DE4318869A1 - Funkantennen-Anordnung auf der Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
Funkantennen-Anordnung auf der Fensterscheibe eines KraftfahrzeugsInfo
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- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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Description
Die Erfindung betrifft eine Funkantennen-Anordnung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Funkantennen-Anord
nung kann vorteilhaft eingesetzt werden z. B. für die Funksysteme
der Mobilkommunikation (Autotelefon im C-, D- oder E-Netz oder
für Bündelfunksysteme).
Wenn kein Montageloch in der Fahrzeugkarosserie angebracht wer
den soll, wird häufig eine stabförmige Antenne im oberen Bereich
der Fahrzeugheckscheibe aufgebracht, wobei das Antennenelement
dann außen auf die Glasscheibe befestigt wird und das
Antennengegengewicht ebenfalls z. B. auf der Fensterscheibe ange
bracht ist, oder z. B. durch das koaxiale Speisekabel gebildet
ist, das vollständig im Fahrzeuginneren verlegt werden kann und
die kapazitive Einkopplung der Antennensignale durch die Scheibe
hindurch erfolgen kann.
Nachteilig bei einer derartigen Antenne nach dem Stand der Tech
nik ist, daß infolge der Neigung der Heckscheibe der Fußpunkt
des Antennenelements deutlich unterhalb der Dachkante des Fahr
zeugs angeordnet ist. Dies hat zur Folge, daß das Antennenele
ment zumindest im unteren Bereich zwangsweise durch die Karosse
rie in Richtung nach vorne abgeschattet ist. Außerdem ergibt
sich aufgrund der Nähe der leitenden Karosserieteile immer eine
starke Strahlungsverkopplung mit der Karosserie, die auf dieser
starke Ströme hervorruft, welche ihrerseits eine Abstrahlung be
wirken, so daß das Richtdiagramm stark beeinflußt wird.
Die für Kraftfahrzeugfunkantennen angestrebte Charakteristik der
Horizontaldiagramme mit einer möglichst gleichmäßigen Abstrah
lung in alle Raumrichtungen wird in der Praxis deshalb nur durch
rotationssymmetrische Antennenelemente in der Mitte des Daches
angenähert erreicht. Mit außermittig angebrachten Antennen oder
mit den auf die Fahrzeugscheibe aufgeklebten Antennen ergeben
sich durch die Strahlungsverkopplung mit der Fahrzeugkarosserie
unerwünschte und teilweise nicht mehr tolerierbare Verformungen
des Horizontaldiagramms, das sind insbesondere Strahlungskompen
sationen, welche starke Einzüge im Horizontaldiagramm bewirken.
Hierbei wird in der Regel speziell die Abstrahlung im Raumwin
kelbereich nach vorne unzulässig reduziert. Außerdem tritt mit
höher werdender Frequenz eine ausgeprägte Aufzipfelung des Dia
gramms ein. Dies führt insbesondere in den Minima der Horizon
talstrahlung bei vorgegebener Strahlungsleistung im Sendebetrieb
häufig zu unerwünscht kleinen Strahlungsdichten am Empfangsort,
d. h. zu unerwünscht großer Funkfelddämpfung.
Für die Praxis ist bei Funkantennen wichtig, daß bei vorgegebe
ner Senderleistung in keiner Horizontalrichtung die Strahlungs
dichte unter einen minimal geforderten Wert absinkt.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Funkantennen-Anord
nung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, bei der
trotz vorhandener Strahlungsverkopplung mit der Fahrzeugkarosse
rie die im Horizontaldiagramm geringste auftretende Flachstrah
lungsdichte möglichst groß ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Funkantennen-Anord
nung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere
in der Möglichkeit, ohne Funktionseinbußen kurze und optisch un
scheinbare Antennen zu ermöglichen, also bei einer hohen Lei
stungsfähigkeit des Antennensystems eine optisch und unter fahr
zeugspezifischen Aspekten äußerst attraktive Lösung realisieren
zu können.
Die Verwendung mehrerer Antennenelemente erlaubt bei vorgegebe
ner geeigneter Positionierung auf der Fensterscheibe eines be
stimmten Kraftfahrzeugs eine hierfür spezifische Erzeugung von
Stromverteilungen auf den Antennenelementen der Strahlergruppe
nach Betrag und Phase derart, daß unter Einbeziehung der Strah
lungsverkopplung mit dieser Fahrzeugkarosserie
- - im Mittel eine erhöhte Bündelung der Strahlung in vertikaler Richtung zu Gunsten kleiner Elevationswinkel entsteht und
- - dabei möglichst geringe Einzüge des horizontalen Strahlungs diagramms auftreten,
wodurch bewirkt wird, daß die geringste, im gesamten Horizontal
bereich auftretende Flachstrahlungsdichte so groß wie möglich
ist.
Durch die nach der Erfindung getroffenen Maßnahmen wird die an
sich unerwünschte Abstrahlung der durch Strahlungskopplung ange
regten Fahrzeugkarosserie nicht unterbunden. Durch geeignete
Stromverteilungen auf den Antennenelementen der Strahlergruppe
nach Betrag und Phase wird vielmehr durch die Vielzahl der
Strahler ein Wellenfeld überlagert, welches in der Summe Strah
lungseigenschaften gemäß der Aufgabe der Erfindung ergibt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen 1 bis
10 dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1: Erfindungsgemäße Gruppenantenne mit zwei übereinander an
geordneten stabförmigen Antennenelementen und mit einem
Netzwerk mit Antennenanschlußstelle.
Fig. 2a: Erfindungsgemäße Gruppenantenne mit zwei übereinander
angeordneten stabförmigen Antennenelementen und mit einem
Streifenleitungs-Netzwerk.
Fig. 2b: Beispiel eines Streifenleitungs-Netzwerks mit einer
retardierten und in der Amplitude reduzierten Speisung des
oberen Antennenelements. Das Streifenleitungs-Netzwerk dient
gleichzeitig als Antennengegengewicht.
Fig. 3: Erfindungsgemäße Gruppenantenne mit zwei übereinander an
geordneten und durch eine Verlängerungsspule und eine
Dachkapazität elektrisch verlängerten Antennenelementen.
Fig. 4: Erfindungsgemäße Gruppenantenne mit drei Anten
nenelementen und mit radial und ringförmig angebrachten
drahtförmigen Leitern zur Vergrößerung der Massefläche.
Fig. 5a: Erfindungsgemäße Gruppenantenne mit für die Funkfrequenz
niederohmiger Ankopplung einer weiteren Antenne und für die
Funkfrequenz niederohmiger Ankopplung der Heizleiter, die
ihrerseits miteinander über weitere senkrechte Leiter galva
nisch verbunden sind.
Fig. 5b: Detailzeichnung einer für die Funkfrequenz niederohmigen
Ankopplung einer weiteren Antenne und eines Heizleiters nach
Fig. 5a.
Fig. 6a: Erfindungsgemäße Gruppenantenne mit zwei übereinander
angeordneten Antennenelementen.
Fig. 6b: Erfindungsgemäße Gruppenantenne mit Antennenelementen,
die horizontal gegeneinander versetzt sind.
Fig. 7a: Erfindungsgemäße Gruppenantenne mit drei Anten
nenelementen, die in einem auf der Basis stehenden Dreieck
angeordnet sind.
Fig. 7b: Erfindungsgemäße Gruppenantenne mit drei Anten
nenelementen, die in einem auf der Spitze stehenden Dreieck
angeordnet sind.
Fig. 8: Erfindungsgemäße Gruppenantenne mit mehr als drei Anten
nenelementen.
Fig. 9: Erfindungsgemäßes Antennenelement mit zwei Anschlußtoren.
Fig. 10a bis c: Horizontale Richtdiagramme der Einzelstrahler
nach Fig. 7b (Antenne1 oben links; Antenne2 oben rechts; An
tenne3 unten mittig).
Fig. 10d: Horizontales Richtdiagramm der erfindungsgemäßen Grup
penantenne nach Fig. 7b.
Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer erfindungsgemäßen
Gruppenantenne mit zwei Antennenelementen 3 auf einer Fenster
scheibe 1 eines Kraftfahrzeugs, in der Regel ist dies eine Heck
scheibe. Die beiden stabförmigen Antennenelemente 3 sind außen
angebracht, z. B. in herkömmlicher Technik aufgeklebt. Besonders
gute Strahlungseigenschaften im Sinne der Lösung der Aufgabe der
Erfindung werden bei solchen Fahrzeugen erreicht, wenn der Nei
gungswinkel 13 der Fensterscheibe gegenüber der Horizontalen
nicht größer ist als 60 Grad.
Im Beispiel der Fig. 1 sind die Antennenelemente 3 übereinander
angeordnet. Insbesondere bei symmetrischen Fahrzeugformen ist
häufig der Anbringungsort auf der Symmetrieachse des Fahrzeugs
in Längsrichtung vorteilhaft. Als Antennengegengewicht 4 sind
auf der Fensterfläche leitende Flächen um die Antennenelemente
aufgebracht. Die metallische Karosserie des Fahrzeugs ist mit 8
gekennzeichnet.
Der Frequenzbereich, in dem erfindungsgemäße Antennenanordnungen
eingesetzt werden, ist der Wellenlängenbereich der Dezimeterwel
len (Freiraumwellenlängen zwischen 1 m und 10 cm) oder noch kür
zeren Wellen (unter 10 cm Freiraumwellenlänge). In diesen Fre
quenzbereichen werden moderne Funksysteme wie das C-, D- und E-
Netz-Mobiltelefon oder andere Dienste, wie z. B. Bündelfunk
dienste, betrieben.
Im Interesse eines möglichst zuverlässigen Funkbetriebs ist es
wichtig, daß sich bei der Abstrahlung der Funkwellen kein Win
kelbereich mit deutlich reduzierter Strahlungsintensität ergibt.
Die minimal sich in einen Winkelbereich ergebende Strahlungsin
tensität pro abgestrahlter Sendeleistung ist daher ein entschei
dendes Kriterium für die Leistungsfähigkeit einer Funkantennen-
Anordnung.
Im Falle einer auf oder in einer Fahrzeugscheibe nach dem Stand
der Technik angebrachten Funkantenne ist es jedoch unvermeidbar,
daß in bestimmte Raumrichtungen vergleichsweise wenig Strah
lungsintensität abgestrahlt wird. Dies resultiert zum einen aus
der zum Fahrzeugheck abfallenden Scheibe, wodurch eine auf der
Scheibe angebrachte Funkantenne in einer Abschattungszone der
Karosserie liegt, wenn die Strahlung nach vorne betrachtet wird.
Zum anderen ist immer eine starke Strahlungsverkopplung mit der
leitenden Fahrzeugkarosserie gegeben, wodurch sich im betrachte
ten Frequenzbereich der Dezimeterwellen oder oberhalb wegen der
im Vergleich zur Betriebswellenlänge großen Abmessung der Fahr
zeuge mit den einhergehenden Resonanz strömen in der Karosserie
eine unerwünschte Aufzipfelung des Horizontaldiagramms ergibt.
Die horizontale Richtcharakteristik jeder der beiden Einzelan
tennenelemente 3 weist daher auch bei erfindungsgemäßen Gruppen
antennen unerwünschte Abweichungen von der idealen Abstrahl
charakteristik auf. Außerdem sind die Einzeldiagramme der
Einzelantennen untereinander nicht gleich, da wegen der unter
schiedlichen Montagepunkte die Abschattung durch die Karosserie
und die Verkopplung mit ihr nicht gleich sind.
Je größer der Neigungswinkel 13 der Fensterscheibe 1 ist, um so
vorteilhafter ist es, die Strahler in der Nähe der oberen Beran
dung der Fensterscheibe anzuordnen. Bei nicht zu steilen Nei
gungswinkeln können auch die Antennenelemente 3 entsprechend
kurz ausgeführt werden. Hierbei ergibt sich eine untere Grenze
von etwa 1/10 der Wellenlänge (Lambda/10). Bei starken Neigungs
winkeln der Scheibe sind längere Antennenelemente 3, z. B.
Lambda/2-Elemente vorzuziehen.
Bei erfindungsgemäßen Gruppenantennen erfolgt die Speisung der
Antennen im Sendefall über ein verlustarmes Netzwerk 7, das im
Beispiel der Fig. 2a stellvertretend als Streifenlei
tungsnetzwerk dargestellt ist.
Das Netzwerk 7 ist dabei derart ausgeführt, daß eine definierte
und fest eingestellte Phasen- und Amplitudenbeziehung der Fuß
punkts-Speiseströme der beiden Antennenelemente 3 vorliegt. Über
diese definierte Phasen- und Amplitudenbeziehung wird das Hori
zontaldiagramm der erfindungsgemäßen Antennenanordnung in der
gewünschten vorteilhaften Art beeinflußt und gegenüber der Ab
strahlcharakteristik jeder der Einzelantennen verbessert.
An der Antennenanschlußstelle 6 der Gruppenantenne ist in der
Regel für das jeweilige Nutzfrequenzband ein Stehwellen
verhältnis erforderlich, wie es von HF-Schnittstellen anderer
Funksysteme bekannt ist. An dieser Antennenanschlußstelle 6 ist
dann in der Regel eine Koaxialleitung 11 angeschlossen, die zum
Funkgerät führt.
In Fig. 1 ist die Anschlußstelle 2 des Antennenelements 3 über
eine galvanische Verbindung mit dem Netzwerk 7, welches auf der
Innenseite der Fensterscheibe 1 angebracht ist, verbunden. Im
Netzwerk 7 selbst werden die Signale der Antennenelemente ver
knüpft und mit der Antennenanschlußstelle 6 verbunden. Im ge
zeichneten Beispiel erfolgt die Verbindung zwischen Antennenele
ment 3 und dem Netzwerk 7 über eine Bohrung durch das Glas. Zur
Vermeidung einer derartigen ungünstig zu realisierenden Bohrung
wird in Fig. 2a das Antennenelement 3 über eine kapazitiv ge
staltete hochfrequente Verbindung 16 an das Netzwerk 7 ange
schlossen. Letzteres ist zur Erstellung der notwendigen Phasen-
und Amplitudenbeziehungen sehr vorteilhaft als eine Streifenlei
tungsschaltung realisierbar. Diese Ausgestaltung ermöglicht bei
Serienherstellung eine kostengünstige Reproduzierung der notwen
digen Phasen- und Amplitudenbeziehungen zwischen den elektri
schen Größen an den Antennenelementen. In diesem Fall kann die
kapazitive Verbindung 16 technologisch kostengünstig in die
Streifenleitungsschaltung einbezogen werden, wie es in Fig. 2b
dargestellt ist. Die Anschlußstelle 2 des Antennenelements 3 ist
dabei als Kreisfläche ausgeführt.
Die Antennenelemente 3 sind untereinander strahlungsverkoppelt
und werden über das Netzwerk 7 zusätzlich miteinander elektrisch
verknüpft, so daß sich bezüglich der Antennenanschlußstelle 6
die resultierende Strahlungscharakteristik unter Einbeziehung
der Strahlungsverkopplung mit der Karosserie des Fahrzeugs er
gibt. In einer einfachsten Ausführungsform dieses Netzwerks 7
kann auch eine Gruppenantenne gestaltet werden, in welcher die
Verkopplung zwischen den Strahlen ausschließlich durch die
Strahlungsverkopplung der Antennenelemente 3 erfolgt. In diesem
Fall ist nur einer der vorhandenen Strahler mit der Antennenan
schlußstelle 6 am Netzwerk 7 über eine Hochfrequenzleitung ver
bunden. Die Strahlungscharakteristik der Gesamtanordnung wird
jedoch wesentlich durch die Gesamtheit der miteinander strah
lungsverkoppelten Antennenelemente 3 unter Einbeziehung der Wir
kung der Fahrzeugkarosserie gestaltet.
Die Strahlungskopplung zwischen den Antennenelementen wird we
sentlich von deren Länge und ihrem Abstand voneinander bestimmt.
Hiebei zeigt sich, daß bei zu großen Abständen zwischen den
Strahlern die Strahlungsrichtdiagramme die Tendenz besitzen,
starke Einzüge zu bilden. Bei bevorzugten Antennenanordnungen
werden deshalb auch im Interesse einer einfachen Gestaltung des
Netzwerks 7 die Abstände zwischen den am weitesten voneinander
entfernten Antennenelementen nicht größer als etwa die 2-fache
Wellenlänge gewählt. Die zur Lösung der Aufgabe der Erfindung zu
fordernden Phasen- und Amplitudenzustände der elektrischen
Größen auf den Antennenelementen sind somit wesentlich von deren
Gestalt und Position zueinander sowie der Strahlungsverkopplung
mit der leitenden Fahrzeugkarosserie abhängig. Es gibt somit für
jedes Fahrzeug eine Vielzahl günstiger Anordnungen von Antennen
gruppen nach der Erfindung, welche jeweils durch hierfür spezi
fische Optimierung des Netzwerks 7 vorteilhafte Strahlungseigen
schaften ergeben. Die hierfür verwendeten Strahlerformen können
innerhalb bestimmter Grenzen frei gewählt werden. Anstelle ein
facher stabförmiger Antennenelemente können z. B., wie in Fig. 3,
Antennenelemente mit einer kapazitiven Last 15 verwendet werden
und im Interesse einer weiteren Verkürzung z. B. mit Blindelemen
ten 14 beschaltet werden. Auch bei länger gewählten Antennenele
menten mit einer Länge von Lambda/2, können die Strombelegungen
auf den Antennenelementen geeignet beeinflußt werden.
Eine besonders einfache Gestaltung einer Gruppenantenne ergibt
sich bei Verwendung von zwei Strahlern gemäß Fig. 6a. Insbeson
dere bei Anbringung auf geneigten Fensterscheiben z. B. im Heck
eines Fahrzeugs wird die Strahlung nach vorne abgeschattet. In
diesem Fall ist es zweckmäßig, einen ersten Strahler direkt am
oberen Fensterrand anzubringen und zur Auffüllung der Abschat
tung den zweiten Strahler in kleinem Abstand unterhalb des er
sten Strahlers anzubringen und entsprechend phasenrichtig anzu
steuern. Eine besonders vorteilhafte Anordnung auf geneigten
Fensterscheiben ist die Dreiecksanordnung in Fig. 7b. Dort wer
den zur Maximierung der Gesamtstrahlung zwei Strahler am oberen
Rand des Fensters vorzugsweise symmetrisch zur Mitte angebracht
und zur Auffüllung der Abschattung nach vorne ein weiterer
Strahler vorzugsweise in der vertikalen Symmetrielinie 24 in ei
nem günstigen Abstand 28 darunter plaziert. Durch Ansteuerung
mit einem für diese Konfiguration optimierten Netzwerk 7 lassen
sich sehr gute Runddiagramme mit entsprechend kleinen Einzügen
bewirken.
Die mit der Erfindung erreichte Wirkung geht eindrucksvoll aus
den Bildern 10a bis 10d hervor. In den dargestellten Horizontal
diagrammen der Bilder 10a bis 10c sind die Strahlungseigenschaf
ten der Einzelstrahler in Fig. 7b dargestellt. Jedes der Dia
gramme besitzt starke untolerierbare Einzüge bzw. Abschattungs
bereiche. Obgleich die verwendeten Antennenelemente aus
rotationssymmetrischen Gebilden von der in Fig. 3 dargestellten
Form sind, ergeben sich in Folge der Strahlungsverkopplung mit
der leitenden Fahrzeugkarosserie die dargestellten Unrundheiten
der Diagramme. Durch Beschaltung mit einem geeigneten Netzwerk
7, welches die Antennenelemente phasen- und amplitudenrichtig
speist und dessen Charakteristika durch Anwendung mathematischer
Optimierungsverfahren speziell für die auf dem bestimmten Fahr
zeug vermessenen Antennenelemente berechnet wurden, wird das in
Fig. 10d dargestellte Richtdiagramm erreicht, welches wesentlich
geringere Einzüge besitzt.
Für die erfindungsgemäße Gestaltung der Gruppenantenne ist für
jedes Antennenelement ein zeitlich invariantes Antennengegenge
wicht notwendig. Dieses wird vorteilhaft als hochfrequent lei
tende Fläche auf der Fensterscheibe, wie in Fig. 4 dargestellt,
ausgebildet. Im Interesse der Transparenz dieser Fläche wird
diese als strahlenförmige Struktur ausgeführt, welche aus radial
vom Netzwerk 7 ausgehenden, drahtförmigen Leitern 20 besteht.
Das Netzwerk 7 selbst wird vorteilhaft mit einer leitenden
Außenfläche ausgestattet, welches im Zentrum der Gruppenantenne
einen Teil des Antennengegengewichts für die Antennenelemente
bildet. Die strahlenförmigen Leiter werden hochfrequent mit die
ser leitenden Außenfläche verbunden. Diese Strahlen können durch
ringförmig um die Gruppenantenne angebrachte Leiter zu einem
hochfrequent leitenden Maschennetz ergänzt werden. Bei Funkan
tennen auf der Heckscheibe von Fahrzeugen treten naturgemäß in
der unmittelbaren Nähe der Sendeantenne große Feldstärken auf,
welche Personen im Fahrgastraum gefährden könnten. Die Ausbil
dung des Antennengegengewichts als hochfrequent leitende Fläche
wirkt sehr vorteilhaft abschirmend gegen elektromagnetische Fel
der, welche andernfalls in den Fahrgastraum drängen. Die Forde
rung nach einem definierten Antennengegengewicht läßt sich somit
vorteilhaft verbinden mit der Forderung nach einer Feldab
schwächung der gefährdenden elektromagnetischen Strahlung.
Auf der Heckscheibe sind häufig horizontal angebrachte Heizlei
ter 23 vorhanden (Fig. 5a). Punkte gleichen Gleichspannungspoten
tials können miteinander galvanisch verbunden werden, ohne den
Heizstromfluß zu beeinflussen. Durch Einführung von verbindenden
Leitungsstegen, wie in Fig. 5a, kann auch das Heizfeld 23 zu ei
ner hochfrequent weitgehend abschirmenden Fläche gestaltet wer
den und als erweitertes Antennengegengewicht mitwirken. Um
hochfrequente Ströme zwischen der Massefläche bei der Gruppenan
tenne über das Heizfeld 23 zu ermöglichen, ohne die Heizströme
zu beeinflussen, ist eine gleichstromundurchlässige, frequenzse
lektive Verbindung 21 in den drahtförmigen Leitern 20 vorteil
haft. Solche frequenzselektive Verbindungen sind auch notwendig,
wenn Teile des Antennengegengewichts als Antennenteile für an
dere Funkdienste, welche ebenfalls auf der Fensterscheibe ange
bracht sind, verwendet sind. Ein Beispiel hierfür ist in Fig. 5a
für die Antenne 22 gegeben, welche z. B. als AM-FM-Antenne wirken
könnte. Als frequenzselektive Verbindungselemente 21 kommen in
der Hauptsache kapazitive Strukturen zur Anwendung. Sehr vor
teilhaft ist auch eine koplanare Leitungsstruktur von etwa
Lambda/4-Länge für die Funkfrequenz, wie dies in Fig. 5b detail
liert am Beispiel der AM-FM-Antenne und der Heizleiterankopplung
gezeigt ist.
Soll die Gruppenantenne für mehrere Funksysteme, wie z. B. das D-
Netz und das E-Netz gleichermaßen ausgelegt werden, so können
die Antennenelemente so gestaltet werden, daß sie in beiden Fre
quenzbereichen funktionstüchtig sind. Wird hierbei das Netzwerk
7 derart gestaltet, daß es in den beiden Frequenzbereichen, die
hierfür jeweils geforderten Phasen- und Amplitudenbedingungen
für die einzelnen Strahler sicherstellt, so ist die Gruppenan
tenne in beiden Frequenzbereichen anwendbar. Eine weitere Mög
lichkeit besteht darin, für beide Frequenzbereiche zumindest
teilweise gesonderte Antennenelemente einzusetzen.
Um die bestmögliche Verknüpfung der Signale im Netzwerk 7
sicherzustellen, ist ein gewisser meßtechnischer Aufwand notwen
dig, um die Antenneneigenschaften der Strahler am Fahrzeug fest
zustellen. Dies geschieht dadurch, daß, wie in Fig. 9 gezeigt,
die Anschlußstellen 2 als Anschlußtore 27 eines Strahlernetz
werks betrachtet werden. Mit Hilfe moderner Netzwerkanalysatoren
können die Wellenparameter dieses Strahlernetzwerks ermittelt
werden. Zusätzlich können bei Einfall einer Welle aus einer be
stimmten Richtung die Erregungen an den Anschlußtoren 27 nach
Betrag und Phase gemessen werden. Bei Kenntnis der Eigenschaften
des Strahlernetzwerks und dessen Erregung durch die einfallende
Welle an den verschiedenen Anschlußtoren 27 kann mit Hilfe mo
derner Rechenanlagen unter Anwendung geeigneter Optimierungs
strategien ein hierfür optimales Netzwerk 7 gestaltet werden.
Für den Sendefall soll die Funkantenne gemäß der Aufgabe der Er
findung arbeiten. Im Empfangsfall jedoch ist aufgrund der
Rayleigh-Streuung der empfangenen Wellen im allgemeinen ein An
tennendiversitybetrieb vorzuziehen. Das Netzwerk kann so gestal
tet werden, daß mit Hilfe von Schaltdioden unterschiedliche Si
gnalkombinationen der von den Strahlen empfangenen Einzelsignale
an der Antennenanschlußstelle 6 gebildet werden. Mit Hilfe einer
Antennendiversityeinrichtung können die Schaltdioden derart an
gesteuert werden, daß in jedem Augenblick die Signalkombination
an der Antennenanschlußstelle erscheint, welche den bestmögli
chen Empfang bewirkt. Die Ausführung der Funkantenne als Grup
penantenne bietet somit den Vorzug der gleichzeitigen Verwend
barkeit als Diversityantenne.
Claims (22)
1. Funkantennen-Anordnung für Funkverbindungen mit terrestri
schen Funkstellen für Dezimeter- bzw. Zentimeterwellen, mit
einem auf der geneigten Fensterscheibe in einer im wesentlichen
elektrisch leitenden Fahrzeugkarosserie angebrachtem Strahler,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein weiterer Strahler (10), bestehend aus jeweils
einem auf der Außenseite derselben Fensterscheibe (1)
angebrachtem, im wesentlichen normal zu dieser orientiertem
Antennenelement (3) und einem auf der Fensterscheibe
angebrachtem Antennengegengewicht (4), vorhanden ist und die
Strahler (10) zusammen eine Gruppenantenne mit der
Antennenanschlußstelle (6) bilden.
2. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Netzwerk (7) vorhanden ist, das die Antennenanschlußstelle
(6) enthält und mindestens ein Strahler (10) an das Netzwerk (7)
angeschlossen ist und die Antennenanschlußstelle (6) Teil des
Netzwerks (7) ist und jeder weitere Strahler (10) entweder nur
durch Strahlungsverkopplung hochfrequenzmäßig mit den anderen
Strahlern (10) verkoppelt ist, oder eine Anschlußstelle (2) ent
hält, welche mit dem Netzwerk (7) verbunden ist (Fig. 1).
3. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Abstand (9) zwischen den am weitesten voneinander entfernten
Antennenelementen (3) nicht größer ist als die zweifache Wellen
länge.
4. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Einstellung geeigneter Strombelegungen nach Betrag und Phase
Blindelemente (14) in die Antennenelemente (3) eingebracht sind.
5. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Strahler (10) Monopolcharakter besitzen und die Antennen
elemente (3) stabförmig ohne oder mit Dachkapazität ausgebildet
sind und jeweils eine hochfrequent leitende Fläche (5) als elek
trisches Antennengegengewicht (4) besitzen, die im wesentlichen
in der Scheibenebene (1) angebracht ist.
6. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Netzwerk (7) im Fahrzeuginneren angeordnet ist und die hoch
frequente Verbindung (17) zwischen dem das Netzwerk (7) und den
über ihre Anschlußstellen (2) angeschlossenen Strahlern (10) je
weils kapazitiv durch die Scheibe hindurch erfolgt (Fig. 2a).
7. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Netzwerk (7) teilweise auf der Fensterscheibe (1) außerhalb
des Fahrzeugs angeordnet ist und die hochfrequente Verbindung
(17) zur Antennenanschlußstelle (6) innerhalb des Netzwerks (7)
kapazitiv durch die Fensterscheibe (1) hindurch erfolgt (Fig. 3).
8. Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Netzwerk (7) im wesentlichen als Streifenleitungsschaltung
(19) realisiert ist und die geforderten Amplituden- und Phasen
zustände der Ströme und Spannungen auf den Antennenelementen (3)
im wesentlichen durch Leitungselemente (18) erzeugt sind (Fig. 2b).
9. Funkantennen-Anordnung nach nach Anspruch 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Antennenelemente (3) jeweils eine im wesentlichen auf einer
der Fensterflächen der Fensterscheibe (1) aufgebrachte Masse
fläche (5) als Antennengegengewicht (4) besitzen und zusammen
mit dieser jeweils einen Strahler (10) bilden.
10. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Massefläche durch eine leitende Fläche (5) auf der Ober
fläche des Netzwerks (7) gebildet ist (Fig. 2a).
11. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Vergrößerung der hochfrequenzmäßig wirksamen Massefläche (5)
ausgehend vom Netzwerk (7) drahtförmige Leiter (20) im wesent
lichen radial verlegt sind, oder zusätzlich solche Leiter im we
sentlichen ringformig um das Netzwerk (7) herum angebracht sind
(Fig. 4).
12. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
die drahtförmigen Leiter (20) frequenzselektive Trennglieder
(21) enthalten, welche so gestaltet sind, daß sie bei der Funk
frequenz hochfrequenzmäßig niederohmige Verbindungen darstellen
(Fig. 5b).
13. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf der Heckscheibe parallel zueinander verlaufende Heizleiter
(23) vorhanden sind und Punkte gleichen
Gleichspannungspotentials durch dazu im wesentlichen senkrecht
orientierte vertikale Leitungsstege miteinander galvanisch
verbunden sind, wodurch das Heizfeld eine hochfrequent leitende
Fläche bildet und zur Ermöglichung hochfrequenter Ströme
zwischen dieser Fläche und der Massefläche (5) ausgehend vom
Netzwerk (7) in den drahtförmigen Leitern (20) gleichstrom
undurchlässige frequenzselektive Trennglieder enthalten sind
(Fig. 5a).
14. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 11 und 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
Teile der drahtförmigen Leiter (20) durch Teile weiterer Anten
nen (22), welche für weitere Funkdienste auf der Fensterscheibe
angebracht sind, verwendet sind (Fig. 5a).
15. Funkantennen-Anordnungen nach Anspruch 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwei Strahler (10) auf der Fensterscheibe (1) horizontal neben
einander oder auf einer vertikalen Linie auf der Fensterscheibe
(1) übereinander angeordnet sind (Fig. 6a, Fig. 6b).
16. Funkantennen-Anordnungen nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
drei Strahler (10) in einer Dreiecksanordnung auf der Fenster
scheibe (1) angeordnet sind (Fig. 7a, Fig. 7b).
17. Funkantennen-Anordnungen nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Antennenelemente (3) stabförmig ausgebildet sind und etwa
ein bis drei Lambda/10 lang sind und zwei der Antennenelemente
(3) in einer horizontalen Linie (25) in der Nähe der oberen
Berandung symmetrisch zur vertikalen Symmetrielinie (24) des
Fahrzeugs angebracht sind und das dritte Antennenelement (3) auf
dieser Symmetrielinie jedoch unterhalb der horizontalen Linie
(25) angebracht ist, so daß die Seitenlängen des Dreiecks ca. ein
bis drei Lambda/10 betragen (Fig. 7b).
18. Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
mehr als drei Strahler (10), deren Antennenelemente (3) auf
Kreuzungspunkten der horizontalen Zeilen mit den vertikalen
Spalten einer Gitterstruktur mit Rasterabständen von ca. ein bis
drei Lambda/10 angebracht sind und die Antennenelemente (3) im
oberen Bereich der Fensterscheibe angebracht sind (Fig. 8).
19. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Gruppenantenne für mehrere Funksysteme mit relativ schmal
bandigen Frequenzbereichen unterschiedlicher Frequenzen ausge
legt ist und die Strahler (10) bzw. die Antennenelemente (3) so
wie ggfs. das Netzwerk (7) und die übrigen frequenzabhängigen
Teile der Gruppenantenne mehrfrequent gestaltet sind.
20. Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Abdeckung der verschiedenen Frequenzbereiche auch gesonderte
- oder nur gesonderte Strahler (10) verwendet sind.
21. Antenne nach Anspruch 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß
in den Antennenelementen (3) Anschlußtore (27) gebildet sind,
deren komplexe Gesamtmatrix zur Beschreibung der Zusammenhänge
zwischen den elektrischen Größen an diesen Anschlußtoren (27)
des Strahlernetzwerks betrags-und phasenmäßig ermittelt ist und
deren Erregungen z. B. im Empfangsfall durch eine horizontal ein
fallende Empfangswelle für alle Azimutalwinkel nach Betrag und
Phase zueinander erfaßt sind, so daß die Parameter zur Beschrei
bung der elektrischen Größen an den Anschlußtoren (27), bezogen
auf die einfallende Empfangswelle für alle Azimutwinkel bekannt
sind und durch Variationsrechnung im Sinne der Lösung der Auf
gabe der Erfindung günstige Amplituden- und Phasenwerte für die
Ansteuerung der Gesamtmatrix ermittelt sind und diese Werte
durch Beschaltung mit dem Netzwerk (7) und/oder ggfs. durch Be
schaltung der Anschlußtore (27) mit Blindwiderständen (14) in
der Gruppenantenne eingestellt sind (Fig. 9).
22. Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Netzwerk (7) derart gestaltet ist, daß mit Hilfe darin
befindlicher elektronischer Schalter, welche durch eine Anten
nendiversityeinrichtung angesteuert sind, die Signale der Strah
ler (10) in unterschiedlicher Kombination für die Bildung von
Antennendiversitysignalen zur Weiterleitung zum Empfänger ver
wendet sind.
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