DE10311040A1

DE10311040A1 - Antennenanordnung

Info

Publication number: DE10311040A1
Application number: DE10311040A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Mathiae; Frank Mierke; Peter Karl Praßmayer
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Kathrein SE
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07
Also published as: WO2004082072A1

Abstract

Eine verbesserte Antennenanordnung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zeichnet sich unter anderem durch folgende weitere Merkmale aus: DOLLAR A - Die Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) sind streifenleitungs-, finger- und/oder stichleitungsförmig oder dazu ähnlich ausgebildet, DOLLAR A - die beiden Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) sind über eine Zusammenführung (11; 11', 11'') elektrisch mit zumindest einer Anschlussstelle (15) verbunden, und DOLLAR A - zumindest ein Antennenstrahlerelement (7; 7a, 7b, 7c) der zumindest beiden Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) ist über eine Induktivität (24) oder über einen LC-Schwingkreis mit zumindest einer Induktivität (23) und einer Kapazität (21) mit der Zusammenführung (11) elektrisch verbunden und/oder zumindest ein Antennenstrahlerelement (7; 7a, 7b, 7c) der zumindest beiden Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) ist mit einer Dachkapazität (37) elektrisch verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei der Vielzahl der verwendeten unterschiedlichen Mobilfunk-Frequenzen ist es bei Mobilfunk-Antennen, insbesondere für den Kraftfahrzeugbereich bekannt, zumindest Zwei-Band-Antennen vorzusehen.

Eine Dual-Band-Antenne für den Mobilbereich ist beispielsweise aus der WO 99/04452 bekannt geworden. Sie umfasst zwei stabförmige Strahlerelemente, die in Axialrichtung versetzt zueinander angeordnet und durch eine dazwischen sitzende Induktivität (Spule) miteinander verbunden sind. Die aufeinander zu weisenden Enden der stabförmigen Strahlerelemente, einschließlich der dazwischen angeordneten Spule, sind durch eine Induktivität zum einen und durch eine außen sitzende, alles umgebende leitende Hülle zum anderen fixiert. Dadurch ergibt sich ein LC-Schwingkreis zwischen dem unteren und oberen Strahlerelement. Durch eine entsprechende Abstimmung des Schwingkreises lässt sich gewährleisten, dass in einem niedrigen Frequenzbereich die gesamte Strahlereinrichtung mit beiden in Axialrichtung versetzt zueinander angeordneten Strahlerelementen als Antenne dient, wohingegen aufgrund der Sperrwirkung des LC-Schwingkreises in einem höheren Frequenzband nur das untere Strahlerelement mit seiner entsprechenden Länge wirksam ist. In einem höheren Frequenzbandbereich wird also nur über das eine unten liegende Strahlerelement empfangen oder gesendet.

Die Antenne weist aber gleichwohl eine vergleichsweise große Bauhöhe auf, weshalb sie insbesondere als niedrigbauende, an Kraftfahrzeugen außen aufsetzbare Mobilfunkantenne weniger geeignet erscheint. Zudem ist dieses Antennenprinzip auf eine Dualbandantenne beschränkt und ist nicht im Sinne einer Multi-Band-Antenne erweiterbar, mittels der beispielsweise drei oder vier unterschiedliche Bandbereiche empfangen werden können. Allgemein muss von daher die Bandbreite dieser Antenne als in vielen Fällen nicht ausreichend beurteilt werden.

Eine Antennenanordnung ist beispielsweise auch aus der DE 201 11 229 U1 bekannt geworden. In dieser Vorveröffentlichung wird eine Antennenanordnung für Kraftfahrzeuge beschrieben, welche ein Chassis aufweist, oberhalb dessen eine Leiterplatine angeordnet ist, und zwar zur Aufnahme von Schaltungsbauelementen. Vertikal zu der im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Leitungsplatine sind ein oder mehrere vertikal vorstehende und zumindest zum Teil flächige Antennenelemente vorgesehen, und zwar zum Empfang unterschiedlicher Dienste oder für den Mobilfunkbereich in verschiedenen Frequenzbändern.

Die gesamte Antennenanordnung ist durch eine Haube abgedeckt, die finnenähnliche Form aufweisen kann. Derartige Antennen werden üblicherweise auf dem Kraftfahrzeug-Karosserieblech angebracht, beispielsweise am Übergang des Kraftfahrzeug-Daches zum Heckfenster.

Darüber hinaus sind auch Antennenanordnungen bekannt geworden, bei welchen auf einem mehr oder weniger waagerechten Chassis aufbauend zunächst die erwähnte Leiterplatine mit den schaltungselektronischen Bauelementen, Filterbaukreisen etc. vorgesehen ist, und die Antennenelemente wiederum senkrecht dazu in Vertikalrichtung positioniert sind. Diese können beispielsweise nicht nur aus metallisch leitenden selbsttragenden Strahlereinrichtungen bestehen, sondern beispielsweise ebenfalls wieder aus einem Leiterplatinenelement, d.h. allgemein aus einem dielektrischen Material, auf welchem metallisierte Flächen zur Bildung der Strahler ausgebildet sind.

Soll nur in einem Frequenzbandbereich empfangen werden, so genügt ein Strahlerelement. Sollen mehrere Dienste realisiert werden, oder soll beispielsweise eine Kommunikation in verschiedenen Frequenzbänden im Mobilfunkbereich ermöglicht werden, so sind naturgemäß dann mehrere versetzt zueinander liegende Strahler oder flächige Antennenelemente vorgesehen.

Schließlich ist auch eine Autofunkantenne bekannt geworden, die in einem finnenähnlichen Gehäuse untergebracht werden kann, welche neben einer horizontalen Basis mit einer Leiterplatine mit entsprechenden elektrischen Baugruppen eine darauf sitzende vertikale Platine aufweist, auf welcher einem Antennenmonopol vergleichbar elektrisch leitende Flächenelemente ausgebildet sind. Zwischen einem oberen und einem unteren Strahlerelement ist eine Induktivität vorgesehen. Es handelt sich hierbei um eine Zwei-Band-Antenne, die allerdings ebenfalls wieder nicht die gewünschte Bandbreite und nicht den in der gesamten Bandbreite erhofften Antennengewinn aufweist und zudem, wenn dies ein Erforderniss ist, auch eine vergleichsweise sehr niedrige Bauhöhe erlaubt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, eine verbesserte Mobilfunkantenne zu schaffen, und zwar zumindest in Form einer Zwei-Band- oder bevorzugt in Form einer Multi-Band-Antenne, die grundsätzlich einen hohen Antennengewinn aufweist und zudem sehr breitbandig ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Zwei- oder sogar eine Mehr-Band-Antenne für den mobilen Einsatz, insbesondere als Kraftfahrzeugantenne vorgeschlagen, die einen hohen Antennengewinn und vor allem eine hohe Bandbreite aufweist. Mit der erfindungsgemäßen Antenne ist es problemlos möglich, diese so zu konzipieren oder anzupassen, dass quasi jede oder fast jede gewünschte Bandbreite oder eine Mehrbandigkeit realisierbar ist.

Erfindungsgemäß lässt sich dies dadurch realisieren, dass auf einem zumindest näherungsweise vertikal ausgerichteten Substrat, vorzugsweise in Form einer Leiterplatine streifen- oder monopolähnliche Leiterstrukturen ausge bildet sind, die als Strahlerelemente dienen. Diese sind über eine Zusammenführung mit einem Anschluss verbunden. Die in Seitenansicht näherungsweise vorzugsweise fingerförmig gestalteten zwei, drei oder mehreren Strahlerelemente lassen sich in Anpassung an die gewünschte Breitbandigkeit bzw. in Anpassung an die gewünschten zu übertragenden Frequenzen oder Frequenzbänder so realisieren, dass z.B. zumindest ein fingerförmiges Strahlerelement galvanisch mit der Zusammenführung in Verbindung steht und dass zumindest ein weiteres Strahlerelement aus einer induktiv verlängerten Stichleitung besteht. Durch die Verwendung der Induktivität lässt sich – was an sich bekannt ist – das entsprechende Strahlerelement quasi verlängern, so dass darüber ein niedrigeres Frequenzband empfangen werden kann.

Insbesondere bei Ausbildung als Multi-Band-Antenne kann beispielsweise bei Realisierung eines dritten Antennenelementes eine Umsetzung derart erfolgen, dass dieses Antennenelement mittels eines eingefügten Parallel-LC-Schwingkreises mit der Zusammenführung verbunden ist.

Bevorzugt sind also mehrere finger-, streifen- oder stichleitungsförmige Strahlerelemente vorgesehen, die bevorzugt in Parallelausrichtung nebeneinander sitzen und vorzugsweise zur Verringerung der Gesamtbauhöhe in ihrem oberen Bereich noch mit einer peitschenförmigen oder schräg- oder dachförmig verlaufenden Abwinkelung versehen sein können.

Eine entsprechende Anpassung einer Mehrbereichsantenne lässt sich u.a. auch dadurch realisieren, dass zumindest für ein Strahlerelement eine Dachkapazität vorgesehen ist. Diese kann zusätzlich oder alternativ zur elektrischen Anbindung eines Strahlerelementes an dessen Fußpunkt über eine Induktivität oder einen LC-Schwingkreis erfolgen. Durch die Verwendung der Dachkapazität lassen sich die mechanischen Abmessungen der Antenne weiter verringern.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Induktivität zur Erzielung einer induktiv verlängerten Stichleitung ebenfalls als gedruckte Spule auf dem Substrat vorzugsweise in Form der Leiterplatine ausgebildet.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Parallelschwingkreis ebenfalls aus einer gedruckten Kapazität und einer gedruckten Spule gebildet wird. Genauso können aber an dieser Stelle auch diskrete Bauteile für die Kapazität wie für die Spule eingesetzt werden (auch wenn die gedruckte Ausführungsform bevorzugt wird).

Schließlich kann eine weitere Feinabstimmung und Anpassung dadurch erfolgen, dass die streifenleitungsförmigen, d.h. die finger- bzw. stichleitungsförmigen Strahlerelemente nicht nur auf einer Seite des Substrates, d.h. des plattenförmigen, vorzugsweise nach Art einer Leiterplatine ausgebildeten Substrates vorgesehen sind, sondern in Seitenansicht bevorzugt deckungsgleich oder überlappend hintereinander auf beiden Seiten, d. h. auf beiden Oberflächen des Substrates ausgebildet sind.

Je nach Ausbildung und Anpassung des entsprechenden Strahlerelementes können die auf beiden Oberflächenseiten des Substrates vorgesehenen Strahlerelemente unter Verwendung mehrerer Durchbohrungen des Substrates durchkontaktiert sein, so dass eine galvanische Verbindung beider Leitungsabschnitte auf den beiden gegenüberliegenden Oberseiten des Antennenstrahlerelementes bestehen. Die entsprechenden Strahlerelemente für niedrigere Frequenzbandbereiche können ohne derartige Durchkontaktierung vorgesehen sein. Die gewünschte Kapazität der Verwendung eines LC-Kreises kann beispielsweise auch dadurch ausgebildet sein kann, dass die beiden bevorzugt deckungsgleichen oder sich zumindest teilweise überschneidenden Streifenleitungsabschnitte auf den beiden gegenüberliegenden Oberflächen des Substrates eines bestimmten Antennenstrahlers nicht durchkontaktiert sind.

Die vorliegende Antennenanordnung weist als wesentlichen Vorteil auf, dass auf der einen Seite eine große Bandbreite bei gleichzeitig gutem Antennen-Gewinn erzielbar ist, und dies, obwohl die Antennenanordnung bezüglich des Bauraumes sowie der Fertigungskosten gegenüber herkömmlichen Lösungen optimiert ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:

1: eine teilweise schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung mit einer Basis und einer unten liegenden Leiterplatine sowie einem vertikal aufgesteckten Substrat mit drei Strahlerelementen;

2: eine gegenüber 1 vereinfachte Antennenanordnung;

3: ein weiteres schematisches Ausführungsbeispiel einer Multi-Band-Antennenanordnung unter Darstellung der einen Seite des die Strahlerelemente tragenden Substrates;

4: die entsprechende Rückseite zu der Darstellung gemäß 3 in deckungsrichtiger Darstellung zu 3;

5: ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Antenne mit einer sich lang erstreckenden Dachkapazität;

6: eine zu 5 ähnliche Antenne mit in Längsrichtung verkürzter Dachkapazität;

7: ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit einer flächenmäßig kleiner dimensionierten Dachkapazität und, wobei das mit der Dachkapazität elektrisch verbundene Strahlerelement an seinem Fußpunkt über eine Induktivität zusätzlich verlängert ist;

8: ein Ausführungsbeispiel für eine doppelseitige Leiterplatine, auf der teilweise auf beiden Seiten Teile eines Strahlerelementes sowie der Dachkapazität vorgesehen sind;

9: ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit zwei getrennten gemeinsam gespeisten Resonatoren mit großer Dachkapazität; und

10: eine zu 9 ähnliche Ausbildung der Antenneneinrichtung mit länger dimensionierten Strahlern und verkürzter Dachkapazität.

In 1 ist teilweise in schematischer perspektivischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Multi-Band-Antenne, d.h. einer Dreibandantenne gezeigt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Antenne eine Antenneneinrichtung 1 auf, welche ein plattenförmiges Substrat 3 beispielsweise in Form einer Leiterplatine 3' umfasst, auf welchem die streifenleitungs-, fingerförmig- oder stichleitungsähnlichen, im gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest näherungsweise flächenhafte Antennenstrahlerelemente 7 ausgebildet sind.

Diese sind im Wesentlichen parallel und mit Seitenversatz zueinander angeordnet, zumindest mit einem unteren Antennenstrahlerabschnitt 7', an welchem sich jeweils demgegenüber in einer Richtung winklig oder geneigt verlaufende obere Antennenstrahlerabschnitte 7'' anschließen. Dadurch kann die Gesamthöhe weiter verringert werden.

Die Antennenstrahlerelemente 7 sind über eine unten liegende Zusammenführung 11 mit querverlaufenden Zusammenführungsabschnitten 11a und/oder vertikal verlaufenden weiteren Zusammenführungsabschnitten 11b verbunden, die eine elektrische Verbindung zu einer unten liegenden Anschlussstelle 15 ermöglichen.

Die so gebildete Antenneneinrichtung sitzt dann auf einer unten angeordneten, in der Regel dazu eher senkrecht angeordneten Basisplatte 17 mit einer Basisleiterplatine 19, auf welcher üblicherweise noch die weiteren benötigten elektronischen und/oder elektrischen Bauteile und Baukomponenten untergebracht sind, die im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 der besseren Darstellbarkeit halber nicht wiedergegeben sind. Die unten liegende Basisplatte 17 dient gleichzeitig zur Halterung einer nicht näher gezeigten Gehäuseabdeckung, die finnenähnlich gestaltet sein kann. Diese finnenähnliche Gestaltung ergibt sich vor allem durch die plattenförmige Gestaltung der Antenneneinrichtung 1.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das links liegende Antennenstrahlerelement 7a beispielsweise als leitende kaschierte Kupferschicht auf dem Substrat 3 ausgebildet, wobei das so gebildete Antennenstrahlerelement 7a durchgängig leitend, also galvanisch mit der Zusammenführung 11 elektrisch verbunden ist.

Das in der Mitte liegende Antennenstrahlerelement 7b ist im gezeigten Ausführungsbeispiel unten über eine nutförmige Unterbrechung 21', also eine schlitzförmig gestaltete Unterbrechung von der Zusammenführung 11 getrennt. Als Überbrückung für die elektrische Bindung zwischen dem so gebildeten Antennenstrahlerelement 7b und der Zusammenführung 11 dient eine gedruckte Spule 23 für den Parallelschwingkreis. Durch die nutförmige Unterbrechung 21 ergibt sich eine gedruckte Kapazität 21, so dass durch die gedruckte Kapazität und die gedruckte Spule ein Parallelschwingkreis (LC-Schwingkreis) erzeugt wird.

Schließlich ist das in 1 gezeigte rechts liegende dritte Antennenstrahlerelement 7c mittels einer gedruckten Spule 24, also induktiv, mit der Zusammenführung 11 verbunden.

Sowohl bei dem Antennenstrahlerelement 7b als auch bei dem Antennenstrahlerelement 7c können anstelle der gedruckten Bauteile diskrete Bauelemente, also sowohl ein Kondensator als auch eine Spule aufgesetzt werden. Dies erfordert aber mehr Bauraum, ist teurer und weist den Nachteil auf, dass insbesondere bei kleindimensionierten Kondensatoren die Toleranzen größer sind als im Falle einer kostengünstig umzusetzenden gedruckten Kapazität.

Bei dem so gebildeten Ausführungsbeispiel dient das linke Antennenstrahlerelement 7a beispielsweise für ein oberes Frequenzband, das Antennenstrahlerelement 7c zur Übertragung in einem unteren Frequenzband und das über den LC-Schwingkreis 21, 23 angebundene mittlere Antennenstrahlerelement 7b zur Übertragung sowohl im oberen als auch im unteren Frequenzband.

Durch die Verwendung der erwähnten Induktivitäten lässt sich die gesamte Antennenanordnung verkürzt ausbilden, es wird also mit vergleichsweise in ihrer Längserstreckung kurzen Antennenstrahlerelementen eine elektrisch wirksame Verlängerung zum Empfang in einem unteren Frequenzband realisiert.

Schließlich ist anhand von 1 auch gezeigt, dass die Leiterplatine nicht rechteckförmig sein muss, sondern der Antenneneinrichtung 1 angepasst sein kann, d.h. insbesondere an die Antennenstrahlerelemente 7a bis 7c angepasst sein kann. Zudem kann das Substrat mit Durchbrechungen 25 versehen sein. Querstege 25' dienen der Erhöhung der Stabilität, wenn derartige Durchbrechungen 25 vorgesehen sind.

Zu 1 wird ferner angemerkt, dass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises beispielsweise auf 1300 MHz gesetzt wird. Dadurch wird der mittlere Strahler im unteren Frequenzband elektrisch verlängert und im oberen Frequenzband verkürzt. Man erhält somit einen Doppelresonator. Durch die beiden seitlichen Hilfsresonatoren wird die Bandbreite nochmals erhöht.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 handelt es sich um eine breitbandige Antenne, vorzugsweise für einen Dualbandbereich. Hier sind jeweils zwei Antennenstrahlerelemente 7b und 7c vorgesehen, bei denen jeweils die Anbindung des Strahlerelementes 7b und 7c an der Zusammenführung 11 mittels eines LC-Schwingkreises erfolgt, wozu auch bei diesem Ausführungsbeispiel sowohl die Spule 23 als auch die Kapazität 21 in gedruckter Form auf dem Substrat, d.h. in der Leiterplatine ausgebildet ist. Die Resonanzfrequenz der Schwingkreise wird beispielsweise auf 1300 MHZ gesetzt. Dadurch wird der Strahler im unteren Frequenzband elektrisch verlängert und im oberen verkürzt. Man erhält somit zwei Doppelresonatoren, die aufgrund unterschiedlicher mechanischer Abmessungen in der Frequenz gegeneinander versetzt sind, wodurch die Bandbreite erhöht werden kann. Die Stege 25' dienen bei diesem Ausführungsbeispiel zur Verbesserung der mechanischen Stabilität und die gemeinsame Zusammenführung 11'' dient der Erzielung einer verbesserten Rückflussdämpfung. Ansonsten ist der Aufbau vergleichbar.

Anhand von 3 und 4 wird schließlich noch ein weite res Ausführungsbeispiel erläutert, das grundsätzlich ähnlich aufgebaut ist. Der besseren Darstellbarkeit wegen ist in 3 die Basisplatte oder das Chassis 17 mit einer darauf üblicherweise vorgesehenen Basis-Leiterplatine 19 für die Aufnahme der benötigten elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen und -komponenten nicht dargestellt.

3 zeigt dabei die Antenneneinrichtung 1 mit dem vertikal angeordneten Substrat 3 in der einen Seitendarstellung, wobei bei 4 die rückwärtige Ausbildung der Antennenstrahlerelemente und der Zusammenführung 11 gezeigt ist, und zwar in einer Darstellung, die sich quasi bei durchsichtiger Ausbildung des Substrates 3 unter Weglassung der Antennenstrahlerelemente auf der oben liegenden Ebene ergibt.

Daraus ist zu ersehen, dass das galvanisch angebundene Antennenstrahlerelement 7a für den oberen Frequenzbandbereich rechtsliegend ausgebildet ist, dass das mittlere Antennestrahlelement 7b wieder unter Ausbildung eines LC-Schwingkreises (Kapazität 21, Induktivität 23) an die Zusammenführung 11 elektrisch angebunden ist, und dass das linksliegende Antennenstrahlerelement 7c wiederum über eine gedruckte Induktivität für das untere Band mit der Zusammenführung verbunden ist.

Die Zusammenführung 11 ist auf der einen Seite 3' des Substrates 3 in Form eines flächenmäßig verkleinerten Zusammenführungsabschnittes 11' ausgebildet, damit die gedruckten Bauelemente in Form der Induktivitäten 23, 24 Platz finden.

Auf der gegenüberliegenden, also rückwärtigen Seite 3' des Substrates 3 ist die Zusammenführung 11 in Form eines Zusammenführungsabschnittes 11'' mit größerer Flächenerstreckung ausgebildet, aber im wesentlichen deckungsgleich zur Zusammenführung 11' oben auf der Vorderseite.

Die Zusammenführung 11', 11'' auf beiden Seiten des Substrates ist durch eine Vielzahl von Bohrungen 27, die elektrisch durchkontaktiert sind, elektrisch miteinander verbunden.

Deckungsgleich zu den in 3 sichtbaren Antennenstrahlerelemente 7a-7c sind auf der Rückseite zumindest teilweise mit den auf der Vorderseite ausgebildeten Antennenstrahlerelementen 7a-7c weitere Antennenstrahlerelemente 7a', 7b', 7c' vorgesehen, wobei bei dem Strahlerelement 7a und 7c ebenfalls eine Vielzahl von Bohrungen 29 durch das Substrat hindurch eingebracht sind, um auch hier Durchkontaktierungen vorzunehmen. Von daher sind das Antennenstrahlerelement 7a und 7a' sowie das Antennenstrahlerelement 7c und 7c' elektrisch durch die Durchkontaktierung über die Bohrungen 29 miteinander verbunden.

Die kapazitive Ankopplung des LC-Schwingkreises für das mittlere Antennenstrahlerelement 7b, 7b' wird wiederum dadurch gebildet, dass auf der einen Seite 3' des Substrates 3 das Antennenstrahlerelement 7b über die Induktivität 23 und über eine durchkontaktierte Bohrung 30 mit der auf der rückwärtigen Seite 3'' des Substrates 3 befindlichen Zusammenführung 11'' elektrisch verbunden ist, wobei die auf der Vorder- sowie der Rückseite des Substrates 3 befindlichen Teile der Zusammenführung 11', 11'' durch die dort vorgesehene Vielzahl von Bohrungen 27 elektrisch-galvanisch in Verbindung stehen. Aus 3 und 4 ist auch zu ersehen, dass das der Induktivität 23 benach barte Ende des auf der Vorderseite 3' des Substrates befindlichen Strahlerelementes 7b von dem Antennenstrahlerelement 7b' nur durch das Substrat getrennt ist, wodurch die Kapazität durch die gesamte Länge der auf beiden Seiten des Substrates 3 ausgebildeten Strahlerabschnitte 7b und 7b' gebildet wird. Dadurch wird zusätzlich noch eine Kapazität 21 erzeugt, die zusammen mit der Induktivität 23 den LC-Schwingkreis bildet. Das vordere und das hintere Antennenstrahlerelement 7b und 7b' weisen keine Bohrung auf und sind von daher mangels einer nicht vorhandenen Durchkontaktierung auch nicht elektrisch-galvanisch in Verbindung stehend ausgebildet, so dass die Ankopplung des auf der Vorderseite 3' des Substrates 3 befindlichen Strahlerelementes 7b nur über den LC-Schwingkreis mit der Zusammenführung 11 verbunden ist, wohingegen das auf der Rückseite befindliche Strahlerelement 7b' elektrisch-galvanisch mit der Zusammenführung 11, 11'' verbunden ist.

Aus der Betrachtung der Vorder- und Rückseite der Antenneneinrichtung gemäß 3 und 4 ist auch zu ersehen, dass das Strahlerelement 7c' auf der rückwärtigen Seite 3'' des Substrates 3 von der Zusammenführung 11 elektrisch leitend getrennt ist. Auf der Vorderseite 3' des Substrates 3 ist der zugehörige Teil 7c dieses Antennenstrahlerelementes über die erwähnte Induktivität 24 in Form einer gedruckten Spule und einer durchkontaktierten Bohrung 30 direkt elektrisch leitend mit der auf der rückwärtigen Seite 3'' vorgesehenen Zusammenführung 11, 11'' elektrisch leitend (galvanisch) verbunden. Der auf der Vorder- sowie der Rückseite des Substrates 3 befindliche Teil des Antennenelementes 7c, 7c' sind durch eine Vielzahl durchkontaktierter Bohrungen 29 elektrisch leitend miteinander verbunden, so dass dieses Element 7c nur über die erwähnte Spule 24 mit der Zusammenführung 11 elek trisch in Verbindung steht.

Eine weitere Feinjustierung und Anpassung kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass bei dem mittleren Antennenstrahlerelement 7b und 7b' diese Antennenstrahlerelemente in unterschiedlicher Länge ausgebildet sind. Dazu ist aus 3 zu ersehen, dass das mittlere fingerförmige Strahler- oder Resonanzelement 7b noch eine oben liegende, nach rechts verlaufende Abwinkelung 7''b aufweist, wohingegen auf der gegenüberliegenden Seite das mittlere Strahlerelement 7b' diese abgewinkelte Verlängerung nicht aufweist.

Anhand des Ausführungsbeispiels gemäß 3 und 4 ist auch gezeigt, dass hier das Substrat in Seitenansicht nach Art eines umgekehrten U unter Ausbildung einer großen mittleren Ausnehmung 35' gestaltet ist. An dem rechts liegenden Abschnitt ist ferner noch, beispielsweise für das DAB-L-Band oder für den Empfang des terrestrischen SDARS-Bandes, ein monopolartiger Streifenleitungsabschnitt 7d in geeigneter Länge ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine zweite Anschlussstelle 15' zum Anschluss dieses Strahlers 7d.

Anhand der weiteren 5 ff. soll gezeigt werden, dass bezüglich der anhand der 1 bis 4 erläuterten Antennen durch die Realisierung von sogenannten Dachkapazitäten noch eine Verbesserung bezüglich des Antennen-Gewinns und teilweise auch bezüglich der Rundheit des Strahlungsdiagrammes möglich ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 kann beispielsweise vom elektrischen Grundaufbau ähnlich jenem nach 2 ausgebildet sein. Abweichend dazu ist das Antennenstrah lerelement 7b lediglich vertikal verlaufend ausgebildet, wobei das dazu parallel verlaufende erste Antennenstrahlerelement 7a auf einem Substrat 3 mit etwas verlängerter Axialhöhe ausgebildet ist, und am oberen Ende 107a nunmehr die quer dazu verlaufende Dachkapazität 37 vorgesehen ist. Diese ist als elektrisch leitende Schicht bevorzugt auf dem Substrat ausgebildet und überragt das zweite Strahlerelement 7b zur Seite hin und ist damit zur Vergrößerung der elektrisch leitenden Fläche mit höherer Quererstreckung 37' ausgebildet. Die elektrische Anbindung der Strahlerelemente 7a und 7b mit der Zusammenführung 11 kann dabei entsprechend den unterschiedlichen anhand der 1 bis 4 erläuterten Möglichkeiten erfolgen.

Bei einem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ist die Dachkapazität 37 mit ihrer größeren Quererstreckungsbreite 37' nur in einem kleineren Längserstreckungsbereich vorgesehen, nämlich in einem Bereich links von dem Antennenstrahlerelement 7b. Das obere Ende 7a des ersten Strahlerelementes 7a ist also über eine elektrisch leitende Verbindung 107b mit der Dachkapazität 37 verbunden.

Die anhand der 5 und 6 beschriebene Dachkapazität eignet sich für einen Strahler für den unteren Frequenzbereich von beispielsweise 810 MHz – 960 MHz, weshalb die Dachkapazitäten auch in entsprechend verlängerter Ausbildung vorgesehen sind. Das Antennenstrahlerelement 7b eignet sich beispielsweise für einen Frequenzbereich von 1710 MHz – 2170 MHz.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist der Strahler 7a in seinem unteren Bereich über eine Induktivität 24 mit der Zusammenführung 11 elektrisch verbunden. Der Strahler 7a ist somit für den unteren Frequenzbandbereich von etwa 810 MHz – 860 MHz durch die verwendete Induktivität 24 verlängert.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 8 betrifft eine spezielle Ausführungsform für eine doppelseitige Leiterplatine, also ein doppelseitiges Substrat 3. Die schraffierten Flächen sind dabei doppelseitig, d.h. auf der einen Seite 3' und auf der gegenüberliegenden Seite 3'' eines Substrates 3 vorgesehen, dies gilt also sowohl für den Zusammenführungsabschnitt 11a sowie 11b der Zusammenführung 11 als auch für das zweite Antennenstrahlerelement 7b und die Dachkapazität 37. Die nur durch die Umrisslinien gezeigten Teile der elektrischen Zuführung 11a sowie das Antennenstrahlerelement 7a und die obere Querverbindung 107b, die vom Ende 107a des Strahlerelementes 7a zur Dachkapazität 37 führt, sind nur auf einer Seite des Substrates 3 vorgesehen. Die auf beiden Seiten vorgesehenen Teile des Antennenstrahlerelementes 7b sowie der Zusammenführung 11 und der Dachkapazitäten 37 sind ebenfalls durch eine Vielzahl von durchkontaktierten Bohrungen elektrisch miteinander verbunden. Die elektrische Wirkung der so aufgebauten Antenne ist derart, dass der Strahler für den unteren Frequenzbandbereich einseitig ausgeführt ist. Dadurch ergibt sich eine Verkürzung des Strahlers. Der Strahler 7b für den oberen Frequenzbandbereich ist demgegenüber doppelseitig vorgesehen, wodurch er breitbandiger wird.

Die Ausführungsbeispiele 9 und 10 betreffen eine Antenne mit drei Antennenstrahlerelemente 7a-7c zuzüglich der Dachkapazitäten. Das mittlere Antennenstrahlerelement 7b ist gegenüber den anderen beiden außen liegenden Strahlerelementen 7a und 7c in der Vertikalerstreckung etwas verkürzt ausgebildet. Alle Strahlerelemente 7a-7c sind über die Zusammenführung 11 elektrisch miteinander verbunden.

Die oberen Enden 107c und 107a der außen liegenden Strahlerelemente 7a, 7c sind mit einer die gesamte Strahleranordnung auch seitlich überragende Dachkapazität 37 elektrisch verbunden, die eine deutlich größere Quererstreckung 37' aufweist als die Querbreite der einzelnen Strahlerelemente 7.

Das Ausführungsbeispiel gemäß 10 unterscheidet sich von jenem nach 9 nur durch eine andere geometrische Bemaßung, bei welcher die Dachkapazität 37 eine kürzere Quererstreckungslänge aufweist und dabei aber die vertikale Höhe der außen liegenden Strahlerelementen 7a, 7c größer ist und das mittlere Strahlerelement 7b deutlich überragt als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 9.

Durch die erläuterte Antenne werden zwei getrennte Resonatoren geschaffen, die gemeinsam gespeist werden. Der Resonator für das untere Frequenzband ist symmetrisch und in Monopol für das obere Frequenzband ausgeführt. Die Dachkapazität dient wieder zur Verlängerung des Monopols für das untere Frequenzband. Dadurch ergibt sich praktisch keine Unrundheit im Strahlungsdiagramm. Zudem ist die Antennenanordnung insgesamt sehr breitbandig im unteren Frequenzbandbereich. Schließlich lässt sich hier auch ein hoher Antennen-Gewinn erzielen. Erkauft wird dies durch einen etwas höheren Platzbedarf des Monopols für das untere Frequenzband.

Durch die erläuterten Ausführungsbeispiele der zusätzlich vorgesehenen Dachkapazität eröffnet sich die Möglichkeit, die Antenne bzw. die Antennenelemente elektrisch zu verlängern. Dabei ist grundsätzlich bekannt, dass die Resonanzfrequenz eines Monopols indirekt proportional zu seiner Länge ist. Eine elektrische Verlängerung der Antenne bedeutet, dass die Länge der Antenne kürzer ist als es die gewünschte Resonanzfrequenz erfordern würde. Durch spezielle Anordnung wird dann dafür gesorgt, dass die Antenne trotzdem bei der gewünschten Frequenz in Resonanz ist. Dies wird unter einer "elektrischen Verlängerung" an einer Antenne verstanden.

Möglichkeiten der elektrischen Verlängerung einer Antenne sind durch folgende Maßnahmen möglich:

a) Es wird eine Spule am Fußpunkt der Antenne vorgesehen (Wird eine Antenne verkürzt, so ist ihre Eingangsimpedanz kapazitiv. Um diesen Blindanteil zu kompensieren, muss eine induktive Komponente, also Spule, in Reihe zur Antenne angebracht werden).
b) Es wird eine Kapazität am Ende der Antenne vorgesehen, beispielsweise in Form der erläuterten Dachkapazitäten (Die Dachkapazität speichert zusätzliche Ladungsträger am oberen Ende des Monopols damit passt bei der Stromverteilung ein Viertel eines Sinusbogens auf den Monopol. Bei kapazitiver Verlängerung ist die Antenne etwas breitbandiger als bei induktiver).
c) Es wird ein Dielektrikum um die Antenne vorgesehen (In einem Dielektrikum ist die Wellenlänge kleiner als im freien Raum. Wird nun ein Dielektrikum um die Antenne angebracht, so ist ihre Resonanzfrequenz niedriger als in Luft. Die Antenne kann somit mechanisch kürzer ausgelegt werden, um auf die gleiche Resonanzfrequenz zu gelangen).

Claims

Antennenanordnungen insbesondere für Kraftfahrzeuge, vorzugsweise zur Anbringung auf einer Karosseriefläche, mit folgenden Merkmalen: – mit einem Montagesockel (17), – mit zumindest einer sich in einer ersten Ebene, vorzugsweise einer Vertikalebene erstreckenden Strahleranordnung (17), – mit einer Leiterplatine (19) zur Unterbringung von elektrischen Baugruppen und Baukomponenten, insbesondere einer eventuell vorgesehenen Hochfrequenz-Schaltung für die zumindest eine Strahleranordnung (7), – mit einem vorzugsweisen plattenförmigen Substrat (3), auf welchem eine Antenneneinrichtung (1) ausgebildet ist, und – mit einer Schutzhaube sowie einer unten liegenden Basis (17) gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale: – die Antenneneinrichtung (1) umfasst zumindest zwei auf dem Substrat (3, 3') versetzt liegende Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) - – die Antennenstrahlerelemente(7; 7a, 7b, 7c) sind streifenleitungs-, finger- und/oder stichleitungsförmig oder dazu ähnlich ausgebildet, – die beiden Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) sind über eine Zusammenführung (11; 11', 11'') elektrisch mit zumindest einer Anschlussstelle (15) verbunden, und – zumindest ein Antennenstrahlerelement (7; 7a, 7b, 7c) der zumindest beiden Antennenstrahlerelementen (7; 7a, 7b, 7c) ist über eine Induktivität (24) oder über einen LC-Schwingkreis mit zumindest einer Induktivität (23) und einer Kapazität (21) mit der Zusammenführung (11) elektrisch verbunden und/oder zumindest ein Antennenstrahlerelement (7; 7a, 7b, 7c) der zumindest beiden Antennenstrahlerelementen (7; 7a, 7b, 7c) ist mit einer Dachkapazität (37) elektrisch verbunden.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise, zumindest drei nebeneinander angeordnete Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) vorgesehen sind, die über eine Zusammenführung (11; 11', 11'') zur Übertragung der Empfangs- und/oder Sendesignale galvanisch, über eine Induktivität (23) oder über einen LC-Schwingkreis (21, 23) verbunden sind.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität (23) als gedrucktes Bauteil aus dem Substrat (3) ausgebildet ist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (21) des LC-Schwingkreises in gedruckter Form ausgebildet ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivität und/oder die Kapazität als diskretes Bauteil vorgesehen ist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Antennenstrahlerelement (7c) unter Verwendung einer Fußpunktinduktivität zum Empfang unterer Frequenzbänder elektrisch verlängert ist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) einen ersten Antennenstrahlerabschnitt auf der einen Seite des Substrates (3) und einen Antennenstrahlerabschnitt (7a', 7b', 7c') auf der gegenüberliegenden rückwärtigen Seite des Antennenstrahlerelementes aufweisen.
Antennenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Antennenstrahlerelement (7a, 7c) mit einem weiteren auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates (3) ausgebildeten zweiten Teil des Antennenstrahlerelementes (7a', 7c') elektrisch zusammengeschaltet ist, wobei jeweils die beidseitig des Substrates (3) angeordneten zusammengehörenden Antennenstrahlerelemente (7a, 7a'; 7c, 7c') über zumindest eine und vorzugsweise mehrere durchkontaktierte Bohrungen (29) durch das Substrat (3) hindurch elektrisch galvanisch verbunden sind.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antennenstrahlerelement (7b), welches über einen LC-Schwingkreis (21, 23) mit der Zusammenführung (11) elektrisch verbunden ist, ein zu gehöriger zweiter Teil eines Antennenstrahlerelementes (7b') zugeordnet ist, welches mit der auf der Rückseite befindlichen Zusammenführung (11') elektrisch, vorzugsweise elektrisch-galvanisch, verbunden ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Vorder- und der Rückseite des Substrates (3) vorgesehenen Teile des Antennenstrahlerelementes (7b, 7b') galvanisch nicht verbunden sind.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein weiteres Antennenstrahlerelement (7d) in Form eines sich bevorzugt gerade oder monopolartig erstreckenden finger-, streifenleitungs- und/oder stichleitungsförmig ausgebildeten Strahlers mit einer unten liegenden Anschlussstelle (15') vorgesehen ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates (3) in Zuordnung zu dem Strahlerelement (7d) weitere Leitungsabschnitte vorgesehen sind.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Antennenstrahlerelementen (7; 7a, 7b, 7c) jedes der Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) unterschiedlich mit der Zusammenführung (11) elektrisch verbunden ist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkapazität (37) mit lediglich einem Antennenstrahlerelement (7a) verbunden ist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallänge der Dachkapazität (37) größer ist als der maximale Seitenabstand der äußersten Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7c).
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkapazität (37) verkürzt ausgebildet ist und über einen Zwischenabschnitt (107b) mit dem Ende (107a) eines Antennenstrahlerelementes (7a) verbunden ist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkapazität (37) beidseitig eines Substrates (3) ausgebildet und vorzugsweise über durchkontaktierte Bohrungen miteinander elektrisch verbunden ist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkapazität (37) ein Quererstreckungsmaß aufweist, das deutlich größer ist als das Breitenmaß der Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) .
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkapazität (37) ein Querschnittsmaß aufweist, das in der Größenordnung des Querschnittsmaßes für die einzelnen Antennenstrahlerelemente (7; 7a, 7b, 7c) aufweist.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antennenstrahlerelement (7b) für das obere Frequenzband vorgesehen ist, und dass dazu symmetrisch links und rechts zwei getrennte Antennen strahler (7a, 7c) angeordnet sind, die für das untere Frequenzband vorgesehen sind, die gemeinsam mit der Zusammenführung (11) verbunden sind.