DE19936590A1

DE19936590A1 - Antennenanordnung mit wenigstens einer Antenne insbesondere auf einer Scheibe eines KFZ's

Info

Publication number: DE19936590A1
Application number: DE19936590A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Raddant
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Continental Advanced Antenna GmbH
Priority date: 1998-12-03
Filing date: 1999-08-04
Publication date: 2000-12-21
Also published as: KR20010081043A; KR100864595B1

Abstract

Beschrieben wird eine Antennenanordnung mit DOLLAR A - wenigstens einer LMK-Antenne, die auf einer Scheibe oder einem sonstigen nicht leitenden Teil eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und eine Antennenkapazität C¶a¶ hat, und DOLLAR A - einen Antennenverstärker für den LMK-Empfang. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Antenne zeichnet sich dadurch aus, daß der Abstand des oder der Antennenleiter zu den die LMK-Antenne umgebenden Teilen derart gewählt ist, daß der Wert der Schadkapazität C¶3¶ der LMK-Antenne, die im wesentlichen durch die Kapazität zwischen den Antennenleitern und der die Antenne umgebenden leitenden Teile gebildet wird, größer als der Wert gewählt ist, bei dem sich die maximale Antennen-Ausgangsspannung ergibt, und daß der Wert der Schadkapazität C¶3¶ so gewählt wird, daß durch Erhöhung der Quellkapazität des Antennenverstärkers das Signal/Rausch-Verhältnis im unteren LMK-Bereich optimiert ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung mit wenigstens einer LMK-Antenne, die auf einer Scheibe oder einem sonstigen nichtleitenden Teile eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und eine Antennenkapazität C₉ hat, und mit einem Antennenverstärker für den ZMK-Empfang.

Derartige Antennenanordnungen werden insbesondere auf der Heckscheibe eines KFZ eingesetzt. Selbstverständlich kön nen sie aber auch auf anderen Scheiben, wie Seitenschei ben, der Frontscheibe oder auf sonstigen nichtleitenden Teilen von Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Spoilern zum Einsatz kommen.

Stand der Technik

Eine Antennenanordnung, von der bei der Formulierung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ausgegangen worden ist, ist aus der EF-C-0-155 647 bekannt. Diese bekannte Antennenanordnung, die offensichtlich ausschließlich für der. Einsatz auf der Heckscheibe von Kraftfahrzeugen kon zipiert ist, ist auf einer nicht vom Heizfeld belegten Fläche angeordnet. Die LMK-(Langwelle-Mittelwelle-Kurz wellen-)Antenne hat eine flächenhafte Ausdehnung.

Der EP-C-0-15D 647 ist die Lehre zu entnehmen, daß die Größe der Antennen-Fläche in einer ganz bestimmten Bezie hung zur Größe der verfügbaren Fläche stehen muß, um ein maximales Eingangssignal für den Antennenverstärker zu erhalten. Ausdrücklich wird dabei erläutert, daß es, da mit der Empfang optimal wird, unbedingt auch erforderlich ist, daß die Signalspannung am Eingang des LMK-Verstär kers maximal ist.

Dabei wird offensichtlich von der Annahme ausgegangen, daß die Rauschspannung am Eingangsanschluß des LMK- Verstärkers unabhängig von der Quellimpedanz ist.

In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß bei ei ner Antennenanordnung gemäß der EP-C-0-155 647 der Emp fang unter bestimmten Umständen nicht optimal ist.

Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß dies darauf zu rückzuführen ist, daß eine Maximierung der Signalspannung am Eingangsanschluß des Antennenverstärkers nicht unter allen Betriebsbedingungen ein optimales Ergebnis liefert, da die offensichtlich in der EF-A-0-155 647 gemachte An nahme über die Unabhängigkeit der Rauschspannung von der Quellimpedanz unzutreffend ist. Tatsächlich steigt näm lich zumindest im Langwellenbereich und im "niedrigen" Mittelwellenbereich die Rauschspannung eines üblicherwei se im LMK-Verstärker als Eingangstransistor verwendeten FET (Feldeffekttransistors) deutlich an, wenn als Signal quelle eine als Antenne wirkende leitende Fläche verwen det wird.

Die Ursache hierfür ist, daß die leitende Fläche als Kon densator wirkt, dessen Impedanz mit sinkender Frequenz zunimmt. Alle Transistoren zeigen minimales Rauschen nur bei einer ganz bestimmten Quellimpedanz. Bei davon abwei chender Impedanz steigt ihr Rauschen an. Konkret bedeutet dies, daß die aus der EP-C-0 155 647 bekannte Antenne zwar im oberen Mittelwellenbereich und im Kurzwellenbe reich (auch als oberer LMK-Bereich bezeichnet) optimal angepaßt ist, im unteren Mittelwellenbereich und im Lang wellenbereich (unterer LMK-Bereich) müssen jedoch Einbu ßen bei der Empfangsqualität in Kauf genommen werden. Dies ist insbesondere auch deshalb von Nachteil, da der Signal/Rausch-Abstand der Antenne im unteren LMK-Bereich und vor allem im Langwellenbereich sowieso deutlich schlechter als im oberen LMK-Bereich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antennenanordnung ge mäß dem Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 derart weiter zubilden, daß sich unter praktisch allen Betriebsbedin gungen und Frequenzen ein optimaler Empfang ergibt.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Pa tentanspruch angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, die Anpassung zwischen LMK-Antenne und Antennenverstärker derart vorzunehmen, daß sich ein optimaler Signal/Rausch- Abstand im unteren LMK-Bereich ergibt.

Hierzu wird erfindungsgemäß der Abstand des oder der An tennenleiter zu den die LMK-Antenne umgebenden Teilen derart gewählt, daß der Wert die Schadkapazität C₈ der LMK-Antenne, die im wesentlichen durch die Kapazität zwi schen den Antennenleitern und der die Antenne umgebenden leitenden Teile gebildet wird, größer als der Wert ge wählt ist, bei dem sich die maximale Antennen-Ausgangs spannung ergibt, und daß der Wert der Schadkapazität C₈ so gewählt wird, daß durch entsprechende Wahl der Quellimpe danz des Antennenverstärkers das Signal/Rausch-Verhältnis nicht im oberen, sondern im unteren LMK-Bereich optimiert ist.

Die Erfindung bricht damit mit der üblichen Vorgehenswei se, gemäß der Schad- bzw. Streukapazitäten möglichst mi nimiert werden. Im Gegenteil, erfindungsgemäß wird bewußt eine vergleichsweise große Schadkapazität "eingestellt", durch die die Quellkapazität des Eingangstransistors der art vergrößert wird, daß zwar das Eingangssignal nicht maximal, wohl aber der Signal/Rauschabstand optimal ist.

Diese erfindungsgemäße Anpassung kann beispielsweise da durch erreicht werden, daß die als Antenne wirkende lei tende Fläche A größer gewählt wird, als dies in der EP-C- 0 155 647 beschrieben ist. Da die Fläche A erfindungsge mäß im Vergleich zum Stand der Technik vergrößert wird, erhöht sich die Kapazität der Antenne bezogen auf das elektromagnetische Feld.

Gleichzeitig steigt die Schadkapazität aufgrund des ver ringerten Abstandes zu den die Antennenleiter umgebenden leitenden Teilen, wie metallischen Karosserieteilen, den Heizdrähten der Heckscheibe usw. an. Somit ist bei glei cher Frequenz f des elektromagnetischen Signals der Be trag des kapazitiven Anteils Z_K der Quellimpedanz kleiner. Damit verringern sich der Betrag Z der Quellimpedanz.

Zwar verringert sich auch die Signalspannung am Verstär kereingang, gleichzeitig erniedrigt sich aber auch das Eingangsrauschen des verwendeten Transistors im unteren LMK-Bereich sehr deutlich. Im Langwellenbereich (mit kleiner Signalfrequenz f) und im unteren Mittelwellenbe reich führt diese Maßnahme bei praktisch allen gängigen Transistoren zu einer Verbesserung des Signal/Rausch- Abstandes.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all gemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übriger hinsichtlich der Offenba rung aller im Test nicht näher erläuterten erfindungsge mäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zei gen:

Fig. 1 die Rauschspannung eines üblichen LMK-Verstär kers mit einem FET J310 als verstärkendes Ele ment,

Fig. 2 schematisch eine Heckscheibenantenne,

Fig. 3 Messungen zur Erläuterung der Erfindung und

Fig. 4 die Abhängigkeit der Kapazität der Antenne von dem Verhältnis b/h.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt die Rauschspannung eines üblichen LMK-Ver stärkers mit einem FET J310 als verstärkendem Element als Funktionen der Frequenz im Lang- und Mittelwellenbereich. Auf der Abszisse ist die Frequenz in MHz aufgetragen, während auf der Ordinate die Rauschspannung angegeben ist. In Fig. 1 ist die Abhängigkeit der Rauschspannung als Funktion der Frequenz für unterschiedliche Quellimpe danzen angegeben. Zu den Werten der Quellimpedanzen wird auf die Legende in Fig. 1 verwiesen. Der Fig. 1 ist zu entnehmen, daß die Rauschspannung für den exemplarisch dargestellten Transistor zumindest für Frequenzen unter 1 MHz mit sich verringernder Quellimpedanz stark ansteigt.

Fig. 2 zeigt exemplarisch die Anordnung einer erfindungs gemäßen LMK-Antenne auf der Heckscheibe eines Kraftfahr zeugs. Dabei ist die LMK-Antenne 1 zwischen einem Heiz feld 2 und einem leitenden Rahmen 3 der Heckscheibe ange ordnet. In dieser Fläche ist mittig die Antenne als lei tende Fläche angeordnet. Die Antenne hat die Querabmes sung b und den Abstand a von dem Rahmen 3 bzw. dem Heiz feld 2. c ist der Abstand der Antenne von der seitlichen Berandung, der Scheibe.

Mit h ist der Abstand zwischen dem obersten Leiter des Heizfeldes 2 und dem Rahmen 3 der Scheibe bezeichnet.

Bei dem im folgenden näher dargestellten Ausführungsbei spiel ist ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfin dung:

h = 13 cm

Zur Optimierung des Signal/Rausch-Verhältnisses ist der seitliche Abstand c der Antenne zum leitenden Fensterrah men konstant auf 3 cm belassen worden. Variiert wird le diglich die Querabmessung b. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, sowohl c als auch b zu variieren.

Fig. 3 zeigt mit einem exemplarisch ausgewählten Auto ra dio erhaltenen Meßergebnisse. Auf der Abszisse ist das Verhältnis b/h aufgetragen, während auf der linken Ordi nate die Antennenspannung und auf der rechten Ordinate die Empfindlichkeit für ein Signal/Rausch-Verhältnis von 20 dB aufgetragen sind.

Angegeben sind die Werte für verschiedene Frequenzen, wo bei die Zuordnung der verwendeten Symbole zu bestimmten Frequenzwerten dem unter dem Diagramm stehenden Legende zu entnehmen sind.

Fig. 3 ist zu entnehmen, daß man bei einem Wert des Ver hältnisses b/h von 0,4 zwar eine maximale Antennenspan nung, aber zumindest für Frequenzen im unteren LMK- Bereich kein optimales Signal/Rausch-Verhältnis erhält.

Wählt man dagegen - wie erfindungsgemäß exemplarisch für den Wert h = 13 cm vorgeschlagen - einen Wert des Ver hältnisses b/h von 0,6, so erhält man im gesamten Fre quenzbereich eine geringere Antennenspannung, wodurch nichtlineare Verzerrungen im gleichen Maße reduziert wer den. Gleichzeitig verbessert sich das Signal/Rausch- Verhältnis im unteren LMK-Bereich, während es im oberen LMK-Bereich nur geringfügig reduziert wird.

Fig. 4 zeigt die Kapazität der Antenne in pF als Funktion des Verhältnisses b/h. Wie Fig. 4 zeigt, steigt die Kapa zität bis zu einem Wert b/h=0,6 weitgehend linear an. Oberhalb dieses Wertes steigt die Schadkapazität C₈ bei der betrachteten Höhe h der AM-Antenne überproportional an, wodurch sich nicht nur die Antennenspannung, sondern auch der Signal/Rauschabstand verringert.

Vorstehend ist die Erfindung exemplarisch ohne Beschrän kung des allgemeinen Erfindungsgedankens beschrieben wor den, wie er der allgemeinen Beschreibung und den Ansprü chen zu entnehmen ist. So sind die verschiedensten Ände rungen gegenüber dem gezeigten Ausführungsbeispiel mög lich. Von diesen werden im folgenden einige - nicht ab schließend - genannt:
Insbesondere gilt der Wert 0,6 für ein optimales b/h- Verhältnis gemäß der erfindungsgemäßen Lehre nur für eine Höhe h der verfügbaren Fläche von 13 cm. Bei anderen Hö hen h liegt das optimale b/h-Verhältnis bei anderen Wer ten; diese Werte können aufgrund der vorstehenden Ausfüh rungen ohne erfinderisches Zutun dadurch gefunden werden, daß der Signal/Rausch-Abstand im unteren LMK-Bereich op timiert wird. Dies führt stets zu einem größeren b/h- Verhältnis als die Optimierung des Signal/Rausch- Abstandes für den oberen LMK-Bereich oder die Maximierung der Signalgröße für den oberen LMK-Bereich.

Weiterhin ist es möglich, die Antenne auf beliebige Scheiben - nicht nur auf die Heckscheibe - oder auf son stige nicht leitende Teile des Fahrzeugs, wie Spoiler, Anbauteile aus einem Kunststoffmaterial etc. aufzubrin gen. Bei der Anordnung der Antenne auf der Heckscheibe ist es möglich, in die gesamte Antennenanordnung auch ei ne UKW-Antenne zu integrieren, die die Heizdrähte der heizbaren Heckscheibe verwendet. Die erfindungsgemäße LMK-Antenne kann selbstverständlich auch eine andere Form als dargestellt, beispielsweise eine nicht rechteckigen Form oder die Form eines U oder eines E haben.

Weiterhin ist es möglich, in der Heckscheibe sowohl ober halb als auch unterhalb des für die Heizdrähte verwende ten Bereichs erfindungsgemäße Antennen vorzusehen.

Claims

1. Antennenanordnung mit

- wenigstens einer LMK-Antenne, die auf einer Scheibe oder einem sonstigen nicht leitenden Teil eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und eine Antennenkaptätät C₉ hat, und
- einem Antennenverstärker für den LMK-Empfang,

dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des oder der Antennenleiter zu den die LMK-Antenne umgebenden Teilen derart gewählt ist, daß der Wert der Schadka pazität C₈ der LMK-Antenne, die im wesentlichen durch die Kapazität zwischen den Antennenleitern und der die Antenne umgebenden leitenden Teile gebildet wird, größer als der Wert gewählt ist, bei dem sich die maximale Antennen-Ausgangsspannung ergibt, und daß der Wert der Schadkapazität C₈ so gewählt wird, daß durch Erhöhung der Quellkapazität des Antennen verstärkers das Signal/Rausch-Verhältnis im unteren LMK-Bereich optimiert ist.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnat, daß der Antennenverstärker einen FET-J-Transistor als Eingangstransistor auf weist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne wenigstens einen rechteckig-flächenhaft bzw. als breiter Strei fen oder in Art eines Gitters ausgebildeten Anten nenleiter aufweist.

4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Drahtstruktur mit mehreren zueinander parallelen Leitern die LMK- Antenne bildet, und
daß die Anschlußstelle an einer Schmalseite dieser Struktur liegt.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter auf der der Anschlußstelle gegenüberliegenden Seite nicht elek trisch leitend miteinander verbunden sind.

6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die LMK-Antenne und ins besondere die Drahtstruktur durch auf die Scheibe aufgedruckte Leiter gebildet ist.

7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die LMK-Antenne mit ei nem ebenfalls in der gleichen Scheibe vorgesehenen Heizfeld galvanisch nicht verbunden ist.

8. Antennenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizfeld für den UKW-Empfang dient.

9. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorgegebenem freiem Flächenbereich für die Antenne die Optimierung des Signal/Rausch-Abstandes unter Verzicht auf ein maxi miertes Verstärker-Eingangssignal durch Optimieren der folgenden Größen:

1. Abstand des Antennenleiters (1) von der oberen Berandung der Scheibe,
2. Abstand (a2) des Antennenleiters (1) von dem Heizfeld (2) bzw. der unteren Beran dung der Scheibe, und
3. Querabmessung des Antennenleiters
4. Abstand des Antennenleiters von der seit lichen Berandung der Scheibe

erfolgt.

10. Antennenanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierung des Si gnal/Rausch-Abstandes durch die Anpassung des Ver hältnisses b/(b+a1+a2) erfolgt.

11. Antennenanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert b/(b+a1+a2), bei dem das Optimum des Signal/Rausch-Abstandes vor liegt, sich um wenigstens ± 20% von dem Wert unter scheidet, bei dem die maximale Signalspannung am Eingangsanschluß des LMK-Verstärkers vorliegt.

12. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a1) des An tennenleiters (1) von der oberen Berandung der Scheibe in etwa gleich dem Abstand (a2) von dem Heizfeld (2) ist.

13. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (c) des An tennenleiters (1) von der seitlichen Berandung der Scheibe in etwa gleich sind.