DE3315458A1

DE3315458A1 - Aktive windschutzscheibenantenne fuer alle polarisationsarten

Info

Publication number: DE3315458A1
Application number: DE19833315458
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof. Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn Flachenecker; Jochen Dr.-Ing. 8013 Haar Hopf; Heinz Prof. Dr.-Ing. 8033 Planegg Lindenmeier
Original assignee: Individual
Current assignee: LINDENMEIER, HEINZ, PROF. DR.-ING., 8033 PLANEGG,
Priority date: 1983-04-28
Filing date: 1983-04-28
Publication date: 1984-11-08
Also published as: EP0124055A2; US4602260A; DE3315458C2; ES531970A0; EP0124055B2; EP0124055A3; DE3485958D1; EP0124055B1; ES8506943A1

Description

Aktive Windschutzscheibenantenne für alle Polarisationsarten

Die Erfindung betrifft eine aktive Windschutzscheibenantenne für Kraftfahrzeuge für den UKW- und LMK-Rundfunkempfang, die aus dem metallischen Rahmen der Windschutzscheibe 2 des Kraftfahrzeugs und einem Antennendraht 4a und 4b und einem Antennenverstärker 5 mit zwei Eingangsanschlüssen und einer Ausgangsleitung besteht und der Antennenverstärker in der Nähe des metallischen Rahmens angebracht ist und der Antennendraht auf oder in der Windschutzscheibe angebracht ist und der erste Eingangsanschluß des Antennenverstärkers 3 über eine möglichst kurze Verbindungsleitung mit dem einen Ende des Antennendrahtes und der zweite Eingangsanschluß des Antennenverstärkers 8 mit dem leitenden Rahmen, der die Windschutzscheibe umschließt, verbunden ist und die Ausgangsleitung 6 des Verstärkers zum Empfänger 7 geführt ist.

Mit aktiven Windschutzscheibenantennen ist es bekanntlich möglich, alle Wellenbereiche (LMK und UKW) wie mit der Standardstabantenne am Kraftfahrzeug zu empfangen. Vorteilhaft ist hierbei, daß die Antenne durch die Integration in die Fahrzeugkarosserie fahrzeugspezifischen Forderungen wie mechanischer Robustheit, hoher Lebensdauer, einfacher Montagemöglichkeit, Vermeidung unnötiger Luftverwirbelung viel besser entspricht als die Standard-Stabantenne.

Aktive Windschutzscheibenantennen mit den oben beschriebenen Eigenschaften sind zum Beispiel aus der Gebrauchsmusteranmeldung G 78 08 489.6 bekannt.

Es zeigt sich allerdings, daß eine Kraftfahrzeugantenne, die nach dieser Gebrauchsmusteranmeldung ausgeführt ist, im Falle vertikal oder zirkulär polarisierter Wellen, Polarisationsarten, wie sie z.B. in den USA häufig für die UKW-Rundfunkversorgung verwendet werden, nur äußerst unbefriedigende Empfangsleistungen liefert, während die Empfangsleistungen im UKW-Bereich bei horizontaler Polarisation und im LMK-Bereich der Standardantenne mindestens gleichwertig sind. Nachteilig ist weiterhin die für eine einwandfreie Funktion der Antenne vorgegebene Position des Antennenverstärkers. Eine Veränderung der in Bild 1 des Gebrauchsmusters

G 78 08 489.6 angegebenen Antennenkonfiguration durch Änderung der Anschlußstelle führt insbesondere im UKW-Bereich zu schlechteren Empfangseigenschaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aktive Windschutzscheibenantenne zu realisieren, deren Empfangsleistung sowohl bei horizontal als auch bei vertikal und zirkulär polarisiertem UKW-Empfangsfeld und im vertikal polarisierten LMK-Bereich gute Empfangseigenschaften besitzt und wobei die Forderung besteht, daß außerdem der Montagepunkt für den Verstärker in der Nähe des Metallrahmens im Hinblick auf fahrzeugspezifische Gesichtspunkte frei gewählt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Antennendraht verwendet wird, der parallel zum Rahmen bis zur vertikalen Symmetrielinie verläuft,im Knickpunkt 12 auf der Symmetrielinie 9 abknickt und in seiner Fortsetzung 4b längs dieser Symmetrielinie 9 geführt ist und daß in dem Verstärker 5 für den niederfrequenten LMK-Bereich und den UKW-Bereich getrennte Übertragungswege enthalten sind und der Übertragungsweg des LMK-Bereichs am Eingang einen LMK-Verstärker 10 mit hochohmiger Eingangsimpedanz besitzt und die Eingangsimpedanz des Verstärkers 5 im LMK-Frequenzbereich hochohmig ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Bilder:

Bild 1: Aktive Windschutzscheibenantenne für alle Polarisationsarten nach der Erfindung

Bild 2: Antenne nach der Erfindung mit Verstärkermontage rechts unten Bild 3: Antenne nach der Erfindung mit Verstärkermontage rechts oben Bild 4: Antenne nach der Erfindung mit Verstärkermontage rechts unten und minimaler Drahtlänge

erläutert.

Eine Antenne nach der Erfindung besitzt den besonderen Vorteil sowohl bei horizontaler als auch bei vertikaler und zirkularer Polarisation im UKW-Bereich vorzügliche Empfangsergebnisse zu liefern. Im Gegensatz zu den

bisher bekannt gewordenen Antennen nach dem Gebrauchsmuster G 78 08 489.6 und dem Gebrauchsmuster G 75 276 21.0 , die beim übergang von Horizontalpolarisation auf Vertikalpolarisation einer vertikalen Vergleichsantenne unterlegen sind, liefert die Antenne nach der Erfindung bei allen Polarisationsarten gute Ergebnisse.

Vielfach ist insbesondere bei einer in die Fahrzeugkarosserie integrierten Antenne, wie bei der Windschutzscheibenantenne, der Anbringungsort für die Antennenanschlußstelle und den Verstärker durch fahrzeugspezifische Zwänge vorgegeben. Die Zwänge ergeben sich häufig aus der Montagefolge bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs und aus der Forderung der Auswechselbarkeit und Nachrüstbarkeit des Antennenverstärkers. Mit einem Antennenverstärker und einer Leiterkonfiguration nach der Erfindung sind die erreichbaren Empfangseigenschaften vom vorgegebenen Montageort weitgehend unabhängig. Auch ein Abgleich der Drahtlänge im Hinblick auf eine Anpassung auf die aktuelle Fahrzeugkarosserie bzw. Windschutzscheibenöffnung ist bei der vorgegebenen Leiterkonfiguration weitgehend unproblematisch.

Fig.1 zeigt die Frontscheibe des Fahrzeugs mit Sicht aus dem Fahrgastraum. Der Antennenverstärker 5 ist in der Nähe des Metallrahmens angebracht und mit seinem Massepunkt mit dem Metallrahmen der Windschutzscheibe über die Verbindung 8 verbunden. Der Antennenverstärker 5 besitzt an seinem Eingang eine Verzweigung der Übertragungswege für Signalanteile aus dem UKW-Frequenzbereich und dem LMK-Frequenzbereich. Eine derartige Signalverzweigung ist z.B. bekannt aus P 21 15 657 oder aus P 21 66 898 oder P 19 19 749. Der übertragungsweg für den LMK-Frequenzbereich enthält einen Verstärker mit hochohtniger Eingangs impedanz, wie er z.B. aus P 20 21 331 oder P 25 54 828 oder P 25 54 829 bekannt ist. Wesentlich ist aus Gründen der Empfindlichkeit, daß die Schaltung für die Verzweigung der Signale die Eingangsimpedanz des LMK-Verstärkers im LMK-Frequenzbereich nicht niederohmig belastet, so daß die Eingangsimpedanz des Gesamtverstärkers 5 im LMK-Frequenzbereich insgesamt hochohmig ist.

Im folgenden wird das Zusammenwirken der durch die Leiter 4a und 4b gegebenen Leiterkonfiguration mit dem LMK-Ver$tärker 10 erläutert. Den wesentlichen Beitrag zum Empfang liefert der Leiter 4b. Im Interesse eines guten Empfangs im LMK-Bereich soll der Leiter 4b nicht zu kurz gewählt werden und möglichst die volle Scheibenhöhe ausnutzen. Obgleich die Empfangsfeldstärke im unteren Teil des Leiters 4b entgegengesetzt gerichtet zur Feldstärke im oberen Teil ist, ist unter dem Gesichtspunkt des LMK-Empfangs die volle Leiterlänge auf Grund der damit verbundenen erhöhten Kapazität vorzuziehen.

Für den LMK-Empfang wäre es in vielen Fällen ausreichend , den Verstärker am Metallrahmen 2 auf der Symmetrielinie 9 anzubringen . Ein derartiger Montagepunkt ist jedoch häufig aus fahrzeugspezifischen Gründen nicht möglich. Zur überbrückung des Abstands zwischen dem Knickpunkt 12 auf der Symmetrien nie 9 und dem vorgegebenen Montageort des Verstärkers wäre die Verwendung einer üblichen Koaxialleitung naheliegend. Eine solche Leitung hat jedoch den Nachteil einer großen Parallelkapazität, die mit einem Verlust an Empfindlichkeit einhergeht. Die Ausführung des Leiters 4a nach der Erfindung besitzt den entscheidenden Vorteil einer vergleichsweise kleinen Kapazität in Verbindung mit einem zusätzlichen Beitrag zum Empfang. Dieser Beitrag ist durch die hohe Konzentration der elektrischen Feldlinien in der Nähe des Metallrahmens begründet, die auch bei kleinen Abständen des Leiters 4a vom Metallrahmen 2 eine nennenswerte Verbesserung des Empfangs bewirkt. Dadurch ist es möglich, den Abstand 10 dieses Leiter vom Metallrahmen so klein zu wählen, daß er die Sicht des Fahres bzw. Beifahres und das Design der Windschutzscheibe nicht nennenswert beeinträchtigt. Abstände wesentlich unter 10 mm zwischen Leiter 4a und dem Metallrahmen sind allerdings zu vermeiden.

Im folgenden wird die Funktion einer aktiven Windschutzscheibenantenne nach der Erfindung für den Empfang im UKW-Bereich anhand von Bild 1 näher erläutert. Bekanntlich kann die vom leitenden Rahmen 2 umschlossene Scheibenöffnung 1 angenähert als Schlitzstrahler aufgefasst werden, der optimal durch eine Welle mit in Richtung der Symmetrielinie 9 orientiertem elektrischen Feistärkevektor angeregt werden kann. Im UKW-Band tritt eine resonanzartige Überhöhung, der Feldstärke längs der Linie 9 auf, wenn die Breite der Scheibenöffnung etwa einer halben Wellenlänge entspricht, wie

dies bei heute üblichen PKW's in der Regel der Fall ist. Sowohl bei horizontal als auch bei vertikal und zirkulär polarisierten Wellen sind wegen der im Fahrzeug geneigten Scheibe Feldkomponenten in Richtung der Symmetrielinie 9 vorhanden, die die Scheibenresonanz anregen.

Eine Drahtstruktur wie der Leiterteil 4b ist daher stark an das Empfangsfeld angekoppelt. Die Ankoppelung des Leiterteils 4a hingegen kann über den Abstand 10 verändert werden, wobei kleine Abstände zwischen dem Leiter 4a und dem Rahmen 2 zu einer geringen Leistungsaufnahme aus dem Feld und große Abstände 10 zu einer höheren Leistungsaufnahme aus dem Feld führen. Mit dem Abstand 10 kann daher auch das Verhältnis der Beiträge zum Empfang durch die Leiterteile 4a und 4b im UKW-Bereich verändert werden.

Obgleich eine Maximierung der am Ende des Leiterteils 4a verfügbaren UKW-Signal leistung vielfach die Wahl des unter sicherheitstechischen Aspekten maximal möglichen Abstands 10 von ca. 7 cm zum Rahmen 2 nahelegen würde, wird man in der Praxis häufig den Abstand 10 deutlich kleiner wählen, weil sich dadurch ein deutlich attraktiveres Antennendesign ergibt und die Durchsicht durch die Scheibe weniger beeinträchtigt wird.

Abstände bis herab zu ca. 10 mm vom Rahmen 2 sind deshalb vertretbar, weil insgesamt die Leistungsaufnahme aus dem Feld durch den Leiter 4b groß ist und, vor allem in Verbindung mit einem rauschoptimierten aktiven UKW-Signalweg 13 im Verstärker 5, der sich ergebende Signal-Rauschabstand im Vergleich zum Standardsystem mit der Standardantenne in der Regel bereits überlegen ist.

Durch Variation des Abstands 11 zwischen dem Ende des Leiterteils 4b und dem Rahmen 2 kann die verfügbare Ausgangsleistung der Struktur optimiert werden, wobei häufig die maximal mögliche Länge sich als optimale Länge für alle Polarisationen herausstellt. Um einen hochfrequenten Kurzschluß am Ende des Leiterteils 4b mit dem Rahmen 2 zu verhindern, sollte der Abstand 11 all erdings ca. 2 mm nicht unterschreiten.

Für einen unter fahrzeugspezifischen Gesichtspunkten vorgegebenen Montagepunkt des Verstärkers muß der optimale Abstand 11 zwischen dem Ende des Leiterteils 4b und dem Rahmen 2 dadurch gefunden werden, daß jeweils für verschiedene Abstände 11 durch längere Meßfahrten mit statistischer

Fahrtroute die am Eingangswiderstand eines Meßempfängers sich ergebende mittlere Antennenausgangsspannung der gerade untersuchten Struktur im Vergleich zur mittleren Ausgangsspannung der Referenzantenne ermittelt wird. Aus dieser Spannung an einen nicht leistungsangepassten Lastwiderstand muß dann nach Messung der Impedanz der Drahtstruktur auf die verfügbare mittlere Ausgangsleistung umgerechnet werden, also auf die Leistung, die bei einer jeweils leistungsangepassten Last zu erzielen gewesen wäre.

Der optimale Abstand 11 liegt dann vor, wenn diese verfügbare Signalleistung maximal ist, wobei der Wert der Impedanz der Drahtstruktur selbst nahezu unerheblich ist, da innerhalb des Übertragungsweges für den UKW-Frequenzbereich 13 im Antennenverstärker 5 verlustarme Transformationsschaltungen verwendet werden können. Derartige Transformationsschaltungen sind zweckmäßigerweise so auszulegen, daß Rauschanpassung für den Eingangstransistor erzielt wird, wenn im Übertragungsweg 13 ein aktives, verstärkendes Element wie ein Feldeffekttransistor oder ein bipolarer Transistor verwendet wird, oder es ist Leistungsanpassung an den Wellenwiderstand des Verbindungskabels 6 zum Empfänger 7 herzustellen, wenn der Übertragungsweg 13 passiv gestaltet ist.

Der Übertragungsweg 13 für den UKW-Frequenzbereich passiv auszuführen, ist allerdings nur dann zweckmäßig, wenn der erreichbare Signal-Rauschabstand in Kombination mit dem Empfänger mit der Scheibenantennenstruktur gleichwertig mit dem der Standardstabantenne ist. In der Regel ist es erforderlich, über eine rauschangepasste Verstärkerstufe eine ausreichende Grenzempfindlichkeit sicherzustellen.

Bild 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung, bei der der Antennenverstärker 5 und der Antennenanschluß in der Nähe der rechten unteren Ecke des Metallrahmens angebracht sind und der Knickpunkt 12 sich in der Nähe des oberen horizontalen Teils des Metallrahmens befindet und der Leiter 4a parallel zum rechten und zum horizontalen oberen Teil des Metallrahmens verläuft.

Der Verstärker ist in diesem Beispiel im Bereich des Armaturenbretts montiert, ein Bereich, in dem häufig genügend Platz vorhanden ist und der auch zur Nachrüstung einer Antenne oder zum Auswechseln dos Antennenverstärkers meist gut zugänglich ist. Vorteilhaft an diesem Montageort ist ebenfalls, daß nur ein relativ kurzes Verbindungskabel zum Empfänger erforderlich ist.

Bild 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit dem gleichen Montagepunkt für den Verstärker wie bei Bild 2, aber einer minimierten Drahtlänge auf der Scheibe und einer im Vergleich zur Struktur nach Bild 2 einfachen Geometrie der Leiteranordnung mit nur einem einzigen Knickpunkt, wodurch sich Kostenvorteile bei der Fertigung ergeben. Allerdings ist die Gefahr einer Störeinkoppelung aus dem Motorraum auf die Antennenstruktur bei einer Ausführung nach Bild 4 wegen der größeren Nähe des Leiterteils 4a zu den Störquellen wie der Zündung größer. Daher kann eine derartige Struktur vorzugsweise nur für gut entstörte Fahrzeuge verwendet werden.

Bild 3 zeigt eine ebenfalls vorteilhafte Anbringung des Verstärkers in der rechten oberen Ecke des Metallrahmens, einem Bereich, in dem häufig im rechten Holm oder unter dem Fahrzeughimmel genügend Raum für den Antennenverstärker vorhanden ist. Das Verbindungskabel kann häufig einfach unter der Kunststoffblende, mit der der Metallholm verkleidet ist, nach unten geführt werden. Die Drahtstruktur selbst weist die selben Vorteile auf wie die Struktur nach Bild 4, nämlich den Vorteil der Einfachheit und den einer kostengünstigen Herstellung, ist jedoch hinsichtlich der Einkopplung von Motorstörungen wenig gefährdet.

- Leerseite -

Claims

Aktive Windschutzscheibenantenne für alle Polarisationsarten

Patentansprüche

AnspruchM :J

Aktive Windschutzscheibenantenne für Kraftfahrzeuge für den UKW- und LMK-Rundfunkempfang, die aus dem metallischen Rahmen der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs und einem Antennendraht und einem Antennenverstärker mit zwei Eingangsanschlüssen und einer Ausgangsleitung besteht und der Antennenverstärker in der Nähe des metallischen Rahmens angebracht ist und der Antennendraht auf oder in der Windschutzscheibe angebracht ist und der erste Eingangsanschluß des Antennenverstärkers über eine möglichst kurze Verbindungsleitung mit dem einen Ende des Antennendrahtes und der zweite Eingangsanschluß des Antennenverstärkers mit dem leitenden Rahmen, der die Windschutzscheibe.umschließt, verbunden ist und die Ausgangsleitung des Verstärkers zum Empfänger geführt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Antennendraht (4a) parallel zum Rahmen bis zur vertikalen Symmetrielinie (9)verläuft, im Knickpunkt (12) auf der Symmetrielinie (9) abknickt und in seiner Fortsetzung (4b) längs der Symmetrielinie (9) geführt ist und daß in dem Verstärker (5) für den niederfrequenten LMK-Bereich und den UKW-Bereich getrennte Übertragungswege enthalten sind und der Übertragungsweg des LMK-Bereichs am Eingang einen LMK-Verstärker (10) mit hochohmiger Eingangsimpedanz besitzt und die Eingangsimpedanz des Verstärkers (5) im LMK-Frequenzbereich hochohmig ist.

Anspruch 2:

Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Ende des in der Symmetrielinie (9) verlaufenden Leiterteils (4b) vom gegenüberliegenden horizontalen Rahmenteil einen Abstand (11) derart besitzt, daß sich bezüglich der am Anschlußende des Leiters (4a) verfügbaren Signalleistung im UKW-Bereich sowohl für horizontal als auch für vertikal und zirkular polarisierte Wellen ein Maximum einstellt.

Anspruch 3:

AkLive Wiridscliul.zscheibenantenne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Symmetrielinie (9) verlaufende Leiterteils (4b) vom Knickpunkt

(12) nahezu bis zum gegenüberliegenden horizontalen Rahmenteil geführt ist,jedoch der Abstand (11) mindestens 2 mm beträgt.

Anspruch 4:

Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 1, 2 und dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (10) zwischen Antennendraht (4a) und dem Rahmen (2) vorzugsweise im Bereich größer als 1 cm und kleiner als 7 cm gewählt ist.

Anspruch S.Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch dadurch gekennzeichnet daß der Abstand (10) des Leiters (4a) zum Rahmen im angegebenen Bereich zwar so klein wie möglich gewählt ist, jedoch groß genug, daß dadurch der LMK-Empfang nicht merklich verschlechtert ist.

Anspruch 6:

Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß innerhalb des Bereichs von 1 cm bis 7 cm der Abstand (10) des Leiters (4a) zum Rahmen (2) so gewählt wird, daß im UKW-Bereich an der Verbindungsstelle (3) zwischen Drahtstruktur und Antennenverstärker (5) die verfügbare Signalleistung im UKW-Bereich maximal wird.

Anspruch 7:

Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 1 mit 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker und der Antennenanschluß in der Nähe der rechten unteren tcke des Metallrahmens angebracht sind und der Knickpunkt (12) sich in der Nähe des oberen horizontalen Teils des Metallrahmens befindet und der Leiter (4a) parallel zum rechten und zum horizontalen oberen Teil des Metallrahmens verläuft (Bild 2 ).

Anspruch 8:

Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 1 mit 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker und der Antennenanschluß in der Nähe der rechten oberen Ecke des Metallrahmens angebracht sind und der Knickpunkt (12) sich in der Nähe des oberen horizontalen Teils des Metallrahmens befindet und der Leiter (4a) parallel zum horizontalen oberen Teil des MetalIrahmens verläuft (Bild 3 ).

Anspruch 9:

Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 1 mit G, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker und der Antennenanschluß in der Nähe der rechten unteren Ecke des Metallrahmens angebracht sind und der Knickpunkt (12) sich in der Nähe des unteren horizontalen Teils des Metallrahmens befindet und der Leiter (4a) parallel zum horizontalen unteren Teil des Metallrahmens verläuft (Bild

Anspruch 10:

Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 1 mit 9 dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsweg für den UKW-Bereich mindestens einen verstärkenden aktiven Dreipol enthält, der mit Hilfe eines dem Eingangstransistor vorgeschalteten verlustarmen Netzwerks an die Impedanz des Antennendrahts am

Anschlußende (4a) rauschangepaßt ist.

Anspruch 11:

Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 1 mit 9 dadurch gekennzeichnet, daß der übertragungsweg für den UKW-Bereich aus einem verlustarmen Anpassungsnetzwerk besteht und Leistungsanpassung zwischen dem Anschlußende des Antennendrahtes (4a) und der Ausgangs leitung des Verstärkers vorliegt.