DE202008011254U1

DE202008011254U1 - Flachantenne vom "U"-Typ

Info

Publication number: DE202008011254U1
Application number: DE200820011254
Authority: DE
Original assignee: Delphi Delco Electronics Europe GmbH
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2018-08-23

Abstract

Flachantenne vom „U"-Typ, bestehend aus zwei planparallelen leitenden Flächen, die in einem Seitenabschnitt leitend miteinander verbunden sind, wobei
– eine der beiden Flächen mit dem Außenleiter eines HF-Kabels als Masseanschluß verbunden ist – hier als Grundebene bezeichnet – und
– die andere Fläche in einem Speisepunkt mit dem Innenleiter des Kabels verbunden ist – hier als Deckebene bezeichnet – und wobei
– der Innenleiter im Raum zwischen den beiden Flächen vom Masseanschluß bis zum Speisepunkt freiliegend ist,
dadurch gekennzeichnet, dass bei horizontaler Anordnung der Flachantenne in einer Umgebung, die weitgehend aus Dielektrika besteht, die Grundebene (1) die obere Fläche bildet und damit die Antenne gegenüber der nach dem Wissen des Stands der Technik notwendigen Funktionslage um 180° gedreht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne, die im Prinzip aus einem U-förmig gebogenen Blech besteht. Die beiden zueinander planparallelen Flächen sind mit einem Koaxialkabel verbunden, das als Antennenkabel zu einem Empfangs- bzw. Sendegerät führt. An zwei einander gegenüberliegenden Punkten der beiden Flächen sind zum einen der Außenleiter und zum anderen der Innenleiter des Kabels angelötet. Der Anschlußpunkt des Außenleiters ist der Masseanschluß und der Anschlußpunkt des Innenleiters ist der Speisepunkt der Antenne. Dabei ist der Innenleiter im Raum zwischen den Flächen – vom Masseanschluß bis zum Speisepunkt – freiliegend.
Die Antenne kann mit einem an den Seiten offenen Resonator verglichen werden. Das Feld, das in den Freiraum tritt, bildet sich an den Kanten der planparallelen Flächen, und man erhält eine quasi einzugsfreie Rundum-Charakteristik im horizontalen Strahlungsdiagramm.
Gemäß dem bekannten Stand der Technik ist die Fläche mit dem Masseanschluß – die wir hier als Grundebene bezeichnen – im allgemeinen größer auszuführen als die Fläche mit dem Speisepunkt, die wir hier als Deckebene bezeichnen. Bei waagerechter Anordnung der Antenne muß sich außerdem die Grundebene an der Unterseite befinden.
Ein charakteristischer Vertreter des Flachantennen-Prinzips ist in dem Europäischen Patent Nr. 0 176 311 beschrieben. Dort ist auch betont, dass eine im Vergleich zur Deckebene größere Grundebene – oder eine größere leitende Fläche unmittelbar darunter – eine wesentliche Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion der Antenne und für ausreichende Strahlungseigenschaften ist.
Ein Sonderfall der Funktionslage wird in dem deutschen Patent Nr. 21 53 827 beschrieben: Dort wird die Antenne als U-förmig gebogener Blechstreifen über das Kunststoff-Gehäuse eines Mobil-Telefons geschoben und ist mit Massekontakt und Speisepunkt mit der Eingangsschaltung des Telefons verbunden. Das Gerät wird senkrecht am Körper des Nutzers angehängt. Die der Feldbildung entsprechende Strahlungscharakteristik dieses Antennentyps dürfte eine solche Funktionslage für ein Telefon an sich gar nicht erlauben.
Eines wird auch in Nr. 21 53 827 betont: Für die Funktion sei es wichtig, dass die Grundebene (dort „der auf Massepotential befindliche Teil der Antenne") am Körper des Nutzers anliegt, d. h. an einem flächenmäßig größeren elektrisch leitenden Gebilde.
Tatsächlich werden die Antennen des hier beschriebenen Typs vor allem für den Mobilfunk verwendet. Für Dienste im Bereich von 900 MHz (u. a. das deutsche D-Netz) hat die Deckebene ein HF-wirksames Längsmaß (Maß von der Verbindung mit der Grundebene bis zur gegenüberliegenden Kante, oder „Schenkellänge" des „U"-Gebildes) von etwa 70 mm und für Dienste im Bereich von 1800 MHz ein solches von 35 mm. Der Abstand zwischen Grund- und Deckebene beträgt etwa 12 bis 15 mm.
Die Nutzung der Antenne in den weltweiten Telefonnetzen erfordert eine breitbandige Ausführung für den Bereich von 810 bis 2170 MHz.
Nun führt die Entwicklung bei Kraftfahrzeugen zu einer immer größeren Zahl Dienste und damit zu immer mehr Antennen am Fahrzeug. Der Zahl der Antennen an einem Fahrzeug sind jedoch physikalische Grenzen gesetzt. Ein gewisser Ausgleich resultiert daraus, dass die neuen Dienste und Technologien mit immer höheren Frequenzen verbunden sind. Die hohen Frequenzen bieten den Vorteil, dass die Antennen – z. B. für digitalen und für Satelliten-Betrieb – geometrisch immer kleiner werden.
So ist es bekannt, auf einer gemeinsamen Massebezugsfläche nebeneinander Flachantennen für den Mobilfunk und Antennen für Satelliten-Rundfunk und für GPS anordnen, und das ganze kann sich, wie z. B. in dem deutschen Patent Nr. 195 35 250 beschrieben, dicht unterhalb einer Kunststoff-Kofferraumklappe für einen Pkw befinden.
Es ist aber auch bekannt, dass die zuletzt beschriebene Anordnung mit einem wesentlichen Nachteil behaftet ist: Die Telefonantennen beeinflussen die Empfangseigenschaften der Satellitenantennen mit den benachbarten Frequenzen negativ (GPS mit 1,5 GHz und SDARS/USA mit 2,3 GHz). Die Telefonantennen mit terrestrischem Betrieb arbeiten mit wesentlich höherer Leistung als die Antennen für den Empfang von Satellitensignalen – dies auch besonders im Sendefall. Darüber hinaus wird aber das schwache Feld der Satellitensignale auch schon durch die bloße Anwesenheit des metallischen Aufbaus der Funkantennen auf derselben Massefläche gestört.
Die aus Design- und aus Platzgründen sinnvolle räumliche Kombination mehrerer Antennen unterschiedlicher Dienste und unterschiedlicher Leistung ist also immer dann problematisch, wenn Antennen für den Satellitenempfang dicht neben Antennen für terrestrischen Betrieb angeordnet werden und wenn sich die Felder gewissermaßen überlappen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in raumsparender Anordnung Satellitenempfangs-Antennen mit Mobilfunk-Antennen – speziell vom Flachantennentyp – zu kombinieren, ohne dass die Strahlungscharakteristika und sonstigen Betriebseigenschaften der einzelnen Antennen negativ beeinflusst werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsformen und Details der Erfindung.
Die einschlägigen Untersuchungen, Analysen und Tests haben zu dem überraschenden Ergebnis geführt, dass die Flachantenne der hier zur Rede stehenden Gattung auch in umgedrehter Anordnung voll funktionsfähig ist, d. h. nach einer Drehung um 180° (also als „reverse Flat Antenna").
Gemäß der Erfindung ist es des weiteren möglich, die Abmessungen der Massebezugsfläche – hier, wie gesagt, der Grundebene – zu verringern. Es ist für die erfindungsgemäßen Anordnungen weder eine größere leitende Fläche als Teil der Antenne erforderlich, noch muß die Antenne an einer solchen Fläche – etwa einem waagerechten Karosserieteil aus Blech – anliegen.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung beruht nun darauf, dass die Flachantenne als terrestrische Mobilfunk-Antenne mit Satellitenempfangsantennen kombiniert werden kann, ohne dass die nachteiligen Effekte des Stands der Technik auftreten. Die Antenne beeinflusst weder auf Grund ihres Aufbaus noch im Betrieb die Empfangseigenschaften einer GPS- und einer SDARS-Antenne.
Die Satellitenantennen, z. B. Streifenleiter-Antennen (patch antenna), werden nach der Erfindung auf die Außenseite der Grundebene, die nun die obere Fläche darstellt, gesetzt. Die Grundebene der Flachantenne bildet für sie die Massebezugsfläche, und die geometrisch kleinen Antennen nehmen nun mit ihrem Feld weder den metallischen noch den Feldaufbau der größeren terrestrischen Antenne wahr. Sie werden nicht mehr gestört bzw. in ihrer Strahlungscharakteristik negativ beeinflußt. Die ganze Anordnung hat darüber hinaus auch noch eine geringere Bauhöhe und, wenn erforderlich, auch geringere seitliche Abmessungen als die vergleichbaren Antennenkombinationen des Stands der Technik.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung
1. Flachantenne nach dem Stand der Technik
2. Flachantenne in erfindungsgemäßer Anordnung
3. Erfindungsgemäße Flachantenne in Kombination mit anderen Antennen,

a) Seitenansicht
b) Vorderansicht und Draufsicht bei einseitig verbreiterter Ausführung

4. Erfindungsgemäße Antenne, seitlich verbreitert, mit zusätzlicher aufgesetzter Antenne eines anderen Dienstes
Dabei sind:

1: Grundebene (Massebezug)
2: Deckebene
3: Koaxialkabel
4: Innenleiter
5: Masseanschluß
6: Speisepunkt
7: Fahrzeug, schematisch
8: Kofferraum-Klappe aus Kunststoff
9: Aufgesetzte Antenne für eine höhere Frequenz
9.1: Schaltungsmodul der Antenne 9
10: Zusätzliche, auf die verbreiterte Grundebene 1 aufgesetzte Antenne
10.1: Schaltungsmodul der Antenne 10

Die Zeichnungen sprechen für sich. In 1 wird der „Minimalaufbau" einer gattungsgemäßen Flachantenne gezeigt. Bekanntermaßen ist für den Aufbau nach dem Stand der Technik unumgängliche Funktionsvoraussetzung, dass für diese Antenne, die eine gute Rundumstrahlung ohne nennenswerte Elevation ergibt, die Massebezugsfläche (Grundebene 1) die Unterseite bildet und mit dem Außenleiter des Koaxialkabels 3 zuinden ist. Dabei wird die obere Fläche (Deckebene 2) sogar oft fälschlicherweise als „Strahlerfläche" o. ä. bezeichnet.
Die Betonung liegt bei der Ausführung nach 1 auf dem Wort „Minimalaufbau", denn für die gattungsgemäßen Antennen des Stands der Technik wird gefordert, dass die Massebezugsfläche (Grundebene 1) entweder selbst größer als die obere Fläche (Deckebene 2) ist, oder dass sie an einer größeren leitenden Fläche anliegt (hier nicht dargestellt).
Es wurde nun gefunden, dass zum einen die Grundebene 1 flächengleich der Deckebene 2 sein kann, und dass auch bei um 180° gedrehter Anordnung des Gebildes – wie in 2 gezeigt – ein einwandfreier Empfangs- und Sendebetrieb erzielt wird.
Andererseits wird die Strahlungscharakteristik einer erfindungsgemäß angeordneten Flachantenne nicht negativ beeinflußt, wenn die Grundebene 1 seitlich verbreitert wird (d. h. rechtwinklig zum oben benannten HF-wirksamen Längsmaß). Eine solche seitliche Vergrößerung der Grundfläche dient erfindungsgemäß dem Zweck, auf der Außenseite (oberhalb) der Grundebene 1 neben den Antennen (9) weitere Antennen (10) für andere Dienste anzuordnen.
Für diese Antennen stellt die Grundebene 1 (unabhängig von ihren Abmessungen) den Massebezug dar, und die Strahlungseigenschaften werden weder von Aufbau und Anwesenheit der Flachantenne noch von ihrer Betriebsweise beeinflusst.
In 3 und 4 werden Ansichten der praktischen Ausführung in schematischer Darstellung gezeigt. 3 zeigt die Anordnung eines Schaltungsmoduls 9.1 für die aufgesetzte Antenne 9 und 4 die Anordnung einer erfindungsgemäßen Flachantenne (1, 2) unterhalb der Kofferraum-Klappe 8 eines Fahrzeugs 7.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0176311 [0004]
- DE 2153827 [0005, 0006]
- DE 19535250 [0010]

Claims

Flachantenne vom „U"-Typ, bestehend aus zwei planparallelen leitenden Flächen, die in einem Seitenabschnitt leitend miteinander verbunden sind, wobei – eine der beiden Flächen mit dem Außenleiter eines HF-Kabels als Masseanschluß verbunden ist – hier als Grundebene bezeichnet – und – die andere Fläche in einem Speisepunkt mit dem Innenleiter des Kabels verbunden ist – hier als Deckebene bezeichnet – und wobei – der Innenleiter im Raum zwischen den beiden Flächen vom Masseanschluß bis zum Speisepunkt freiliegend ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei horizontaler Anordnung der Flachantenne in einer Umgebung, die weitgehend aus Dielektrika besteht, die Grundebene (1) die obere Fläche bildet und damit die Antenne gegenüber der nach dem Wissen des Stands der Technik notwendigen Funktionslage um 180° gedreht ist.
Flachantenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausführung als breitbandige Mobilfunkantenne für Frequenzen in den Bereichen um 0,9 und 1,8 GHz
Flachantenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung von Antennen (9) für andere Funkdienste auf der Außenseite der Grundebene (1), wobei die Grundebene (1) der Flachantenne auf Grund des Masseanschlusses (5) als Massebezug für die aufgesetzten Antennen dient.
Flachantenne nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch die Anordnung von Antennen (9) kleiner Abmessungen für ähnliche und höhere Frequenzen als die des Mobilfunks auf der Grundebene (1), wie Streifenleiterantennen für GPS und SDARS.
Flachantenne nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch die Anordnung einer Stabantenne für den Rundfunk-Empfang im AM- und im FM-Bereich auf der Grundebene (1).
Flachantenne nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch die Anordnung einer zweiten Flachantenne für Mobilfunk, die in herkömmlicher Funktionslage auf die erfindungsgemäß gedrehte Flachantenne gesetzt ist, und wobei die Grundebene (1) der gedrehten Antenne gleichzeitig als Grundebene der aufgesetzten Antenne dient.
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennen in einem Kraftfahrzeug (7) unterhalb eines waagerechten flächigen Karosserieelements (8) aus Kunststoff angeordnet sind.
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundebene (1) zur Aufnahme weiterer Antennen für andere Dienste seitlich, d. h. rechtwinklig zum HF-wirksamen Längsmaß, verbreitert ist und dass auf der zusätzlichen Fläche weitere Antennen (10) angeordnet sind.