Strahlung voneinander angeordnet. Nachteilig an diesem Ansatz ist, dass relativ großflächige Antennenelemente resultieren, die nicht ohne Weiteres in in einem Kraftfahrzeug bereitstellbare Bauräume integriert werden können. Somit wären am Kraftfahrzeug unüblich große Antennenanbauten erforderlich, die das Design bzw. die Aerodynamik des Kraftfahrzeugs negativ beeinflussen können.From the pamphlet DE 10 2015 005 468 A1 it is known to arrange several patch antennas with different polarization on one antenna surface. In order to achieve sufficient decoupling of the antennas, they are arranged at a distance of slightly less than 0.6 wavelengths of the electromagnetic radiation to be transmitted or received from one another. A disadvantage of this approach is that antenna elements with a relatively large area result which cannot be easily integrated into installation spaces that can be provided in a motor vehicle. Thus, unusually large antenna attachments would be required on the motor vehicle, which can negatively influence the design or the aerodynamics of the motor vehicle.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Unterbringung mehrerer im gleichen Frequenzband operierender Antennen in einem Kraftfahrzeug anzugeben, die demgegenüber insbesondere bezüglich der Möglichkeit vorhandene Bauräume auszunutzen, verbessert ist.The invention is therefore based on the object of specifying a possibility for accommodating a plurality of antennas operating in the same frequency band in a motor vehicle, which in contrast is improved, in particular with regard to the possibility of using existing installation space.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Antennenmodul eine jeweilige Antennenelektronik für jede der Antennenflächen umfasst, wobei einerseits das Kraftfahrzeug eine Steuereinrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, in einem Vollduplex-Betriebsmodus gleichzeitig eine der Antennenelektroniken zum Senden von Sendesignalen anzusteuern und über die andere der Antennenelektroniken Empfangssignale zu empfangen und/oder andererseits zumindest eine der Antennenelektroniken in einem ersten Betriebsmodus die zugeordnete Antennenfläche zum Senden von Sendesignalen ansteuert und in einem zweiten Betriebsmodus Empfangssignale von dieser Antennenfläche em pfängt.The object is achieved according to the invention by a motor vehicle of the type mentioned at the outset, the antenna module comprising respective antenna electronics for each of the antenna surfaces, the motor vehicle on the one hand comprising a control device which is configured to simultaneously transmit one of the antenna electronics in a full duplex operating mode To control transmission signals and to receive received signals via the other of the antenna electronics and / or on the other hand at least one of the antenna electronics in a first operating mode controls the assigned antenna surface for transmitting transmission signals and receives received signals from this antenna surface in a second operating mode.

Es wurde erkannt, dass die gegenseitige Beeinflussung von gestapelten Antennenpatches durch Nutzung von unterschiedlichen Polarisationen für die beiden gebildeten Antennen soweit reduziert werden kann, dass die Antennen bzw. die Antennenfläche auch bei sehr geringen Abständen von beispielsweise 2,5 mm eine ausreichende Signaltrennung zwischen den Signalen der Antennen ermöglichen. Gegenüber in einer Ebene angeordneten Antennenfläche kann somit die Grundfläche des Antennenmoduls erheblich reduziert werden, ohne dass eine deutliche Erhöhung der Bauhöhe erforderlich ist. Trotz Integration der Antennenelektronik in das Antennenmodul kann somit ein sehr kompaktbauendes Antennenmodul realisiert werden, das beispielsweise in einen hierfür vorgesehenen Bauraum in einem Spiegelsockel eines Innenrückspiegels integriert werden kann und somit designverträglich und ohne negative Beeinflussung der Aerodynamik verstaut werden kann. It was recognized that the mutual influence of stacked antenna patches by using different polarizations for the two antennas formed can be reduced to such an extent that the antennas or the antenna surface even with very small distances of For example, 2.5 mm allow sufficient signal separation between the signals from the antennas. Compared to the antenna surface arranged in one plane, the base area of the antenna module can thus be considerably reduced without a significant increase in the overall height being necessary. Despite the integration of the antenna electronics in the antenna module, a very compact antenna module can be implemented, which can be integrated, for example, in a space provided for this purpose in a mirror base of an interior rearview mirror and can thus be stowed in a design-compatible manner and without negative impact on aerodynamics.

Die Nutzung von zwei separaten Antennen ermöglicht beispielsweise einen Vollduplexbetrieb des Antennenmoduls, also ein gleichzeitiges Senden und Empfangen von Signalen, und/oder es können MIMO-Ansätze (Multiple Input Multiple Output) umgesetzt werden, die mehrere Antennen zum Senden bzw. Empfangen von Signalen nutzen.The use of two separate antennas enables, for example, full duplex operation of the antenna module, i.e. simultaneous sending and receiving of signals, and / or MIMO approaches (Multiple Input Multiple Output) can be implemented, which use several antennas to send or receive signals .

Wie später noch genauer erläutert werden wird, können insbesondere zwei der erläuterten Antennenmodule im Kraftfahrzeug angeordnet werden, beispielsweise eines im Spiegelsockel und eines als Dachantennenmodul. Dies ermöglicht es bei einem Halbduplexbetrieb, also bei einem abwechselnden Senden und Empfangen, beispielsweise zwei Antennen zum Senden und vier Antennen zum Empfangen zu nutzen und somit, wie eingangs erläutert, eine C-V2X-Kommunikation ohne Abstriche zu ermöglichen.As will be explained in more detail later, in particular two of the antenna modules explained can be arranged in the motor vehicle, for example one in the mirror base and one as a roof antenna module. In half-duplex operation, i.e. with alternating sending and receiving, this makes it possible, for example, to use two antennas for sending and four antennas for receiving and thus, as explained at the beginning, to enable C-V2X communication without compromising.

Die beiden Antennen können insbesondere jeweils linear polarisiert sein, wobei ihre Polarisationen senkrecht aufeinander stehen. Dies kann beispielsweise bei rechteckigen Antennenflächen dadurch erreicht werden, dass ein Speisepunkt, an dem das Signal auf die Antennenfläche eingekoppelt bzw. aus dieser ausgekoppelt wird, entsprechend gewählt wird. Beispielsweise kann bei einer ersten der Antennenflächen der Speisepunkt in einer ersten Richtung mittig liegen und in der zweiten Richtung gegenüber der Mitte versetzt sein und bei der zweiten Antennenfläche in der ersten Richtung gegenüber der Mitte versetzt sein und in der zweiten Richtung mittig liegen. Ergänzend oder alternativ zur Verschiebung des Speisepunktes können jedoch auch andere Ansätze zur Definition der Polarisation genutzt werden, beispielsweise die Nutzung von rechteckigen Antennenflächen, wobei nur eine der Seitenlänge ein resonantes Abstrahlen ermöglicht. Im Stand der Technik sind zudem noch weitere Ansätze bekannt, um die Polarisation der Antennenfläche einer Patchantenne vorzugeben. Mit diesen kann beispielsweise auch erreicht werden, dass die beiden Antennenflächen voneinander unterschiedliche zirkuläre Polarisationen aufweisen.The two antennas can in particular each be linearly polarized, their polarizations being perpendicular to one another. In the case of rectangular antenna areas, for example, this can be achieved in that a feed point at which the signal is coupled into the antenna area or is decoupled from it is selected accordingly. For example, in a first of the antenna areas the feed point can be centered in a first direction and offset from the center in the second direction, and in the second antenna area it can be offset from the center in the first direction and be centered in the second direction. In addition or as an alternative to shifting the feed point, however, other approaches to defining the polarization can also be used, for example the use of rectangular antenna surfaces, with only one of the side lengths allowing resonant radiation. In the prior art, further approaches are also known for specifying the polarization of the antenna surface of a patch antenna. With these it can also be achieved, for example, that the two antenna surfaces have different circular polarizations from one another.

Das Antennenmodul kann in einen Spiegelsockel eines Innenrückspiegels des Kraftfahrzeugs integriert sein. Dies ermöglicht insbesondere eine Anordnung im oberen Bereich der Windschutzscheibe, womit die Karosserie des Kraftfahrzeugs ein Senden und Empfangen von Signalen nur wenig dämpft. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Antennenmoduls ermöglicht es trotz des dort nur sehr eingeschränkt vorhandenen Bauraums auch für Antennen, die gleichzeitig im gleichen Frequenzbereich betrieben werden, ein sehr geringes Übersprechen zu erreichen.The antenna module can be integrated into a mirror base of an interior rearview mirror of the motor vehicle. This enables, in particular, an arrangement in the upper area of the windshield, so that the body of the motor vehicle only slightly attenuates the sending and receiving of signals. The inventive design of the antenna module makes it possible to achieve very low crosstalk even for antennas that are operated simultaneously in the same frequency range, despite the very limited installation space available there.

Alternativ kann das Antennenmodul ein auf dem Fahrzeugdach angeordnetes Dachantennenmodul sein. Eine Nutzung von möglichst kleinen Dachantennenmodulen kann sowohl aus aerodynamischen Gründen als auch Designgründen vorteilhaft sein. Dies kann im erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug erreicht werden, da das erläuterte Antennenmodul besonders kompaktbauend gestaltet werden kann.Alternatively, the antenna module can be a roof antenna module arranged on the vehicle roof. The use of the smallest possible roof antenna modules can be advantageous both for aerodynamic reasons and for design reasons. This can be achieved in the motor vehicle according to the invention, since the antenna module explained can be designed to be particularly compact.

Das Antennenmodul kann eine Grundfläche aufweisen, die innerhalb eines Quadrats mit einer Seitenlänge von weniger als 70 mm liegt und/oder es kann eine Bauhöhe von weniger als 20 mm aufweisen. Eine entsprechend kompakte Gestaltung des Antennenmoduls ermöglicht die obig erläuterte Anordnung in einem Spiegelsockel bzw. die Ausbildung eines kompaktbauendes Dachantennenmoduls. Das Antennenmodul kann insbesondere eine rechteckige oder quadratische Grundfläche aufweisen, wobei die Seitenlängen der Grundfläche kleiner als 70 mm sind. Es kann jedoch beispielsweise auch kreisförmig, elliptisch oder Ähnliches sein. Die Grundfläche kann insbesondere innerhalb eines Quadrates mit einer Seitenlänge von weniger als 65 mm oder 62 mm oder 61,58 mm liegen. Dies kann eine verbesserte Ausnutzung von bereitstellbaren Bauräumen ermöglichen. Die Höhe kann insbesondere kleiner als 16 mm sein.The antenna module can have a base area that lies within a square with a side length of less than 70 mm and / or it can have an overall height of less than 20 mm. A correspondingly compact design of the antenna module enables the above-explained arrangement in a mirror base or the formation of a compact roof antenna module. The antenna module can in particular have a rectangular or square base area, the side lengths of the base area being less than 70 mm. However, it can also be circular, elliptical or the like, for example. The base area can in particular lie within a square with a side length of less than 65 mm or 62 mm or 61.58 mm. This can enable an improved utilization of the available installation space. The height can in particular be less than 16 mm.

Im Rahmen von Simulationen und Versuchen ergab sich, dass für den relevanten Frequenzbereich von 5,9 GHz eine Grundfläche der Patchantenne mit einer Seitenlänge von ca. 10,2 mm erreicht werden kann. Als Bauhöhe der Patchantenne ohne Anschlüsse ergaben sich 8,1 mm. Die Antennenelektroniken können ohne Weiteres in einem ähnlichen Bauvolumen untergebracht werden, so dass durch das beschriebene Vorgehen ohne Weiteres eine Höhe von weniger als 9 mm und eine Seitenlänge von weniger als 20 mm erreicht werden kann. Die unteren Grenzen sind durch die obig angegebenen Abmessungen der Patchantenne begrenzt.As part of simulations and tests, it was found that for the relevant frequency range of 5.9 GHz, a patch antenna with a side length of approx. 10.2 mm can be achieved. The overall height of the patch antenna without connections was 8.1 mm. The antenna electronics can easily be accommodated in a similar structural volume, so that a height of less than 9 mm and a side length of less than 20 mm can easily be achieved using the procedure described. The lower limits are limited by the dimensions of the patch antenna specified above.

Die Antennenelektronik wenigstens einer der Antennenflächen kann eine Vorrichtung zur Kompensation von Leitungsverlusten zwischen dieser Antennenelektronik und der fahrzeugseitigen Steuereinrichtung umfassen. Die Vorrichtung umfasst insbesondere eine Teilvorrichtung zur Messung von durch einen Signalverstärker bereitgestellten Ausgangsleistungen bzw. - spannungen. Die Vorrichtung kann den Signalverstärker, insbesondere dessen Verstärkungsfaktor steuern bzw. regeln, um eine Sollleistung bzw. Sollspannungsamplitude einzustellen. Entsprechende Kompensatoren sind prinzipiell im Stand der Technik bekannt und sollen daher nicht detailliert erläutert werden. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Antennen durch zwei parallele Antennenflächen verbrauchen diese besonders wenig Bauraum, so dass auch in einem kompaktbauenden Antennenmodul problemlos ein entsprechender Kompensator genutzt werden kann.The antenna electronics of at least one of the antenna surfaces can have a device for compensating for line losses between this antenna electronics and the vehicle-side Include control device. The device comprises in particular a partial device for measuring output powers or voltages provided by a signal amplifier. The device can control or regulate the signal amplifier, in particular its gain factor, in order to set a target power or target voltage amplitude. Corresponding compensators are known in principle in the prior art and should therefore not be explained in detail. Due to the structure of the antennas according to the invention by means of two parallel antenna surfaces, they consume particularly little installation space, so that a corresponding compensator can also be used without any problems in a compact antenna module.

Die Antennenelektroniken können jeweils wenigstens einen Signalverstärker umfassen. Insbesondere kann wenigstens eine der Antennenelektroniken, insbesondere genau eine der Antennenelektroniken, einen Sendeempfänger zum Verstärken von zu senden Signalen und einen Empfangsverstärker zum Verstärken von empfangenden Signalen umfassen. Soweit ein Signalverstärker zum Verstärken von Sendesignalen vorgesehen ist, kann diesem insbesondere die obig erläuterte Vorrichtung zur Kompensation von Leitungsverlusten zugeordnet sein, die dessen Verstärkung bzw. Ausgangsspannungsamplitude bzw. Ausgangsleistung steuert oder regelt.The antenna electronics can each include at least one signal amplifier. In particular, at least one of the antenna electronics, in particular precisely one of the antenna electronics, can comprise a transceiver for amplifying signals to be transmitted and a receiving amplifier for amplifying received signals. If a signal amplifier is provided for amplifying transmission signals, the above-explained device for compensating for line losses, which controls or regulates its amplification or output voltage amplitude or output power, can be assigned to it.

Das Kraftfahrzeug umfasst vorzugsweise die Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, in einem Vollduplex-Betriebsmodus gleichzeitig eine der Antennenelektroniken zum Senden von Sendesignalen anzusteuern und über die andere der Antennenelektroniken Empfangssignale zu empfangen. Die Steuereinrichtung kann insbesondere separat von dem Antennenmodul ausgebildet sein, jedoch auch in das Antennenmodul oder in ein weiteres Antennenmodul, insbesondere in ein weiteres Antennenmodul mit gestapelter Patchantenne, integriert sein. Insbesondere kann die Steuereinrichtung zum Senden von Sendesignalen und/oder zum Empfangen von Empfangssignalen über mehrere Antennenelektroniken verschiedener Antennenmodule eingerichtet sein. Beispielsweise kann sie ein Antennenmodul in einem Spiegelsockel und ein Dachantennenmodul steuern.The motor vehicle preferably includes the control device, which is set up to simultaneously control one of the antenna electronics for sending transmission signals in a full duplex operating mode and to receive received signals via the other of the antenna electronics. The control device can in particular be designed separately from the antenna module, but can also be integrated in the antenna module or in a further antenna module, in particular in a further antenna module with a stacked patch antenna. In particular, the control device can be set up to send transmission signals and / or to receive reception signals via a plurality of antenna electronics of different antenna modules. For example, it can control an antenna module in a mirror base and a roof antenna module.

Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, in einem Empfangsbetriebsmodus über beide Antennenelektroniken Empfangssignale zu empfangen. Hierbei können insbesondere Empfangssignale im gleichen Frequenzbereich empfangen werden. Es können prinzipiell separate Signale empfangen werden, der Empfang von Empfangssignalen über beide Antennenelektroniken kann jedoch auch dazu dienen, eine Antennendiversität oder andere MIMO-Ansätze zu implementieren. Werden zwei entsprechende Antennenmodule verwendet, können somit beispielsweise vier Empfangskanäle implementiert werden. Ist, wie später noch erläutert wird, wenigstens eine der Antennen eines jeden Antennenmoduls auch nutzbar, um Sendesignale zu senden, kann ein Halbduplex-Betrieb implementiert werden, bei dem ein Empfang über vier Empfangskanäle und ein Senden über zwei oder auch mehr Sendekanäle möglich ist. Somit kann beispielsweise der eingangs erläuterte C-V2X-Betrieb ohne eingeschränkte Antennenzahl erreicht werden.The control device can be set up to receive received signals via both antenna electronics in a receive operating mode. In particular, received signals can be received in the same frequency range. In principle, separate signals can be received, but the reception of received signals via both antenna electronics can also be used to implement antenna diversity or other MIMO approaches. If two corresponding antenna modules are used, four receiving channels can be implemented, for example. If, as will be explained later, at least one of the antennas of each antenna module can also be used to send transmission signals, half-duplex operation can be implemented in which reception over four reception channels and transmission over two or more transmission channels is possible. Thus, for example, the C-V2X operation explained at the beginning can be achieved without a limited number of antennas.

Zumindest eine der Antennenelektroniken kann in einem ersten Betriebsmodus die zugeordnete Antennenfläche zum Senden von Sendesignalen ansteuern und in einem zweiten Betriebsmodus Empfangssignale von dieser Antennenfläche empfangen. Hiermit ist ein Time-Domain-Multiplex-Betrieb bezüglich des Senden und Empfangens umsetzbar. Insbesondere kann ein Halbduplex-Betrieb umgesetzt werden.At least one of the antenna electronics can, in a first operating mode, control the assigned antenna surface for transmitting transmission signals and, in a second operating mode, can receive received signals from this antenna surface. This enables time domain multiplex operation to be implemented with regard to sending and receiving. In particular, half-duplex operation can be implemented.

Das Antennenmodul, insbesondere wenigstens eine der Antennenelektroniken, kann eine Frequenzweiche umfassen, um über den gleichen Kommunikationskanal, beispielsweise ein Koaxkabel, zu sendende Signale und Steuersignale von der Steuereinrichtung zu empfangen. Steuersignale können beispielsweise dazu dienen, zwischen dem ersten und zweiten Betriebsmodus, also zwischen einem Sende- und einem Empfangsbetrieb, der entsprechenden Antennenfläche umzuschalten. Zudem können beispielsweise Steuerparameter der obig erläuterten Vorrichtung zur Kompensation von Leitungsverlusten übertragen werden, die beispielsweise eine Sollsendeleistung bzw. eine Sollspannungsamplitude vorgeben, auf die die Ausgangssignale eines Sendeverstärkers geregelt werden.The antenna module, in particular at least one of the antenna electronics, can comprise a crossover network in order to receive signals to be transmitted and control signals from the control device via the same communication channel, for example a coaxial cable. Control signals can be used, for example, to switch between the first and second operating modes, that is to say between a transmitting and a receiving mode, of the corresponding antenna surface. In addition, for example, control parameters of the above-explained device for compensating for line losses can be transmitted which, for example, specify a target transmission power or a target voltage amplitude to which the output signals of a transmission amplifier are regulated.

Benachbart zu einer der Antennenflächen kann ein weiteres Dielektrikum angeordnet sein, das diese Antennenfläche von einer leitfähigen Referenzfläche trennt. Die Referenzfläche kann sich insbesondere auf einem Referenzpotential, beispielsweise dem Massepotential, befinden. Durch Nutzung des weiteren Dielektrikums kann bei gleicher zu nutzender Sende- bzw. Empfangsfrequenz die Fläche der zu diesem benachbarten Antennenfläche reduziert werden.A further dielectric can be arranged adjacent to one of the antenna surfaces, which separates this antenna surface from a conductive reference surface. The reference area can in particular be at a reference potential, for example the ground potential. By using the further dielectric, the area of the antenna area adjacent to it can be reduced with the same transmitting or receiving frequency to be used.

Das Dielektrikum und das weitere Dielektrikum können voneinander unterschiedliche relative Permittivitäten aufweisen und/oder die Seitenlängen der Antennenflächen können in wenigstens in eine Richtung voneinander unterschiedlich sein. Insbesondere sind die Antennenflächen und die Dielektrika derart aufeinander abgestimmt, dass beide Antennenflächen im gleichen Frequenzbereich resonant Sendesignale empfangen bzw. abstrahlen können.The dielectric and the further dielectric can have different relative permittivities from one another and / or the side lengths of the antenna surfaces can differ from one another in at least one direction. In particular, the antenna surfaces and the dielectrics are matched to one another in such a way that both antenna surfaces can receive or emit resonant transmission signals in the same frequency range.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen und den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:

  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
  • 2 die Struktur des in 1 gezeigten Antennenmoduls,
  • 3 einen beispielhaften Aufbau einer gestapelten Patchantenne, die in dem in 2 gezeigten Antennenmodul nutzbar ist,
  • 4 S-Parameter der Antennen der in 3 gezeigten gestapelten Patchantenne, und
  • 5 und 6 die Richtcharakteristika der Antennen der in 3 gezeigten gestapelten Patchantenne.
Further advantages and details of the invention emerge from the following exemplary embodiments and the associated drawings. Here show schematically:
  • 1 an embodiment of a motor vehicle according to the invention,
  • 2 the structure of the in 1 shown antenna module,
  • 3 an exemplary structure of a stacked patch antenna used in the in 2 shown antenna module can be used,
  • 4 pp -Parameters of the antennas of the in 3 stacked patch antenna shown, and
  • 5 and 6th the directional characteristics of the antennas in 3 stacked patch antenna shown.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, das zwei Antennenmodule 2, 3 und eine zugeordnete Steuereinrichtung 7 umfasst. Wie später noch genauer erläutert werden wird, umfasst jedes der Antennenmodule 2, 3 eine gestapelte Patchantenne mit zwei parallel zueinander angeordneten und durch ein Dielektrikum voneinander getrennten Antennenflächen und eine jeweilige Antennenelektronik für jede der Antennenflächen. Die Antennenflächen bilden jeweils derart eine Antenne, dass die gebildeten Antennen voneinander unterschiedliche Polarisationen aufweisen. Hierdurch wird es ermöglicht, dass die Antenne trotz eines Betriebs im gleichen Frequenzbereich nur ein sehr geringes Übersprechen aufweisen, selbst wenn sie relativ nahe aneinander angeordnet sind. Dies ermöglicht es, die Antennenmodule 2, 3 sehr kompakt auszubilden, so dass das Antennenmodul 2 problemlos in einen vorgegebenen Bauraum innerhalb des Spiegelsockels 4 eines Innenrückspiegels 5 integrierbar ist, der beispielsweise eine Fläche parallel zur Windschutzscheibe 6 des Kraftfahrzeugs 1 mit einer Seitenlänge von 61,58 mm und eine Höhe senkrecht hierzu von 16 mm aufweist. Das als Dachantennenmodul auf dem Fahrzeugdach 28 angeordnete Antennenmodul 3 kann ebenfalls relativ kleinbauend sein, womit eine negative Beeinflussung des Designs bzw. der Aerodynamik des Kraftfahrzeugs 1 vermieden werden kann. 1 shows a motor vehicle 1 that has two antenna modules 2 , 3 and an associated control device 7th includes. As will be explained in more detail later, each of the antenna modules comprises 2 , 3 a stacked patch antenna with two antenna surfaces arranged parallel to one another and separated from one another by a dielectric, and a respective antenna electronics for each of the antenna surfaces. The antenna surfaces each form an antenna in such a way that the antennas formed have mutually different polarizations. This enables the antenna to have very little crosstalk despite operation in the same frequency range, even if they are arranged relatively close to one another. This enables the antenna modules 2 , 3 very compact, so that the antenna module 2 problem-free in a given installation space within the mirror base 4th an inside rearview mirror 5 can be integrated, for example, a surface parallel to the windshield 6th of the motor vehicle 1 with a side length of 61.58 mm and a height perpendicular thereto of 16 mm. As a roof antenna module on the vehicle roof 28 arranged antenna module 3 can also be relatively small, which has a negative impact on the design or the aerodynamics of the motor vehicle 1 can be avoided.

Im gezeigten Beispiel kommuniziert die Steuereinrichtung 7 über zwei Signalleitungen 8, 9, beispielsweise Koaxkabel, mit dem jeweiligen Antennenmodul 2, 3. Hierdurch können unmittelbar Hochfrequenzsignale zum Senden an die Antennenmodule 2, 3 bereitgestellt werden bzw. von diesen empfangene Hochfrequenzsignale zu der Steuereinrichtung 7 übertragen werden. In the example shown, the control device communicates 7th via two signal lines 8th , 9 , for example coaxial cable, with the respective antenna module 2 , 3 . This allows high-frequency signals to be sent directly to the antenna modules 2 , 3 are provided or received from these high-frequency signals to the control device 7th be transmitted.

Alternativ wäre es beispielsweise auch möglich, die Signalverarbeitung unmittelbar in einem der Antennenmodule durchzuführen, eine digitale Signalübertragung zwischen Steuereinrichtung 7 und den Antennenmodulen 2, 3 vorzusehen oder Ähnliches.Alternatively, it would also be possible, for example, to carry out the signal processing directly in one of the antenna modules, a digital signal transmission between the control device 7th and the antenna modules 2 , 3 to provide or the like.

2 zeigt schematisch die Komponenten der Antennenmodule 2, 3 am Beispiel des Antennenmoduls 2. Die Antennenflächen 13, 14 der gestapelten Patchantenne 10 sind über eine jeweilige Antennenelektronik 11, 12 mit den Signalleitungen 8, 9 gekoppelt. Ein möglicher Aufbau für die gestapelte Patchantenne 10 ist in 3 schematisch dargestellt. Die beiden parallelen Antennenflächen 13, 14 sind durch ein Dielektrikum 15 voneinander getrennt und somit gegeneinander isoliert. Auf der von der Antennenfläche 13 abgewandten Seite der Antennenfläche 14 ist, durch ein weiteres Dielektrikum 30 getrennt, eine Referenzfläche 16 angeordnet, die auf einem Referenzpotential, beispielsweise einem Massepotential, liegt. 2 shows schematically the components of the antenna modules 2 , 3 using the example of the antenna module 2 . The antenna surfaces 13 , 14th the stacked patch antenna 10 are via a respective antenna electronics 11 , 12 with the signal lines 8th , 9 coupled. One possible structure for the stacked patch antenna 10 is in 3 shown schematically. The two parallel antenna surfaces 13 , 14th are through a dielectric 15th separated from each other and thus isolated from each other. On the from the antenna surface 13 facing away from the antenna surface 14th is, by another dielectric 30th separated, a reference surface 16 arranged, which is at a reference potential, for example a ground potential.

An den Speisepunkten 17, 18 ist die jeweilige Antennenfläche 13, 14 über einen jeweiligen Anschluss 19, 20 mit der jeweiligen Antennenelektronik 11, 12 gekoppelt. Werden Sendesignale über die Anschlüsse 19, 20 eingespeist, werden sie über die entsprechende Antennenfläche 13, 14 abgestrahlt. Umgekehrt können über die jeweilige Antennenfläche 13, 14 empfangene Empfangssignale über die Speisepunkte 17, 18 von den Anschlüssen 19, 20 abgegriffen werden.At the dining points 17th , 18th is the respective antenna area 13 , 14th via a respective connection 19th , 20th with the respective antenna electronics 11 , 12 coupled. Are sending signals through the connections 19th , 20th fed in, they are fed in via the corresponding antenna surface 13 , 14th radiated. Conversely, you can use the respective antenna surface 13 , 14th received signals via the feed points 17th , 18th of the connections 19th , 20th be tapped.

Wie bereits erläutert, sollen die durch die Antennenflächen 13, 14 gebildeten Antennen unterschiedliche Polarisationen aufweisen. Eine einfache Implementationsmöglichkeit hierfür ist in 3 schematisch dargestellt. Um die unterschiedliche Polarisation der Antennen zu erreichen, werden quadratische Antennenflächen 13, 14 genutzt, die sich bezüglich der Positionen ihrer Speisepunkte 17, 18 unterscheiden. Bei der Antennenfläche 13 ist der Speisepunkt 17 mittig auf der Antennenfläche 13 senkrecht zur Bildebene angeordnet und in Querrichtung gegenüber der Mitte der Antennenfläche 13 versetzt. Der Speisepunkt 18 der Antennenfläche 14 liegt hingegen in Querrichtung in 3 mittig auf der Antennenfläche 14, ist jedoch in Richtung senkrecht zur Bildebene gegenüber der Mitte der Antennenfläche 14 versetzt. Hieraus resultieren zueinander senkrecht stehende Polarisationen der durch die Antennenflächen 13, 14 gebildeten Antennen.As already explained, the antenna surfaces 13 , 14th formed antennas have different polarizations. A simple implementation option for this is in 3 shown schematically. In order to achieve the different polarization of the antennas, square antenna surfaces are used 13 , 14th used, which are related to the positions of their feeding points 17th , 18th distinguish. At the antenna surface 13 is the feeding point 17th in the middle of the antenna surface 13 arranged perpendicular to the image plane and in the transverse direction opposite the center of the antenna surface 13 offset. The feeding point 18th the antenna surface 14th however, lies in the transverse direction in 3 in the middle of the antenna surface 14th , however, is in the direction perpendicular to the image plane opposite the center of the antenna surface 14th offset. This results in mutually perpendicular polarizations through the antenna surfaces 13 , 14th formed antennas.

Die in 2 nur schematisch dargestellte Antennenelektronik 12 ist relativ einfach aufgebaut, da im Beispiel über die Antennenfläche 14 ausschließlich ein Empfang von Empfangssignalen und kein Senden erfolgen soll. Daher besteht die Antennenelektronik 12 im Wesentlichen aus einem Signalverstärker 21.In the 2 Antenna electronics shown only schematically 12 is relatively simple, because in the example it is about the antenna surface 14th only reception of received signals and no transmission should take place. Hence the antenna electronics exist 12 essentially from a signal amplifier 21st .

Die der Antennenfläche 13 zugeordnete Antennenelektronik 11 ist etwas komplexer aufgebaut, da sie sowohl zum Senden von Sendesignalen als auch zum Empfangen von Empfangssignalen dienen soll. Sie umfasst somit einerseits einen empfangsseitigen Signalverstärker 22 und andererseits einen sendeseitigen Signalverstärker 23. Zwischen der Nutzung dieser Verstärker und somit zwischen einem Sendebetriebsmodus und einem Empfangsbetriebsmodus kann durch die Steuereinrichtung 7 durch entsprechende über die Signalleitung 8 gesendete Steuerbefehle umgeschaltet werden. Um eine gemeinsame Übertragung von Steuerbefehlen und Sendesignalen über die gleiche Signalleitung 8 zu ermöglichen, ist die Signalleitung 8 mit den weiteren Komponenten des Antennenmoduls 2 über eine Frequenzweiche 27, beispielsweise einen Diplexer, gekoppelt. Beispielsweise kann ein niederfrequenter Signalanteil genutzt werden, um Steuerbefehle zu übertragen, und ein hochfrequenter Signalanteil kann Sende- bzw. Empfangssignale übertragen.That of the antenna surface 13 assigned antenna electronics 11 is a little more complex, since it is intended to be used both for sending send signals and for receiving received signals. It thus comprises, on the one hand, a signal amplifier at the receiving end 22nd and on the other hand a signal amplifier on the transmission side 23 . The control device can switch between the use of these amplifiers and thus between a transmission operating mode and a receiving operating mode 7th by appropriate over the signal line 8th sent control commands can be switched. To enable the common transmission of control commands and transmit signals over the same signal line 8th to enable is the signal line 8th with the other components of the antenna module 2 over a crossover 27 , for example a diplexer, coupled. For example, a low-frequency signal component can be used to transmit control commands, and a high-frequency signal component can transmit transmit or receive signals.

Die Signalleitung 8 zwischen der Steuereinrichtung 7 und dem Antennenmodul 2 bzw. die Kopplungen zwischen diesen Komponenten können Leitungsverluste verursachen. Dies kann empfangsseitig durch eine ausreichend große Verstärkung der Empfangssignale durch die Signalverstärker 21, 22 kompensiert werden. Sendeseitig können entsprechende Verluste zwar ebenfalls durch den Signalverstärker 23 kompensiert werden, hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass eine vorgegebene Sollsendeleistung nicht überschritten wird. Beispielsweise kann eine Sendeleistung aus rechtlichen Gründen beschränkt sein und/oder sie soll aus Gründen der Energieersparnis begrenzt werden. Daher umfasst das Antennenmodul 2 als Teil der Antennenelektronik 11 eine Vorrichtung 24 zur Kompensation von Leitungsverlusten zwischen der Antennenelektronik 11 und der Steuereinrichtung 7. Dies ist im Beispiel als Regelkreis dargestellt, wobei eine Leistungsmessvorrichtung 25 die durch den Signalverstärker 23 bereitgestellte Sendeleistung misst und eine Abweichung dieser Sendeleistung von einer Sollleistung durch eine Regeleinrichtung 26, beispielsweise einen PID-Regler, kompensiert wird. Der Sollwert kann von der Steuereinrichtung als Steuerbefehl über die Signalleitung 8 vorgegeben werden oder fest vorgegeben sein.The signal line 8th between the control device 7th and the antenna module 2 or the couplings between these components can cause line losses. This can be done on the receiving side by a sufficiently large amplification of the received signals by the signal amplifier 21st , 22nd be compensated. On the transmission side, corresponding losses can also be caused by the signal amplifier 23 be compensated, however, it must be ensured that a specified target transmission power is not exceeded. For example, a transmission power can be limited for legal reasons and / or it should be limited for reasons of energy saving. Therefore, the antenna module includes 2 as part of the antenna electronics 11 a device 24 to compensate for line losses between the antenna electronics 11 and the control device 7th . This is shown in the example as a control loop, with a power measuring device 25th those through the signal amplifier 23 Measures provided transmission power and a deviation of this transmission power from a target power by a control device 26th , for example a PID controller, is compensated. The setpoint can be sent from the control device as a control command via the signal line 8th can be specified or permanently specified.

Durch eine entsprechende Ansteuerung der Antennenmodule 2, 3 durch die Steuereinrichtung 7 ist somit ein Empfang auf bis zu vier Empfangskanälen und ein Senden auf zwei Kanälen möglich. Die bereits erläuterten C-V2X-Anwendungen können somit aufgrund der ausreichenden Zahl der zur Verfügung stehenden Kanäle ohne Einschränkungen genutzt werden.By activating the antenna modules accordingly 2 , 3 by the control device 7th reception on up to four reception channels and transmission on two channels is possible. The C-V2X applications already explained can therefore be used without restrictions due to the sufficient number of available channels.

Für die in 3 gezeigte, relativ einfach aufgebaute gestapelte Patchantenne 10 wurden Simulationen durchgeführt, um eine Eignung der Patchantenne 10 für die angegebenen Zwecke zu prüfen. Hierbei wurde als Dielektrikum 15 ein Dielektrikum mit einer relativen Permittivität ε von 8 und einer Dicke 28 von 2,5 mm verwendet. Als weiteres Dielektrikum 30 wurde ein Dielektrikum mit einer relativen Permittivität ε von 6 und einer Dicke von 4,0 mm genutzt. Für den Abstand 36 der Referenzfläche 16 zu anderen leitenden Komponenten wurden 1,6 mm angenommen. Die Abmessungen der Antennenflächen 13, 14 wurden so gewählt, dass unter Berücksichtigung des jeweils in Richtung der Referenzfläche 16 benachbarten Dielektrikums 15, 30 etwas weniger als die Hälfte der Wellenlänge der zu sendenden bzw. zu empfangenden Strahlung als Abmessung gewählt wurde. Für die ausgedehntere Antennenfläche 14 resultiert somit eine Seitenlänge von ca. 10,2 mm. Die Höhe des gesamten Stapels einschließlich des Abstandes 36 addiert sich zu 8,1 mm. Es wird somit eine sehr kleinbauende gestapelte Patchantenne 10 bereitgestellt, womit selbst bei der beschriebenen Integration der Antennenelektroniken 11, 12 in das Antennenmodul 2 bzw. 3 weiterhin ein sehr kompaktbauendes Antennenmodul 2, 3 resultiert, das beispielsweise problemlos in den Spiegelsockel 4 integriert werden kann.For the in 3 The shown, relatively simply constructed stacked patch antenna 10 Simulations were carried out to determine the suitability of the patch antenna 10 for the stated purposes. This was used as a dielectric 15th a dielectric with a relative permittivity ε of 8 and a thickness 28 of 2.5 mm is used. As another dielectric 30th a dielectric with a relative permittivity ε of 6 and a thickness of 4.0 mm was used. For the distance 36 the reference area 16 to other conductive components 1.6 mm was assumed. The dimensions of the antenna surfaces 13 , 14th were chosen so that taking into account each in the direction of the reference surface 16 neighboring dielectric 15th , 30th slightly less than half the wavelength of the radiation to be transmitted or received was chosen as the dimension. For the larger antenna area 14th this results in a side length of approx. 10.2 mm. The height of the entire stack including the distance 36 adds up to 8.1 mm. It becomes a very compact, stacked patch antenna 10 provided, which even with the described integration of the antenna electronics 11 , 12 into the antenna module 2 or. 3 furthermore a very compact antenna module 2 , 3 results, for example, easily in the mirror base 4th can be integrated.

4 zeigt die S-Parameter für die durch die Antennenflächen 13, 14 gebildeten Antennen. Die Kurve 31 gibt hierbei den S-Parameter für die Antennenfläche 13 und die Kurve 32 den S-Parameter für die Antennenfläche 14 an. Die Y-Achse zeigt die Rückstreuung der Antenne in dB und die X-Achse die Frequenzen, für die die jeweilige Rückstreuung gilt. Das Minimum der Kurven 31, 32 stellt somit jene Frequenz dar, für die die minimale Reflektion und somit die maximale Abstrahlung von Leistung erfolgt. Wie in 4 klar zu erkennen ist, sind beide Antennenflächen 13, 14 gut geeignet, um im Bereich der relevanten Frequenz von 5,9 GHz Leistung abzustrahlen. 4th shows the S-parameters for the antenna surfaces 13 , 14th formed antennas. The curve 31 gives the S-parameter for the antenna area 13 and the curve 32 the S-parameter for the antenna area 14th at. The Y-axis shows the backscatter of the antenna in dB and the X-axis the frequencies for which the respective backscatter applies. The minimum of the curves 31 , 32 thus represents the frequency for which the minimum reflection and thus the maximum radiation of power occurs. As in 4th can be clearly seen, both antenna surfaces are 13 , 14th well suited to emit power in the range of the relevant frequency of 5.9 GHz.

Die Kurve 33 zeigt den S-Parameter für das Übersprechen zwischen den durch die Antennenflächen 13, 14 gebildeten Antennen. Hierbei wird, wie in 4 dargestellt ist, über einen weiten Frequenzbereich aufgrund der unterschiedlichen genutzten Polarisationen der Antennen ein geringes Übersprechen und somit eine gute Signaltrennung erreicht. Somit wird bereits mit der in 3 gezeigten sehr einfachen Struktur der gestapelten Patchantenne 10 ein gutes Sende- und Empfangsverhalten auch bei gleichzeitiger Nutzung der Antennen erreicht. Durch Modifikationen der gezeigten gestapelten Patchantenne 10 wäre es unter Umstände im Rahmen der Weiterentwicklung des beschriebenen Gegenstandes möglich, dass Verhalten weiter zu verbessern.The curve 33 shows the S-parameter for the crosstalk between the antenna surfaces 13 , 14th formed antennas. Here, as in 4th is shown, a low crosstalk and thus a good signal separation is achieved over a wide frequency range due to the different polarizations of the antennas. Thus, with the in 3 shown very simple structure of the stacked patch antenna 10 A good transmission and reception behavior is achieved even when the antennas are used at the same time. By modifying the stacked patch antenna shown 10 Under certain circumstances, it would be possible in the context of the further development of the object described to further improve the behavior.

5 zeigt die Abstrahlcharakteristik der durch die Antennenfläche 13 gebildeten Antenne und 6 die Abstrahlcharakteristik der durch die Antennenfläche 14 gebildeten Antenne. Hierbei zeigen die Kurve 34, 35 jeweils winkelabhängig die abgestrahlte Leistung in dB. Wie in 5 und 6 eindeutig zu erkennen ist, weißen beide gebildeten Antennen eine ausgeprägte Richtcharakteristik auf, wobei die Abstrahlrichtungen der Hauptkeule um ca. 20 bis 30° gegeneinander verschwenkt sind. Somit wird auch in der gestapelten Patchantenne 10 eine gute Richtcharakteristik erreicht. Die Richtcharakteristik kann bedarfsgemäß weiter optimiert werden, indem die in 3 gezeigte Anordnung modifiziert wird. Optimierungsprozesse für Patchantennen werden typischerweise durch ein wiederholtes Modifizieren und Simulieren der genutzten Antennenstrukturen durchgeführt. Entsprechende Ansätze sind prinzipiell bekannt und sollen nicht detailliert erläutert werden. 5 shows the radiation characteristics of the antenna surface 13 formed antenna and 6th the radiation characteristics of the antenna surface 14th formed antenna. Here show the curve 34 , 35 the emitted power in dB, depending on the angle. As in 5 and 6th It can be clearly seen that the two antennas formed have a pronounced directional characteristic, with the radiation directions of the main lobe being pivoted by approx. Thus also in the stacked patch antenna 10 a good directional characteristic is achieved. The directional characteristic can be further optimized as required by adding the in 3 The arrangement shown is modified. Optimization processes for patch antennas are typically carried out by repeatedly modifying and simulating the antenna structures used. Appropriate approaches are known in principle and should not be explained in detail.

Durch die beschriebene Ausgestaltung des Antennenmoduls bzw. der Antennenmodule werden mehrere Antennen auf engem Bauraum bereitgestellt, die gemeinsam im gleichen Frequenzbereich, beispielsweise für empfangsseitige MIMO-Anwendungen bzw. für einen Vollduplex-Betrieb, nutzbar sind, womit Bauraum für zusätzliche separate Strahler eingespart werden, wodurch wiederum Gewicht und Kosten des Kraftfahrzeugs reduziert werden können. Durch Nutzung von zwei entsprechenden Antennenmodulen können beispielsweise die Anforderungen der 3GPP-Initiative (3rd Generation Partnership Project) für C-2VX-Applikationen umgesetzt werden.The described configuration of the antenna module or the antenna modules provides several antennas in a small installation space, which can be used together in the same frequency range, for example for MIMO applications on the receiving side or for full duplex operation, which saves installation space for additional separate radiators. whereby, in turn, the weight and costs of the motor vehicle can be reduced. By using two appropriate antenna modules, the requirements of the 3GPP initiative (3rd Generation Partnership Project) for C-2VX applications can be implemented, for example.

Claims (8)

Kraftfahrzeug mit einem Antennenmodul (2, 3), das eine gestapelte Patchantenne (10) mit zwei parallel zueinander angeordneten und durch ein Dielektrikum (15) voneinander getrennten Antennenflächen (13, 14) umfasst, wobei die Antennenflächen (13, 14) jeweils derart eine Antenne bilden, dass die gebildeten Antennen voneinander unterschiedlicher Polarisationen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenmodul (2, 3) eine jeweilige Antennenelektronik (11, 12) für jede der Antennenflächen (13, 14) umfasst, wobei einerseits das Kraftfahrzeug (1) eine Steuereinrichtung (7) umfasst, die dazu eingerichtet ist, in einem Vollduplex-Betriebsmodus gleichzeitig eine der Antennenelektroniken (11, 12) zum Senden von Sendesignalen anzusteuern und über die andere der Antennenelektroniken (11, 12) Empfangssignale zu empfangen und/oder andererseits zumindest eine der Antennenelektroniken (11,12) in einem ersten Betriebsmodus die zugeordnete Antennenfläche (13, 14) zum Senden von Sendesignalen ansteuert und in einem zweiten Betriebsmodus Empfangssignale von dieser Antennenfläche empfängt.Motor vehicle with an antenna module (2, 3) which comprises a stacked patch antenna (10) with two antenna surfaces (13, 14) arranged parallel to one another and separated from one another by a dielectric (15), the antenna surfaces (13, 14) each being one of these Form an antenna that the antennas formed have mutually different polarizations, characterized in that the antenna module (2, 3) comprises a respective antenna electronics (11, 12) for each of the antenna surfaces (13, 14), on the one hand the motor vehicle (1) one Control device (7) which is set up to simultaneously control one of the antenna electronics (11, 12) for sending transmission signals in a full duplex operating mode and to receive received signals via the other of the antenna electronics (11, 12) and / or at least one on the other hand of the antenna electronics (11, 12) in a first operating mode the assigned antenna surface (13, 14) for sending transmission signals to expensive and receives received signals from this antenna surface in a second operating mode. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenmodul (2) in einen Spiegelsockel (4) eines Innenrückspiegels (5) des Kraftfahrzeugs (1) integriert ist oder dass das Antennenmodul (3) ein auf dem Fahrzeugdach (28) angeordnetes Dachantennenmodul ist.Motor vehicle after Claim 1 , characterized in that the antenna module (2) is integrated in a mirror base (4) of an interior rearview mirror (5) of the motor vehicle (1) or that the antenna module (3) is a roof antenna module arranged on the vehicle roof (28). Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenmodul (2, 3) eine Grundfläche aufweist, die innerhalb eines Quadrats mit einer Seitenlängen von weniger als 70 mm liegt und/oder das es eine Bauhöhe von weniger als 20 mm aufweist.Motor vehicle after Claim 1 or 2 , characterized in that the antenna module (2, 3) has a base area which lies within a square with a side length of less than 70 mm and / or that it has an overall height of less than 20 mm. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelektronik (11) wenigstens einer der Antennenflächen (13, 14) eine Vorrichtung (24) zur Kompensation von Leitungsverlusten zwischen dieser Antennenelektronik (11) und der fahrzeugseitigen Steuereinrichtung (7) umfasst.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the antenna electronics (11) of at least one of the antenna surfaces (13, 14) comprise a device (24) for compensating for line losses between this antenna electronics (11) and the vehicle-side control device (7). Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenelektroniken (11, 12) jeweils wenigstens einen Signalverstärker (21 - 23) umfassen.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the antenna electronics (11, 12) each comprise at least one signal amplifier (21-23). Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, in einem Empfangsbetriebsmodus über beide Antennenelektroniken (11, 12) Empfangssignale zu empfangen.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the control device (7) is set up to receive reception signals via both antenna electronics (11, 12) in a reception operating mode. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu einer der Antennenflächen (13, 14) ein weiteres Dielektrikum (30) angeordnet ist, dass diese Antennenfläche (14) von einer leitfähigen Referenzfläche (16) trennt.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that a further dielectric (30) is arranged adjacent to one of the antenna surfaces (13, 14), which separates this antenna surface (14) from a conductive reference surface (16). Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dielektrikum (15) und das weitere Dielektrikum (30) voneinander unterschiedliche relative Permittivitäten aufweisen und/oder dass die Seitenlängen der Antennenflächen (13, 14) in wenigstens eine Richtung voneinander unterschiedlich sind.Motor vehicle after Claim 7 , characterized in that the dielectric (15) and the further dielectric (30) have different relative permittivities from one another and / or that the side lengths of the antenna surfaces (13, 14) are different from one another in at least one direction.
DE102019131457.7A 2019-11-21 2019-11-21 Motor vehicle with an antenna module Active DE102019131457B3 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019131457.7A DE102019131457B3 (en) 2019-11-21 2019-11-21 Motor vehicle with an antenna module
CN202011316398.1A CN112825384A (en) 2019-11-21 2020-11-20 Motor vehicle with antenna module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019131457.7A DE102019131457B3 (en) 2019-11-21 2019-11-21 Motor vehicle with an antenna module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102019131457B3 true DE102019131457B3 (en) 2021-02-04

Family

ID=74174982

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019131457.7A Active DE102019131457B3 (en) 2019-11-21 2019-11-21 Motor vehicle with an antenna module

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN112825384A (en)
DE (1) DE102019131457B3 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6166698A (en) * 1999-02-16 2000-12-26 Gentex Corporation Rearview mirror with integrated microwave receiver
US20060290580A1 (en) * 2005-06-28 2006-12-28 Mitsumi Electric Co. Ltd. Hybrid antenna unit with a suitably located booster circuit
US20080068270A1 (en) * 2006-09-15 2008-03-20 Laird Technologies, Inc. Stacked patch antennas
DE102007055323A1 (en) * 2007-11-20 2009-06-04 Continental Automotive Gmbh Finned multiband antenna module for vehicles
DE102010015823A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Continental Automotive Gmbh Antenna module for vehicle, has feeding pin extended to top surface of substrate, where pin has pin extension extending over patch antenna surface, which forms antenna structure for radiating or receiving electromagnetic waves

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7746283B2 (en) * 2007-05-17 2010-06-29 Laird Technologies, Inc. Radio frequency identification (RFID) antenna assemblies with folded patch-antenna structures
EP2034623A1 (en) * 2007-09-05 2009-03-11 Nokia Siemens Networks Oy Adaptive adjustment of an antenna arrangement for exploiting polarization and/or beamforming separation
KR101806188B1 (en) * 2016-08-16 2017-12-07 주식회사 아모텍 Patch antenna module

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6166698A (en) * 1999-02-16 2000-12-26 Gentex Corporation Rearview mirror with integrated microwave receiver
US20060290580A1 (en) * 2005-06-28 2006-12-28 Mitsumi Electric Co. Ltd. Hybrid antenna unit with a suitably located booster circuit
US20080068270A1 (en) * 2006-09-15 2008-03-20 Laird Technologies, Inc. Stacked patch antennas
DE102007055323A1 (en) * 2007-11-20 2009-06-04 Continental Automotive Gmbh Finned multiband antenna module for vehicles
DE102010015823A1 (en) * 2010-04-21 2011-10-27 Continental Automotive Gmbh Antenna module for vehicle, has feeding pin extended to top surface of substrate, where pin has pin extension extending over patch antenna surface, which forms antenna structure for radiating or receiving electromagnetic waves

Also Published As

Publication number Publication date
CN112825384A (en) 2021-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69531655T2 (en) Broadband monopole antenna in uniplanar printed circuit technology and transmitting and / or receiving device with such an antenna
DE69936903T2 (en) Antenna for two frequencies for radio communication in the form of a microstrip antenna
DE102009035359B4 (en) Microstrip antenna array
EP0061576B1 (en) Microwave communication transmission apparatus with multimode diversity combining reception
DE19617140C2 (en) Radio station for sending and receiving digital information in a mobile communication system
DE69923822T2 (en) Transmitter for repeating noise and housing for the same
DE202021106120U1 (en) Radiating elements with angled feed shafts and base station antennas including the same
WO1991011830A1 (en) Antenna combination
DE112019000636T5 (en) Antenna device, window glass for a vehicle, and window glass structure
DE102015005468A1 (en) antenna
DE102012210314A1 (en) Antenna arrangement and method
EP0041077B1 (en) Antenna-feeding system for a tracking antenna
DE102017208781B4 (en) Broadband antenna in the crash pad for vehicles
DE602004012705T2 (en) Dual polarized antenna module
DE3602515A1 (en) FOUR-BEAM ANTENNA SYSTEM WITH SPACE-DUPLICATED TRANSMITTER AND RECEIVER ANTENNAS
DE1942678B2 (en) Feed arrangement for an antenna working with several wave types
DE10195823B3 (en) Antenna element, transceiver and method of operating a transceiver
EP1969674A1 (en) Antenna arrangement and use thereof
DE102019131457B3 (en) Motor vehicle with an antenna module
WO2016045830A1 (en) Antenna for short-range radar
DE202013007872U1 (en) Multi-band fin antenna for mobile use, especially for vehicles
DE102009038038A1 (en) Antenna arrangement for motor vehicle, has housing, in which two individual antennas for multiple-input multiple-output multi-band functionality and metallic surface area plate are arranged
EP2985836B1 (en) Feed network assembly for generating a multiple antenna signal
DE102010014864B4 (en) Waveguide connection for an antenna system and antenna system
DE2104467C3 (en) Electrical communication system for the transmission of high-frequency signals

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final