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EINFÜHRUNG
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Die Gegenstandsoffenbarung betrifft eine Mehrantennen-Masseebenenstruktur zur Integration in ein Fahrzeug.
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Fahrzeuge umfassen zunehmend Kommunikationsvorrichtungen mit Übertragungs- und/oder Empfangsfähigkeit. Jede dieser Vorrichtungen weist eine oder mehrere entsprechende Antennen auf. Beispielhafte Vorrichtungen umfassen ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS), wie beispielsweise das globale Positionierungssystem (GPS) mit Antennen in den L1- und/oder L5-Bändern, ein Satellitenradiosystem (z.B., Sirius Satellite Radio®) und ein Fahrzeug-zu-alles(V2X)-System, das beispielsweise Fahrzeug-zu-Fahrzeug(V2V)- oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur(V21)-Kommunikation erleichtert. Demgemäß ist es wünschenswert, eine Mehrantennen-Masseebenenstruktur zur Integration in ein Fahrzeug bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Mehrantennen-Masseebenenstruktur in einem Fahrzeug eine erste Masseebene, um mit einem Blendenunterbau elektrisch verbunden zu sein. Der Blendenunterbau ist ein Abschnitt eines durch eine Blende abgedeckten Fahrzeugs. Eine erste Seite der ersten Masseebene ist konfiguriert ist, um zwei oder mehr Antennen darauf zu setzen. Die Mehrantennen-Masseebenenstruktur umfasst ebenfalls eine oder mehrere zusätzliche Masseebenen, die an einer zweiten Seite, entgegengesetzt der ersten Seite, der ersten Masseebene befestigt sind. Eine der einen oder mehreren zusätzlichen Masseebenen ist an einer oder mehreren Antennen befestigt, so dass die eine oder mehrere Antennen entgegengesetzt einer Orientierung der beiden oder mehreren Antennen orientiert ist, die auf der ersten Masseebene gesetzt sind.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist die Mehrantennen-Masseebenenstruktur geformt und dimensioniert, um vollständig innerhalb eines durch die Blende definierten Volumen zu passen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist die Blende ein Spoiler.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist die erste Masseebene an dem Blendenunterbau befestigt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist die erste Masseebene mit dem Blendenunterbau mittels Kupferband elektrisch verbunden.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist eine Antenne des globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) und eine Satellitenradioantenne an der ersten Masseebene aufgesetzt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmalen ist die zweite Masseebene an einer Fahrzeug-zu-alles(V2X)-Antenne befestigt.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist eine Form der ersten Masseebene ist in einer ersten Dimension entlang einer zweiten Dimension ungleichmäßig, die senkrecht zu der ersten Dimension ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist die eine der einen oder mehreren zusätzlichen Masseebenen von der ersten Masseebene durch eine oder mehrere Standoff-Strukturen getrennt, welche die erste Masseebene mit der einen der einen oder mehreren zusätzlichen Masseebenen elektrisch verbinden.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist die eine oder mehrere Standoff-Strukturen ein Aluminiumpfosten.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrantennen-Masseebenenstruktur das Herstellen einer ersten Masseebene, um mit einem Blendenunterbau elektrisch verbunden zu sein. Der Blendenunterbau ist ein Abschnitt des Fahrzeugs, der durch eine Blende abgedeckt ist, wobei auf einer ersten Seite der ersten Masseebene zwei oder mehr Antennen gesetzt sind. Das Verfahren umfasst ebenfalls das Befestigen einer oder mehrerer zusätzlicher Masseebenen an einer zweiten Seite, entgegengesetzt der ersten Seite, der ersten Masseebene. Eine der einen oder mehreren zusätzlichen Masseebenen ist an einer oder mehreren Antennen befestigt, so dass die eine oder mehrere Antennen entgegengesetzt einer Orientierung der beiden oder mehreren Antennen orientiert sind, die auf der ersten Masseebene sitzen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Herstellen ein Formen und Dimensionieren der Mehrantennen-Masseebenenstruktur, um vollständig innerhalb eines durch die Blende definierten Volumens zu passen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist die Blende ein Spoiler.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Herstellen das Konfigurieren der ersten Masseebene, um an der Blendenunterbau befestigt zu sein.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Herstellen das Konfigurieren der ersten Masseebene, um mit dem Blendenunterbau mittels Kupferband elektrisch verbunden zu sein.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Herstellen ein Konfigurieren der ersten Masseebene, um eine Antenne eines globalen Navigationssatellitensystems (GNSS) und eine Satellitenradioantenne aufzusetzen.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren ebenfalls ein Konfigurieren der zweiten Masseebene, um an einer Fahrzeug-zu-alles(V2X)-Antenne befestigt zu sein.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Herstellen ein Formen der ersten Masseebene, um in einer ersten Dimension entlang einer zweiten Dimension ungleichmäßig zu sein, das senkrecht zu der ersten Dimension ist.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale umfasst das Verfahren auch ein Trennen der einen der einen oder mehreren zusätzlichen Masseebenen von der ersten Masseebene unter Verwendung einer oder mehrerer Standoff-Strukturen, welche die erste Masseebene mit der einen der einen oder mehreren zusätzlichen Masseebenen elektrisch verbinden.
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Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale ist die eine oder mehrere Standoff-Strukturen ein Aluminiumpfosten.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung, einschließlich der Ansprüche und der beispielhaften Ausführungsformen ohne Weiteres ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren genommen werden..
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten erscheinen nur beispielhaft in der folgenden ausführlichen Beschreibung, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:
- 1 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs ist, das eine Mehrantennen-Masseebenenstruktur zur Integration innerhalb des Fahrzeugs umfasst;
- 2 Aspekte einer beispielhaften Mehrantennen-Masseebenenstruktur zur Integration innerhalb eines Fahrzeug gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen genauer ausgeführt werden; und
- 3 zusätzliche Aspekte der beispielhaften Mehrantennen-Masseebenenstruktur zur Integration innerhalb eine Fahrzeug gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ausführlicher ausführt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft im Wesen und ist nicht bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen einzuschränken. Es versteht sich, dass überall in den Zeichnungen entsprechende Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Wie zuvor bemerkt, kann ein Fahrzeug eine Anzahl von Kommunikationsvorrichtungen und entsprechende Antennen umfassen. Es kann wünschenswert sein, diese Antennen in das Fahrzeug in einer Weise zu integrieren, dass sie für ästhetische, aerodynamische oder andere Zwecke verborgen sind und nicht von der Oberfläche des Fahrzeugs vorstehen. Ausführungsformen der hier genauer ausgeführten Systeme und Verfahren betreffen eine Mehrantennen-Masseebenenstruktur zur Integration in ein Fahrzeug. Die Masseebenenstruktur ist dimensioniert und geformt, um Antennen unterzubringen, die Insolation voneinander erfordern, während vollständig innerhalb des Fahrzeugs zu passen (z.B., innerhalb eines durch einen Spoiler definierten Volumens). Während ein Spoiler und ein entsprechender Spoiler-Unterbau (d.h., durch den Spoiler abgedeckter Rahmen) spezifisch veranschaulicht und für erklärende Zwecke erläutert werden, kann die Mehrantennen-Masseebenenstruktur innerhalb einer beliebigen Blende des Fahrzeugs integriert und mit einem anderen Unterbau elektrisch verbunden sein, der durch die Blende abgedeckt ist.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist 1 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs 100, das eine Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 zur Integration innerhalb des Fahrzeugs 100 umfasst. Das in 1 gezeigte beispielhafte Fahrzeug 100 ist ein Automobil 101. In alternativen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 100 ein offener Kleintransporter (pick-up truck), Geländewagen (sport utility vehicle) oder ein anderer Typ von Fahrzeug sein. Das Fahrzeug 100 wird mit einem Spoiler 110 am hinteren Rand des Daches 105 gezeigt. Der Spoiler 110 ist ein Beispiel einer Blende 250, die auf einem Abschnitt des Fahrzeugunterbaus allgemein als ein ästhetisches Teil des Fahrzeugs 100 angebracht ist. Der beispielhafte Spoiler 110 ist zwischen dem Dach 105 und der hinteren Windschutzscheibe 115, wie gezeigt. In alternativen Ausführungsformen kann die Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 innerhalb eines Volumens lokalisiert sein, das durch eine andere Blende 250 des Fahrzeugs 100 definiert wird. Das Fahrzeug 100 umfasst einen Spoiler-Unterbau 120, der ein Teil des Fahrzeugrahmens ist, das als eine strukturelle Unterstützung für den Spoiler 110 wirkt und ebenfalls das Teil des Fahrzeugs ist, das durch den Spoiler 110 abgedeckt wird. Der Spoiler-Unterbau 120 ist aus Metall und ist ein geneigter Übergang zwischen dem Dach 105 und der hinteren Windschutzscheibe 115, wie gezeigt. Eine erweiterte Ansicht des Spoilers 110 und Spoiler-Unterbaus 120 wird gezeigt.
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Wie ferner mit Bezugnahme auf 2 erläutert, ist eine Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 mit dem Metallspoiler-Unterbau 120 elektrisch verbunden und vollständig innerhalb eines Volumens 111 befestigt, das durch den Spoiler 110 definiert ist. Die Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 kann an einem Abschnitt des Spoilers 110 oder einer anderen Blende 250 (2) angebracht sein und mit dem Spoiler-Unterbau 120 oder, allgemeiner, dem Blendenunterbau 255 (2) durch Kupferband 204 (2) elektrisch verbunden sein oder kann direkt an dem Spoiler-Unterbau 120 befestigt sein. Das Fahrzeug 100 kann zusätzliche Komponenten (z.B., Sensoren, Anzeigen) umfassen, wie beispielsweise einen Controller 130, um den Betrieb der Vorrichtungen (z.B., GNSS-System, Satellitenradio) zu erleichtern, die Antennen 220 verwenden, die auf einer Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 . Der Controller 130 kann Verarbeitungsschaltungen umfassen, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application specific integrated circuit; ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, festzugeordnet oder Gruppe) und Speicher umfassen können, der eine oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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2 führt Aspekte der Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 zur Integration innerhalb eines Fahrzeug 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen genauer aus. Wie in der erweiterten Ansicht von 1 angegeben, ist die Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 vollständig innerhalb des durch den durch den Spoiler 110 definierten Volumens 111 und ist an dem Spoiler-Unterbau 120 angebracht. Das heißt, kein Abschnitt der Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 (einschließlich der Antennen 220) steht von der Oberfläche des Fahrzeugs 100 vor. Wie zuvor bemerkt, kann das Volumen 111, innerhalb welcher die Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 eingeschränkt ist, durch eine andere Blende 250 definiert sein, die allgemein einen Blendenunterbau 255 des Fahrzeugs 100 abdeckt.
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Die Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 ist eine Mehrebenenstruktur und umfasst in der in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform zwei Ebenen. An einer Ebene 205a stützt eine Masseebene 210a eine GNSS-Antenne 220a und eine Satellitenradioantenne 220b (allgemein als Antenne 220 bezeichnet). Eine zweite Ebene 205b (allgemein als Ebene 205 bezeichnet) wird in 3 genauer ausgeführt und umfasst eine Masseebene 210b (allgemein als Masseebene 210 bezeichnet), die eine V2X-Antenne 220c stütz. Wie in 2 und 3 gezeigt, ist die zweite Masseebene 210b an der ersten Masseebene 210a auf einer Seite 202 der ersten Masseebene 210a befestigt, die entgegengesetzt der Seite 201 ist, an der die Antennen 220a, 220b angebracht sind. Gemäß alternativen Ausführungsformen können zusätzlichen Ebenen 205 basierend auf dem verfügbaren Volumen 111 hinzugefügt werden.
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Die Orientierung, Platzierung und relative Anordnung der GNSS-Antenne 220a und der Satellitenradioantenne 220b auf der Masseebene 210a sowie auch die Größe und Form der Masseebene 210a werden verwendet, um Leistung zu steuern. Die GNSS-Antenne 220a wird auf dem dielektrischen Substrat 230a gezeigt und die Satellitenradioantenne 220b wird auf einem dielektrischen Substrat 230b gezeigt (allgemein als dielektrisches Substrat 230 bezeichnet). Sowohl die GNSS-Antenne 220a als auch die Satellitenradioantenne 220b ziehen Nutzen aus einem klaren Himmelsblick. Das heißt, dass die Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 innerhalb des Volumens 111 des Spoilers 110 orientiert ist, so dass die Masseebene 210a, auf der die GNSS-Antenne 220a und die Satellitenradioantenne 220b angebracht sind, von dem Spoiler-Unterbau 120 abgewandt und in Richtung eines Äußeren des Fahrzeugs 100 gerichtet sind.
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Die Platzierung der GNSS-Antenne 220a und der Satellitenradioantenne 220b auf der Masseebene 210a ist, so dass die beiden Antennen 220 so weit wie möglich voneinander getrennt sind, während sie von so viel Masseebene 210a wie möglich auf allen Seiten (d.h., nicht an einem Rand) für ihre jeweiligen Betriebsfrequenzen umgeben wird. Somit wird die Größe und Form der Masseebene 210a ausgewählt, um diese Platzierung zu erleichtern. Wie in 2 gezeigt, wird, weil die Grundfläche der GNSS-Antenne 220a (durch das dielektrische Substrat 230a definiert) größer als die Satellitenradioantenne 220b ist, die Masseebene 210a geformt, so dass sie breiter an einem Ende ist, an dem die GNSS-Antenne 220a angebracht ist (d.h., die Masseebene 210a weist eine ungleichmäßig Breite über ihre Länge auf oder ihre Form ist ungleichmäßig in einer Dimension entlang einer andern, senkrechten, Dimension). Die Größe der Masseebene 210a wird ausgewählt, um die Trennung der beiden Antennen 220 zu erleichtern, während ebenfalls eine Passung innerhalb des durch den Spoiler 110 definierten Volumens 111 erleichtert wird.
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Die relative Anordnung der GNSS-Antenne 220a und der Satellitenradioantenne 220b ist derart, dass die Antennen 220 nicht ausgerichtet (d.h., nicht parallel) sind, wie gezeigt. Die Betriebsfrequenz des L5-Bandes der GNSS-Antenne 220a ist 1,176 Gigahertz (GHz), während die Betriebsfrequenz der Satellitenradioantenne 220b von der Größenordnung von 2,34 GHz sein kann. Somit kann die zweite Harmonische des L5-Bandes der GNSS-Antenne 220a die Satellitenradioantenne 220b stören. Die relative Anordnung der Antennen 220 erleichtert die Insolation zwischen der GNSS-Antenne 220a und der Satellitenradioantenne 220b ohne den Trennungsabstand und somit die Größe der Masseebene 210a. In alternativen Ausführungsformen können die Antennen 220, die anderen Kommunikationsvorrichtungen des Fahrzeugs 100 zugeordnet sind, zusätzlich oder alternativ auf der Masseebene 210a angebracht sein. Die Anzahl von Antennen 220 ist durch den Raum begrenzt, der innerhalb des durch den Spoiler 110 definierten Volumens 111 verfügbar ist, der dann die Größe der Masseebene 210a begrenzt.
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3 führt Aspekte der Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 zur Integration innerhalb einer Fahrzeug 100 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen genauer aus. Die zweite Ebene 205b wird genauer ausgeführt.
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Wie zuvor bemerkt, ist die Ebene 205b an der ersten Ebene 205a auf einer zweiten Seite 202 der Masseebene 210a angebracht. Eine V2X-Antenne 220c, die einen Reflektor 330 und einen gefalteten Monopol 340 umfasst, wird auf einer Masseebene 210b der Ebene 205b angebracht gezeigt. Die V2X-Antenne 220c steht relativ zu der Orientierung der GNSS-Antenne 220a und der Satellitenradioantenne 220b auf dem Kopf (auf der Masseebene 210a). Standoff-Strukturen 310 (z.B., Aluminium oder andere leitende Pfosten) können verwendet werden, um die beiden Masseebenen 210 zu trennen, während sie elektrisch verbunden sind. Ein Ende des gefalteten Monopols 340 ist mit der Masseebene 210b verbunden und das andere Ende ist ein Antennenspeisepunkt 320, der die V2X-Antenne 220c an einem koaxialen Kabel (nicht gezeigt) befestigt. Die Masseebene 210b wirkt als eine Tochterplatine der Masseebene 210a. Die abgestufte Struktur der Ebenen 205 ermöglicht, dass die Dimensionen der Mehrantennen-Masseebenenstruktur 200 innerhalb des durch den Spoiler 110 definierten Volumens 111 passen, während die Isolation von jeder der Antennen 220 erleichtert wird.
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Während die obige Offenbarung bezüglich beispielhafter Ausführungsformen beschrieben wurde, wird von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und deren Elemente durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Schutzumfang abzuweichen. Deshalb ist vorgesehen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die offenbarten speziehen Ausführungsformen eingeschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen enthält, die in ihren Schutzumfang fallen.
