DE3630519C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne derart, wie sie im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 angegeben ist.

Eine solche Antenne ist bekannt aus der DE-35 34 572 A1. Bei ihr ist als Antennenleiter ein Streifenmonopol verwendet. Die Antenne besitzt bei ihrer Serienresonanzfrequenz einen niederohmigen Re­ alteil in Verbindung mit einer vergleichsweise kleinen, mittleren effektiven Antennenfläche. Es ist also sowohl die verfügbare Emp­ fangsleistung des passiven Antennenelements zu klein als auch die Transformation der Impedanz am Ende des auf die Fenster­ scheibe gebrachten Leiters mit verhältnismäßig großen Verlusten behaftet. Dies führt dazu, daß die Antenne als passive Empfangsan­ tenne eine zu kleine mittlere Empfangsleistung liefert, was im Falle der Ausgestaltung zur aktiven Antenne an deren Ausgang zu einem zu schlechten Signal-Rauschverhältnis führt. Bei der Verwen­ dung als Sendeantenne liefert die angegebene Leiterstruktur eine zu kleine mittlere Feldstärke am Empfangsort.

Eine weitere Fensterscheibenantenne für Kraftfahrzeuge ist aus DE-OS 21 36 759 bekannt. Hier ist der Antennenleiter längs der vertikalen Symmetrielinie der Fensterscheibe in einem Maximum der elektrischen Feldstärke in Richtung der elektrischen Feldlinien angeordnet. Als Antennenleiter ist ein Streifenmonopol verwendet. Dessen Kapazität oder auch die bei dem dort in die Antenne inte­ grierten Verstärker an dessen Eingang auftretende Transistorkapa­ zität stört das gewünschte Resonanzverhalten der Antenne im Be­ triebsfrequenzbereich. Zur Kompensation der störenden Kapazitäten wird deshalb bei einem in dieser Druckschrift geschilderten Aus­ führungsbeispiel statt eines gestreckten Monopols ein Faltmonopol verwendet, der unterhalb der ersten Resonanz eine induktive Kompo­ nente seines Eingangswiderstandes aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fensterscheiben­ antenne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, die als passive Antenne im Betriebsfrequenzbereich im Vergleich zu einer etwa gleich langen gestreckten Antenne eine größere mittlere effektive Antennenfläche besitzt und zugleich eine Fußpunktsimpedanz anbietet, welche eine verlustärmere Impe­ danztransformation in einer Anschlußeinheit ermöglicht. Dabei soll die Antenne neben ihrem eigentlichen Betriebsfrequenzbereich, z. B. UKW, durch relativ einfache Mittel auch in einem Zusatz-Betriebs­ frequenzbereich, z. B. LMK-Bereich, verwendet werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Antenne der Art des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Die Antenne nach der Erfindung mit Antennenanschlußein­ heit 5.

Fig. 2 Antenne mit verlustarmer Anpassungsschaltung 22.

Fig. 3 Antenne mit Anpassungsschaltung aus Serienkapazität und Parallelresonanzkreis.

Fig. 4 Typischer Impedanzverlauf für den UKW-Bereich mit einer Anpassungsschaltung nach Fig. 3 am Ende der Ausgangsleitung 6.

Fig. 5 Antenne nach der Erfindung mit niederohmiger Impedanz­ schaltung 14 zwischen dem zweiten und dritten Eingangsanschluß 9, 8.

Fig. 6 Ausführung der niederohmigen Impedanzschaltung 14 als Serienresonanzkreis 18, 19.

Fig. 7 UKW-LMK-Antenne für den Rundfunkempfang mit kapazitiv hochohmigem Verstärker 23 und einer im UKW-Bereich niederohmigen Impedanz 14, die im LMK-Bereich kapazitiv hochohmig ist.

Fig. 8 Anbringung der Antennenanschlußeinheit am unteren hori­ zontalen Teil des Fensterrahmens in der Nähe der vertikalen Symme­ trielinie der Windschutzscheibe.

Fig. 9 Antenne nach der Erfindung in der Ecke des Fensterrah­ mens, verwendet in Kombination mit einer weiteren Monopolantenne, die sich parallel zum anderen Rahmenteil 2b erstreckt, als Antenne in einer Antennendiversityanlage.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Antenne besteht sowohl in der an den Anschlußpunkten 28 und 29 im Hinblick auf eine Anpassung an die Anschlußleitung 6 günstigeren verfügbaren Impedanz als auch in der besonders großen verfügbaren Empfangsleistung an dieser Stel­ le. Die Empfangsleistung hängt wesentlich von den gewählten Ab­ ständen 11 und 12a ab (Fig. 1). Hierbei soll die Länge 12b der Leiteranordnung so gewählt sein, daß sich die zwischen den End­ punkten 28 und 29 meßbare Impedanz im Betriebsfrequenzbereich in der Nähe der Serienresonanz befindet. Hierbei ist die Ausgestal­ tung der nahezu rechteckigen Konfiguration im Bereich des Leiter­ teils 4b in Fig. 1 ohne nennenswerten Einfluß auf Impedanz und verfügbare Leistung. D.h. der Leiterteil 4b kann z. B. auch als Rundbogen ausgestaltet werden.

Im UKW-Bereich ergibt sich z. B. eine günstige Länge 12b von ca. 40 cm bis 50 cm. Der Abstand 11 und der Abstand 12a sind häufig durch fahrzeugtechnische Aspekte in ihrer Größe begrenzt. Ein Ab­ stand 11 von ca. 5 cm in Verbindung in einem ebenso großen Abstand 12a führt zu Empfangsleistungen, wie sie mit den bekannten Staban­ tennen von etwa einer Viertelwellenlänge erreicht werden. Wird der Abstand 12a im Interesse eines kleineren Abstands des Leiters 4c vom Rahmenteil 2a z. B. auf 2,5 cm reduziert, so geht die Empfangs­ leistung zwar etwas zurück, die Impedanz wird jedoch davon nicht wesentlich beeinflußt. Die zwischen den Punkten 28 und 29 meßbare Impedanz liegt dabei so günstig, daß sie mit einem einfachen Par­ allelkreis 15, 16 in Fig. 3 in die für Autoradiosysteme günstige Impedanzkurve transformiert werden kann. Mit Hilfe der Serienkapa­ zität 17 kann dabei die Lage der Frequenzen auf der Schleifenkurve für den UKW-Bereich auf an sich bekannte Weise optimal eingestellt werden.

Die Wirkungsweise der Antennenkonfiguration ist bedingt durch das optimale Zusammenwirken der magnetischen Effekte, die durch Einwirkung der magnetischen Felder der auf dem benachbarten Rah­ menteil konzentriert fließenden Ströme auf die Rechteckfläche der Antennenkonfiguration entstehen und der elektrischen Effekte, die durch das vorzugsweise senkrecht zum Rahmenteil 2a sich ausbil­ dende elektrische Feld bedingt sind. Damit die magnetischen Ef­ fekte sich ausbilden können, ist eine niederohmige Verbindung zwi­ schen dem Ende 29 des Antennenleiters 4a und dem Rahmen 2 der Fen­ sterscheibe 1 notwendig.

Diese niederohmige Verbindung wird in einer einfachsten Ausfüh­ rungsform der Erfindung durch eine galvanische Brücke 13 in Fig. 1 bis 3 hergestellt. Zur elektrischen Korrektur der Antennenlänge kann diese Impedanz zum Zwecke der Verlängerung als Induktivität, zur Verkürzung als Kapazität und zur frequenzabhängigen Korrektur der elektrischen Länge, z. B. als Serienresonanzkreis 18, 19, wie in Fig. 6, ausgeführt werden. Diese Schaltelemente werden in einer Antennenanschlußeinheit 5 untergebracht, die im Sinne der Erfin­ dung den Übergang von der Ausgangsleitung 6, die in der Regel ko­ axial ausgeführt ist, und den Verbindungsleitungen bildet, die die Verbindung zu den beiden Endpunkten des Antennenleiters auf der Glasscheibe 1 herstellen. Weiterhin bildet sie auch den Anschluß zur Fahrzeugmasse in einem einfachsten Fall, der in Fig. 1 darge­ stellt ist.

Die kombinierte Nutzung von elektrischen und magnetischen Effek­ ten, wie es die Erfindung vorsieht, ist nur dann möglich, wenn die Länge 12b der Konfiguration nicht zu klein ist im Vergleich zur Wellenlänge. Auch bei Nutzung der elektrischen Verlängerungsmög­ lichkeit durch Blindelemente soll diese Länge nicht kleiner als ein Fünfzehntel der Betriebswellenlänge gewählt werden. Anderer­ seits sollte der Abstand 11 nicht größer als ein Fünfzehntel und der Abstand 12a zwischen den Leiterteilen 4c und 4a klein sein im Vergleich zur Wellenlänge und den Wert ein Zwanzigstel nicht über­ schreiten. Es hat sich gezeigt, daß die Anschlüsse der Antennen­ leiterenden 28 und 29 bezüglich ihrer Verbindung mit den Eingangs­ anschlüssen 3 und 8 der Antennenanschlußeinheit 5 vertauscht wer­ den können, ohne daß die Funktion der Antenne dadurch dem Wesen nach verändert wird.

Bei sehr niedrigen Frequenzen, wie z. B. dem LMK-Bereich, ist es deshalb naturgemäß nicht möglich, den magnetischen Effekt auf ähn­ liche Weise zu benutzen, wie es im höherfrequenten UKW-Bereich möglich ist, in dem die Länge 12b eine nennenswerte Größe im Ver­ gleich zur Betriebswellenlänge besitzt. Im LMK-Bereich ist es des­ halb sinnvoll, die gesamte Antennenstruktur, bestehend aus den Leitern 4a, 4b und 4c als kapazitiven Monopol mitzubenutzen. Dies geschieht in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung am ein­ fachsten durch eine Impedanz 14 (Fig. 5 und 7), die im UKW-Fre­ quenzbereich niederohmig, im LMK-Bereich hochohmig kapazitiv ist. Ein Serienresonanzkreis 18, 19 in Fig. 6 mit Resonanzfrequenz in der Nähe der UKW-Frequenzen besitzt diese Eigenschaft, wenn die Kapazität 18 so klein wie möglich gewählt wird. Im LMK-Bereich wirkt diese Kapazität als kapazitive Last der kapazitiv wirkenden Antennenkonfiguration. Die Empfangsspannung kann in diesem Fre­ quenzbereich aufgrund der in diesem Frequenzbereich gegebenen Nie­ derohmigkeit der Antennenleiter wahlweise am Eingangsanschluß 3 oder am Eingangsanschluß 8 der Antennenanschlußeinheit 5 abgegrif­ fen werden. Im Interesse eines günstigen Signal-Rauschverhältnis­ ses in diesem Frequenzbereich ist es sinnvoll, hierfür einen rauscharmen, kapazitiv hochohmigen Verstärker 23 einzusetzen (Fig. 7).

Die Impedanz 14, die hierfür, wie in Fig. 6, durch einen Seri­ enresonanzkreis ausgeführt werden kann, bewirkt, daß das als Feld­ effekttransistor gezeichnete Verstärkerelement mit seinem Gate wahlweise an den Punkt 3 oder an den Punkt 8 angeschlossen werden kann. Die Eingangskapazität der Transistorschaltung wirkt zusätz­ lich belastend und sollte so klein wie möglich gewählt werden. Eine Antenne dieser Art ermöglicht somit sowohl den LMK-Empfang als auch den UKW-Empfang unter der Voraussetzung, daß die ver­ lustarme Anpassungsschaltung 22 in Fig. 7 für den UKW-Empfang ge­ eignet ausgestaltet ist. Eine weitere Verbesserung der Antenne ist möglich, wenn anstelle des verlustarmen Anpassungsnetzwerks 22 eine UKW-Verstärkerschaltung mit eingangsseitiger Rauschanpassung zur Anwendung kommt. Aufgrund der günstigen Impedanz zwischen den Enden des Antennenleiters 28 und 29 ist auch die Transformation dieser Impedanz in die für Rauschanpassung am Eingang von Transi­ storen geforderte Impedanz besonders verlustarm durchführbar. Sowohl der LMK-Verstärker 23 als auch die Anpassungsschaltung 22 kann in der Antennenanschlußeinheit untergebracht werden.

Fahrzeugtechnische Aspekte erfordern häufig einen für den Einbau günstigen Montageort der Antennenanschlußeinheit. Bevorzugt werden hierfür aufgrund der leichten Zugänglichkeit die beiden unteren Ecken einer Windschutzscheibe verwendet. Im Interesse einer kurzen Ausgangsleitung 6 kann die erfindungsgemäße Antenne sehr vorteil­ haft in der Nähe der vertikalen Symmetrieachse der Windschutz­ scheibe am unteren Fensterrand in der Nähe des Autoradios 7, wie in Fig. 8, montiert werden.

Moderne UKW-Empfangssysteme basieren auf der Anwendung mehrerer UKW-Antennen für Antennendiversity. Für diese Verwendung ist die erfindungsgemäße Antenne aufgrund ihrer Eigenschaften besonders geeignet. Dazu wird sie mit ihrer Antennenanschlußeinheit 5 in der Nähe einer Ecke der Windschutzscheibe angebracht und die Antennen­ leiter in einer beispielhaften Ausführungsform entlang dem hori­ zontalen Teil 2a des Fensterrahmens verlegt. Entlang dem vertika­ len Rahmenteil 2b in Fig. 9 ist eine weitere Monopolantenne, z. B. von der angegebenen, an sich bekannten Form angebracht, deren An­ tennenanschlußeinheit 25 vorzugsweise mit der Antennenanschlußein­ heit 5 mechanisch zusammengefaßt wird. Am Ausgang der beiden An­ tennenanschlußeinheiten sind die Ausgangsleitungen 6 und 24 ange­ schlossen, an deren Enden die Empfangseinrichtung 7a mit ihrer Diversityeinrichtung angeschlossen ist. Aufgrund der unterschied­ lichen elektromagnetischen Felder in der Umgebung der Rahmenteile 2a und 2b sind auch die Ausgangsspannungen der Ausgangsleitungen während der Fahrt nur wenig miteinander korreliert. Bedingt durch die mechanische Einheit der Antennenanschlußeinheiten und die we­ nig aufwendige Anbringung der Leiterkonfigurationen auf oder in dem Glas ist diese Antennenkombination eine besonders wirtschaft­ liche und effektive Lösung zur Herstellung von zwei Antennen für Antennendiversity.

Claims (19)

1. Fensterscheibenantenne für Kraftfahrzeuge, die aus einem metallischen Rahmen (2), der die Fensterscheibe (1) des Kraft­ fahrzeugs umschließt, einem auf oder in der Fensterscheibe (1) nahe einem Rahmenteil in seiner Längserstreckung parallel zu die­ sem angebrachten Antennenleiter, einer Antennenanschlußeinheit (5) und einer Ausgangsleitung (6) besteht und bei der die Antennenanschlußeinheit (5) in der Nähe des metallischen Rahmens angebracht ist, wobei ein erster Eingangsanschluß (3) der Antennenanschlußeinheit (5) über eine kurze Verbindungsleitung mit einem ersten Ende (28) des Antennenleiters und ein zweiter Eingangsanschluß (9) der Antennenanschlußeinheit (5) mit dem me­ tallischen Rahmen (2) verbunden ist und in der Antennenan­ schlußeinheit (5) deren erster Eingangsanschluß (3) mit dem span­ nungsführenden Anschluß (30) der Ausgangsleitung (6) im Betriebs­ frequenzbereich verbunden ist und die Ausgangsleitung (6) zu ei­ nem Empfänger (7) zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Antennenleiter als u-förmiger Faltmonopol (4a, 4b, 4c) ausge­ bildet ist, dessen erster Schenkel (4c) mit seinem freien Ende das erste Ende (28) des Antennenleiters und dessen zweiter Schen­ kel (4a) mit seinem freien Ende ein zweites Ende (29) des Antennenleiters bildet,
daß die Anschlußeinheit (5) einen dritten Eingangsanschluß (8) besitzt, an den über eine möglichst kurze Verbindungsleitung das zweite Ende des Antennenleiters angeschlossen ist, daß in der An­ tennenanschlußeinheit (5) der dritte Eingangsanschluß (8) über eine im Betriebsfrequenzbereich niederohmige Impedanz mit dem zweiten Eingangsanschluß (9) verbunden ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schenkel (4c) des Faltmonopols (4a, 4b, 4c) dem in der Nähe liegenden Rahmenteil (2a) ferner liegt als der zweite Schen­ kel (4a).

3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schenkel (4c) des Faltmonopols (4a, 4b, 4c) dem in der Nähe liegenden parallelen Rahmenteil (2a) näher liegt als der zweite Schenkel (4a).

4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (12b) des Faltmonopols (4a, 4b, 4c) mindestens ein Fünfzehntel und der Abstand (11) des rahmennäheren Schenkels (4a) vom Rahmenteil (2a) höchstens ein Fünfzehntel und der Abstand (12a) zwischen dem ersten Schenkel (4c) und dem zweiten Schenkel (4a) höchstens ein Zwanzigstel der Betriebswellenlänge ist (Fig. 1).

5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsfrequenzbereich gleich dem UKW-Bereich ist, daß die Länge (12b) des Faltmonopols (4a, 4b, 4c) zwischen 35 cm und 50 cm und der Abstand (11) des rahmennäheren Schenkels (4a) vom Rahmenteil (2a) zwischen 5 cm und 10 cm und der Abstand (12a) zwischen dem ersten Schenkel (4c) und dem zweiten Schenkel (4a) ungefähr 5 cm beträgt (Fig. 1).

6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsfrequenzbereich gleich dem UKW-Bereich ist, daß die Länge (12b) des Faltmonopols (4a, 4b, 4c) zwischen 35 cm und 50 cm und der Abstand (11) des rahmennäheren Schenkels (4a) vom Rahmenteil (2a) ungefähr 5 cm und der Abstand (12a) zwischen dem ersten Schenkel (4c) und dem zweiten Schenkel (4a) ungefähr 3 cm beträgt (Fig. 1).

7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsfrequenzbereich gleich dem UKW-Bereich ist, daß die im Betriebsfrequenzbereich niederohmige Impedanz zwischen dem zweiten (9) und dem dritten (8) Eingangsanschluß der Antennenanschlußeinheit (5) durch eine galvanische Verbindung (13) hergestellt ist und die Verbindung zwischen dem ersten Ein­ gangsanschluß (3) und dem spannungsführenden Anschluß (30) der Ausgangsleitung (6) im Inneren der Antennenanschlußeinheit (5) ebenfalls eine galvanische Verbindung ist (Fig. 1).

8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluß (3) und dem spannungsführenden Anschluß (30) der Ausgangsleitung (6) im Inne­ ren der Antennenanschlußeinheit (5) durch eine verlustarme Anpas­ sungsschaltung (22) hergestellt ist (Fig. 2).

9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die verlustarme Anpassungsschaltung (22) aus einer im Längszweig liegenden Serienkapazität (17) und einem im Querzweig liegenden Parallelresonanzkreis (15, 16) gebildet ist, dessen Resonanzfre­ quenz innerhalb oder in der Nähe des Betriebsfrequenzbereichs liegt (Fig. 3).

10. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluß (3) und dem spannungsführenden Anschluß (30) der Ausgangsleitung (6) im Inne­ ren der Antennenanschlußeinheit (5) durch einen Verstärker mit eingangsseitiger verlustarmer Rauschanpassungsschaltung herge­ stellt ist.

11. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die im Betriebsfrequenzbereich niederohmige Impedanz zwischen dem zweiten (9) und dem dritten (8) Eingangsanschluß der Antennenan­ schlußeinheit (5) durch eine Impedanzschaltung (14) mit indukti­ vem Charakter zur elektrischen Verlängerung des Faltmonopols (4a, 4b, 4c) realisiert ist (Fig. 5).

12. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die im Betriebsfrequenzbereich niederohmige Impedanz zwischen dem zweiten (9) und dem dritten (8) Eingangsanschluß der Antennenan­ schlußeinheit (5) durch eine Impedanzschaltung mit kapazitivem Charakter zur elektrischen Verkürzung des Faltmonopols (4a, 4b, 4c) realisiert ist.

13. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsfrequenzbereich gleich dem UKW-Bereich ist und die im Betriebsfrequenzbereich niederohmige Impedanz (14) zwischen dem zweiten (9) und dem dritten (8) Eingangsanschluß der Antennenan­ schlußeinheit (5) durch eine Schaltung aus Blindelementen (18, 19) mit Serienresonanzcharakter realisiert ist (Fig. 6).

14. Antenne nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einem Zusatz-Betriebsfrequenzbereich, der gleich dem LMK- Bereich ist, als Monopolantenne arbeitet, daß die Schaltung aus Blindelementen mit Serienresonanzcharakter im Zusatz-Betriebsfre­ quenzbereich kapazitiv hochohmig ist und in der Antennenan­ schlußeinheit (5) eine Verstärkerschaltung (23) mit kapazitiv hochohmigem Eingangswiderstand vorhanden ist, deren Eingang entweder an den ersten (3) oder an den dritten (8) Eingangsan­ schluß angeschlossen ist und deren Ausgang mit der Ausgangslei­ tung (6) verbunden ist (Fig. 7).

15. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanschlußeinheit (5) in der Nähe einer Ecke des Rah­ mens (2) der Windschutzscheibe (1) angebracht ist (Fig. 1).

16. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanschlußeinheit (5) in der Nähe der vertikalen Symme­ trielinie am unteren Rahmenteil des Rahmens (2) der Windschutz­ scheibe (1) angebracht ist (Fig. 8).

17. Antenne nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch ihre Verwendung in einer Antennendiversityanlage zusammen mit einem entlang dem anderen Teil des Fensterrahmens (2b), aus­ gehend von der Ecke, angebrachten weiteren Monopol (20) mit zuge­ höriger Antennenanschlußeinheit (25) und Ausgangsleitung (24) zwei Antennenausgangssignale für die Empfangseinrichtung (7a) zur Verfügung stehen (Fig. 9).

18. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Fensterscheibe eine feststehende Seitenscheibe ist.

19. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltmonopol (4a, 4b, 4c) in einem von Heizleitern nicht be­ deckten Bereich der Heckfensterscheibe angebracht ist.