DE3234048A1

DE3234048A1 - Universalantenne, insbesondere fuer eine kraftfahrzeug-fensterscheibe

Info

Publication number: DE3234048A1
Application number: DE19823234048
Authority: DE
Inventors: Massimo 66054 Vasto Chieti Cestaro; Oscar 86039 Termoli Campobasso De Lena
Original assignee: Societa Italiana Vetro SIV SpA
Current assignee: Societa Italiana Vetro SIV SpA
Priority date: 1981-09-15
Filing date: 1982-09-14
Publication date: 1983-03-24
Also published as: ES515683A0; FR2513021B1; NL8203562A; IT1138605B; GB2106718A; US4527164A; IT8123971A0; FR2513021A1; CA1188410A; ES8308452A1; BE894400A; GB2106718B

Description

20 Die Erfindung bezieht sich auf eine Mehrband- oder Universalantenne, die insbesondere für eine Kraftfahrzeug-(Kfz-)Fenster- oder Frontscheibe geeignet ist.

Die Antennenanordnung - oder besser: der Antennenkreis 25 gemäß der Erfindung und die Scheibe, an der der Antennenkreis zur Anwendung kommt, werden kurz als die "Fensterantenne'¹ bezeichnet. ₍

Universalantennen zum Empfang von Signalen sowohl im UKW-30 (FM-)Band wie im Kurz-, Mittel- und Langwellen-(AM-)Band sind bereits in vielfachen Ausgestaltungen bekannt und finden allgemein Anwendung, wobei sie die bisher an Kfz verwendeten Tannenbaum- oder Fischangelantennen ersetzen.

Die Kreise dieser Antennen werden im allgemeinen am Fenster mittels eines Siebdruckverfahrens auf einer einen metallischen Leiter enthaltenden Glasfritte angebracht, woran sich ein Brennen anschließt, oder sie werden ansonsten durch Einbetten eines Leiters in die zwischen zwei Glasscheiben eingesetzte Kunststoffolie hergestellt.

Die bisher bekannten Antennenausgestaltungen weisen normalerweise mittige Elemente für einen FM-Empfang und seitliehe, längs der Kanten der Frontscheibe verlaufende Elemente für einen AM-Empfang auf; diese Elemente werden dann untereinander mit deoi von der Antenne zum Radioempfänger führenden Kabel verbunden.

Unter den verschiedenartigen, in Gebrauch befindlichen Antennenanordnungen sind besonders diejenigen weit verbreitet, die in der italienischen Patentschrift 9Λ5 beschrieben sind und aus einem vertikalen Leiter von Tannenbaum-(Fischangel-) oder T-Form für einen Empfang

^O im UKW-(FM-)Wellenbereich, der längs der Frontscheiben-Mittellinie angeordnet ist, und aus einem Leiter für einen Empfang im K-, M- und L-Wellenbereich, der vom Signalempfangspunkt abzweigt und in zwei Armen der Frontscheibenkante folgt, bestehen.

Wegen ihrer speziellen Kennwerte ist auch die Antennenausgestaltung nach der italienischen Patentanmeldung 20 387 A/79 erwähnenswert, die aus vertikalen, mit horizontalen Abschnitten zusammengeschalteten Abschnitten be-

steht, wobei die horizontalen Abschnitte in der Hauptsache auf den oberen Teil der Frontscheibe beschränkt sind und ihre Horizontalität von der Neigung der Oberkante der Windschutzscheibe abhängt.

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Schließlich ist noch die aufgrund ihrer Neuartigkeit herausragende Antennenausgestaltung nach der französischen Patentanmeldung 73. 38 052 (Veröffentlichungs-Nr. 2 205 755) zu erwähnen, die aus doppelten vertikalen sowie horizontalen Elementen besteht, welche am Signalempfangspunkt untereinander verbunden sind.

Bei alen bisher bekanntgewordenen Antennenausbildungen - einschließlich der oben beschriebenen - konvergieren die verschiedenen, die Antenne bildenden Leiter, d.h. für FM- und für AM-Empfang, an einem Punkt oder mehreren Punkten, die miteinander verbunden und somit "parallelgeschaltet" sind.

Daher wird bei diesen Ausgestaltungen das vom zentralen Antennenelement empfangene Signal dann in der Phase mit dem vom periphoren Antennenelement empfangenen Signal summiert, um die Antennenleistung im AM- oder FM-Bereich zu verbessern.

Die bisher bekannten Antennenausbildungen weisen zwei recht merkbare Nachteile auf: erstens ist es in der tatsächlichen Praxis nicht möglich, die Signalempfangsstelle an der Scheibe zu verändern, jedoch gleichzeitig die Anordnungsgeometrie unverändert zu belassen, xtfeil die Längen der Leiterelemente in bezug zu den empfangenen Wellenlängen voneinander abhängig sind, und zweitens sind die bisher erläuterten Antennenanordnungen in hohem Maß richtungsempfindlich.

Das bedeutet, daß die Antenne nur dann in einem annehmbaren Grad empfängt, wenn sie innerhalb bestimmter Winkel zum Sender hin ausgerichtet ist, und daß ihre Empfangseigenschaften beträchtlich vermindert werden, wenn der Ausrichtungswinkel über l80° und unter 360⁰ liegt.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Universalantenne beseitigt solche Nachteile und bietet einen bemerkenswerten Fortschritt in ihrem besonderen industriellen Sektor, indem sie die Empfangs-Richtdämpfung drastisch herabsetzt. Es ist damit möglich, die Lage des Empfangspunkts zu verändern, ohne dadurch die Empfangs eigenschaften zu beeinträchtigen. Demzufolge wird die Empfangsfahigkeit im UKW-(FM-)Bereich ganz merklich gesteigert.

Dank ihrer verschiedenen neuen Merkmale und Eigenschaften erfüllt die gemäß der Erfindung ausgebildete Antenne die obigen Gesichtspunkte mit Erfolg.

Gemäß dem Hauptmerkmal ist ein einzelner Leiter vorgesehen, der an der Signalempfangsstelle beginnt und sich in einer Folge von vertikalen sowie horizontalen Abschnitten von veränderlicher, jedoch immer asymmetrischer Geometrie, wie beispielsweise in irgendeiner der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist, fortsetzt und dann in einem einzigen

freien Ende ausläuft.

Kurz gesagt, die erfindungsgemäße Antenne beruht auf zwei Antennen (für das FM- und AM-Band), die in Reihe geschaltet und mittels eines Induktors elektrisch voneinander ge-

trennt sind.

Dieser Induktor arbeitet im FM-Band als ein offener Kreis, im AM-Band dagegen als ein Kurzschlußkreis; somit arbeitet der gesamte Leiter des Kreises im AM-Band wie eine ^Ä

einzige Reihenantenne.

Die Reihenschaltung ist zu der bisher angewendeten Parallelschaltung unterschiedlich insofern, als eine Phaseneinstellung zwischen den zwei Antennen nicht erforderlich ist, 35

was einerseits eine nicht optimale Ausnutzung und andererseits eine Beeinträchtigung im Richtvermögen im FM-Band hervorrufen würde.

Die Fig. 1 bis k zeigen als Beispiele für den Erfindungsgegenstand und ohne Beschränkung hierauf vier verschiedenartige Anordnungen an der Frontscheibe eines Kfz. Diese Anordnungen haben gemäß der Erfindung einen einzigen Leiter, der die Abschnitte für einen FM- bzw. AM-Empfang umfaßt, die in Serie geschaltet und durch einen Induktor elektrisch isoliert sind.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen Diagramme, in denen die für verschiedene Frequenzen mit der Antenne gemäß der Erfindung, mit einer bereits bekannten Antenne und mit dem in verschiedenen Positionen geparkten Kfz (s. Fig. 5) zu erhaltenden Empfangsgrade miteinander verglichen sind.

Wie Fig. 1 zeigt, geht ein vertikaler Antennenleiter 5 vom Signalempfangspunkt 1, der auf der Mittellinie der Frontscheibe liegt, in aufwärtiger Richtung aus. Der vertikale Antennenleiter 5 ist mit dem horizontalen Antennenleiter 3 über einen Induktor 2 mit Kastenrippen-(Rechteckwellen-)verlauf in Reihe geschaltet. Die Abmessungen des Induktors werden in jedem Einzelfall berechnet, um die Gesamtlänge der Antennenelemente für AM- und FM-Empfang optimal auszulegen.

Der horizontale Teil 3 des Antennenleiters setzt sich bei der Ausführung von Fig. 1 mit vertikalen bzw. horizontalen Abschnitten 4, 6, 7, 8 fort, die miteinander in Reihe geschaltet sind und in einem freien Ende 9 auslaufen. Somit hat, wie bereits hervorgehoben wurde, die Antenne ledig-

"^ lieh zwei Enden, nämlich einmal das am Signalempfangspunkt 1 liegende Ende und zum anderen das freie Ende 9·

Die Lage des Signalempfangspunkts 1 kann auch verschoben werden, sogar zu einem seitlichen Bereich, und die Abschnitte können in Serienschaltung, wie Fig. 2 zeigt, einander folgen.

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j Ferner muß der Signalempfangspunkt 1 nicht notwendigerweise im unteren Scheibenbereich wie bei den beiden Beispielen von Fig. 1 und 2 liegen, sondern ermann sich auch im oberen Bereich befinden, wie Fig. 3 zeigt, wobei auch hier alle Antennenelemente in Serie geschaltet sind.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Antennenanordnung liegt der Signalempfangspunkt 1 wieder wie bei dem Beispiel von Fig. 1 unten in der Scheibenmitte, jedoch sind alle anderen Antennenelemente 2 bis 8 auf den oberen Scheibenbereich begrenzt und bis zum freien Ende 9 hin in Reihe geschaltet.

Es wurden verschiedene Versuche durchgeführt, wobei eine einen Antennenkreis mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung enthaltende Windschutzscheibe in einem Kfz (FIAT 132) montiert wurde; bei diesen Versuchen wurde das Kfz in einer geschlossenen Kreisbahn mit konstanter Geschwindigkeit in einer Entfernung von etwa 20 lan von einem Sender der HAI (Radio TeHevisione Italiana) bewegt.

Die in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Diagramme wurden für Frequenzen von 93 > 5 MHz bzw. 9t,5 MHz bzw·. 89,5 MHz erhalten.

In diesen Diagrammen kennzeichnet die ausgezogene Linie einen Empfang mit der Frontscheibenantenne gemäß der Erfindung, während die strich-punktierte Linie den Empfang mit einer Frontscheibenantenne herkömmlicher Ausbildung wiedergibt.

Die Diagramme zeigen klar die gesteigerte Empfangsleistung der erfindungsgemäßen Antenne, die etwa 4θ bis 6θ % höher ist als die der herkömmlichen Antenne.

Ferner zeigen die Diagramme die klares Abnahme in der Amplitude in dem Bereich, in dem der. Empfang merkbar aufgrund der Riehtdämpfung vermindert wird.

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Nimmt man eine Linie von konstantern dB-Wert an, die dem vorgegebenen Wert Λ entspricht, so kann man feststellen, daß in der Tat die Länge der Strecken B-B¹ immer kürzer ist als die Länge der Strecken C - C. 5

Wie das Diagramm von Fig. 5 zeigt, wird diese Länge um etwa ^O % vermindert; in Fig. 6 ist die Verminderung sogar noch größer, nämlich etwa 80 %, und in Fig. 7 beträgt die Verminderung etwa 50 %-

Somit ist bewiesen, daß die Antenne gemäß der Erfindung, wie bereits festgestellt wurde, einen wesentlichen technischen Fortschritt auf dem Gebiet der bisher bekannten Frontscheibenantennen bietet, indem sie in hohem Maß mit Erfolg den Nachteil überwindet, wonach der Empfang beträchtlich vermindert wird, wenn die Antenne mit dem Sender Winkel von über l80° und unter 36θ bildet.

Um den Umfang der Erfindung und die Art, wie die erfindungsgemäße Antenne zu optimieren ist, zu verdeutlichen, ist das Fahrzeug - vom elektromagnetischen Gesichtspunkt aus - als ein hohler Metallkörper anzusehen, der mit der Umgebung über verschiedene Öffnungen, eine davon ist die Windschutzscheibe, in Verbindungisteht; auch sind die Abmessungen des Fahrzeugs mit Bezug auf die einfallende Welle (Hektometerwellen) sehr klein. Insofern ist es vertretbar, einen quasi-statischen Gedankengang anzuwenden, wenn man sich mit dem Problem befaßt.

Das Kfz kann deshalb als ein hohler Metallkörper dargestellt werden, der in ein durch das äußere Feld erzeugtes elektrisches Potential eingetaucht ist.

Im Fahrzeug wird eine elektrische Ladung induziert, und das Fahrzeug wird dann auf ein räumlich konstantes Potential gebracht. In den Öffnungen existiert nun aber eine räumliche Verteilung des Potentials, die entweder numerisch

(Momentenverfahren) oder analytisch an vereinfachten Modellen des Systems berechnet werden kann.

Der Leiter 1, 2, 4, 5, 6, 7 integriert diesen Unterschied im Potential und legt ihn an den Eingang 1.

Eine physikalische Deutung der Erscheinung ermöglicht die Schlußfolgerung auf die am besten geeignete Leiteranordnung, um die empfangene Spannung auf maximalen Wert zu bringen.

Um jedoch die zum Empfänger übertragene Spannung zu optimieren, ist es auch für die Impedanz des Antenneneingangs, das ist im wesentlichen die Kapazität des Leiters 1, 2, 4₅ 5 _t 6 und 7> notwendig, zur Kapazität des die Antenne mit dem Empfänger verbindenden Kabels in Beziehung zu stehen.

Diese Kapazität kann durch Änderung der Leiterlänge und des Abstands des Leiters von der Kante der Windschutzscheibe verändert werden.

Auf diese Weise wird eine völlige Optimierung der Antenne erreicht.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

20 l.jUniversalantenne, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Fensterscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne aus einem einzigen, von einem Signalempfangspunkt (1) ausgehenden sowie in einem einzelnen freien Ende (9) auslaufenden Leiter besteht, der den FM-Antennenberexch sowie den AM-Antennenbereich, die ohne die Notwendigkeit einer Phaseneinstellung in Serie geschaltet sind und die durch einen Induktor (2), der im FM-Band als offener Kreis, im AM-Band als geschlossener Kreis arbeiten kann, elektrisch getrennt sind, umfaßt.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß der einzige, die Antenne bildende Leiter eine Folge von vertikalen sowie horizontalen Abschnitten (3j ^t, 5> 6, 7j 8) mit einer geometrischen Gestaltung ohne jegliche Symmetrieachse umfaßt.

3· Antenne nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abschnitt (5) für den Empfang im UKW-(FM-)Band, der vom Signalempfangspunkt (l) ausgeht, gleicherweise entweder längs der Fenstermittellinie oder mit unterschiedlichem Abstand von einer der beiden Seiten der die Antenne aufweisenden Fensterscheibe angeordnet ist.

k. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Signalempfangspunkt (l), von dem der einzelne, die Antenne bildende Leiter ausgeht, ohne Beeinträchtigung der Empfangseigenschaften entweder an der Ober- oder an der Unterseite

der die Antenne tragenden Fensterscheibe angeordnet ist. 15

5- Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

gekennzeichnet, daß die Folge der vertikalen sowie horizontalen Antennenabschnitte für den Empfang im Kurz-, Mittel- und Langwellen-(AM-)Band entweder nahe ^O den vier Kanten der Fensterscheibe oder nahe von nur drei Kanten oder nur von Teilen dieser verläuft und entweder auf den oberen oder unteren Teil der Fensterscheibe beschränkt ist sowie nach Erfordernis entweder an der Seite oder Mittellinie in einem freien Ende (9) ausläuft, das vorzugsweise nahe am Induktor (2) liegt.

6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (2) im Leiter für eine elektrische Trennung der für den Emp-

fang im UKW-(FM-)Band und im K-, M- und L-Wellen-(AM-) Band verwendeten Leiterabschnitte angeordnet ist sowie einen Kastenrippenverlauf aufweist, wobei seine Abmessungen in jedem einzelnen Fall zu berechnen sind.

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1 7· Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne in Übereinstimmung mit den verschiedenen Fällen einfach durch Änderung der Lage des Signalempfangspunkts längs der

5 Fensterscheibe oder der Länge des einzigen, die Antenne bildenden Leiters oder des Abstandes des Leiters von der Kante der Fensterscheibe optimierbar ist.

8. Windschutzscheibe oder Fenster eines Kraftfahrzeugs, 10 gekennzeichnet durch eine Universalantenne nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7·