DE3619704A1 - Antennenanordnung fuer diversityempfang in der fensterscheibe eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für den Diversityempfang in Kraftfahrzeugen vorzugsweise für den Frequenzbereich der Meter- und Dezimeterwellen in der Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs. Eine Antennenanordnung dieser Art ist bekannt aus der Offenlegungsschrift DE 32 20 279A1. Die dort angegebene Anordnung besteht aus zwei Drahtdipolhälften, die symmetrisch zur vertikalen Symmetrielinie der Fensterscheibe des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Damit ist die Antennenanordnung, bestehend aus der Leiterstruktur und dem umgebenden, leitenden Fensterrahmen geometrisch symmetrisch und bildet demzufolge bezüglich der Anschlußpunkte 1 a und 1 b insgesamt einen Dipol. Die Empfangsspannung zwischen den Punkten 1 a und 1 b der symmetrischen Dipolhälften besitzt eine andere azimutale Richtcharackteristik als die in der Summe der Einzelspannungen zwischen den Punkten 1 a bzw. 1 b und dem Symmetriepunkt 3 c gebildete Spannung, die somit die azimutale Richtcharackteristik eines Monopols besitzt, der um seine vertikale Symmetrieachse gedreht wird.

Es ist bekannt, daß der mobile Empfang durch Reflexion und Beugung der elektromagnetischen Wellen in der Umgebung des Fahrzeugs nicht durch den Einfall einer Einzelwelle aus einer definierten Richtung erfolgt, sondern, daß das Empfangsfeld statistische Eigenschaften besitzt, die angenähert durch die bekannten Theorien von Rayleigh und Rice beschrieben werden können. Die Unterschiedlichkeit der azimutalen Richtdiagramme, die auf der Messung mit einer einzelnen Welle, wie sie im natürlichen Gelände am Boden nicht gegeben ist, basieren, läßt keinen Rückschluß auf die Effektivität der Antennenanordnung im Hinblick auf Antennendiversity zu. Die in der DE 32 20 279 A1 vorgeschlagene Anordnung besitzt vielmehr den für den praktischen Einsatz wesentlichen Nachteil, daß aufgrund der durch die Anwendung eines Dipols zwangsweise herbeigeführten Symmetrie der Anordnung bezüglich einer vertikalen Symmetrielinie die Effektivität dieser Diversityantenne zu gering ist. Diese Effektivität ist durch die Anzahl der Störungen, die in den Signalen der beiden Spannungen während der Fahrt gleichzeitig auftreten, bestimmt. Die Effektivität ist somit umso größer, je kleiner die Wahrscheinlichkeit für das gleichzeitige Auftreten von Störungen in den verfügbaren Empfangssignalen während der Fahrt ist. Je größer die Effektivität einer Antennenanordnung für Diversityempfang, umso kleiner ist in der Praxis auch das Störungs-Zeit-Integral, wenn - im Fall des Selectiondiversitys - das Diversitysystem in jedem Augenblick während der Fahrt dasjenige Empfangssignal mit der im Moment geringsten Störung auswählt. Als allgemein gültiges Maß für die Effektivität kann somit auch der zeitliche Mittelwert der Störung dienen, die in dem jeweils zu jedem Zeitpunkt am wenigsten gestörten Empfangssignal auftritt. Ein weiterer Nachteil der DE 32 20 279A1 besteht in dem Zwang, die Anschlüsse 1 a, 1 b und 3 c im Symmetriepunkt der Scheibe wählen zu müssen, was für die praktische Ausführung aus fahrzeugtechnischer Sicht häufig problematisch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung der eingangs erwähnten Art derart zu schaffen, daß die Anzahl der Empfangsstörungen, die in allen einzelnen, an den verfügbaren Antennenanschlüssen auftretenden Empfangssignale während der Fahrt gleichzeitig auftreten, möglichst klein ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß die Fensterscheibe von einem metallischen Rahmen umgeben ist und dieser Rahmen mindestens zwei angenähert geradlinige Seiten besitzt, die in der Nähe einer Ecke des Rahmens unter einem eingeschlossenen Winkel im Bereich zwischen 30 und 150 Grad zusammengeführt sind und in der Nähe dieser Ecke die Anschlußstellen zweier Antennenleiter vorhanden sind, die jeweils mit dem benachbarten Anschluß am metallischen Rahmen zwei Empfangsmonopole bilden und die Länge der beiden Antennenleiter bei einer Mindestlänge von 1/10 der Betriebswellenlänge geeignet gewählt ist und die beiden Antennenleiter, ausgehend von den Anschlußstellen in der Nähe der Ecke, zumindest jeweils parallel zu den beiden unmittelbar an die Ecke anschließenden Seiten in geeignetem Abstand geführt sind und die beiden Anschlußstellen mit den beiden Eingängen eines Anschlußnetzwerks verbunden sind und das Anschlußnetzwerk zwei oder ggf. drei Ausgänge besitzt, von denen zwei Ausgänge Spannungen liefen, die jeweils den Empfangsspannungen an den zugehörigen Anschlußstellen der beiden Monopole proportional sind und ggf. der dritte Ausgang eine Spannung liefert, die der Differenz der Empfangsspannungen an den Anschlußstellen proportional ist.

Um die Eignung zweier Antennen für Diversityanwendungen festzustellen, wird nach dem Stand der Technik häufig der Korrelationsfaktor zwischen dem Signalverhalten der betrachteten Antennen während der Fahrt (Andersen) oder die Unterschiedlichkeit der Richtdiagramme, die im Meßfeld ermittelt werden (Bossert), angesehen. Beide Kriterien sind jedoch keinesfalls hinreichend für die Beurteilung der Effektivität der Anordnung.

Die Ursache hierfür liegt in der Tatsache begründet, daß zur Berechnung des Korrelationsfaktors die gesamte Meßzeit herangezogen wird. Für die erreichbare Verbesserung des Empfangs durch ein Diversitysystem entscheiden hingegen nur sehr kurze Zeiträume, nämlich die Zeiträume, innerhalb deren eine Empfangsstörung auf einer der Antennen vorliegt. Typische Empfangspegelverläufe von Einzelantennen zeigen tiefe Einbrüche während der Fahrt. Dies gilt gleichermaßen für alle bekannten Empfangsstörungen des frequenzmodulierten Rundfunks im Meterwellenbereich wie Aufrauschen, Mehrwegeverzerrungen, Nachbarkanal- und Gleichkanalstörungen und Intermodulationsstörungen.

Die Ursachen für die Pegeleinbrüche und die damit einergehenden Empfangsstörungen liegen bekanntlich in der vektoriellen Addition der aus den unterschiedlichen Richtungen einfallenden Teilwellen des zu empfangenen Rundfunksenders am Empfangsort, die sich mit unterschiedlichen Amplituden, Phasenlagen und Laufzeiten überlagern. Auch wenn der mittlere Empfangspegel des Nutzsignals deutlich über dem Eigenrauschpegel des Empfangssystems bzw. über dem mittleren Störpegel von Nachbar- oder Gleichkanalsignalen liegt, taucht auf Grund des Pegelhubs des Nutzsignals von typisch 20 bis 30 dB auf wenige Meter Fahrtstrecke dieses in der Praxis häufig unter den aktuell vorhandenen Störpegel ein mit der Folge erheblicher Empfangsstörungen.

Im Falle von größeren Laufzeitunterschieden der beteiligten Teilwellen des Nutzsignals ergeben sich zusätzlich noch Mehrwegempfangsverzerrungen, weil die Momentanfrequenz dieser einzelnen Teilwellen unterschiedlich ist mit der Folge von Störfrequenzhubspitzen, die Spektralanteile beeinhalten, die ursprünglich nicht im Modulationssignal vorhanden waren. Diese Störungen treten ebenfalls hauptsächlich in den Pegeleinbrüchen auf.

Die in der DE 32 20 279A1 angegebene Antennenanordnung besitzt den entscheidenden Nachteil, daß sowohl das Differenzsignal als auch das Monopolsignal aus einer symmetrisch zur Fahrzeugkarosserie ausgebildeten Antenne gewonnen wird. Demgegenüber besitzt die Antenne gemäß der Erfindung zwei Empfangsmonopole, die keine vertikale Symmetrieachse besitzen. Dies ist dadurch sichergestellt, daß die Ebene der Fensterscheibe gegen die horizontale Ebene geneigt ist, so daß dadurch keine Dipole mit einer vertikalen Symmetrieachse gebildet werden. In der Regel ist einer der beiden Schenkel des Winkels im wesentlichen horizontal angeordnet und der andere besitzt je nach Neigung der Scheibe auch eine vertikale Ausdehnung. Die Fensterscheibe bildet bei nicht zu kleinen Abmessungen in dem in Frage kommenden Frequenzbereich eine Öffnung mit Resonanzcharakter. Bezüglich der aus den verschiedenen Richtungen aufgrund der Mehrwegeausbreitung einfallenden Wellen werden die verschiedenen Rahmenteile des Fensters unterschiedlich von dem resultierenden Feld angeregt und liefern somit durch Ankopplung der beiden Monopole an die verschiedenen Rahmenteile unterschiedliche Empfangsspannungen. Diese Unterschiedlichkeit bezieht sich insbesondere auf die Störungen, wie sie z. B. vom Empfang des UKW-Rundfunks bekannt sind. Dieser Effekt steigert die Effektivität der Diversityantennenanordnung in hohem Maße. Aus diesem Grund besteht erfindungsgemäß die Forderung, jeden der beiden die Empfangsmonopole bildenden Leiter mindestens über 1/10 der Wellenlänge parallel zum jeweiligen Rahmenteil zu führen und die Anschlußstellen in der Nähe der Ecke anzuordnen. Die Ausbildung von zwei Monopolen gemäß der Erfindung besitzt den weiteren Vorteil, sowohl die Ausgangssignale der Einzelmonopole als auch die Differenz dieser Signale für die Diversityantennenanordnung auszunutzen. Dies erhöht weiter die Effektivität des Diversitysystems, da dadurch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten gleichzeitiger Störungen in allen Signalen entsprechend reduziert wird. Durch die Unterschiedlichkeit der Ausgangssignale der Monopole, bedingt durch die Ankopplung der beiden Monopole an die unterschiedlichen Rahmenteile ist zwangsweise auch das jeweils gebildete Differenzsignal zwischen den Monopolsignalen sehr unterschiedlich insbesondere im Hinblick auf die ausbreitungsbedingten Störungen. Aufgrund der Unterschiedlichkeit der Monopolspannungen ist es demzufolge auch möglich die Summenspannung der beiden Monopole zusätzlich zur Ergänzung der Diversityantennenanorddung heranzuziehen.

Besonders vorteilhaft für die Ausnutzung des Erfindungsgedankens ist ein Winkel zwischen den Schenkeln der Scheiben des Fensterrahmens von etwa 90 Grad. Jedoch auch bei verhältnismäßig spitzen Winkeln bis zu 30 Grad und auch bei stumpfen Winkeln bis zu 150 Grad ist die Verwendung des Erfindungsgedankens vorteilhaft. Winkel dieses Bereichs sind in der Fahrzeugtechnik sehr häufig anzutreffen. Mit den dort auftretenden Abmessungen der Fahrzeuge sind die Vorteile, die mit dieser Antennenanordnung zu erzielen sind, im Frequenzbereich des UKW-Rundfunks besonders groß.

Fig. 1: Antennenanordnung nach der Erfindung mit einer Lage der Anschlussstellen der beiden Antennenleiter und des Anschlussnetzwerkes in einer der unteren Ecken einer Fensterscheibe. Dabei zeigt Fig. 1a die Anordnung selbst, in Fig. 1b ist die Geometrie der Antennenleiter auf der Scheibe bezeichnet.

Fig. 2: Antennenanordnung nach der Erfindung in einer dreiecksfoermigen Seitenscheibe eines Fahrzeugs

Fig. 3: Vorteilhafte Geometrie der Antennenleiter für eine Antennenanordnung nach der Erfindung

Fig. 4: Weitere vorteilhafte Geometrie der Antennenleiter für eine Antennenanordnung nach der Erfindung

Fig. 5: Vorteilhafte Ausgestaltung des Anschlussnetzwerkes für den Fall zweier Ausgänge am Anschlussnetzwerk mit ausschliesslich passiver Gestaltung des Anschlussnetzwerks

Fig. 6: Vorteilhafte Ausgestaltung des Anschlussnetzwerkes für den Fall dreier Ausgänge am Anschlussnetzwerk mit ausschliesslich passiver Gestaltung des Anschlussnetzwerks u. a. mit einem Differentialübertrager zur Bildung des Differenzsignals aus den beiden Monopolsignalen

Fig. 7: Vorteilhafte Ausgestaltung des Anschlussnetzwerkes für den Fall zweier Ausgänge am Anschlussnetzwerk in der Technik aktiver Antennen mit zwei verlustarmen Anpassungsschaltungen und zwei Verstärkerschaltungen.

Fig. 8: Vorteilhafte Ausgestaltung des Anschlussnetzwerkes für den Fall dreier Ausgänge am Anschlussnetzwerk in der Technik aktiver Antennen mit zwei verlustarmen Anpassungsschaltungen und zwei Verstärkerschaltungen und den Verstärkerschaltungen nachgeschaltetem Differentialübertrager zur Bildung des Differenzsignals aus den beiden Monopolsignalen

Fig. 9: Vorteilhafte Ausgestaltung des Anschlussnetzwerkes für den Fall dreier Ausgänge am Anschlussnetzwerk in der Technik aktiver Antennen mit zwei verlustarmen Anpassungsschaltungen und zwei Verstärkerschaltungen, deren Ausgänge mit den Ausgängen 12 a und 12 b des Anschlussnetzwerks 11 verbunden sind und einem Differenzverstärker zur Bildung des Differenzsignals der beiden Monopolsignale, der ebenfalls an die Ausgänge der Verstärkerschaltungen angeschlossen ist.

Fig. 10: Vorteilhafte Ausgestaltung des Anschlussnetzwerkes für den Fall dreier Ausgänge mit zwei passiven Anpassungsnetzwerken und einem Differenzverstärker zur Bildung des Differenzsignals aus den beiden Monopolsignalen

Fig. 11: Vorteilhafte Ausgestaltung des Anschlussnetzwerkes für den Fall dreier Ausgänge am Anschlussnetzwerk in der Technik aktiver Antennen mit zwei verlustarmen Anpassungsschaltungen und zwei Verstärkerschaltungen, die jeweils getrennte Ausgänge für die den Monopolen proportionalen Ausgangssignale und für die Ansteuerung eines Differenzverstärkers zur Bildung des Differenzsignals der beiden Monopolsignale besitzen.

Im folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung anhand dieser Figuren näher beschrieben.

Fig. 1a zeigt das Grundprinzip einer Antennenanordnung nach der Erfindung. Zwei Antennenleiter 5 a und 5 b sind jeweils parallel zu zwei sich in der Ecke 3 treffenden Rahmenseiten auf der Scheibe angeordnet in einer Weise, dass die Anschlussstellen 8 a und 8 b beide in der Ecke 3 liegen, in deren Nähe auch das Anschlussnetzwerk 11 angebracht ist. Die geometrischen Abmessungen sind in Fig. 1b gekennzeichnet. 6 a und 6 b bezeichnen den jeweiligen Abstand des Antennenleiters von metalischen Rahmen und 7 a und 7 b die jeweilige Länge der Antennenleiter. 4 bezeichnet den Winkel, in dem sich die beiden Seiten des Rahmens in der Ecke 3 treffen. Im Bereich der Ecke 3 liegt ebenfalls der gemeinsame Massepunkt 9 für die beiden Antennenleiter, wodurch zwei Empfangsmonopole definiert sind. Die Differenzspannungen zwischen jeweils einem der Anschlusspunkte 8 a bzw. 8 b und dem Massepunkt 9 stellen die Eingangsspannungen für die Eingangsklemmen 10 a und 10 b des Anschlussnetzwerkes 11 dar. Am Ausgang des Anschlussnetzwerkes sind mindestens zwei Ausgänge 12 a und 12 b vorhanden, an denen Signale verfügbar sind, die den Monopolspannungen, also der Spannung zwischen dem Anschlusspunkt 8 a und der Masse 9 bzw. dem Anschlusspunkt 8 b und der Masse 9 proportional sind. Gegebenenfalls ist ein dritter Ausgang 12 c vorhanden, an dem ein Signal abgegriffen werden kann, das der komplexen Differenz oder gegebenenfalls auch der komplexen Summe der beiden Monopolspannungen proportional ist.

Im folgenden werden ausschliesslich Ausführungsformen von Antennenanordnungen nach der Erfindung beschrieben, die gegebenenfalls die Bildung der Differenzspannungen bewirken. Um die Summenspannung für eine Antennenanordnung nach der Erfindung zu erhalten, ist in bekannter Weise nur eine Invertierung eines der Eingangssignale der Schaltung, die die Differenzbildung bewirkt, erforderlich, so dass die Ansprüche sowie die Beschreibung sinngemäss angewandt werden koennen. Des weiteren ist eine im folgenden nicht detailliert beschriebene Erweiterung der Erfindung dadurch moeglich, dass neben der Differenzbildung ebenfalls eine Summenbildung im Anschlussnetzwerk 11 erfolgt, wodurch eine Antennenanordnung nach der Erfindung dann ein Anschlussnetzwerk 11 mit vier Ausgängen 12 a bis 12 d besitzt.

In Fig. 1a bzw. 1b ist eine Anordnung der Antennenleiter dargestellt, wie sie aufgrund der einfachen Geometrie besonders für Nachrüstzwecke geeignet ist. Die Geometrie ist deshalb besonders einfach, da diese Leiter ausschliesslich geradlinig verlaufen. Derartige Strukturen koennen daher ohne Schwierigkeiten nachträglich auf die Frontscheibe oder die Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs aufgeklebt werden.

Um eine moeglichst hohe Verbesserung der Empfangsqualität im Diversitysystem zu erreichen, ist es nicht nur erforderlich, das sich die Ausgangssignale der verwendeten Antennen im realen Empfangsfeld moeglichst unterschiedlich bezüglich der Empfangstoerungen verhalten, darüberhinaus muss ebenfalls mit jeder Einzelantenne im Mittel ein moeglichst hoher Signal-Stoerabstand erreicht sein. Bekanntlich haengt die an den Anschlusspunkten 8 a und 8 b verfuegbare Signalleistung von der Geometrie des Antennenleiters auf bzw. in der Scheibe ab, da die Geometrie die Art und das Ausmass der Ankopplung an die Signalstroeme in den Rahmenseiten beeinflusst.

Um die optimale Geometrie der Leiteranordnung auf der Scheibe für Anordnungen nach der Erfindung zu ermitteln, sind statistisch arbeitende Messverfahren erforderlich, die die mittlere verfügbare Signalleistung der zu optimierenden Struktur in Relation zu einer Referenzantenne zu ermitteln erlauben. Derartige Messverfahren sind bekannt und mehrfach beschrieben worden.

Derartige Messungen zeigen, dass bei Variation der Leiterlaenge 7 im Bereich von 1/10 bis zu 1/3 der mittleren Betriebswellenlänge und bei Variation des Abstands 6 der Leiter zum Rahmen zwischen 1 cm und 7 cm ausreichend gute Empfangsleistungen erreicht werden, wobei in der Regel eine Vergroesserung des Abstand über 5 cm hinaus keine für die Praxis bedeutsame Verbesserung mehr bewirkt und im Interesse einer moeglichst unauffälligen Struktur daher häufig ein Wert von 5 cm für die Abmessung 6 gewählt werden kann. Bezüglich der Länge der Strukturen ergibt sich häufig für Längen von etwa 1/4 der mittleren Betriebswellenlänge eine maximale verfügbare Signalleistung der Antennenstruktur.

Bei manchen Fahrzeugen ist im Bereich der Frontscheibe durch Stoerungen, die auf die Fahrzeugaggregate, die in der Regel ebenfalls im Frontbereich in der Nähe des Motors angebracht sind, zurückgehen, ein unzulässig hoher Stoerpegel vorhanden, so dass es nicht sinnvoll ist, Antennenstrukturen in diese Scheibe einzubringen.

In derartigen Fällen wird vorteilhaft die Antennenanordnung nach der Erfindung in die Heckscheibe angebracht, die bezüglich des Stoerniveaus in der Regel deutlich günstiger ist. Häufig ist auch bei Anwesenheit eines Heizfeldes in der Heckscheibe ein ausreichend breiter Streifen vorhanden, der nicht vom Heizfeld bedeckt ist, so dass genügend Raum für die Anordnung nach der Erfindung bleibt.

Ist auch dies wegen eines nahezu die gesamte Fensterfläche bedeckenden Heizfeldes nicht moeglich oder soll, zum Beispiel im Falle einer beweglichen Heckklappe mit Fenster, die Durchführung der Anschlussleitungen zur Diversityeinheit durch die Heckklappenscharniere vermieden werden, kann die Antennenanordnung nach der Erfindung ebenfalls in eine der feststehenden Seitenscheiben eines Fahrzeugs eingebracht werden, wie dies Fig. 2 am Beispiel eines dreiecksfoermigen Seitenfensters zeigt.

In derartigen dreiecksfoermigen Seitenfenstern ergeben sich in der Praxis gute Diversityantennen, wenn die Fenster ausreichend gross sind, was in der Regel der Fall ist, wenn sich geradlinig verlegte Antennenleiter mit einer Länge von nicht wesentlich weniger als 1/4 der mittleren Betriebswellenlänge unterbringen lassen. Derartige feststehende und ausreichend grosse Scheiben sind in der Regel bei Fahrzeugen mit beweglichen Heckklappen vorhanden. Desgleichen eignen sich bei Kleinbussen bzw. Grossraum-PKW's vorhandenen in der Regel nahezu rechteckfoermigen oder trapezfoermigen und nahezu senkrecht stehenden Seitenscheiben hervorragend für den Einbau von Antennenanordnungen nach der Erfindung.

Für die Serienausrüstung von Fahrzeugen, bei denen die Antennenleiter auf die Scheibe aufgedruckt werden oder zwischen die Schichten des Verbundglases in Form dünner Drähte eingelegt werden, sind die Beschränkungen auf so einfache Strukturen wie in Fig. 1 dargestellt, nicht noetig.

Vorteilhafte Strukturen für die Antennenleiter für derartige Anwendungen zeigen die Fig. 3 und 4, die im wesentlichen für Frontscheiben oder grosse Seitenscheiben in Kleinbussen oder Grossraum-PKW's einzusetzen sind.

Im Beispiel der Fig. 3 ist die Ecke 3 eine der beiden unteren Ecken der Scheibe. Im Falle der Frontscheibe kann das Anschlussnetzwerk vorteilhaft im Bereich des Armaturenbretts untergebracht werden, wodurch sich eine besonders einfache Verlegung der Anschlussleitungen zur Diversityeinheit ergibt.

In diesem Beispiel verläuft der eine Antennenleiter 5 a von der Anschlussstelle 8 a parallel zum Rahmenteil 13 a im wesentlichen nach oben, dann nach einem Knick parallel zum Rahmenteil 13 b horizontal bis zur Scheibenmitte, knickt dann nach unten ab und verläuft dann nach unten parallel zur Symmetrieachse der Scheibe. Dieser Leiter endet im Abstand 15 zum zweiten Antennenleiter 5 b, der horizontal parallel zum Rahmenteil 13 c geführt ist und dessen Länge kürzer als die gesamte Länge dieses Rahmenteils ist.

Die Struktur des Antennenleiters 5 a stellt eine an sich bekannte Struktur für eine Einzelantenne dar, wobei die Optimierung der Empfangsleistung u.a. durch den Abstand des Ende des Drahts zum unteren Rahmenteil 13 c erfolgt. Im Falle einer Anordnung nach der vorliegenden Erfindung ist, um keine unzulässige Beeinflussung zum Antennenleiter 5 b zu erhalten, eine Überschneidung der Leiter unbedingt zu vermeiden, was durch einen Sicherheitsabstand von wenigstens 2 cm für die Entfernung 15 erreicht werden kann. Darüberhinaus kann auch ein groessere Entfernung sinnvoll sein, um mit Sicherheit keine identischen Feldkomponenten auf die beiden Antennenleiter einzukoppeln, was sich zwangsweise ergäbe, wenn die Strukturen durch den gleichen Bereich der Scheibe geführt sind.

In der Praxis stellt sich, wie Messungen zeigen, in der Regel heraus, dass die Abmessung 15 zwischen 2 und etwa 15 cm optimal ist, wenn ebenfalls die Leistungsfähigkeit der Antennenstruktur des Leiters 5 a mitberücksichtigt wird.

In manchen Fahrzeugen ist es vergleichsweise einfach, das Anschlussnetzwerk 11 im Fahrzeughimmel unterzubringen, so dass in derartigen Fällen die Ecke 3 vorteilhaft in einer der beiden oberen Ecken eines trapezfoermigen oder rechteckfoermigen Fensters gewählt wird. Eine derartige Ausführung einer Antennenanordnung nach der Erdindung zeigt Fig. 4.

Hier ist der Antennenleiter 5 a parallel zum horizontalen Rahmenteil 13 b bis in die andere obere Ecke geführt, in der er nach unten abknickt und parallel zum Rahmenteil 13 d verläuft. Die Laenge des Antennenleiters im Bereich des Rahmenteils d ist, wie oben erläutert, im Hinblick auf moeglichst grosse mittlere verfügbare Signalleistung zu optimieren. Der Antennenleiter 5 b verläuft im Beispiel der Fig. 4 zuerst nach unten parallel zum Rahmenteil 13 a, folgt dann parallel dem Rahmenteil 13 c bis zur Symmetytrielinie 14 der Scheibe, knickt dort nach oben ab und verläuft längs der Symmetrielinie nach oben und endet im Abstand 15 zum Antennenleiter 5 a. Hinsichtlich des Abstands 15 gelten die bei der Beschreibung von Fig. 3 erläuterten Gesichtspunkte analog.

Fig. 5 zeigt eine Ausgestaltung des Netzwerks 11 gemäß der Erfindung bei Verwendung von passiven Bauelementen mit dem Vorteil eines sehr kleinen Bauelementeaufwands. Die beiden Empfangsspannungen der Monopole an den Punkten 8 a und 8 b, jeweils bezogen auf den Massepunkt 9 des metallischen Rahmens, werden den Anschlüssen des Anschlußnetzwerks 11 über die Klemmen 10 a bzw. 10 b zugeführt. Die Eingänge der Anpassungsnetzwerke 16 a bzw. 16 b sind mit den Eingängen 10 a bzw. 10 b des Anschlußnetzwerks 11 verbunden. Die Anpassungsnetzwerke 16 a bzw. 16 b in Fig. 5 haben die Aufgabe, auf an sich bekannte Weise jeweils an den Ausgängen 12 a und 12 b der Anpassnetzwerke Impedanzanpassung an die weiterführenden Anschlußleitungen 17 a bzw. 17 b zu erzeugen. Hierbei ist darauf zu achten, daß diese Transformation möglichst ohne Signalleistungsverlust durchgeführt wird. Diese Ausführungsform des Anschlußnetzwerks eignet sich besonders dann, wenn die Antennenstrukturen eine hohe verfügbare Signalleistung haben. Gegebenenfalls können in den Anpaßschaltungen des Anschlußnetzwerks die Ein- und Ausgänge direkt verbunden werden, wenn durch geeignete Wahl der Abstände der Antennenleiter zum Rahmen und durch geeignete Länge der Antennenleiter Impedanzanpassung an die weiterführenden Leitungen gegeben ist und die verfügbaren Leistungen der Antennenstrukturen ausreichend sind.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Anschlußnetzwerks 11 mit zwei Eingängen und drei Ausgängen ist in Fig. 6 dargestellt. Hierbei werden wiederum nur passive Bauelemente im Anschlußnetzwerk verwendet. Die Spannungen der Empfangsmonopole werden über die verlustarmen Anpassungsnetzwerke 16 a bzw. 16 b den Eingängen eines verlustarmen Netzwerks 18 zugeführt. Dieses Netzwerk besitzt 3 Ausgänge. In ihm enthalten ist neben verlustarmen passiven Blindelementen eine an sich bekannte Differentialübertragerschaltung mit hoher Entkopplung. Die Ausgänge des Netzwerks 18 sind mit den Ausgängen des Anschlußnetzwerks 11 verbunden. Zwei der Ausgänge des Netzwerks 18 führen jeweils den beiden Monopolspannungen proportionale Spannungen und am dritten Ausgang des Netzwerks 18 liegt eine Spannung, die der Differenzspannung der beiden nach Betrag und Phase bestimmten Monopolspannungen entspricht und durch eine Differentialübertragerschaltung mit hoher Entkopplung zu den beiden anderen Ausgängen gebildet wird. Eine geeignete Gestaltung der Anpaßnetzwerke 16 a und 16 b sowie der passiven Blindelemente des Netzwerks 18 erzeugt jeweils Impedanzanpassung an den drei Ausgängen des Anschlußnetzwerks 11 an die weiterführenden Anschlußleitungen. Auf diese Weise wird mit geringem Aufwand ein weiteres Antennensignal erzeugt, das sich sehr unterschiedlich zu den Monopolsignalen verhält insbesondere im Hinblick auf Empfangsstörungen.

Eine aktive Ausgestaltung des Anschlußnetzwerks 11, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die verfügbare Signalleistung der Antennenstrukturen gering ist. An sich bekannte Antennenverstärkerschaltungen 20 a bzw. 20 b werden über verlustarme Anpaßschaltungen 19 a bzw. 19 b angesteuert. Die Auslegung der Anpaßschaltungen hat dabei so zu erfolgen, daß durch die Antennenverstärkerschaltungen eine Erhöhung des Signalstörabstands ermöglicht wird. Ein Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß durch die Anpaßschaltung (19) Rauschanpaßung an den Antennenverstärker erzielt werden kann und sich somit ein optimales Signalrauschverhältnis einstellt. Ein weiterer Vorteil bei dieser Ausführung der Erfindung besteht in der in der Regel einfachen Realisierbarkeit der Impedanzanpassung an die weiterführenden Leitungen. Des weiteren erhält man eine hohe Entkopplung zwischen den Ein- und Ausgängen des Anschlußnetzwerks.

In Fig. 8 ist wiederum ein Netzwerk 18, wie bereits in Fig. 6 beschrieben, in das Anschlußnetzwerk 11 eingebracht. Dieses Netzwerk mit dem darin enthaltenen Differentialübertrager erzeugt ein weiteres Antennensignal, das bzgl. des Störabstandes ähnlich dem der Monopolsignale ist, sich aber im Hinblick auf ausbreitungsbedingte Störungen sehr unterschiedlich verhält. Die Impedanzanpassung an die weiterführenden Leitungen erfolgt in der gleichen Weise wie in Fig. 6 beschrieben.

Fig. 9 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Im Gegensatz zur Fig. 8 erfolgt jetzt die Differenzsignalbildung über einen weiteren Verstärker. Dadurch erreicht man eine besonders hohe Entkopplung der drei Antennensignale am Ausgang des Anschlußnetzwerks 11. Auch unter Kostenaspekten ist in manchen Fällen eine aktive Erzeugung des Differenzsignals günstiger, da in der Regel Übertrager teuer sind. In Fig. 9 werden die beiden Ausgänge der Antennenverstärker 20 a und 20 b, die an Monopolspannungen proportionale Spannungen liefern, auf die Eingänge einer an sich bekannten Differenzverstärkerschaltung gegeben.

Im Falle der passiven Weiterleitung der Monopolsignale durch die Anpassungsnetzwerke 16 a und 16 b werden die Eingänge des Differenzverstärkers an die Ausgänge der Anpaßnetzwerke 16 a und 16 b geschaltet. Der Ausgang des Differenzverstärkers ist an die Impedanz der weiterführenden Leitung angepaßt (s. Fig. 10).

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeigt Fig. 11. Dabei werden die Monopolsignale in der bereits beschriebenen Art über verlustarme Anpaßschaltungen den Antennenverstärkern 20 a und 20 b zugeführt. Die Antennenverstärkerschaltungen können auf bekannte Weise so ausgeführt werden, daß bei jedem Antennenverstärker zwei verschiedene Anschlußpunkte gegeben sind, die eine der Monopolspannung proportionale Spannung liefern. Dadurch kann der Differenzverstärker 21 so an die Antennenverstärker 20 a bzw. 20 b angeschlossen werden, daß die Impedanzanpassung an die weiterführenden Leitungen 17 a und 17 b durch den Differenzverstärker nicht beeinträchtigt ist.

Claims (21)

1. Antennenanordnung für den Diversityempfang in Kraftfahrzeugen vorzugsweise für den Frequenzbereich der Meter- und Dezimeterwellen in der Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterscheibe (1) von einem metallischen Rahmen (2) umgeben ist und dieser Rahmen mindestens zwei angenähert geradlinige Seiten besitzt, die in der Nähe der Ecke (3) des Rahmens unter einem eingeschlossenen Winkel (4) im Bereich zwischen 30 Grad und 150 Grad zusammengeführt sind und in der Nähe dieser Ecke die Anschlußstellen (8 a) und (8 b) zweier Antennenleiter (5 a) und (5 b) vorhanden sind, die jeweils mit dem benachbarten Anschluß (9) am metallischen Rahmen zwei Empfangsmonopole bilden und die Länge (7 a) bzw. (7 b) der beiden Antennenleiter bei einer Mindestlänge von 1/10 der Betriebswellenlänge geeignet gewählt ist und die beiden Antennenleiter, ausgehend von den Anschlußstellen in der Nähe dieser Ecke (3), zumindest über eine Länge von 1/10 der Betriebswellenlänge jeweils parallel zu den beiden unmittelbar an die Ecke anschließenden Seiten im Abstand (6 a) bzw. (6 b) geführt sind und die beiden Anschlußstellen mit den beiden Eingängen (10 a) und (10 b) eines Anschlußnetzwerks (11) verbunden sind und das Anschlußnetzwerk (11) zwei oder gegebenenfalls drei Ausgänge (12 a), (12 b) und gegebenenfalls (12 c) besitzt, von denen zwei Ausgänge Spannungen liefern, die jeweils den Empfangsspannungen an den zugehörigen Anschlußstellen (8 a) und (8 b) der beiden Monopole proportional sind und gegebenenfalls der dritte Ausgang (12 c) eine Spannung liefert, die der Differenz der Empfangsspannungen an den Anschlußstellen proportional ist (Fig. 1a und Fig. 1b).

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (6 a) bzw. (6 b) vom Rahmen (2) und die Leiterlänge (7 a) bzw. (7 b) jeweils geeignet gewählt sind, derart, daß sich bezüglich der an den Anschlußstellen (8 a) und (8 b) der beiden Empfangsmonopole verfügbaren Signalleistung im Betriebswellenbereich jeweils ein Maximum einstellt.

3. Amtennenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Antennenleiter jeweils nicht länger als ein Drittel der niedrigsten Betriebswellenlänge sind.

4. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Bereichen, in denen der Antennenleiter jeweils parallel zu geradlinigen Seiten des Rahmens geführt ist, der jeweilige Abstand (6 a) bzw. (6 b) zwischen Rahmen und Antennenleiter im Bereich größer als 1 cm und kleiner als 7 cm gewählt ist und die gesamte Länge (7 a) bzw. (7 b) der beiden Antennenleiter geeignet gewählt ist.

5. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichneet, daß sie in die Seitenscheibe eines Fahrzeugs eingebracht ist (Fig. 2).

6. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in die Front- oder Heckscheibe eingebracht ist, bei denen der metallische Rahmen in der Regel nahezu trapezförmig ist und das Anschlußnetzwerk (11) und die Anschlußstellen (8 a) und (8 b) in der Nähe einer der beiden unteren Ecken der Fensterscheibe angebracht sind.

7. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie in die Front- oder Heckscheibe eingebracht ist und der metallische Rahmen nahezu trapezförmig ist und das Anschlußnetzwerk (11) und die Anschlußstellen (8 a) und (8 b) in der Nähe einer der beiden oberen Ecken der Fensterscheibe angebracht sind.

8. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Antennendraht (5 a) parallel zum vertikalen Rahmenteil (13 a) auf an sich bekannte Weise nach oben verläuft, in der oberen Nähe der Ecke umknickt, dann parallel zum oberen horizontalen Rahmenteil (13 b) verläuft bis zur vertikalen Symmetrielinie (14) der Scheibe, dann nach unten abknickt und längs der vertikalen Symmetrielinie der Fensterscheibe verläuft und im Abstand (15) zum anderen Antennendraht (5 a) endet und dieser parallel zum unteren horizontalen Rahmenteil (13 c) geführt ist und seine Länge kürzer ist als dieser Rahmenteil (Fig. 3).

9. Antennenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (15) im Bereich zwischen 2 und 15 cm gewählt ist.

10. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Antennendraht (5 a) parallel zum vertikalen Rahmenteil (13 a) nach unten verläuft, in der unteren Ecke umknickt, dann parallel zum unteren horizontalen Rahmenteil (13 c) verläuft bis zur vertikalen Symmetrielinie (14) der Scheibe, dann nach oben abknickt und längs der vertikalen Symmetrielinie der Fensterscheibe nach oben verläuft und im Abstand (15) zum anderen Antennendraht (5 a) endet und dieser parallel zum oberen horizontalen Rahmenteil (13 b) bis in die andere obere Ecke geführt ist, in der er nach unten abknickt und dann parallel zum vertikalen Rahmenteil (13 d) verläuft und im Bereich dieses Rahmenteils endet (Fig. 4).

11. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußnetzwerk (11) zwei Ausgänge (12 a) und (12 b) besitzt und für jeden der beiden Empfangsmonopole für den Bereich der Betriebswellenlänge ein an sich bekanntes verlustarmes Anpassungsnetzwerk (16 a) bzw. (16 b) vorhanden ist, dessen Eingang jeweils mit einem Eingang (10 a) bzw. (10 b) des Anschlußnetzwerks (11) verbunden ist und dessen Ausgang jeweils mit einem Ausgang (12 a) bzw. (12 b) des Anschlußnetzwerks verbunden ist und durch eine geeignete Auslegung des jeweiligen Anpassungsnetzwerks jeweils Impedanzanpassung an die weiterführenden Anschlußleitungen (17 a) und (17 b) besteht (Fig. 5).

12. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußnetzwerk (11) drei Ausgänge (12 a), (12 b) und (12 c) besitzt und für die beiden Empfangsmonopole für den Bereich der Betriebswellenlänge jeweils ein an sich bekanntes verlustarmes Annpassungsnetzwerk (16 a) bzw. (16 b) vorhanden ist und des weiteren ein verlustarmes Netzwerk (18) vorhanden ist, das zwei Eingänge und drei Ausgänge besitzt und das eine Differentialübertragerschaltung mit hoher Entkopplung in bekannter Weise enthält und die Ausgänge der Anpassungsnetzwerke mit den Eingängen des Netzwerks (18) verbunden sind und die drei Ausgänge des Netzwerks (18) mit den drei Ausgängen des Anschlussnetzwerks (11) verbunden sind und an zwei der Ausgänge des Netzwerks (18) bzw. der Ausgänge (12) des Anschlussnetzwerks (11) Spannungen vorliegen, die den Spannungen der beiden Monopole proportional sind und am dritten Ausgang des Netzwerks (18) bzw. des Anschlußnetzwerks (11) eine Spannung vorliegt, die der komplexen Differenz der Spannungen der beiden Monopole proportional ist und durch geeignete Gestaltung der Anpassungsnetzwerke (16 a) und (16 b) und des Netzwerks (18) an den drei Ausgängen des Anschlussnetzwerks (11) jeweils Anpassung an die weiterführenden Anschlussleitungen besteht (Fig. 6).

13. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsnetzwerke (16 a) und (16 b) im Anschlußnetzwerk (11) durch Kurzschlussverbindungen zwischen den jeweiligen Ein- und Ausgängen ersetzt sind und die Impedanzanpassung an die weiterführenden Anschlußleitungen durch geeignete Wahl der Abstände (6 a) bzw. (6 b) der Antennenleiter zum Rahmen (2) und durch geeignete Wahl der Antennenleiterlängen (7 a) bzw. (7 b) erreicht ist.

14. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußnetzwerk (11) zwei Ausgänge besitzt und an den beiden Eingängen verlustarme Anpassungsschaltungen (19 a) und (19 b) besitzt, an deren Ausgang jeweils eine Antennenverstärkerschaltung (20 a) bzw. (20 b) angeschlossen ist und die Ausgänge dieser Verstärkerschaltungen mit den Ausgängen (12 a) und (12 b) des Anschlußnetzwerks verbunden sind (Fig. 7).

15. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußnetzwerk (11) drei Ausgänge (12 a), (12 b) und (12 c) besitzt und für die beiden Eingänge des Netzwerks (11) verlustarme Anpassungsschaltungen (19 a) und (19 b) vorhanden sind, an deren Ausgang jeweils eine Antennenverstärkerschaltung (20 a) bzw. (20 b) angeschlossen ist und des weiteren ein verlustarmes Netzwerk (18) vorhanden ist, das zwei Eingänge und drei Ausgänge besitzt und das eine Differentialübertragerschaltung mit hoher Entkopplung in bekannter Weise enthält und die Ausgänge der Antennenverstärkerschaltungen mit den Eingängen des Netzwerks (18) verbunden sind und die drei Ausgänge des Netzwerks (18) mit den drei Ausgängen des Anschlussnetzwerks (11) verbunden sind und an zwei Ausgängen des Netzwerks (18) bzw. zwei Ausgänge (12) des Anschlussnetzwerks (11) Spannungen vorliegen, die den Spannungen der beiden Monopole proportional sind und am dritten Ausgang des Netzwerks (18) bzw. des Anschlussnetzwerks (11) eine Spannung vorliegt, die der komplexen Differenz der Spannungen der beiden Monopole proportional ist und durch geeignete Gestaltung des Netzwerks (18) an den drei Ausgängen des Anschlussnetzwerks (11) jeweils Anpassung an die weiterführenden Anschlussleitungen besteht (Fig. 8).

16. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußnetzwerk drei Ausgänge besitzt und an den beiden Eingängen des Netzwerks (11) verlustarme Anpassungsschaltungen (19 a) und (19 b) vorhanden sind, an deren Ausgang jeweils eine Antennenverstärkerschaltung (20 a) bzw. (20 b) angeschlossen ist und die Ausgänge dieser Verstärkerschaltungen mit den Ausgängen (12 a) und (12 b) des Anschlußnetzwerks verbunden sind und ein Differenzverstärker (21) vorhanden ist, dessen Eingänge mit den beiden Ausgängen der Verstärkerschaltungen (20 a) und (20 b) verbunden sind und dessen Ausgang mit dem dritten Ausgang (12 c) des Anschlußnetzwerks verbunden ist (Fig. 9).

17. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußnetzwerk drei Ausgänge besitzt und an die beiden Eingänge des Netzwerks (11) die Eingänge der Anpassungsnetzwerke (16 a) und (16 b) angeschlossen sind und deren Ausgänge mit den Ausgängen (12 a) und (12 b) des Netzwerks (11) verbunden sind und ein Differenzverstärker (21) vorhanden ist, dessen Eingänge mit den beiden Ausgängen der Anpassungsnetzwerke (16 a) und (16 b) verbunden sind und dessen Ausgang mit dem dritten Ausgang (12 c) des Anschlußnetzwerks verbunden ist (Fig. 10).

18. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußnetzwerk drei Ausgänge besitzt und an den beiden Eingängen des Netzwerks (11) verlustarme Anpassungsschaltungen (19 a) und (19 b) vorhanden sind, an deren Ausgang jeweils eine Antennenverstärkerschaltung (20 a) bzw. (20 b) angeschlossen ist und diese Verstärkerschaltungen jeweils zwei Ausgänge besitzen und jeweils ein Ausgang der Verstärkerschaltungen mit den Ausgängen (12 a) bzw. (12 b) des Anschlußnetzwerks (11) verbunden ist und ein Differenzverstärker (21) vorhanden ist, dessen Eingänge jeweils mit den beiden weiteren Ausgängen der Verstärkerschaltungen (20 a) und (20 b) verbunden sind und dessen Ausgang mit dem dritten Ausgang (12 c) des Anschlußnetzwerks verbunden ist (Fig. 11).

19. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlussnetzwerk (11) zwei Ausgänge (12 a) und (12 b) besitzt und die Erzeugung eines weiteren Signals, das der Differenz dieser beiden Signale proportional ist, auf an sich bekannte Weise in der Diversityeinheit erfolgt.

20. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 14, 15, 16 und 18 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Monopolen und ihren angeschalteten Verstärkern (20 a) und (20 b) im Anschlußnetzwerk (11) auf an sich bekannte Weise mittels der Anpassschaltungen (19 a) und (19 b) im Betriebsfrequenzbereich Rauschanpassung besteht.

21. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sinngemäß das Summensignal der Einzelmonopole ausgenutzt wird.