DE29904943U1

DE29904943U1 - Dipole antenna

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Publication number: DE29904943U1
Application number: DE29904943U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 1999-06-10
Anticipated expiration: 2009-03-19

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mobilantenne zur Benutzung bei einem Kraftfahrzeug und insbesondere, aber nicht ausschließlich, zur Verwendung in Mobilfunknetzen.The present invention relates to a mobile antenna for use in a motor vehicle and in particular, but not exclusively, for use in mobile radio networks.

Es ist bekannt, eine einheitliche Mehrfrequenzantenne anstelle eines Satzes von physikalisch getrennten Antennen zu verwenden, die jeweils in einem anderen Frequenzbereich arbeiten. Eine solche Antenne hat verschiedene Vorteile, wie geringe Kosten, praktische Handhabung und eine ästhetische Form. Zum Beispiel werden Mehrfrequenz-Dipolantennen üblicherweise beim Mobilfunk verwendet, wobei die Antenne dann normalerweise mit einem Koaxialkabel gekoppelt ist. Um eine solche Antenne optimal mit dem Koaxialkabel zu koppeln, ist es erforderlich, die Impedanzen des Kabels und die der Antenne aufeinander anzu-It is known to use a single multi-frequency antenna instead of a set of physically separate antennas, each operating in a different frequency range. Such an antenna has various advantages, such as low cost, practical handling and an aesthetic shape. For example, multi-frequency dipole antennas are commonly used in mobile communications, with the antenna then normally coupled to a coaxial cable. In order to optimally couple such an antenna to the coaxial cable, it is necessary to match the impedances of the cable and those of the antenna to each other.

passen, da bei einer Fehlanpassung in dem Koaxialkabel Ströme entstehen können, deren unerwünschte Abstrahlungen mit dem Strahlungsmuster der Antenne interferieren. Normalerweise wird ein Balun oder ein Symmetrierglied (zur Anpassung eines symmetrischen Systems an ein unsymmetrisches System) verwendet, um die erforderliche Impedanzanpassung zu bewirken. Der Nachteil besteht darin, daß durch das Erfordernis, ein Balun vorzusehen, die Gesamtkosten der Antenne steigen und, was vielleicht noch viel wichtiger ist, eine erhöhte Wahrscheinlichkeit besteht, daß bei der Herstellung der Antenne ein Fabrikationsfehler auftritt. Es hat sich weiterhin.herausgestellt, daß die Leistungfähigkeit der Antenne von der korrekten Installation abhängig ist.because a mismatch in the coaxial cable can create currents whose undesirable emissions interfere with the antenna's radiation pattern. A balun or balun (to match a balanced system to an unbalanced system) is normally used to provide the required impedance matching. The disadvantage is that the need to provide a balun increases the overall cost of the antenna and, perhaps more importantly, there is an increased chance of a manufacturing defect occurring in the manufacture of the antenna. It has also been found that the performance of the antenna is dependent on correct installation.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Dipolantenne vorgesehen, die zur Anbringung an einer Windschutzscheibe von einem Kraftfahrzeug ausgestaltet ist, wobei die Antenne ein Gehäuse mit eine Basisfläche aufweist, die zur Anbringung an der Windschutzscheibe dient, wobei das Gehäuse ein erstes und zweites Antennenelement enthält, die jeweils Abschnitte haben, die von der Basisfläche beabstandet sind, wobei die Antennenelemente so angeordnet sind, daß die Abschnitte davon zusammenwirken, um Dipole zu bilden, die unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben, und wobei ein Koaxialkabel vorgesehen ist, das eine innere und eine äußere Antennenzuführung hat, die jeweils mit dem ersten bzw. zweiten Antennenelement verbunden sind, wobei sich das Koaxialkabel zwischen der Basisfläche und dem ersten Antennenelement in beabstandeter Beziehung zu dem letzteren auf eine solche Weise erstreckt, daß elektrische Ströme, die aufgrund von Impedanzfehlanpassung zwischen dem Koaxialkabel und den Antennenelementen in der äußeren Zuführung des Koaxialkabels auftreten können, als ein Resultat der geringen Entfernung zwischen dem Koaxialkabel und dem ersten Antennenelement vermieden werden.According to the present invention there is provided a dipole antenna adapted for attachment to a windscreen of a motor vehicle, the antenna comprising a housing having a base surface adapted for attachment to the windscreen, the housing containing first and second antenna elements each having portions spaced from the base surface, the antenna elements being arranged so that the portions thereof cooperate to form dipoles having different resonant frequencies, and a coaxial cable having inner and outer antenna leads respectively connected to the first and second antenna elements, the coaxial cable extending between the base surface and the first antenna element in spaced relation to the latter in such a way that electrical currents which may arise due to impedance mismatch between the coaxial cable and the antenna elements in the outer lead of the coaxial cable are diverted as a result of the short distance between the coaxial cable and the first antenna element can be avoided.

Vorzugsweise ist jedes Antennenelement auf einer separaten Schaltungsplatine gebildet.Preferably, each antenna element is formed on a separate circuit board.

Vorzugsweise sind die Schaltungsplatinen identisch, um so deren Herstellung zu vereinfachen und die Kosten zu reduzieren. Das Koaxialkabel kann sich bis über die Antenne hinaus erstrekken, um eine Kommunikationsvorrichtung, wie beispielsweise ein Mobilfunktelefon, anzuschließen, oder es kann an dem Gehäuse an einem Anschluß enden, an dem eine weitere Länge eines Kabels angeschlossen werden kann. Das Gehäuse ist vorzugsweise vollständig umschließend und zweckmäßigerweise mit innenliegenden Vorsprüngen versehen, um das Kabel relativ zu dem ersten Antennenelement zu führen.Preferably, the circuit boards are identical so as to simplify their manufacture and reduce costs. The coaxial cable may extend beyond the antenna to connect to a communications device such as a cellular phone, or it may terminate at the housing at a connector to which a further length of cable may be connected. The housing is preferably fully enclosing and conveniently provided with internal protrusions to guide the cable relative to the first antenna element.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung schneiden sich die jeweiligen Flächen der Antennenelemente mit einem Öffnungswinkel, durch den ein Scheitelpunkt definiert ist, der sich weg von der Basisfläche erstreckt. Dadurch wird das Strahlungsmuster der Antenne auf eine solche Weise verbessert, daß der Betrieb der Antenne an einer geneigten Fahrzeug-Windschutzscheibe deutlich verbessert wird, insbesondere dann, wenn die Antenne mit vertikal polarisierten Signalen verwendet wird, wie dies bei heutigen Mobilfunksignalen üblich ist. In diesem Fall ist das Koaxialkabel in einer Ebene geführt, die im wesentlichen senkrecht zu den Flächen der Dipolelemente verläuft, und zwar auf eine solche Weise, daß sich das Koaxialkabel vom Scheitelpunkt zwischen den Dipolelemente entlang einer Achse erstreckt, durch die der Öffnungswinkel halbiert ist, und dann abgewinkelt ist, um sich unter dem ersten Dipolelement entlang der Basis des Gehäuses zu erstrecken.According to a first embodiment of the invention, the respective surfaces of the antenna elements intersect at an aperture angle defining an apex extending away from the base surface. This improves the radiation pattern of the antenna in such a way that the operation of the antenna on a tilted vehicle windshield is significantly improved, particularly when the antenna is used with vertically polarized signals, as is common with today's cellular signals. In this case, the coaxial cable is routed in a plane substantially perpendicular to the surfaces of the dipole elements in such a way that the coaxial cable extends from the apex between the dipole elements along an axis bisecting the aperture angle and is then angled to extend below the first dipole element along the base of the housing.

Es wurde herausgefunden, daß ein Öffnungswinkel von etwa 140° besonders vorteilhaft ist, wenn ein Strahlungsmuster zur allgemeinen Verwendung erzeugt werden soll. Jedoch kann der Öffnungswinkel in der Praxis in einem Bereich von 120° bis 180° liegen, wobei Winkel von etwa 180° bei geneigten Windschutzscheiben wenig vorteilhaft sind.
35It has been found that an opening angle of about 140° is particularly advantageous when a radiation pattern for general use is to be produced. However, in practice the opening angle may be in the range of 120° to 180°, with angles of about 180° being of little advantage in the case of inclined windscreens.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend ein spezielles Ausführungsbeispiel anhand eines Beispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
5For a better understanding of the invention, a specific embodiment will now be described by way of example only and with reference to the accompanying drawings, in which:
5

Figur 1 eine Draufsicht auf eine Dipolantenne gemäß der Erfindung ist;Figure 1 is a plan view of a dipole antenna according to the invention;

Figur 2 eine Seitenansicht der Antenne aus Figur 1 ist;
10Figure 2 is a side view of the antenna of Figure 1;
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Figur 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Dipolantenne ist;Figure 3 is an exploded perspective view of the dipole antenna ;

Figur 4 eine Seitenansicht der Antenne ist, bei der das Gehäuse entfernt ist; undFigure 4 is a side view of the antenna with the housing removed; and

Figur 5 eine Draufsicht auf zwei benachbarte Schaltungsplatinen ist, durch die die Antennenelemente gebildet sind.Figure 5 is a plan view of two adjacent circuit boards forming the antenna elements.

Bezogen auf die Figuren ist eine Dipolantenne 1 gezeigt, deren Gehäuse 2 dazu ausgestaltet ist, um mit einer Fläche 3 einer Basis 4 durch Klebstoff an einer Innenfläche von einer Windschutzscheibe (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs angebracht zu werden.Referring to the figures, a dipole antenna 1 is shown, the housing 2 of which is designed to be attached with a surface 3 of a base 4 by adhesive to an inner surface of a windshield (not shown) of a motor vehicle.

Jedes Dipolelement 6a, 6b ist auf einer jeweiligen gedruckten Schaltungsplatine 7a, 7b als ein Muster von Kupfer-Leitern gebildet, die in eine Fläche 8a, 8b der Platine 7a, 7b geätzt sind. Die Dipolelemente 6a, 6b sind vorzugsweise identisch, wodurch Herstellung und Zusammenbau vereinfacht werden. Die Platinen 7a, 7b sind in dem Gehäuse 2 nicht in einer gemeinsamen Ebene befestigt. Stattdessen sind die Platinen 7a, 7b in dem Gehäuse 2 zwischen Halterungen 9 befestigt, die mit der Basis 4 des Gehäuses integriert ausgebildet sind, wobei sich die Flächen der Platinen 7a, 7b mit einem Öffnungswinkel A von etwa 140° schneiden, so daß untere Flächen der Platinen 7a, 7b der Wind-Each dipole element 6a, 6b is formed on a respective printed circuit board 7a, 7b as a pattern of copper conductors etched into a surface 8a, 8b of the board 7a, 7b. The dipole elements 6a, 6b are preferably identical, thereby simplifying manufacture and assembly. The boards 7a, 7b are not mounted in a common plane in the housing 2. Instead, the boards 7a, 7b are mounted in the housing 2 between brackets 9 which are integral with the base 4 of the housing, the surfaces of the boards 7a, 7b intersecting at an angle A of about 140°, so that lower surfaces of the boards 7a, 7b of the wind

schutzscheibe zugewandt sind, wenn die Dipolantenne 1 daran angebracht ist.protective screen when the dipole antenna 1 is attached to it.

Statt ein Balun zu verwenden, sind die Dipolelemente 6a, 6b direkt mit dem inneren und äußeren Zuführbereich 10, 11 verbunden, die bis über die Abschirmung 12 eines Koaxialkabels 13 vorstehen. Das Kabel 13 wird durch geformte Vor Sprünge 5 in dem Gehäuse 2 geführt. Durch diese Vorsprünge wird sichergestellt, daß sich das Koaxialkabel 13 von einem Zuführpunkt 14, wo der der innere bzw. der äußere Zuführbereich 10, 11 aus der Kabelabschirmung 12 heraustreten, über eine kurze Distanz entlang einer Linie erstreckt, durch die der Öffnungswinkel A zwischen den Platinen 7a, 7b halbiert ist, bevor es in Richtung der Basis 4 gebogen ist. Das Koaxialkabel 13 ist so in einer Ebene gehalten, die im wesentlichen senkrecht zu der der Platine 7a verläuft, die mit dem inneren Zuführbereich 10 verbunden ist, und erstreckt sich zwischen der Platine 7a und der Basis 4 bis das Koaxialkabel 13 an einer unteren Kante 15 nahe der Fläche 3 aus dem Gehäuse 2 austritt.Instead of using a balun, the dipole elements 6a, 6b are connected directly to the inner and outer feed regions 10, 11, which protrude above the shield 12 of a coaxial cable 13. The cable 13 is guided through molded projections 5 in the housing 2. These projections ensure that the coaxial cable 13 extends from a feed point 14, where the inner and outer feed regions 10, 11 emerge from the cable shield 12, over a short distance along a line which halves the opening angle A between the boards 7a, 7b, before it is bent towards the base 4. The coaxial cable 13 is thus held in a plane which is substantially perpendicular to that of the circuit board 7a, which is connected to the inner feed region 10, and extends between the circuit board 7a and the base 4 until the coaxial cable 13 exits the housing 2 at a lower edge 15 near the surface 3.

Die Anordnung des Kabels 13, wie in Figur 4 gezeigt, und insbesondere die Tatsache, daß der innere Kern des Kabels 13 zwischen den Dipolelement 6a und der Basis 4 zurückläuft, und nicht unter dem Element 6b, hat die Wirkung, daß sich die Impedanz des Koaxialkabels mit der der Antenne im Gleichgewicht befindet, so daß auf ein separates Balun verzichtet werden kann. Dies wird durch die Nähe zwischen dem äußeren Leiter 11 des Koaxialkabels 13 und dem Dipolelement 6a erreicht, das mit dem inneren Leiter 10 verbunden ist, wodurch ein Auslöschen der Ströme bewirkt wird, die andererseits bei einer Fehlanpassung der Impedanzen in dem äußeren Leiter 11 auftreten würden. Es ist offensichtlich, daß Ströme, die in dem Antennenelement 6a bei einer Resonanzfrequenz davon auftreten, deutlich größer sind als solche Ströme, die in dem Leiter 11 auftreten können, und außerdem eine entgegengesetzte Phase haben. Diese Wirkung ist immer gleich, unabhängig von der Anzahl der Dipole, die beiThe arrangement of the cable 13 as shown in Figure 4, and in particular the fact that the inner core of the cable 13 runs back between the dipole element 6a and the base 4, and not under the element 6b, has the effect of balancing the impedance of the coaxial cable with that of the antenna, so that a separate balun can be dispensed with. This is achieved by the proximity between the outer conductor 11 of the coaxial cable 13 and the dipole element 6a, which is connected to the inner conductor 10, thereby causing a cancellation of the currents which would otherwise occur in the case of a mismatch of the impedances in the outer conductor 11. It is obvious that currents occurring in the antenna element 6a at a resonant frequency thereof are significantly larger than such currents which may occur in the conductor 11, and moreover have an opposite phase. This effect is always the same, regardless of the number of dipoles that

ihrer Resonanzfrequenz betrieben werden, und es ist daher möglich, auf einfache Weise auch eine Doppelfrequenz- oder Mehrfrequenzantenne herzustellen.their resonance frequency, and it is therefore possible to easily produce a dual-frequency or multi-frequency antenna.

Figur 5 zeigt die Anordnung der Dipolelemente 6a, 6b, wie sie auf den Schaltungsplatinen 7a, 7b geätzt sind. Beide Schaltungsplatinen sind identisch und bilden leitfähige Muster, von denen jedes an einen Ende einen Bereich 20, der einen Anschluß bildet, um einen Leiter des Kabels 13 anschließen zu können, einem ersten Abschnitt 21, der von dem Bereich 20 ausgeht, um ein Element von einem ersten Dipol zu bilden, der bei einer ersten Frequenz arbeitet, und einen zweiten Abschnitt 22 aufweist, der von dem Bereich 20 ausgeht, um ein Element eines zweiten Dipols zu bilden, der bei einer zweiten Frequenz arbeitet. Die gezeigte Anordnung schafft daher eine Doppelfrequenzantenne, die bei Frequenzen arbeitet, die, wie für den Fachmann offensichtlich ist, durch die Dimensionierung der jeweiligen Abschnitte 21 und 22 der leitfähigen Muster der Schaltungsplatinen bestimmt sind.Figure 5 shows the arrangement of the dipole elements 6a, 6b as etched on the circuit boards 7a, 7b. Both circuit boards are identical and form conductive patterns, each of which has at one end a region 20 forming a terminal for connecting a conductor of the cable 13, a first section 21 extending from the region 20 to form an element of a first dipole operating at a first frequency, and a second section 22 extending from the region 20 to form an element of a second dipole operating at a second frequency. The arrangement shown therefore provides a dual frequency antenna operating at frequencies which, as will be apparent to one skilled in the art, are determined by the dimensioning of the respective sections 21 and 22 of the conductive patterns of the circuit boards.

Auf ähnliche Weise wird die Anpassung der Impedanz des Kabels an die der Antennenelemente durch die Dimensionierung und die Anordnung der Bereiche des Koaxialkabels bestimmt, das in dem Gehäuse 2 verläuft, und diese können von dem Fachmann durch Versuche und Überprüfungen bestimmt werden.Similarly, the matching of the impedance of the cable to that of the antenna elements is determined by the dimensioning and the arrangement of the sections of the coaxial cable running in the housing 2, and these can be determined by the person skilled in the art by testing and testing.

Bei der in den Figuren gezeigten Antenne, beträgt der Öffnungswinkel zwischen den Schaltungsplatinen etwa 140°, und jede Schaltungsplatine 7a, 7b hat eine Länge von 47 mm und eine Breite von 10 mm, wobei angemerkt sei, daß diese Angaben lediglich beispielhaft sind.In the antenna shown in the figures, the opening angle between the circuit boards is approximately 140°, and each circuit board 7a, 7b has a length of 47 mm and a width of 10 mm, it being noted that these details are merely exemplary.

Dies führt zu einer Anordnung mit Abmessungen, die in denThis results in an arrangement with dimensions that are in the

Zeichnungen dargestellt sind, wobei das Gehäuse 2 eine Gesamtlänge von 100 mm, eine Breite von 16 mm und eine äußere Höhe zwischen der Fläche 3 der Basis 4 und der Spitze des Gehäusesdrawings, the housing 2 has a total length of 100 mm, a width of 16 mm and an external height between the surface 3 of the base 4 and the top of the housing

von 28,5 mm hat. Die wirksamen Betriebsfrequenzen einer solchen Antenne betragen 890-960 MHz (GSM) und 1710-1880 MHz (PCN).of 28.5 mm. The effective operating frequencies of such an antenna are 890-960 MHz (GSM) and 1710-1880 MHz (PCN).

Die dargestellte Anordnung hat den Vorteil, eine einfache und wirksame Doppelfrequenzantenne zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, wobei die Form und die Anordnung der Antennenelemente ein gleichmäßiges Strahlungsmuster bewirken, und zwar auch dann, wenn die Antenne an einer geneigten Windschutzscheibe eines Fahrzeugs angebracht ist.The arrangement shown has the advantage of providing a simple and effective dual frequency antenna for use in a motor vehicle, the shape and arrangement of the antenna elements providing a uniform radiation pattern even when the antenna is mounted on an inclined windscreen of a vehicle.

Außerdem ist bei der gezeigten Anordnung kein Balun erforderlich, um das Kabel an die Inpedanz der Antenne anzupassen, wodurch die Herstellung einfacher und kostengünstiger wird und wobei das Gehäuse ein visuell ästhetisches Erscheinungsbild abgibt.In addition, the arrangement shown eliminates the need for a balun to match the cable to the antenna impedance, making manufacturing simpler and less expensive and giving the package a visually aesthetic appearance.

Es ist offensichtlich, das Veränderungen und Abwandlungen erfolgen können, die alle im Schutzbereich der Erfindung liegen. Obwohl die dargestellten Antennenelemente mit identischen Schaltungsplatinen hergestellt sind, müssen die Platinen nicht identisch sein. Obwohl das Koaxialkabel 13 so dargestellt ist, als würde es sich vom Gehäuse erstrecken, kann es ebenso an einem geeigneten Anschluß enden, der an der Kante 15 des Gehäuses 2 vorgesehen ist.It will be obvious that changes and modifications may be made, all of which are within the scope of the invention. Although the antenna elements shown are made with identical circuit boards, the boards need not be identical. Although the coaxial cable 13 is shown as extending from the housing, it may equally terminate at a suitable connector provided on the edge 15 of the housing 2.

Claims

Expectations

1. A dipole antenna (1) for attachment to the windscreen of a vehicle, the antenna comprising a housing (2) with a base surface (4) for attachment to the windscreen, the housing (2) containing first and second antenna elements each having portions spaced from the base surface (4), the antenna elements being arranged such that the portions thereof cooperate to form dipoles having different resonant frequencies, and a coaxial cable (13) being provided having inner and outer antenna leads (10, 11) connected respectively to the first and second antenna elements, the coaxial cable (13) extending between the base surface and the first antenna element in spaced relation to the latter in such a way that electrical currents arising due to impedance mismatches between the Coaxial cable (13) and the antenna elements in the outer feed (11) of the coaxial cable (13) can be avoided as a consequence of the short distance between the coaxial cable and the first antenna element.

2. A dipole antenna according to claim 1, wherein each antenna element is formed on a separate circuit board (7a, 7b).

3. A dipole antenna according to claim 1 or 2, wherein the respective surfaces of the antenna elements intersect at an opening angle forming an apex extending away from the base surface.

4. Dipole antenna according to claim 3, in which the coaxial cable (13) is guided in a plane which is substantially perpendicular to the surfaces of the antenna elements, namely to a

such that the coaxial cable extends from the apex of the dipole elements along an axis that bisects the beamwidth and is then angled to extend below the first antenna element along the base of the housing.

5. Dipole antenna according to claim 3 or 4, wherein the angle enclosed by the antenna elements is approximately 140°.