DE3315458C2

DE3315458C2 -

Info

Publication number: DE3315458C2
Application number: DE3315458A
Authority: DE
Inventors: Heinz Prof. Dr.-Ing. 8033 Planegg De Lindenmeier; Jochen Dr.-Ing. 8013 Haar De Hopf; Gerhard Prof. Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn De Flachenecker
Original assignee: Individual
Current assignee: LINDENMEIER, HEINZ, PROF. DR.-ING., 8033 PLANEGG,
Priority date: 1983-04-28
Filing date: 1983-04-28
Publication date: 1988-06-30
Also published as: EP0124055A3; ES8506943A1; US4602260A; EP0124055B2; EP0124055B1; EP0124055A2; ES531970A0; DE3485958D1; DE3315458A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer aktiven Windschutzscheibenantenne für Kraftfahrzeuge für den UKW- und LMK-Rundfunkempfang gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 Montage möglichkeit, Vermeidung unnötiger Luftverwirbelung viel besser entspricht als die Standard-Stabantenne.

Aktive Windschutzscheibenantennen mit den oben beschriebenen Eigenschaften sind zum Beispiel aus DE-GM 78 08 489 bekannt.

Es zeigt sich allerdings, daß eine Kraftfahrzeugantenne, die nach dieser Gebrauchsmusteranmeldung ausgeführt ist, im Falle vertikal oder zirkular 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 der DE-GM 78 08 489 angegebenen Antennenkonfiguration durch Änderung der Anschlußstelle führt insbesondere im UKW-Bereich zu schlechteren Empfangseigenschaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einer im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen aktiven Windschutzscheibenantenne, die gattungsgemäße Antenne derart weiterzubilden, daß sowohl unabhängig von der Polarisation des UKW-Empfangsfeldes als auch im vertikal polarisierten LMK-Empfangsfeld im Empfänger eine große Empfindlichkeit erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer aktiven Windschutzscheibenantenne der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die im kennzeichenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unter ansprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Bilder erläutert. Es zeigt

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.

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 bekanntgewordenen Antennen nach DE-GM 78 08 489 und DE-GM 75 27 621, 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.

Bild 1 zeigt die Windschutzscheibe des Fahrzeugs mit Sicht aus dem Fahrgastraum. Der Antennenverstärker 5 ist in der Nähe des metallischen Rahmens 2 angebracht und mit seinem zweiten Eingangsanschluß, dem Massepunkt, mit dem metallischen Rahmen 2 der Windschutzscheibe über die Verbindung 8 verbunden. Der erste Eingangsanschluß 3 des Antennenverstärkers 5 ist mit dem einen Ende des Antennendrahts 4 a 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 DE-OS 21 15 657 oder aus DE-OS 21 66 898 oder DE-OS 19 19 749. Der Übertragungsweg für den LMK-Frequenzbereich enthält einen Verstärker 14 mit hochohmiger Eingangsimpedanz, wie er z. B. aus DE-OS 20 21 331 oder DE-OS 25 54 828 oder DE-OS 25 54 829 bekannt ist. Wesentlich ist aus Gründen der Empfindlichkeit, daß die Schaltung für die Verzweigung der Signale die Eingangsimpedanz des LMK-Verstärkers 14 im LMK-Frequenzbereich nicht niederohmig belastet, so daß die Eingangsimpedanz des Antennenverstärkers 5 zwischen seinen Eingangsanschlüssen 3 und 8 im LMK-Frequenzbereich insgesamt hochohmig ist.

Im folgenden wird das Zusammenwirken der durch den ersten Teil 4 a, der in einem ersten Abstand 10 parallel zum metallischen Rahmen 2 verläuft und dem zweiten Teil 4 b des Antennendrahtes gegebenen Leiterkonfiguration mit dem LMK-Verstärker 14 erläutert. Den wesentlichen Beitrag zum Empfang liefert der zweite Teil 4 b des Antennendrahts. Im Interesse eines guten Empfangs im LMK-Bereich soll der zweite Teil 4 b des Antennendrahts nicht zu kurz gewählt werden und möglichst die volle Höhe der Windschutzscheibe ausnutzen. Obgleich die Empfangsfeldstärke im unteren Teil des zweiten Teils 4 b des Antennendrahts entgegengesetzt gerichtet zur Feldstärke im oberen Teil des zweiten Teils 4 b des Antennendrahts 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 Antennenverstärker 5 am metallischen Rahmen 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 Symmetrielinie 9 und dem vorgegebenen Montageort des Antennenverstärkers 5 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 ersten Teils 4 a des Antennendrahts 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 metallischen Rahmens 2 begründet, die auch bei kleinen Abständen des ersten Teils 4 a des Antennendrahts vom metallischen Rahmen 2 eine nennenswerte Verbesserung des Empfangs bewirkt. Dadurch ist es möglich, den ersten Abstand 10 dieses Teils des Antennendrahts vom metallischen Rahmen 2 so klein zu wählen, daß er die Sicht des Fahrers bzw. Beifahrers und das Design der Windschutzscheibe nicht nennenswert beeinträchtigt. Abstände wesentlich unter 10 mm zwischen erstem Teil 4 a des Antennendrahts und dem metallischen Rahmen 2 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 metallischen Rahmen 2 umschlossene Scheibenöffnung 1 angenähert als Schlitzstrahler aufgefaßt werden, der optimal durch eine Welle mit in Richtung der Symmetrielinie 9 orientiertem elektrischen Feldstärkevektor 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 zirkular polarisierten Wellen sind wegen der im Fahrzeug geneigten Scheibe Feldkomponenten in Richtung der Symmetrielinie 9, die die Scheibenresonanz anregen.

Eine Drahtstruktur wie der zweite Teil 4 b des Antennendrahts ist daher stark an das Empfangsfeld angekoppelt. Die Ankoppelung des ersten Teils 4 a des Antennendrahts hingegen kann über den ersten Abstand 10 verändert werden, wobei kleine Abstände 10 zwischen dem ersten Teil 4 a des Antennendrahts 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 ersten Abstand 10 kann daher auch das Verhältnis der Beiträge zum Empfang durch den ersten Teil 4 a und den zweiten 4 b des Antennendrahts im UKW-Bereich verändert werden.

Obgleich eine Maximierung der am Ende des ersten Teils 4 a des Antennendrahts verfügbaren UKW-Signalleistung vielfach die Wahl des unter sicherheitstechnischen Aspekten maximal möglichen ersten Abstands 10 von ca. 7 cm zum metallischen Rahmen 2 nahelegen würde, wird man in der Praxis häufig den ersten 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 zweiten Teil 4 b des Antennendrahts 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 zweiten Abstands 11 zwischen dem Ende des zweiten Teils 4 b des Antennendrahts und dem metallischen 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 zweiten Teils 4 b des Antennendrahts mit dem Rahmen 2 zu verhindern, sollte der zweite Abstand 11 allerdings ca. 2 mm nicht unterschreiten.

Für einen unter fahrzeugspezifischen Gesichtspunkten vorgegebenen Montagepunkt des Verstärkers muß der optimale zweite Abstand 11 zwischen dem Ende des zweiten Teils 4 b des Antennendrahts und dem metallischen Rahmen 2 dadurch gefunden werden, daß jeweils für verschiedene zweite Abstände 11 durch längere Meßfahrten mit statistischer Fahrtroute die am Eingangswiderstand eines Meßempfängers sich ergebende mittlere Antennenausgangsspannung der gerade untersuchten Struktur des Antennendrahts 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 zweite Abstand 11 liegt dann vor, wenn diese verfügbare Signalleistung maximal ist, wobei der Wert der Impedanz des Antennendrahtes am Anschlußende 4 a selbst nahezu unerheblich ist, da innerhalb des Übertragungsweges 13 für den UKW-Frequenzbereich 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 der Ausgangsleitung 6 zum Empfänger 7 herzustellen, wenn der Übertragungsweg 13 passiv gestaltet ist.

Den Übertragungsweg 13 für den UKW-Frequenzbereich passiv auszuführen, ist allerdings nur dann zweckmäßig, wenn der erreichbare Signal-Rauschabstand in Kombination mit dem Empfänger mit dem Antennendraht in der Windschutzscheibe 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 das eine Ende des Antennendrahtes 4 a, an das der erste Anschluß 3 des Antennenverstärkers 5 angeschlossen ist, in der Nähe der rechten unteren Ecke des metallischen Rahmens 2 angebracht sind und der Knickpunkt 12 sich in der Nähe des oberen horizontalen Teils des metallischen Rahmens 2 befindet und der erste Teil 4 a des Antennendrahts parallel zum rechten und zum horizontalen oberen Teil des metallischen Rahmens 2 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 des Antennenverstärkers meist gut zugänglich ist. Vorteilhaft an diesem Montageort ist ebenfalls, daß nur eine relativ kurze Ausgangsleitung 6 zum Empfänger erforderlich ist.

Bild 3 zeigt eine ebenfalls vorteilhafte Anbringung des Antennenverstärkers 5 in der rechten oberen Ecke des metallischen Rahmens 2, einem Bereich, in dem häufig im rechten Holm oder unter dem Fahrzeughimmel genügend Raum für den Antennenverstärker 5 vorhanden ist. Die Ausgangsleitung 6 kann häufig einfach unter der Kunststoffblende, mit der der Metallholm verkleidet ist, nach unten geführt werden. Die Struktur des Antennendrahts selbst weist dieselben Vorteile auf wie die im weiteren näher erläuterte Struktur nach Bild 4, nämlich den Vorteil der Einfachheit und den einer kostengünstigen Herstellung, ist jedoch hinsichtlich der Einkopplung von Motorstörungen wenig gefährdet.

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 des Antennendrahtes mit nur einem einzigen Knickpunkt 12, wodurch sich Kostenvorteile bei der Fertigung ergeben. Allerdings ist die Gefahr einer Störeinkopplung aus dem Motorraum auf die Antennenstruktur bei einer Ausführung nach Bild 4 wegen der größeren Nähe des ersten Teils 4 a des Antennendrahts zu den Störquellen wie der Zündanlage größer. Daher kann eine derartige Struktur vorzugsweise nur für gut entstörte Fahrzeuge verwendet werden.

Claims

1. Aktive Windschutzscheibenantenne für Kraftfahrzeuge für den UKW- und LMK-Rundfunkempfang, die aus dem metallischen Rahmen (2) der Windschutzscheibe (1) des Kraftfahrzeugs und einem auf oder in der Windschutzscheibe (1) angebrachten Antennendraht, welcher aus mindestens zwei annähernd geradlinigen, miteinander verbundenen Teilstücken, von denen wenigstens eines parallel zum metallischen Rahmen (2) geführt ist, besteht, einen Antennenverstärker (5) mit zwei Eingangsanschlüssen (3, 8) und einer Ausgangsleitung (6) aufweist und bei der der Antennenverstärker (5) in der Nähe des metallischen Rahmens (2) angebracht ist und das an den Antennenverstärker (5) angeschlossene eine Ende des Antennendrahtes und der erste Eingangsanschluß (3) des Antennenverstärkers (5) und der zweite Eingangsanschluß (8) des Antennenverstärkers (5) mit dem leitenden Rahmen (2), der die Windschutzscheibe umschließt, verbunden ist und die Ausgangsleitung (6) des Antennenverstärkers (5) zum Empfänger geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der parallel zum metallischen Rahmen (2) in einem ersten Abstand (10) verlaufende Teil (4 a) des Antennendrahtes an der Schnittstelle mit der vertikalen Symmetrielinie (8) des Rahmens (2) in einem Knickpunkt (12) abknickt und in seiner Fortsetzung (4 b) längs der Symmetrielinie (9) mindestens über ein Viertel der Höhe der Windschutzscheibe (1) bis auf einen zweiten Abstand (11) zum gegenüberliegenden Teil des metallischen Rahmens (2) geführt ist, daß der Antennenverstärker (5) für den LMK-Bereich und den UKW-Bereich getrennte Übertragungswege (14, 13) aufweist und der Übertragungsweg des LMK-Bereichs (14) durch einen Übertragungsvierpol gebildet ist, der an seinem Eingang einen LMK-Verstärker mit im LMK-Frequenzbereich hochohmiger Eingangsimpedanz besitzt und die Eingangsimpedanz des Antennenverstärkers (5) im LMK-Frequenzbereich hochohmig ist.

2. Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des in der Symmetrielinie (9) verlaufenden Leiterteils (4 b) den zweiten Abstand (11) aufweist, für den am einen Ende des Antennendrahtes (4 a) die verfügbare Signalleistung im UKW-Bereich bei zirkular polarisiertem Empfangsfeld ein Maximum besitzt.

3. Aktive Windschutzscheibenantenne nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Symmetrielinie (9) verlaufende Leiterteil (4 b) vom Knickpunkt (12) nahezu bis zum gegenüberliegenden horizontalen Teil des metallischen Rahmens (2) geführt ist und der zweite Abstand (11) mindestens 2 mm beträgt.

4. Aktive Windschutzscheibenantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abstand (10) im Bereich größer als 1 cm und kleiner als 7 cm gewählt ist.

5. Aktive Windschutzscheibenantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenverstärker (5) und das eine Ende des Antennendrahtes in der Nähe der einen unteren Ecke des metallischen Rahmens (2) angebracht sind und der Knickpunkt (12) sich in der Nähe des oberen horizontalen Teils des metallischen Rahmens (2) befindet (Bild 2).

6. Aktive Windschutzscheibenantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenverstärker (5) und das eine Ende des Antennendrahtes in der Nähe einer oberen Ecke des metallischen Rahmens (2) angebracht sind und der Knickpunkt (12) sich in der Nähe des oberen horizontalen Teils des metallischen Rahmens (2) befindet (Bild 3).

7. Aktive Windschutzscheibenantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenverstärker (5) und das eine Ende des Antennendrahtes in der Nähe einer unteren Ecke des metallischen Rahmens (2) angebracht sind und der Knickpunkt (12) sich in der Nähe des unteren horizontalen Teils des metallischen Rahmens (2) befindet (Bild 4).

8. Aktive Windschutzscheibenantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsweg (13) für den UKW-Bereich mindestens einen verstärkenden aktiven Dreipol enthält, wobei der erste aktive Dreipol mit Hilfe eines ihm vorgeschalteten verlustarmen Netzwerks an die Impedanz des Antennendrahtes am Anschlußende (4 a) rauschangepaßt ist.

9. Aktive Windschutzscheibenantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsweg (13) für den UKW-Bereich aus einem verlustarmen Anpassungsnetzwerk besteht und Leistungsanpassung zwischen dem einen Ende des Antennendrahtes (4 a) und der Ausgangsleitung (6) des Antennenverstärkers (5) vorliegt.