DE202014002207U1

DE202014002207U1 - Mehrbereichsantenne für eine Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung für den mobilen Einsatz

Info

Publication number: DE202014002207U1
Application number: DE202014002207.0U
Authority: DE
Original assignee: Antennentechnik Bad Blankenburg GmbH
Current assignee: Desay Sv Automotive Europe De GmbH
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2024-03-11
Also published as: EP3108535A1; EP3108535B8; WO2015124463A1; EP3108535B1

Abstract

Mehrbereichsantenne für eine Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung für den mobilen Einsatz, insbesondere Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer isolierenden Trägerplatte (1) zur Aufnahme von elektrischen Anschlusselementen sowie zur Antennenmontage, wobei auf der Trägerplatte (1), sich von dieser im Wesentlichen senkrecht erstreckend, eine kupferkaschierte Leiterplatte (4) angeordnet ist, sowie mit einem haubenartigen Gehäuse (15) aus dielektrischem Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) kupferkaschierte Strukturen aufweist, wobei auf einer ersten Leiterplattenseite (5) eine Mobilfunk-Monopolstrahlerstruktur (6) und eine Anschlussflächenstruktur (7) für einen an der Oberseite des haubenartigen Gehäuses (15) fixierbaren CB-Stabstrahler (9) ausgebildet sind, derart, dass das elektrische Feld zwischen der Anschlussflächenstruktur (7) und der Monopolstrahlerstruktur (6) orthogonal polarisiert ist, wobei beide Strahler räumlich getrennt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrbereichsantenne für eine Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung für den mobilen Einsatz, insbesondere Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer isolierenden Trägerplatte zur Aufnahme von elektrischen Anschlusselementen sowie zur Antennenmontage, wobei auf der Trägerplatte, sich von dieser im Wesentlichen senkrecht erstreckend, eine kupferkaschierte Leiterplatte angeordnet ist, sowie mit einem haubenartigen Gehäuse aus dielektrischem Material gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 41 41 783 B4 ist eine Kraftfahrzeug-Antenne für mehrere getrennte Frequenzbereiche vorbekannt. Die dort als Stabantenne ausgebildete Vorrichtung dient gleichzeitig für den Empfang von z. B. Hörfunksignalen im FM- und AM-Bereich und für den Mobilfunk. Analog dem zugehörigen Hauptpatent nach DE 41 02 845 B4 findet für alle Frequenzbereiche ein gemeinsames stabartiges Antennenelement Verwendung. Die HF-wirksame Gesamtlänge dieses Antennenelements entspricht 1/4 der mittleren Betriebswellenlänge des niedrigsten Frequenzbereichs. Ein Teil-Abschnitt des Antennenelements, gemessen vom Fußpunkt aus, dient als Antennenelement mit einer HF-wirksamen Länge von 1/4 der mittleren Betriebswellenlänge eines höheren Frequenzbereichs. In den Leitungsverlauf des Antennenelements ist ein Parallelschwingkreis eingeschalter, der so abgestimmt wird, dass er für den höheren Frequenzbereich einen Sperrkreis darstellt und für die niedrigerfrequenten Signale durchlässig ist. Oberhalb des Parallelschwingkreises ist ein zusätzliches, die Impedanz im oberen Anschlusspunkt des Parallelschwingkreises beeinflussendes, isoliertes Leistungsstück achsparallel zum Stab angeordnet, dessen HF-wirksame Länge annähernd λ/4 ist und das mit dem Stab elektrisch gekoppelt wird. Der Parallelschwingkreis selbst ist am oberen Ende einer Teillänge für den höheren Frequenzbereich befindlich.
Bei dem stabförmigen Mehrbereichsstrahler nach DE 41 09 630 A1 wird zum Erhalt der gewünschten Breitbandigkeit zwischen einem ersten und einem zweiten, geraden Drahtstück eine erste Spule und dem zweiten, geraden Drahtstück und einem dritten geraden Drahtstück eine zweite Spule angeordnet. Die erste Spule bildet einen Parallelresonanzkreis bzw. einen Sperrkreis und die zweite Spule eine Phasendrehanordnung.
Monopolartige Antennen, insbesondere ausgebildet als Mehrband-Dachantennen für Fahrzeuge gemäß DE 10 2007 061 740 A1 können durch Faltung des Monopols eine reduzierte Bauhöhe aufweisen. Die Bauhöhenreduktion geht allerdings auf Kosten der erreichbaren Bandbreite. Vorbekannte Monopolantennen werden auch als gefaltete Strukturen mit gemeinsamem Fußpunkt auf einer Leiterplatte realisiert. Hier soll durch einen geänderten Verlauf der Leiterplattenstruktur und eine Variation von Streifenbreiten im unteren Frequenzbereich eine größere Bandbreite realisiert werden.
Aus der DE 102 07 703 B4 ist eine Kraftfahrzeug-Antenne für Empfangs- und/oder Sendeeinrichtungen, ausgebildet als Dachantenne vorbekannt. Diese Antenne weist einen Antennenfuß auf, der haubenartig ist, und besitzt eine Strahleranordnung. Die Strahleranordnung teilt sich in einen ersten und einen zweiten Strahler, welche über eine Sperrspule verbunden sind. Bei niedrigen Frequenzen öffnet die Sperrspule und es wirken die erste und die zweite Strahleranordnung als gemeinsamer Strahler. Bei höheren Frequenzen tritt eine Sperrung bedingt durch die eingesetzte Sperrspule ein. Ein weiterer Strahler für einen noch höheren Frequenzbereich ist im Antennenfuß vom dort vorhandenen Kontaktierungspunkt ausgehend vorgesehen.
Bei der Antennenanordnung für den mobilen Betrieb nach DE 10 2005 054 286 A1 wird von einer Grundplatte aus elektrisch leitendem Material, einem dielektrischen Trägermaterial mit Leiterbahnen und Schaltungen der Signalverarbeitung sowie Strahlern für unterschiedliche Funkdienste und von einer haubenartigen Abdeckung aus dielektrischem Material ausgegangen. Zur Verbesserung der Empfangseigenschaften ist die Oberfläche der Haube mit leitenden Strukturen versehen. Diese leitenden Strukturen sind als Strahler für unterschiedliche Frequenzen und als Anpass-Netzwerke ausgebildet. Für Frequenzen des Meterwellenbereichs und tiefere Frequenzen bilden die leitenden Strukturen auf der Haubenoberfläche den unteren Abschnitt eines Strahlers, der mit einem oberen Abschnitt, der an der Haube mechanisch befestigt ist, über die Außenkonturen der Haube hinausragt.
Bei allen Lösungen des geschilderten Standes der Technik wird für Mehrbereichsantennen der Einsatz von Sperrkreisen bzw. sogenannten Splittern erforderlich, um einen Anschluss für die jeweiligen Endgeräte zu realisieren.
Das Ausbilden derartiger diskreter Sperrkreise führt zu einem erhöhten schaltungstechnischen Aufwand und damit zu gestiegenen Kosten.
Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine weiterentwickelte Mehrbereichsantenne für eine Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung für den mobilen Einsatz anzugeben, welche insbesondere die Ankopplung eines CB-Stabes, d. h. eines Strahlers für den zivilen Funkbetrieb, ermöglicht, ohne dass der Einsatz von Sperrkreisen erforderlich wird. Die Antenne ist dabei so auszubilden, dass die Möglichkeit besteht, wahlweise einen CB-Strahler anzukoppeln, und zwar ohne Verschlechterung des weiteren Empfangsfrequenzbereichs. Es soll also der wahlweise Einsatz als CB- und/oder GSM-Antenne ohne nachteilige Beeinflussung der jeweiligen Empfangseigenschaften möglich werden.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Merkmalskombination gemäß der Lehre nach Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
Es wird demnach von einer Mehrbereichsantenne für eine Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung für den mobilen Einsatz, insbesondere Kraftfahrzeugen, ausgegangen. Die Mehrbereichsantenne besteht aus einer isolierenden Trägerplatte zur Aufnahme von elektrischen Anschlusselementen sowie zur Antennenmontage, insbesondere auf dem Dach eines Kraftfahrzeugs. Auf der Trägerplatte, sich von dieser im Wesentlichen senkrecht erstreckend, ist eine kupferkaschierte Leiterplatte angeordnet. Weiterhin ist die Mehrbereichsantenne von einem haubenartigen Gehäuse aus dielektrischem Material umgeben bzw. durch ein solches Gehäuse abgeschlossen.
Das Gehäuse kann mit Blick auf den bevorzugten Einsatz der Antenne bei Kraftfahrzeugen eine strömungsoptimierte Form, z. B. die Gestalt einer sogenannten Haifischflosse (shark design) besitzen.
Die elektrischen Anschlusselemente werden üblicherweise von der Unterseite der Trägerplatte in Richtung Fahrzeugdach geführt und von dort befindlichen Ausnehmungen aufgenommen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht nun darin, die CB-(citizensl band) und GSM-(global system for mobile communications)-Antennen bzw. Strahler räumlich voneinander zu trennen.
Dabei ist die CB-Antenne als Stabstrahler ausgeführt. Der oder die GSM-Antennen werden separat als Monopole realisiert. Konkret werden die Monopole als Leiterplattenstrukturen erzeugt. Die Anschlussleitung, d. h. die Anschlussstruktur für den CB Stab, befindet sich auf einer bezogen auf die GSM-Strahler gemeinsamen Leiterplatte.
Es kommt insbesondere eine Leiterplatte mit beidseitig kupferkaschierten Strukturen zum Einsatz. Dabei kann es sich um eine Leiterplatte, bestehend aus einem Epoxid-Material, aber auch um eine Leiterplatte auf der Basis eines keramischen Trägers handeln. Unter kupferkaschierter Struktur sind auch derartige metallische, d. h. leitfähige Strukturen zu verstehen, welche eine andere metallische Basis, z. B. Nickel oder Edelmetalle, besitzen.
Auf einer ersten Leiterplattenseite ist eine Mobilfunk-Monopolstrahlerstruktur und eine Anschlussflächenstruktur für den an der Oberseite des haubenartigen Gehäuses fixierbaren CB-Stabstrahler ausgebildet derart, dass das elektrische Feld zwischen der Anschlussflächenstruktur und der Monopolstrahlerstruktur orthogonal polarisiert ist, und zwar unter Beibehalten der räumlichen Trennung beider Strahler.
Auf der zweiten, der ersten gegenüberliegenden Leiterplattenseite ist eine geerdete Mobilfunk-Zick-Zack-Schlitzstrahlerstruktur ausgebildet, welche von der gegenüberliegenden Monopolstrahlerstruktur erregt wird.
Insbesondere durch letztgenannte Maßnahme lassen sich optimierte Antennen für unterschiedliche GSM-Frequenzbereiche in ein und derselben Antennenkonfiguration abdecken.
Wie bereits erwähnt, kann für einen wahlweisen CB-Betrieb der Stabstrahler am haubenartigen Gehäuse durch Schrauben oder Stecken, mittels Bajonettverschluss oder in ähnlicher Weise befestigt werden. Diesbezüglich ist an der Oberseite des haubenartigen Gehäuses eine entsprechende Aufnahme für den Stabstrahler vorhanden.
Der Stabstrahler weist an seinem Strahlerende Abstimmmittel, z. B. einen Abstimmstub oder ein verlänger- bzw. verkürzbares Strahlerende auf.
Die Leiterplatte mit den erfindungsgemäßen Strahler bzw. Anschlussstrukturen füllt die Längsschnittfläche des Gehäuses im Wesentlichen vollständig aus bzw. approximiert diese Fläche.
An einem im Betriebszustand im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Außenrandbereich verläuft die Anschlussflächenstruktur für den CB-Strahler. Einem Teil dieser Struktur benachbart verläuft die Monopolstrahlerstruktur, wobei letztere über mindestens eine in der Leiterplattenebene orientierte Abwinklung oder Abknickung verfügt.
Die Anschlussflächenstruktur verläuft bis zur Oberseite der Leiterplatte und steht dort mit einem Kontaktelement in Verbindung, welches eine elektrische Kontaktierung zum CB-Stabstrahler herstellt.
Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
1 die Mehrbereichsantenne mit Trägerplatte und Leiterplatte, und zwar in einer Ansicht auf die Mobilfunk-Monopolstrahlerstruktur mit Anschlussflächenstruktur für den in der 1 noch nicht dargestellten Stabstrahler, wobei zur besseren Darstellbarkeit das haubenartige Gehäuse nicht gezeigt ist;
2 die Antenne analog 1 von der gegenüberliegenden Seite mit der Mobilfunk-Zick-Zack-Schlitzstrahlerstruktur, ebenfalls ohne haubenartiges Gehäuse;
3 die komplette, mit haubenartigem Gehäuse und Stabstrahler versehene Antenne nebst Anschlusselementen sowie Bund zur Antennenmontage und
4 die Mehrbereichsantenne analog 3 mit entferntem Stabstrahler zum alleinigen Einsatz im GSM-Bereich.
Die im Ausführungsbeispiel wie folgt beschriebene Mehrbereichsantenne für den mobilen Einsatz, insbesondere für Kraftfahrzeuge, geht von einer Trägerplatte 1 aus, welche alle funktionswesentlichen Elemente und gegebenenfalls passive sowie elektronische Bauteile trägt.
An der Unterseite der Trägerplatte 1 befindet sich ein Anschlussbund 2, welcher im Montagezustand eine Ausnehmung z. B. in einem Kraftfahrzeugdach durchdringt. Im Inneren des Bundes 2 verlaufen bekannte Koaxanschlussleitungen 3 zu den jeweiligen Endgeräten.
Sich von der Ebene der Trägerplatte 1 im Wesentlichen senkrecht, d. h. vertikal erstreckend, ist eine kupferkaschierte Leiterplatte 4 angeordnet.
Auf der ersten Leiterplattenseite 5 befindet sich eine Mobilfunk-Monopolstrahlerstruktur 6 und darüber hinaus eine Anschlussflächenstruktur 7.
Die Anschlussflächenstruktur 7 reicht von einem unteren Bereich der Leiterplatte bis zu einem oberen Ende 8 und geht dort in einen Kontaktbereich über, der eine Verbindung zum entsprechenden Ende des Stabstrahlers 9 (siehe 3) realisiert.
Die Strukturen 6 und 7 sind so ausgebildet, dass das elektrische Feld orthogonal polarisiert ist. Beide Strahlerstrukturen sind räumlich getrennt.
Hierdurch ergibt sich eine ausgezeichnete Entkopplung zwischen beiden Antennen im relevanten Funktionsbereich und es können separat zwei Dienste genutzt werden. Der Mobilfunk-Monopolstrahler ist am Anschlusspunkt 10 und der CB-Stabstrahler 9 am Anschlusspunkt 11 kontaktiert.
Aus der Abbildung nach 1 ist ersichtlich, dass die Mobilfunk-Monopolstrahlerstruktur ausgehend von einem unteren Bereich der Leiterplatte 4 in vertikaler Richtung 61 verläuft. Diesem vertikalen Verlauf 61 schließt sich eine erste Abwinklung 62 an.
Diese Abwinklung 62 geht in eine weitere Abwinklung 63 über, die im Wesentlichen die Richtung des Verlaufs der Struktur 61 aufnimmt. Dem Bereich 63 schließt sich eine weitere abgewinkelte Struktureinheit 64 an.
Die Anschlussflächenstruktur 7 verläuft äußerst nahe des vertikalen Außenrands 71 der Leiterplatte 4. Zur Verbesserung der Entkopplung verlaufen die Bereiche 61 und 7 nicht parallel, sondern unter einem Winkel α.
Die 2 zeigt die gegenüberliegende Seite der Leiterplatte 4 mit einer geerdeten Mobilfunk-Zick-Zack-Schlitzstrahlerstruktur 12 zum Zweck der Strahlerverkürzung. Bevorzugt handelt es sich um eine geerdete Struktur, die von der gegenüberliegenden Strahleranordnung 6 unter Nutzung des Leiterplatten-Dielektrikums gespeist wird. Netzwerke zur separaten Erregung der Schlitzstrukturen sind nicht erforderlich.
Die Abschnitte 62, 63 und 64 der Monopolstrahlerstruktur 6 sind in der Lage, die Schlitzstrukturen 12 und 13 in der gewünschten Weise, d. h. in den hier realisierten Frequenzbereichen zu speisen.
Die Frequenzbereiche der Schlitzstrahlerantennen sind durch die Länge des Schlitzes 12 einerseits, d. h. in dem niederfrequenten GSM-Bereich, und des Schlitzes 13 andererseits, d. h. für den hochfrequenten GSM-Bereich, ausgestaltbar. Die erwähne Zick-Zack-Schlitzstrahlerstruktur verkürzt die Strahlerlänge im Sinne eines gefalteten Strahlers.
Die jeweilige Impedanz des Schlitzstrahlers ist von der Position der Erreger, siehe Bezugszeichen 62 in 1, für den niederfrequenten Schlitzstrahler, und Bezugszeichen 64 für den hochfrequenten Schlitzstrahler bestimmt. Da die nieder- und hochfrequenten GSM-Bereiche nicht entkoppelt werden müssen, kann die Monopolstrahlerstruktur 6 als gemeinsamer Erreger ausgestaltet werden. Der Verlauf der Monopolstrahlerstruktur 6 gemäß Ausführungsbeispiel ist für eine Impedanz von 50 Ohm optimiert.
Die 3 zeigt eine Seitenansicht der einsatzbereiten Antenne mit Anschlussleitungen 3 und Fakra-Steckeinrichtungen 14. Die Strahleranordnungen 6, 12 und 13 sowie die Oberseite der Trägerplatte 1 sind vom Gehäuse 15, bestehend aus einem dielektrischen Material, umschlossen. Das Gehäuse 15 kann eine strömungsoptimierte Form, z. B. im sogenannten sharkdesign besitzen.
An der Oberseite des Gehäuses 15 befindet sich eine Aufnahme 16 für den Strahler 9, der an seinem oberen Strahlerende Mittel zur Abstimmung 17, z. B. durch Verlängerung oder Verkürzung des Strahlers aufweist.
Wird zusätzlich zum GSM-Betrieb die Antennenanordnung für den Betrieb eines CB-Funkgeräts genutzt, wird der Strahler 9 am oberen Bereich 16 des Gehäuses 15, z. B. durch Einschrauben fixiert.
Ebenso ist aber bei Nichtgebrauch der Strahler 9 (siehe 4) entfernbar, ohne dass sich die elektrischen Eigenschaften der GSM-Antennen verschlechtern.
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

DE 4141783 B4 [0002]
DE 4102845 B4 [0002]
DE 4109630 A1 [0003]
DE 102007061740 A1 [0004]
DE 10207703 B4 [0005]
DE 102005054286 A1 [0006]

Claims

Mehrbereichsantenne für eine Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung für den mobilen Einsatz, insbesondere Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer isolierenden Trägerplatte (1) zur Aufnahme von elektrischen Anschlusselementen sowie zur Antennenmontage, wobei auf der Trägerplatte (1), sich von dieser im Wesentlichen senkrecht erstreckend, eine kupferkaschierte Leiterplatte (4) angeordnet ist, sowie mit einem haubenartigen Gehäuse (15) aus dielektrischem Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) kupferkaschierte Strukturen aufweist, wobei auf einer ersten Leiterplattenseite (5) eine Mobilfunk-Monopolstrahlerstruktur (6) und eine Anschlussflächenstruktur (7) für einen an der Oberseite des haubenartigen Gehäuses (15) fixierbaren CB-Stabstrahler (9) ausgebildet sind, derart, dass das elektrische Feld zwischen der Anschlussflächenstruktur (7) und der Monopolstrahlerstruktur (6) orthogonal polarisiert ist, wobei beide Strahler räumlich getrennt sind.
Mehrbereichsantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten (51), der ersten (5) gegenüberliegenden Leiterplattenseite eine geerdete Mobilfunk-Zick-Zack-Schlitzstrahlerstruktur (12) ausgebildet ist, welche von der Monopolstrahlerstruktur (6) erregt wird.
Mehrbereichsantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für einen wahlweisen CB-Betrieb der Stabstrahler (9) am haubenartigen Gehäuse (15) durch Schrauben, Stecken oder dergleichen befestigbar ist.
Mehrbereichsantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabstrahler (9) am Strahlerende ein Abstimmmittel (17) aufweist.
Mehrbereichsantenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (4) die Längsschnittfläche des Gehäuses (15) im Wesentlichen approximiert und ausfüllt, wobei an einem, im Betriebszustand im Wesentlichen vertikalen Außenrandbereich (71) die Anschlussflächenstruktur (7) für den CB-Strahler (9) und einem Teil dieser Struktur benachbart die Monopolstrahlerstruktur (61) verläuft, wobei letztere über mindestens eine, in der Leiterplattenebene orientierte Abwicklung (62; 63; 64) verfügt.
Mehrbereichsantenne nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussflächenstruktur (7) bis zur Oberseite der Leiterplatte (4) verläuft und dort mit einem Kontaktbereich oder Kontaktelement (8) in Verbindung steht, welches eine elektrische Kontaktierung zum CB-Stabstrahler (9) herstellt.