DE2733478B2 - Antenne in Form eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

•45 Die Erfindung betrifft eine Antenne in Form eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem metallischen Dach, einem metallischen Unlerbau und leitenden, Dach und Unterbau verbindenden Streben, verwendet zum Senden und/oder Empfangen, wobei die Antenne zwei Anschlüsse besitzt und beide Anschlüsse Punkte der leitenden Karosserie sind und diese beiden Punkte in der Nähe der Kanten einer Fensterscheibe des Fahrzeugs liegen, und das Fenster eine solche Größe besitzt, daß die Betriebsfrequenzen merklich unterhalb

« der Eigenresonanzfrequenz des Fensters liegen. Ferner sind die beiden Anschlüsse der Antenne über eine Zwischenschaltung mit dein Eingang der elektronischen Sende- und/oder Empfangsschaltung der Übertragungsanlage des Fahrzeugs verbunden.

Im Sendefall schickt der Sender Wechselströme über die beiden Anschlüsse auf die Karosserie. Im Empfangrfall fallen Verschiebiingsströme der empfangenden Welle aus dem Raum auf die Karosseric. Die im .Sendefall und/oder Empfangsfall auf der Karosserie fließenden Wechselströme bilden auf der Karosserie im allgemeinen mehrere, in sich geschlossene Stromwege, von denen sich mindestens einer im Sendefall über die Ausgangsschaltung des Senders bzw. im F.mpfangsfall

über die Eingangsschaltung des Empfängers schließt, wenn diese Schaltungen an geeignete Punkte der Karosserie angeschlossen sind. Hierdurch entsteht eine Antennenwirkung, d. h. das Sendegerät erzeugt auf der Karosserie hochfrequente Wechselströme und diese wiederum elektromagnetische Felder in der Umgebung des Fahrzeugs bzw. das Empfangsgerät empfängt hochfrequente Wechselspannungen, die zwischen Punkten der Karosserie durch die empfangene Welle entstehen. Die Karosserie als Antenne erzeugt in vielen id Anordnungen der genannten Art eine Richtungsabhängigkeit des Sendens oder des Empfangs, was bei Kraftfahrzeugen wegen der häufigen Änderung der Fahrtrichtung sehr störend ist. Es ist daher wesentlich, den Sender oder Empfänger so an die Karosserie li anzuschließen, daß diese Richtungsabhängigkeit ausreichend klein ist.

In der US-PS 25 20 984 werden zwei geschlossene Stromwege 23 und 25 zum Senden oder Empfangen benutzt An jeden dieser Stromwege koppelt man sich dadurch an, daß auf jedem Stromweg zwei Anschlüsse an der Karosserie vorhanden sind, 19 und 22, bzw. 20 und 24. Von diesen 2 Anschlußpaaren führen 2 Leitungen 31, 32 zu einer Schaltung, in der die beiden Leitungen so zusammengeführt sind, daß sie einem gemeinsamen Senden bzw. einem gemeinsamen Empfänger zugeführt werden. Die Vorveröffentlichung erläutert im wesentlichen dem Empfangsfall. Hier werden die Ausgangsspannungen der beiden Leitungen in einem Übertrager addiert und die Summenspannung jo dem gemeinsamen Empfänger zugeführt. Weil man die Richtungsabhängigkeit des Sendens oder Empfangens, die eine einzelne Stromschleife erzeugen würde, vermeiden will, verwendet man zwei Stromschleifen geeigneter Form und Lage und addiert die Wirkungen J5 der beiden Stromschleifen nach geeigneter Phasendrehung so, daß die Richtungsabhängigkeit der Summe klein bleibt.

In einer speziellen Anordnung (Anspruch 6) liegen die 2 Anschlußpaare der beiden Stromschleifen an den 4 Ecken der Windschutzscheibe, wobei eine obere und eine untere Ecke der rechten bzw. der linken Seiten der Windschutzscheibe das Anschlußpaar je einer Stromschleife sind.

Die US-PS 25 20 985 beschreibt die gleichen zwei Stroinschleifen in der Karosserie eines Kraftfahrzeugs, die transformatorisch, d.h. über die Induktionswirkung ihrer magnetischen Felder an die beiden Ausgangsleitungen angeschlossen sind.

Die US-PS 25 20 987 beschreibt 2 ähnliche Strom- w schleifen in der Karosserie eines Kraftfahrzeugs. In jeder Stromschleife befindet sich eine isolierende Unterbrechung der Karosserie, und in die;en Unterbrechungen werden die Empfangsspannungen entnommen. Ein wesentliche·· Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß bauliche Veränderungen am Kraftfahrzeug erforderlich sind, die nicht nur aufwendig sind, sondern auch die mechanische Festigkeit der Karosserie bei schweren Unfällen gefährlich vermindern.

In der DE-OS 19 49 827 wird die Empfangsspannung fco dadurch gewonnen, daß zwei Anschlußpunkte auf der Karosserie gewählt werden, die so liegen, daß die kürzeste Verbindung der beiden Anschlußpunkte ganz im metallisch zusammenhängenden Bereich der Karosserie verläuft. In der OS, Seite 3, wird behauptet, daß der &■; Empfang dann frei i-it von lokalen Störungen des elektrischen Feldes, jedoch wird hierfür keine Begründung gegeben, und die Behauptung erscheint auch physikalisch nicht naheliegend, weil bekannt ist, daß enge Beziehungen zwischen den elektrischen und den magnetischen Feldern bei hohen Frequenzen bestehen. Es weiden also die schwankenden Empfangsbedingungen nicht allein von lokalen Störungen des elektrischen Feldes verursacht, sondern auch von der wechselnden Fahrtrichtung des Fahrzeugs. Ferner ist bekannt, daß es auch Störungen der Felder durch Geländereflexionen gibt, hierbei auch Störungen der magnetischen Felder, die unabhängig von den Störungen der elektrischen Felder sein können, sobald im umgebenden Raum kein rein ebenes Wellenfeld besteht. Es ist also weder eine vorteilhafte Funktion der vorveröffentlichten Anordnung erkennbar, noch die bekannten Nachteile der Anordnung, z. B. Richtungsabhängigkeit des Empfangs beseitigt.

In der FR-PS 15 15 532 wird das Signal zwischen zwei Punkten A und B der Karosserie abgegriffen, die zu beiden Seiten einer öffnung in der rlarosserie, z. B. der Windschutzscheibe liegen, vorzugsweise auf der Mittellinie des Kraftfahrzeugs. An die Punkte A und B ist der Empfänger über einen Transformator Ti und den Kondensator 4 angekoppelt. Eine solche Anordnung ist für niedrige Frequenzen,bei denen die Betriebsfrequenz merklich unterhalb der Resonanzfrequenz des Fensters liegen, nicht geeignet, weil die zwischen A und B erscheinende Impedanz des Kraftfahrzeugs dann vorzugsweise eine sehr kleine, durch die Streben bedingte Impedanz besitzt. Eine praktisch verwertbare Impedanz findet man dann nur in der Nähe der Resonanz des Fensters, wie aus der Theorie der Schlitzantenne bekannt ist. Bei den niedrigen Frequenzen würde dann auch die relativ große Induktivität der Zuleitungen von A und B zum Transformator Ti eine brauchbare Anpassung verhindern. Die Wirkung dieser Induktivität wird in der Beschreibung zu unserer Erfindung ausführlich erläutert.

Die Aufgabe der Erfindung hat ihren Ursprung im zivielen Gegensprechverkehr von Kraftfahrzeugen auf 2". MHz. Die Erfindung weist daher einige besonders vorteilhafte Eigenschaften in diesem Anwendungsbereich auf, ist aber natürlich auch geeignet für Anwendung bei Funkdiensten mit ähnlichen Anforderungen.

Die Frequenz von 27 MHz ist eine international von den Postverwaltungen für diesen Funkdienst freigegebene und sehr häufig verwendete Frequenz. Diese Trägerfrequenz ist moduliert mit mehreren Sprechkanälen. Das zu übertragende Gesamtsignal ist also die Summe der Signale der Sprechkanäle und die f 'Csarntbandbreite des Übertragungssystems die Summe dpr Bandbreiten der Einzelkanäle. Die Gesamtbandbreite des 27 MHz Funkdienstes ist auf jeden Fall nennenswert gröPer als die eines Rundfun'xkanals.

Die unveränderte Trägerfrequenz gestattet es, die Antenne in eine Resonanzschaltung mit fester Resonanzfrequenz einzubauen. Hierdurch ergeben sich neuartige Anordnungen. Die Karosserieantennen brauchen diese einfrequente Resonanz geringer Bandbreite. Jedoch muß die Bandbreite dieser Resonanz atisreichen, um alle .Sprechkanäle durchzulassen. Hier liegt das eigentliche Problem dieser Antennen. Während manche Antennenanordnungen für den Rundfunkempfang ohne Bandbreitenproblcinatik sein können, ist dies wegen der geforderten größeren Bandbreite im 27 MHz Funkdienst nicht ohne weiteres gegeben. Unsere Messungen haben gezeigt, daß die geforderte Bandbreite nur erreicht wird, wenn man Anordnungen verwendet, bei

denen die bekannten baiidbreitenvcrcngcnden Kffektc weitgehend vermieden werden, d. h. man benötigt möglichst einfache Schaltungen, insbesondere mil möglichst wenig Blindwiderständen, und Anordnungen, bei denen die Betriebsfrequenzen der Übertragung nicht in der Nähe von Resonanzen der Ströme auf der Karosserie liegen, insbesondere nicht in der Nähe von Resonanzen des Fensters, in dessen näherer Umgebung die Antenncnanschliisse liegen.

Da das 27 MHz-System weitgehend von privaten Benutzern benutzt wird, hängt die beabsichtigte ausgedehnte Verwendung (die in USA bereits existiert) und die Konkurrenzfähigkeil der Hersteller entscheidend davon ab, daß die Anlage möglichst wenig kostet und möglichst leicht durch weitgehend ungelerntes Personal montiert und wieder abgebaut werden kann. Änderungen am Kraftfahrzeug selbst, /.. B. isolierende Unterbrechungen der Dachsiüi/.eii, »mi ίϊιύη A\xh als unvorteilhaft ansehen. Daher sind die vorbekannten Anordnungen, die zwei Stromschleifen der Karosserie mit 4 Anschlüssen an die Karosserie und zwei Anschlußleitungen und einer phasenrichtigen Zusammenführung der beiden Anschlußleitungen am Empfängereingang verwenden, zu aufwendig. Hinzu kommt, daß jegliche zusätzliche Komplikation der Schaltung am Antennenausgang die Gefahr einer Bandbreiteneinengung und nicht mehr durchschaubare Nebeneffekte schafft. Eine Vereinfachung der vorbekannten Schaltungen erscheint nach unseren Messungen erforderlich, um die relativ hohe Bandbreitenforderung des Summenkanals des 27 MHz-Systems mit resonanzabgestimmten Antennen zu erfüllen, insbesondere der in Zukunft zu erwartenden Forderung von zusätzlichen Sprechkanälen nachzukommen. Eine entscheidende Vereinfachung der Antenne würde darin bestehen, daß die Karosserie nur eine einzige Antenne mit nur 2 Anschlüssen an die Karosserie darstellt, eine einfache Stromverteilung mit überschaubaren Resonanzen besitzt und zwischen Antenne und Sendeempfangsgerät eine sehr einfache Schaltung liegt. Im Fall der 27 MHz-Anwendung ist es ferner wesentlich, daß zwischen Antennenanschluß und Gerät keine nichtreziproken Bauteile, z. B. verstärkende Bauteile liegen, die wegen ihrer Nichtreziprozität beim Übergang vom Senden zum Empfangen umgeschaltet werden müssen. Wenn man handelsübliche Sende-Empfangsgeräte verwenden will, sollte die Antennenanlage bis zum Eingang des Sende-Empfangsgeräts reziprok, also passiv sein.

Die Postverwaltungen müssen wegen des nichtlinearen Verhalten⁰ der Empfangsanlagen zwecks Minderung von Funkstörungen die ausgestrahlte Sendeleistung durch Verordnung begrenzen, insbesondere deswegen, weil in diesem Funkdienst sehr viele Teilnehmer die gleiche Trägerfrequenz verwenden. Zur Erzielung brauchbarer Reichweiten der 27 MHz-Verbindung benötigt man daher keine große Senderleistung, sondern eine besonders gute Empfangsantenne, die auch entsprechend gutes Signal-Rauschverhältnis des Empfangs bieten kann. Das erreichbare Signal-Rauschverhältnis hängt bekanntlich wesentlich von den Verlusten in der Antennenanordnung und der passiven Anschlußschaltung ab. Es wird bezweifelt, ob die vorveröffentlichten Karosserieantennen mit großen Stromschleifen solche Eigenschaften haben, denn die langen Stromkreise auf der Karosserie aus hochfrequent sehr schlecht leitendem Eisen haben hohe Verluste und die vorbekannte Auskopplung an jeweils zwei Punkten der Karosserie nach Art eines Autotransformators ergibt sehr kleine Ausgangsspannungen. Denn die Aiisgangssparmung ist nach dem Induktionsgesetz gleich der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses durch die Ausgangsschleife des Autotransfor malors. Dieser magnetische Fluß ist bei den vorveröffentlichten Anordnungen relativ klein, weil die vom magnetischen Feld durchflossene Fläche der Ausgangsschleife in den vorveröffentlichten Anordnungen sehr klein ist. Die vorveröffentlichten Antennenanordnungen mit großen Stromschleifen auf der Karosserie haben also hohe Verluste und kleine Ausgangsspannungen, weshalb sie in der Praxis fast ausschließlich mit nichtreziproken Antennenverstärkern betrieben wurden. Die kleine Leerlaufspannung der Antenne, die hohen Verluste und das Rauschen des Antcnnenverstär kers ergeben zusammen ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis, also kleine Reichweite. Dies entsprichi der

Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen

>o Funkdienst vorgegebener Trägerfrequenz und Gegen sprechverkehr in mehreren Signalkanälcn geringer Bandbreite eine Antennenanlage zu schaffen, die die Karosserie des Fahrzeugs als Antenne verwendet, aber keine wesentlichen mechanischen Änderungen der

2i Karosserie erfordert, mit Ausnahme der Schaffung von zwei rtnschlußpunkten und die für sehr viele Autotypen nach f'eichen Prinzipien aufgebaut werden kann, leicht montierbar ist. eine sehr einfache und rein passive Anschlußschaltung an das elektronische Sende-Emp fangsgerät besitz», möglichst gcles Signal-R.iuschverhältnis ergibt und eine geringe Richtungsabhangigkcii zeigt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der eine Anschlußpunkt der Antenne, der dicht an der Oberkante des Fensters liegt und mit dem Dach des Kraftfahrzeugs leitend verbunden ist. mit dem einen Ende einer nahezu geradlinigen, hochfrequeni wirksamen, im wesentlichen drahtförmigen Zuleitung verbunden ist und die drahtförmige Zuleitung auf dem Glas oder in der Nähe des Glases des Fensters etwa parallel zu der benachbarten, annähernd vertikalen Kante des Glases verläuft und das zweite F.nde der drahtförmigen Zuleitung in der Nähe des unteren. horizontalen Randes des Glases liegt und an den ersten EingangsanschluD eines passiven, verlustarmen aus

•;i mindestens zwei Blindwiderständen bestehenden Vierpols angeschlossen ist und der zweite Eingangsanschluß dieses Vierpols an den metallischen Unterbau des Fahrzeugs kurz- und induktionsarm angeschlossen ist. und an den Ausgang dieses Vierpols das elektronische Sende-Empfangsgerät, gegebenenfalls über ein 'Cabel. angeschlossen ist, und zwischen den beiden Eingangsanschlüssen des Vierpols eine Kapazität liegt und in der Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluß des Vierpols und dem ersten Ausgangsanschluß des Vierpols ein zweiter Blindwiderstand JX2 liegt und diese beiden Blindwiderstände so gewählt sind, daß am Ausgang des Vierpols eine Impedanzanpassung an den Eingang des elektronischen Sende-Empfangsgeräts. bzw. an den Wellenwiderstand des zwischen dem Vierpol und dem elektronischen Sende-Empfangsgerät befindlichen Kabels in ausreichendem Maße besteht.

In F i g. 1 ist 1 das metallische Dach und 2 der metallische Unterbau des Kraftfahrzeugs. 3 sind die leitenden Streben, z. B. Fensterrahmen, die 1 und 2 verbinden. V ist der veriusianne Vierpol mit den Eingangsanschlüssen 4 und 5 und den Ausgangsanschlüssen 6 und 7. 8 ist der hochfrequent wirksame Verbindungsleiter zwischen 1 und 4, der ein einfacher

Draht sein kann, aber nicht notwendigerweise eine (ileichstromvcrbindung sein muß. sondern nur eine } lochfrequenzverbindung sein kann. /. B. eine Serienkapa/itäi zur Poteniialtrenniing oder zum Schiit/ gegen atmosphärische Fintladungen enthalten kann. Am Ausgang 6. 7 des verlustarmen Vierpols ist das Sende· und/ ■ Jer Empfangsgerät F angeschlossen. F kann ein Sendegerät oder ein Empfangsgerät sein. Wenn die Antenne wahlweise zum Senden und Empfangen verwendet wird, ist F. ein kombiniertes Sende- und Fimpfangsgerät bekannter Bauart. F. kann ein Zuleiuingskabcl enthalten, wenn das eigentliche Gerät in einer gewissen Entfernung vom Vicrpolausgang aiifgcstellt ist.

E i g. 2 zeigt das elektrische Ersat/bild der Anordnung nach der Erfiii'lung für Erequenzen. die unterhalb der Resonanzfrequenz des Eensters liegen. Zwischen dem

ΙΛ-,-U f ..~Λ Λ 1 I-

Die I und 2 verbindenden .-iireben stellen eine relativ kleine Induktivität /.] dar. G; und l.\ zusammen bilden einen l'arallelresonanzkreis. dessen Resonanzfrequenz relativ hoch ist und bei vielen Kraftfahrzeugen etwa bei 80 MH/. liegt. Bei dieser Resonanzfrequenz wirkt das Fenster wie eine Schlitzantenne. Betreibt man den Parallelresonanzkrcis unterhalb der Resonanzfrequenz, wie es bei der Erfindung der EaII ist, so wirkt der Parallelresonanzkreis wie ein induktiver Blindwiderstand. Bei diesen niedrigen Erequenzen sind die Stromkreise auf der Karosserie gut durchschaubar. Auf Grur I der zwischen Dach und Unterbau bestehenden und durch die auf das Dach treffenden Vcrschiebungsströme erzeugten Spannung zwischen Dach und Unterbau fheSen in allen Streben vorzugsweise Ströme gleicher Richtung. Hierdurch unterscheidet sich die Anordnung grundlegend von den Stromkreisen der Vorveröffentlichungen. In der Anordnung nach der Erfindung sind die Stromkreise kurzer, also weniger Verluste. Der .Strahlungswiderstand ist größer, also der Wirkungsgrad besser. Die Schaltung ist einfacher und die nutzbare Bandbreite ist größer. Messungen zeigen, daß der Empfang der Verschiebungsströme durch das relam große Dach stärkeren Empfang gibt als alle bisher bekannten Antennen auf Kraflfrhrzeugen.

Die ankommende Welle mit vertikaler Polarisation laßt ihre Verschiebungsströme auf das Dach 1 fließen. Vom Dach I fließen die Ströme über die Streben 3 zum Unterbau 2 und von dort über die zwischen 2 und der Erde bcMehnde Verbindung zum Erdboden. Das Kraftfahrzeug als Antenne wirkt daher bei vertikaler Polarisation wie ein vertikaler Dipol mit der zwischen I und 2 bestehenden Kapazität G; und den stromdurchflossenen Lei'.ern 3. Solange man durch entsprechende Ankopplung nur diesen Dipolempfang verwendet, ist der Empfang vertikal polarisierter Wellen fast unabhängig von der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs. Des ist experimentell erwiesen. So erspart man mit Hilfe der Erfindung alle aufwendigen Maßnahmen zur Verminderung der Richtungsabhängigkeit des Sendens oder des Empfangs. Der unvermeidbare Abstand zwischen Dach und Unterbau erfordert eine hochfrequente Verbindung 8 vom Dach 1 zum Anschluß 4 des verlustarmen Vierpols V. wenn dessen Eingang 5 an den Unterbau 2 angeschlossen ist. Diese Verbindung wirkt wie eine Induktivität L<. Da die Verbindung 8 als Hauptbestandteil einen rCiHuV uünficn Draht bcSiiZcn rriüö. ISi Ls 'ΠΊ allgemeinen merklich größer, als L₃. so daß die Kombination von Cu. L₃ und Ls an den Anschlüssen 4 und 5 im allgemeinen einen induktiven Blindwiderstand jX darstellt. Nur in einem kleinen Frequenzbereich unmittelbar oberhalb der genannten Fiigenresonanz des Eensters ist jX kapazitiv. In diesem kleinen Frequenzbereich ist die Anordnung nach der Erfindung zwar nicht -, unbrauchbar, aber unvorteilhaft, so daß sich die Erfindung auf Erequerzen bezieht, bei denen jX induktiv ist. Da das Kraftfahrzeug als Antenne auch Verluste durch Strahlung und stromdurchflossene Widerstände hat. liegt zwischen den Anschlüssen 4 und 5 insgesamt

in eine komplexe Impedanz Z = R + jX mit relativ kleinem R.

Der Vierpol V enthält mindestens zwei Blindwiderstände /Xi und jXj. Der Blindwiderstand jX\ verbindet hochfrequent die beiden Eingangsanschlüsse (4, 5) des

i") Vierpols V. Hierbei kann es sich um eine Verbindung über eine Kapazität Ci wie in F-" i g. 2 handeln. Es können aber auch in komplizierter aufgebauten Vierpolen

Der Blindwidei stand jX} verbindet hochfrequent den .»n ersten Eingangsanschluß 4 mit dem ersten Ausgangsanschluß 6 des Vierpols. Hierbei kann es sich um eine direkte Verbindung wie in Fig. 2 handeln. Es können aber auch in komplizierter aufgebauten Vierpolen weitere Blindw iderstände in dieser Verbindung liegen. r> Die aus C\i. Li und Ln erzeugte Impedanz Z die nur eine kleine Wirkkomponente R besitzt, eignet sich wegen fehlender Impedanzanpassung nicht zum unmittelbaren Anschluß an das Senden- und/oder Empfangsgerät £ Der verlustarme Vierpol V hat daher die in Aufgabe, eine Impedanztransformation derart zu erzeugen, daß am Ausgang des Vierpols eine für die Anpassung an das Gerät E geeignete Impedanz erscheint. Diese Impedanzanpassung kann eine Leistungsanpassung anstreben, im Emfangsfall auch eine ii Rauschanpassung. Zur Erzielung der Impedanzanpassung benötigt man mindestens zwei Blindwiderstände, also mindestens jX\ und JXi. Vgl. H. Meinke. Einführung in die Elektrotechnik höherer Erequenzen. I. Band. 2. Auflage. Berlin 1965. Abschn. III. I, insbesondere in Abb. 91.

Da Z nur relativ kleine Wirkkomponenten enthält, ist die Schaltung der F i g. 2 als Ganzes eine Resonanzschaltung mit kleiner Bandbreite. Die Anordnung nach der Erfindung ist daher nur für einen kleinen 4^r> Betriebsfrequerzbereich geeignet, z. B. für den zivilen Gegensprechverkehr bei 27 MHz. Bei Impedanztransformationen in Resonanzschaltungen mit kleiner Bandbreite dient der erste Blindwiderstand jX\ im wesentlichen nur zur Herstellung der Resonanz, der zweite V' Blindwiderstand jXi im wesentlichen zur Herstellung de, Anpassung; vgl. das genannte Buch von Meinke. Abschn. IiI. 2. beispielsweise Abb. 101.

Die folgenden Figuren zeigen Beispiele der Schaltung des verlustarmen Vierpols V mit zwei Blindwiderstänn den jX\ und jX: nach Fig. 2. und zwar

F i g. 3 einen Vierpol mit 2 Kapazitäten Ci und C:.

F i g. 4 die Transformationswirkung der Schaltung der F i g. 3 in der komplexen Impedanzebene R. X,

F i g. 5 einen Vierpol mit einer Kapazität Ci und einer so Induktivität L:.

F i g. 6 die Transformationswirkung der Schaltung der F i g. 5 in der komplexen Impedanzebene R. X,

F i g. 7 den Anschluß des Vierpols Van das Fahrzeug.

Fig. 8 ein Beispiel einer Feinabstimmung mit einer ;■:■ Varaktordiode G.

Es wird eine Betriebsfrequenz vorausgesetzt, bei der der Blindw Verstand jX der Kombination C₁:. L₃. L% induktiv ist. Zur Erzielung der Resonanz muß dann der

verliistarme Vierpol kapazitive Komponenten hinzufügen. Da j.Xi in Serie zur Eingangsimpedanz des Geräts /: liegt und daher keine sehr großen Ströme führen kann, ist in der Erfindung für Resonanzschaltungen mit kleiner Bandbreite und entsprechend großer Blindströmen der Blindwiders;"ndyXi eine Kapazität CV

Wenn yX .:in induktiver Blindwiderstand und /ΛΊ eine Kapazität G ist und beide zusammen angenähert eine l'arallelresonanz bei der Betriebsfrequenz bilden, kann man am Ausgang 6, 7 des Vierpols die Impedanzanpassung sowohl durch ein induktiver /.V^ wie in F i g. 5 als auch durch ein kapazitives /Xi wie in F i g. J erreichen.

Es ist wegen der einfacheren Herstellung und wegen der geringeren Verluste vorteilhaft, das JX₂ durch eine Kapazität G zu realisieren. Fi g. 4 zeigt tlie Transformationswirkung einer Schaltung mit G und G in der komplexen Widerstandsebene.

Pi ist die komplexe Impedanz 7. mit einer kleiner Wirkkomponente. Das Ziel der Transformation isl die Impedanz in einem Punkt Pj, der die gewünschte Anpassung an das Gerät Eergibt und durch den Aufbau von E vorgeschrieben ist. Das parallelgeschaltete Ci verschiebt P\ auf einem Kreis K konstanten Wirklcitwerts im Uhrzeigersinn. Der Punkt Ps, in dem K die reelle Achse schneidet, ist der exakte Resonanzpunkt, in den Pt transformiert würde, wenn G den für die exakte Resonanz erforderlichen Wert G« hätte. Wenn /.Vj eine Kapazität ist, wählt man G geringfügig kleiner ,ils die für Resonanz erforderliche Kapazität Gk. so daß P\ nicht ganz nach P·, geschoben wird, sondern nach P₂. G ist so gewählt, daß P; senkrecht über dem Zielpunkt Pi liegt, so daß man P₂ durch die geeignet gewählte Kapazität G senkrecht nach unten nach P. schieben kann. Die Strecke von Pi nach P\ ist der Blindwiderstand Xi, aus dem man bei gegebener Frequenz, das erforderliche Ci berechnen kann. Der Kreisbogen zwischen Pi und Pi dient zur Berechnung des ( nach dem bereits genannten Buch von Meinke, Abb. 8b und Gl. (204). Solange die geforderte Impedanz an den Anschlüssen 6, 7 merklich kleiner als der Bündwiderstand Xi ist, gilt angenähert G + G = Gk. Durch geeignete Wahl von G und G kann man alle Punkte P₁ erreichen, die unterhalb des in F i g. 4 gezeichneten Kreises K liegen, so daß die Schaltung universell verwendbar ist.

Fig. 5 zeigt eine Schaltung, in der /Xi eine Induktivität Li ist, und Fig. 6 die Transformationswirkung dieser Schaltung in der komplexen Impedanzebene. G ist jetzt größer als Gw zu wählen, so daß P\ durch G auf dem Kreis K in den Punkt Pi unterhalb der reellen Achse verschoben wird. Gi ist so gewählt, daß Pi genau unter dem Zielpunkt Pj liegt und durch eine Scrieninduktivität nach Pi geschoben werden kann. Die Strecke von Pi nach Pj ist der Blindwiderstand X_:. aus dem man bei gegebener Frequenz Li berechnen kann. Um Sichtbehinderung der Fahrzeuginsassen klein zu halten. legt man den Verbindungsleiter 8 vorteilhaft in die Nähe einer der Streben 3 wir in Fig. 7. Da die Resonanz zur Hauptsache zwischen der Kapazität G des Vierpols und den Induktivitäten Li und Le entsteht, fließen die wesentlichen und relativ großen Blindströme der Resonanzschaltung vom Anschluß 4 durch den Verbindungsleiter 8 und zurück über die benachbarte Strebe 3 zum Anschluß 5. Um die Verluste in diesem Stromkreis klein zu halten, ist es nicht nur vor'jilhaft den Verbindungsleiter 8 nicht zu dünn zu machen, sondern auch ien Verlustwiderstand der betroffenen Strebe dadurch klein zu halten, daß man entlang der Strebe

zwischen dem Anschluß 5 des \erliistarmen Vierpols und dem Anschluß 10 des Verbitulungsleiters 8 am Dach I einen zusätzlichen, beispielsweise bandförmigen Leiter aus gut leitendem Material verlegt und mit der Strebe vorteilhaft an mehreren Stellen leitend verbindet.

Resonanzschaltungen mit kleiner Bandbreite benötigen eine sehr genaue Resonanzabstimmung. Bei Kraftfahrzeugen ist ferner diese Resonanz auch meist nicht ausreichend zeitlich konstant. Die sich ändernde Umgebung und das Wetter, rostende Kor taktflächen. Beladen des Daches mit Gepäckstücken und andeic Veränderungen der Karosserie beeinflussen die K.ip.i/ilät Cn. Wenn man optimale Anpassung tier Antennen einrichtung an das Gerät /:'erzielen will, so enthält ner verliistarme Vierpol in einer vorteilhaften Ausiuhnni^-s form der Rrfingung eine zusätzliche Einrichtung zur Feinabstimmung der Resonanz und eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Resonanz, mit deren Hilfe die Feinabstimmung vorgenommen wird. Diese Feinabstimmung liegt vorteilhaft in einem solchen Zweig der Resonanzschaltung, in dem die Feinabstimmung durch relativ kleine Impedanzänderungen \orgenommen werden kann. Diese Feinabstimmung kann in bekannter Weise durch eine kleine, einstellbare Kapazität parallel zu G oder C": erfolgen. Falls diese feinabstimmung durch einen Elektromotor erfolgt, kann die Feinabstimmung mit Hilfe der Anzeigeeinrichtung auch automatisch erfolgen. Wenn die Feinabstimmung ohne eine mechanische Einstelleinrichtung auf elektrischen Wege erfolgen soll, so dient hierzu beispielsweise eine Varaktordiode. Derartige elektrisch einstellbare Blindwiderstand? eröffnen eine besonders einfache Möglichkeit, mit Hilfe der Anzeigeeinrichtung cmc automatische Feinabstimmung vorzunehmen. Weil eine Varaktordiode ein mchtline.ues Element ist. entstehen wegen der großen Hochfrequenzamplituden im Sendefall unter Umständen die bekannten amplitiidenabhängigen Resonanzabstimmungen. Da es sich im vorliegenden Fall nur um sehr kleine Änderungen der Resoi.jnzschaltung durch Feinabstimmung handelt, also die Varaktordiode nur wenig Blindleistung zu verarbeiten braucht, verwendet man vorteilhaft die Varaktordiode in einer Schaltung, in der an der Varaktordiode nur kleine Spannungsamplituden liegen. Im Beispiel der Fig. 8 liegt parallel /u G als Feinabstimmung die Serienschaltung einer kleinen Festkapazität G und einer Varaktordiode G. Hierbei ist G so gewählt, daß der Blindwiderstand des Gj wesentlich größer als der höchste, im Betriebsfall eingestellte Blindwiderstand der Varaktordiode ist. An der Varaktordiode liegt dann nur ein kleiner Teil der in Fig. 8 zwischen den Punkten 4 und 5 liegenden Hochfrequenzspannung, und die Varaktordiode arbeitet auch bei größeren, zwischen 4 und 5 auftretenden Hochfrequenzamplituden weitgehend linear. G wird in seiner Größe so gewählt, daß die Varaktordiode nicht wesentlich mehr als denjenigen Variationsbereich der zwischen 4 und 5 liegenden Impedanz erzeugt, wie er für die Feinabstimmung erforderlich ist. Was im Vorhergehenden für eine einstellbare Kapazität beschrieben wurde, kann sinngemäß auch mit Hilfe einer einstellbaren Induktivität vorgenommen werden. Vorteilhaft für eine automatische Feinabstimmung ist dabei eine Induktivität, die durch einen Gleichstrom verändert werden kann, z. B. eine Induktivität mit magnetisch wirksamen Kern, dessen magnetische Eigenschaften durch ein von dem genannten Gleichstrom im Kern erzeugtes magnetische

/iisat/ (ileichfcld in bekannter Weise verändert v.erden. Im vorliegenden Anwendiingsf.ill schallet man. analog /u dem vorher beschriebenen I all der Vai aktordiode. in Serie /u der einstellbaren Induktivität eine Kapazität Ci. um das niehtlineare Vtrhallen der > Induktivität /u vermindern.

Hierzu 4 F)IaU Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Antenne in Form eines Kraftfahrzeuges, bestehend aus einem metallischen Dach, einem metallischen Unterbau und leitenden. Dach und Unterbau verbindenden Streben, verwendet zum Senden und/oder Empfangen, wobei die Antenne zwei Anschlüsse besitzt und beide Anschlüsse Punkte der leitenden Karosserie sind und diese beiden Punkte in der Nähe der Kanten einer Fensterscheibe des Fahrzeugs liegen, und das Fenster eine solche Größe besitzt, daß die Betriebsfrequenzen merklich unterhalb der Eigenresonanzfrequenz des Fensters liegen und die beiden Anschlüsse der Antenne über eine Zwischenschaltung mit dem Eingang der elektronischen Sende- und/oder Empfangsschaltung der Übertragungsanlage dm Fahrzeugs verbunden sind, dadurch g e k e« ;i ζ e i c h η e t, daß der eine Anschlußpunkt (10) der Antenne, der dicht an der Oberkante des FenstefS liegt und mit dem Dach (1) des Kraftfahrzeugs leitend verbunden ist, mit dem einen Ende einer nahezu geradlinigen, hochfrequent wirksamen, im wesentlichen drahtförmigen Zuleitung (8) verbunden ist und die drahtfö/mige Zuleitung auf dem Glas oder in der Nähe des Glases des Fensters etwa parallel zu der benachbarten, annähernd vertikalen Kante (3) des Glases verläuft und das zweite Ende der drahtförmigen Zuleitung in der Nähe des unteren, horizontalen Randes des Glases liegt und an den ersten Eingangsansi Muß (4) eines passiven, verlustarmen aus mindestens zwei Blindwiderständen bestehenden Vierpols (\ 'angeschlossen ist und der zweite Eingangsanschluß (5) dieses Vierpols an den metallischen Unterbau (2) des Fahrzeugs kurz- und induktionsarm angeschlossen ist, und an den Ausgang dieses Vierpols das elektronische Sende-Ernpfangsgerät (E), gegebenenfalls über ein Kabel, angeschlossen ist, und zwischen den beiden Eingangsanschlüssen des Vierpols eine Kapazität (Q) liegt und in der Verbindung zwischen dem eisten Eingangsanschluß des Vierpols und dem ersten Ausgangsanschluß (6) des Vierpols ein zweiter Blindwiderstand (JX₂) liegt und diese beiden Blindwiderstände so gewählt sind, daß am Ausgang (6, 7) des Vierpols eine Impedanzanpassung an den Eingang des elektronischen Sende-Empfangsgeräts, bzw. an den Wellenwiderstand des zwischen dem Vierpol und dem elektronischen Sende-Empfangsgeräts befindlichen Kabels in ausreichendem Maße besieht.

2. Antenne nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Blindwiderstand (jX\) eine Kapazität (Q) ist und der Absolutwert dieses Blindwiderstandes angenähert gleich dem induktiven Blindwiderstand ist, der durch die Kombination der zwischen Dach (I) und Unterbau (2) bestehenden Kapazität (Q₂) und der Induktivität (Lj) der Streben (3) und der Induktivität (U) des hochfrequenten Verbindungsleiters (8) gebildet ist.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Blindwiderstand (JX₂) eine Kapazität (C₂) ist.

4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochfrequente Verbindungsleiter

(8) in der Nähe einer der Streben (3) verlegt ist und ein zusätzlicher, beispielsweise bandförmiger Leiter

(9) aus gut leitendem Material entlang der

betreffenden Strebe zwischen dem Anschlußpunkt (10) des Verbindungsleiters (8) am Dach (1) und dem zweiten Eingangsanschluß (5) des verlustarmen Vierpols verlegt ist.

5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Leiter (9) an mehreren Stellen mit der Strebe leitend verbünde"¹, beispielsweise verschraubt ist.

6. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verlustarme Vierpol eine Einrichtung zur Feinabstimmung der Resonanz enthält und eine Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Resonanz, mit deren Hilfe die Feinabstimmung vorgenommen wird.

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Feinabstimmung der Resonanzschaltung ein parallel zu dem ersten oder zweiten Blindwiderstand (jX\ oder JX₂) liegender, dritter einstellbarer Blindwiderstand ist.

8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte einstellbare Blindwiderstand die Serienschaltung einer dritten, nicht einstellbaren Kapazität (Cj) und eines vierten einstellbaren Blindwiderstandes ist und die dritte Kapazität so gewählt ist, daß ihr Blindwiderstand mindestens doppelt so groß ist. wie der höchste im Betriebsfall eingestellte Wert des vierten einstellbaren Blindwiderstandes.

9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte einstellbare Blindwiderstand eine Varaktordiode (C*) ist.

10. Antenne nach Anpsruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte einstellbare Blindwiderstand eine einstellbare Induktivität ist.

11. Antenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbare Induktivität eine Spule mit magnetisch wirksamen Kern ist und die magnetische Wirkung des v-Ctcns mit Hilfe eines zusätzlichen, einstellbaren magnetischen Feldes eingestellt wird.