DE19828122A1

DE19828122A1 - Antennen aus flächigen Elementen

Info

Publication number: DE19828122A1
Application number: DE1998128122
Authority: DE
Inventors: Mehran Aminzadeh; Ulrich D Becker; Georg Bucksch
Original assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 1999-12-30

Description

Die Erfindung betrifft Antennen mit den im Oberbegriff des Haupt anspruchs angegebenen Gattungsmerkmalen, wie man sie z. B. als stationäre Antennen für Funkdienste (auch als Gruppenantennen) antrifft, und die auch bei Kraftfahrzeugen Eingang finden. Charakteristisch ist die meist recht geringe Bauhöhe der einzelnen Strahleranordnung. Daß die Abmessungen dieser Antennen insgesamt nicht besonders groß sind, ist außerdem auf die hohen Betriebs frequenzen zurückzuführen, für die sie konzipiert werden.

Die zur Rede stehenden Anordnungen sind z. B. als Flächensegment- und Streifenleiter-Antennen (patch antenna) bekannt, oder, in abgewandelter Form, als "U"- bzw. Flachantenne (DE-AS 21 53 827, EP 0 278 069, DE 195 04 577, DE-OS 195 14 556, DE-OS 196 14 068, DE-OS 196 46 100). Auch Schlitzantennen, bei denen eine Fläche oder ein Hohlleiter mit den Schlitzen als Strahler versehen ist, sind Beispiele für die Anwendung der Erfindung.

Die HF-wirksamen metallischen Teile bestehen bei den Lösungen des bekannten Stands der Technik meist aus Blech. Blech bietet gleichzeitig auch die besten Voraussetzungen für die Gewährleistung der mechanischen Stabilität. Bekannt sind außerdem Kunststoff-Folie mit Metailbeschichtung und Formkörper aus dielektrischem Material, z. B. Platten oder Quader, die mit Metallstrukturen versehen sind, je nach Antennentyp und Einsatzprämissen.

Die Erfindung hat zum Zweck, die Gestaltungs- und Einsatz möglichkeiten dieser Antennen zu erweitern und zu verbessern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue, vorteilhafte Materialien für die Flächenelemente zu bestimmen. Wesentliche Kriterien sind dabei die Gewichtsverhältnisse und die Verarbeitung, aber auch die mechanische Stabilität sowie Eigenschaften, aus denen sich neue Integrations- und Kombinationsmöglichkeiten ergeben.

Die Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und des Nebenanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsvarianten und -details.

Die Erfindung stellt sich als interessante Lösung dar, deren Vorteile und neue Anwendungsmöglichkeiten in der ersten Betrachtung wahrscheinlich noch gar nicht voll offenbar werden. Mit Sicherheit ist die Gewichtsminderung gegenüber der Verwendung von Elementen aus Blech, z. B. bei einer stationären Gruppenantenne mit gestockter patch-Anordnung der Einzelstrahler, ein wesentlicher Vorteil der Erfindung. Darüber hinaus läßt sich ein Drahtgeflecht mit geringem Aufwand verarbeiten, und die Kontaktierung mit Verbindungsleitungen zu weiterführenden Netzwerken ist ebenso problemlos wie bei Blech, aber besser als z. B. bei Einsatz von metallisierten Folien. Einen Ausblick hin zu den neuen Möglichkeiten, die die Erfindung eröffnet, stellt die Kombination einer Flachantenne der eingangs erwähnten Art mit einer Lichtquelle dar. Wie im weiteren Text auch als Ausführungsbeispiel geschildert, kann eine flachbauende Antenne mit einer Bremsleuchte eines Kraftfahrzeugs kombiniert werden. Die Bremsleuchte "blickt" durch die Antenne hindurch. Andererseits wird die Antenne in Ihren elektrischen Eigenschaften nicht durch die Bremsleuchte, die an das Bordnetz angeschlossen ist, beeinträchtigt.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 Flachantenne in erfindungsgemäßer Ausführung;

Fig. 2 Bremsleuchte mit Mobilfunk-Antenne am heckseitigen Dachholm;

Fig. 3 Flächensegment-Antenne (patch antenna) in einer Heckleuchte.

Fig. 1 zeigt eine Flachantenne, wie sie ähnlich in DE 195 04 577 als passives Sende- und Empfangselement für Mobilfunk mit Frequenzen im GHz-Bereich beschrieben ist. Die erfindungsgemäße Antenne besteht aus der Massebezugsfläche 1 und der Strahlerfläche 2, wobei die Flächen 1 und 2 durch das Kurzschlußelement 3 galvanisch verbunden sind. Diese drei Teile werden nach der Lehre der Erfindung aus Drahtgeflecht ausgeführt.

Zur Speisung über den Antennen-Anschlußpunkt 4 dient der auf ein kurzes Stück freigelegte Innenleiter 5 des Koaxialkabels 6, dessen Außenleitergeflecht im Punkt 7 mit der Massebezugsfläche 1 verbunden ist.

Die Massebezugsfläche 1 ist größer als die Strahlerfläche 2 gewählt. Wenn die Antenne mit dem gesamten Aufbau in einen für das elektromagnetische Feld quasi freien Raum ragt, z. B. bei Anordnung unterhalb der Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, ist eine wirksame galvanische Anbindung an das Karosserieblech vorzusehen, z. B. in Gestalt der Schraublasche 1.1 laut Fig. 1.

In Fig. 2 wird eine an der Heckscheibe 8 eines Kraftfahrzeugs, unter dem Dachholm, angeordnete dritte Bremsleuchte gezeigt. Die Funktionselemente der Bremsleuchte sind Lampen 9, Reflektoren 10 und das Farbglas 11. Sie sind in einem Gehäuse 12 angeordnet. Die Größe der wirksamen Leuchtenfläche ist vorgegeben. Es sollen mindestens 30 cm² sein. Die Leuchtrichtung muß waagerecht sein. Aus diesen beiden Prämissen ergeben sich, berücksichtigt man ferner den oft geringen Neigungswinkel heutiger Kfz-Heckscheiben, für das Gehäuse 12 recht große Abmessungen in der Draufsicht und ein großes freies Volumen im Gehäuse-Inneren. Dieser freie Raum wird bei der Anordnung nach Fig. 2 mit einer erfindungsgemäßen Antenne nach dem in Fig. 1 gezeigten Prinzip genutzt.

Die Massebezugsfläche 1.2 ist hier gewölbt ausgeführt. Die Ausformung hat sich aus Bemessungsgründen in Verbindung mit dem Feldaufbau und unter EMV-Gesichtspunkten als günstig erwiesen. Die zulässige Maschenweite w beträgt für den Bereich 900 Mhz maximal 7 mm und für 1,8 Ghz 3,5 mm. Bei einem Drahtdurchmesser d von z. B. maximal 0,5 mm bzw. 0,2 mm wird deutlich, daß derartige Drahtgeflechte den Lichtaustritt der Bremsleuchte nicht behindern.

Fig. 3 zeigt eine andere Variante zum Thema Leuchte, speziell Heckleuchte, in Verbindung mit einer Antenne aus Drahtgeflecht. In der Heckleuchte 13 ist eine Gruppenantenne nach dem Streifen leiterprinzip (patch antenna) mit drei Strahlern 14 vor einer Massebezugsfläche 1.3 angeordnet. Der Effekt, daß die optische Funktion nicht behindert wird, ist der gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. 2.

Während die Antennen der eingangs erläuterten Bauform Rundstrahlung im horizontalen Strahlungsdiagramm haben, sind Antennen des in Fig. 3 gezeigten Typs durch Richtcharakteristik gekennzeichnet, mit einer Keule orthogonal zu den Strahlerflächen. Das heißt, daß man z. B. an allen vier Ecken eines Fahrzeugs eine patch antenna oder eine patch-Gruppe anordnen muß, um quasi-Rundumstrahlung zu gewährleisten.

Es wurde schon angedeutet, daß die erfindungsgemäße Kombination von Antennen aus Drahtgeflecht mit Leuchten nur eine der denkbaren Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ist, wenn auch eine besonders vorteilhafte und sinnfällige. Ein ebenso interessanter Weg wird sich ergeben, wenn zunehmend und an exponierten Stellen Fahrzeug teile aus Kunststoff Eingang in den Karosseriebau finden. Karosserieteile haben Flächencharakter, und die Verwendung von Drahtgeflechten kann ein Weg zur Integration von flächigen Antennenkonfigurationen sein, ohne daß man auf Blech zurückgreifen oder empfindliche Folien oder Metallbeschichtungen verwenden muß.

Claims

1. Antenne, insbesondere für Frequenzen im GHz-Bereich, bestehend aus flächigen, metallischen Elementen, wobei die Antenne vorzugsweise unterhalb einer Baueinheit aus einem dielektrischen Material angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen metallischen Elemente (1, 1.1, 1.2, 1.3, 2, 3, 14) lichtdurchlässig sind.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen metallischen Elemente aus Drahtgeflecht bestehen, das für die dem Betriebsfrequenzbereich entsprechende Wellenlänge den Charakter einer geschlossenen metallischen Fläche besitzt.

3. Antenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Struktur der flächigen metallischen Elemente ähnlich einem Drahtgeflecht, die durch Stanzen und Stanzen/Biegen aus Blechmaterial gewonnen wird.

4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flächigen metallischen Elemente dadurch erzeugt sind, daß auf eine oder zwei Flächen eines Körpers aus einem glasklaren dielektrischen Trägermaterial eine Schicht hoher elektrischer Leitfähigkeit aufgebracht ist, die gleichzeitig optisch transparent ist.

5. Flachantenne für Frequenzen im GHz-Bereich, bestehend aus einem Flächensegment (2) aus elektrisch gut leitendem Material, das über einer größeren leitenden Fläche (1), mit einem definierten Abstand und vorzugsweise planparallel dazu, angeordnet ist und das in einem Randbereich mit der größeren Fläche über ein Kurzschlußelement (3) in leitender Verbindung steht, wobei

- das Flächensegment (2) mit dem Innenleiter (5) des Antennen kabels (6) und die größere leitende Fläche (1) mit dem Außenleitergeflecht des Antennenkabels verbunden ist und
- die größere leitende Fläche (1) die Massebezugsfläche der Anordnung darstellt, und wobei
- das Flächensegment (2), die Massebezugsfläche (1) und das Kurzschlußelement (3) vorzugsweise aus Drahtgeflecht bestehen,
- die Maschenweite w des Drahtgeflechts kleiner/gleich 1/10 der Wellenlänge λ_u der Untergrenze der Betriebsfrequenz bzw. des unteren von zwei nebeneinanderliegenden Frequenzbändern ist, vorzugsweise 1/10 λ_u,
- der Drahtdurchmesser d gleich 1/10 bis 1/3 der Maschenweite w ist, vorzugsweise 1/10 bis 1/5 w, und
- die Maschenweite w und der Drahtdurchmesser d für das Flächen segment (2) und für die Massebezugsfläche (1) vorzugsweise gleich sind und
- die Flachantenne (1, 2, 3) zusammen mit einer Lichtanlage (9, 10, 11) in einem gemeinsamen Gehäuse (12) angeordnet ist, wobei die Lichtanlage, in Strahlungsrichtung des Lichts gesehen, hinter der Antenne angeordnet ist und die Licht strahlen nacheinander durch das Drahtgeflecht der Massebezugsfläche und des Flächensegments hindurchtreten.