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Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zum Senden und Empfang von Funksignalen mit Informationen, zum Beispiel für die Navigation, die Kommunikation oder anderes, und zum Ermitteln einer Empfangsrichtung von Wellen, die von einem Sender gesendet oder von einem Objekt reflektiert werden, um den Ort oder zumindest die Richtung der Lage des Senders oder Objektes zu ermitteln, wobei die Antennenanordnung zwei erste Antennen zum Empfang von linear polarisierten Wellen aufweist, die zueinander senkrechte Polarisationsrichtungen haben.
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Solche Antennenanordnungen können insbesondere in Kraftfahrzeugen dazu genutzt werden, um zum Beispiel Kommunikationssignale von Funkschlüsseln oder Smartphones zu empfangen und den Ort der Funkschlüssel oder Smartphnes, zumindest die Richtung, in der der Funkschlüssel oder das Smartphone zu finden ist, zu ermitteln.
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In Kraftfahrzeugen werden dazu häufig Flächenantennen eingesetzt.
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So können mehrere vertikal polarisierte Antennen, die nebeneinander angeordnet sind, dazu genutzt werden, um den Einfallswinkel von Wellen in einer horizontalen Ebene zu bestimmen. Die Bestimmung des Einfallswinkels kann zum Beispiel dazu genutzt werden, um den Ort eines sendenden Objektes, zum Beispiel des Funkschlüssels oder Smartphones, oder den Ort eines reflektierenden Objektes zu erkennen, der die vom Radar ausgesendeten Wellen reflektiert.
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Flächenantennen können auch genutzt werden, um Funksignale für die Kommunikation oder Navigation zu empfangen. Solche Signale werden häufig auf dem Weg vom Sender zum mit der Antenne ausgestatteten Kraftfahrzeug reflektiert, so dass sie auf unterschiedlichen Wegen vom Sender zur Empfangsantenne im Fahrzeug kommen und die auf den unterschiedlichen Wegen transportierten Wellen unterschiedlich polarisiert sein können. Verwendet man dann zum Empfang eine Antenne nur mit einer ersten Polarisationsrichtung, und haben die bei dem Kraftfahrzeug ankommenden Wellen dieser Polarisationsrichtung nur eine geringe Amplitude, die bei dem Kraftfahrzeug ankommenden Wellen mit dazu senkrechter Polarisation jedoch eine starke Amplitude, ist es von Vorteil, wenn im Fahrzeug nicht nur die Wellen der ersten Polarisationsrichtung empfangen werden können, sondern auch Wellen mit einer dazu senkrechten Polarisationsrichtung. Bei bekannten Antennenanordnung, bei denen es auf diese sogenannte Polarisation-Diversity ankommt, sind daher eine Antenne für Wellen mit einer ersten Polarisationsrichtung und eine Antenne mit einer zur ersten Polarisationsrichtung senkrechten Polarisationsrichtung ausgerüstet.
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Der Empfang von beliebigen Funksignalen zur Kommunikation mit beliebiger Polarisationsrichtung und von Wellen zur Bestimmung eines Einfallwinkels mit einer bestimmten Polarisationsrichtung ist grundsätzlich kein unlösbares Problem. Insbesondere, wenn der Einfallswinkel von einem Objekt bestimmt wird, an dem polarisierte Radarwellen reflektiert werden.
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Soll dagegen der Einfallwinkel von polarisierten Wellen bestimmt werden, die von einem Funkschlüssel oder Smartphone gesendet werden, stoßen die bekannten Konzepte an ihre Grenzen, da die Lage des Schlüssels im Raum relativ zum Fahrzeug beliebig sein kann. Es ist daher nicht klar, wie die Polarisationsrichtung im Raum ist. Eine entsprechende Ausrichtung der Antennen, die fest im Fahrzeug eingebaut sind, ist daher kaum möglich.
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Hier setzen die Erfinder an, die sich dem technischen Problem gestellt haben, einen Empfang der vom Schlüssel ausgesendeten Wellen zu verbessern.
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Ein Anliegen der Erfinder war es dabei, die Anzahl der Antennen, die in einem Fahrzeug vorgesehen sind, möglichst gering zu halten. Eine geringe Anzahl der Antennen hat verschiedene Vorteile: So können Kosten für die Herstellung und die Montage der Antennen reduziert werden, wenn weniger Antennen in einem Fahrzeug eingebaut werden. Außerdem muss weniger Bauraum für den Einbau von Antennen und die Verlegung von Leitungen zu den Antennen oder mit den Antennen verbundenen elektrischen Geräten vorgesehen werden.
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Diese Aufgabe haben die Erfinder dadurch gelöst, dass die Antennenanordnung wenigstens zwei zweiten Antennen zum Empfang von zirkular und/oder elliptisch polarisierten Wellen aufweist.
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Anstelle der sonst üblichen linear polarisierten Wellen zur Ermittlung des Ortes eines Senders oder Objektes ist es die hinter der Erfindung stehende Idee, zirkular oder elliptisch polarisierte Wellen zu nutzen. Zirkular polarisierte Wellen haben die Eigenschaft, dass die Amplitude konstant ist und sich die Richtung der Auslenkung innerhalb der senkrecht zum Wellenvektor stehenden Ebene mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ändert. Damit kann eine Antenne für zirkular polarisierte Wellen Auslenkungen von Wellen in jeder Richtung des Raumes aufnehmen und in einen elektrischen Strom wandeln. Elliptisch polarisierte Wellen sind Wellen, bei denen sich zusätzlich zur Änderung der Richtung der Auslenkung innerhalb der senkrecht zum Wellenvektor stehenden Ebene mit konstanter Winkelgeschwindigkeit die Amplitude ändert, so dass der Wellenvektor eine Ellipse beschreibt. Auch eine Antenne für elliptisch polarisierte Wellen ist damit in der Lage, Auslenkungen von Wellen in jeder Richtung des Raumes aufzunehmen und in einen elektrischen Strom zu wandeln. Aufgrund dieser Eigenschaften von Antennen für zirkular oder elliptisch polarisierte Antennen ist es möglich, Wellen eines Senders gleich welcher Polarisationsrichtung zu empfangen und in Strom zu wandeln. Für den Empfang der Welle ist damit die Lage und Orientierung des Senders im Raum bezogen auf die Antennen möglicherweise zwar nicht völlig ohne Relevanz, aber doch zumindest nicht so bedeutend wie bei Antennen, die zum Empfang von linear polarisierten Antennen vorgesehen sind. Gleiches gilt entsprechend auch für die Lage und Orientierung eines Objektes, an dem Wellen reflektiert werden.
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Gemäß der Erfindung können die zweiten Antennen auch zum Empfang von linear polarisierten Wellen geeignet und eingerichtet sein.
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Es ist möglich, dass die ersten Antennen auf einer ersten Linie oder einem ersten geradlinigen Streifen angeordnet sind. Ebenso können die zweiten Antennen auf einer zweiten Linie oder einem zweiten geradlinigen Streifen angeordnet sein.
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Die ersten Antennen zum Empfang von polarisierten Wellen können so ausgerichtet sein, dass deren Polarisationsrichtung einen Winkel von 45° mit der ersten Linie oder dem ersten geradlinigen Streifen einschließt.
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Ebenso ist es möglich, dass die erste Linie oder der erste geradlinige Streifen und die zweite Linie oder der zweite geradlinige Streifen senkrecht zu einander stehen.
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Außerdem ist es möglich, dass die erste Linie oder der erste geradlinige Streifen und die zweite Linie oder der zweite geradlinige Streifen parallel zu einander angeordnet sind.
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Eine erfindungsgemäße Antennenanordnung kann Mittel zur Signalauswertung aufweisen, mit denen über die Antennen empfangene Signale verarbeitet und ausgewertet werden können. Die Mittel zur Signalauswertung können geeignet sein, von den ersten Antennen empfangene Funksignale mit Informationen, von den zweiten Antennen empfangene Funksignale mit Informationen oder von einer der ersten Antennen und einer der zweiten Antennen empfangene Funksignale mit Informationen zu verarbeiten und auszuwerten. Die Mittel zur Signalauswertung können ebenfalls geeignet sein, von den zweiten Antennen empfangene Funksignale zum Ermitteln einer Empfangsrichtung zu verarbeiten und auszuwerten um den Ort des Senders, der die Funksignale sendet, oder den Ort des Objekts, das die Funksignale reflektiert, zumindest die Richtung der Lage des Senders oder Objektes zu ermitteln.
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Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Antennenanordnungen werden anhand der Zeichnung näher beschrieben. In den Zeichnungen sind die Antennenanordnungen schematisch dargestellt. Es zeigt
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel,
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel,
- 4 ein viertes Ausführungsbeispiel und
- 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel.
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Die dargestellten Antennenanordnungen weisen je zwei erste Antennen 11 und je zwei zweite Antennen 21 auf.
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Die ersten Antennen 11 sind Flächenmonopolantennen, die durch eine in einer Draufsicht auf die Leiterplatte dreieckige Fläche aus elektrisch leitendem Material auf einer Leiterplatte gebildet ist. Die Dreiecke liegen in einem ersten Streifen 1 der Antennenanordnungen. Die beiden ersten Antennen 11 sind zum Empfang von linear polarisierten Wellen vorgesehen, deren Polarisationsrichtungen im rechten Winkel zueinander stehen.
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Die zweiten Antennen 21 sind ebenfalls Flächenantennen, die durch leitende Strukturen auf der Leiterplatte gebildet sind. Sie liegen in einem zweiten Streifen 2 der Antennenanordnung und sind zum Empfang von zirkular oder elliptisch polarisierten Wellen vorgesehen.
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Auf der Leiterplatte können Bauelemente vorgesehen sein, zum Beispiel integrierte Schaltungen. Von den Antennen 11, 21 empfangene Funksignale, die von den Antennen 11, 21 in elektrische Signale umgewandelt werden, die an den Antennen 11, 21 abgegriffen werden können, können von den Bauelementen verarbeitet und ausgewertet werden, die Bauelemente bilden daher Mittel zur Verarbeitung und Auswertung der Funksignale.
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Von den ersten Antennen 11 werden linear polarisierte Funksignale mit Informationen empfangen. Die Informationen können durch Modulation mit diesen Funksignalen transportiert werden. Mit den Mitteln zur Verarbeitung und Auswertung können die Informationen, zum Beispiel durch Demodulation aus den Funksignalen gewonnen werden und dann weiter verarbeitet und ausgewertet werden.
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Von den zweiten Antennen 21 kann ein linear, elliptisch oder vorzugsweise zirkular polarisiertes Funksignal empfangen werden. Beide zweiten Antennen 21 empfangen das gleiche Funksignal, allerdings aufgrund ihrer unterschiedlichen Positionen je nach Lage des Senders des Funksignals zu unterschiedlichen Zeiten und immer aus unterschiedlichen Empfangswinkeln. Mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden kann insbesondere aus der Phasendifferenz zwischen dem von der einen zweiten Antenne empfangenen Signal und dem von der anderen zweiten 21 Antenne empfangenen Signal (PDoA), dem bekannten Abstand der beiden zweiten Antennen 21 und der ebenfalls bekannten Wellenlänge des vom Sender gesendeten Signals der Einfallwinkel bestimmt werden, aus dem die zweiten Antennen das Signal empfangen. Aus der Amplitude des Signals kann bei bekannter Amplitude des von dem Sender gesendeten Funksignals auch auf den Abstand des Senders geschlossen werden. Mittels der zweiten Antennen 21 der Antennenanordnungen ist es daher möglich, den Ort des Senders zu bestimmen.
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Die ersten und die zweiten Antennen 11, 21 können auf verschiedene Weisen zueinander angeordnet werden. Die ersten Antennen können in einem ersten Streifen 1 angeordnet sein und die zweiten Antennen 21 in einem zweiten Streifen 2.
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Bei den Beispielen nach 1, 3 und 4 sind der erste Streifen 1 und der zweite Streifen 2 parallel angeordnet. Bei dem Beispiel nach 1 ist in einem Bereich der Leiterplatte in der Ansicht unter den beiden Streifen 1, 2 Platz für Bauelemente vorgesehen. Bei dem Beispiel nach 3 ist in einem Bereich der Leiterplatte in der Ansicht neben den Streifen 1, 2 Platz für Bauelemente vorgesehen. Bei dem Beispiel nach 4 ist in einem Bereich in der Ansicht rechts und links neben den Streifen 1, 2 Platz für Bauelemente vorgesehen.
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Bei den Beispielen nach den 2 und 5 sind der erste Streifen 1 und der zweite Streifen 2 senkrecht zueinander angeordnet. Bei dem Beispiel nach der 2 ist in einem Bereich der Leiterplatte in der Ansicht rechts von den Streifen 1, 2 Platz für Bauelemente vorgesehen und bei dem Beispiel nach der 5 in einem Bereich der Leiterplatte in der Ansicht unter den Streifen 1, 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Streifen
- 11
- erste Antennen
- 2
- zweiter Streifen
- 21
- zweite Antennen
