DE4323239A1 - Kraftfahrzeug-Scheibenantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenstruktur für Kraftfahrzeug-Heckscheiben mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattungsmerkmalen, die vor allem für den Rundfunkempfang im UKW-Bereich geeignet ist.

In der DE-Patentanmeldung Nr. 39 06 592 wird die Verwendung einer Struktur aus quasi waagerechten, zueinander parallelen Leiterbahnen in der Fahrzeug-Heckscheibe als Scheibenheizung und gleichzeitig als Antenne beschrieben. Dabei wurde gefunden, daß der mit einer derartigen Anordnung erzielbare Antennengewinn erhöht werden kann - und dabei auch das Signal/Rausch-Verhältnis verbessert wird - wenn mittig in der Scheibenfläche eine oder mehrere sekundäre Leiterbahnen vorgesehen werden, die in rechtem Winkel zu den Heiz- und Antennenleitern verlaufen. Die Sekundärleiter beeinflussen das elektromagnetische Feld im Bereich der Scheibenöffnung und führen zu einer Feldlinienkonzentration im Maximum der Spannungsverteilung in der Scheibenmitte. Dadurch werden die Empfangsparameter der Scheibenantenne verbessert.

Weitere Reserven für die Verbesserung der Empfangs­ eigenschaften wären nutzbar, wenn es gelänge, das Problem der Fehlanpassung zwischen der Antennenimpedanz und der Eingangsimpedanz der weiterführenden Netzwerke, d. h. speziell der Verstärkerschaltung bei aktiven Antennen, zu lösen. Hier bieten weder die OS 39 06 592 noch die anderen bekannten Vorschläge zur Gestaltung von Leiterstrukturen in Kfz- Scheiben eine praktikable und effektive Antwort.

Die Verluste durch Fehlanpassung tragen zur Verringerung der Signalqualität bei und sind erfahrungsgemäß bei jedem einzelnen Fahrzeugtyp unterschiedlich hoch.

In der Praxis bedeutet dies, daß für jede Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs, in der eine Antennenstruktur vorgesehen wird oder deren Heizfeld als passive Komponente einer aktiven Antenne genutzt werden soll, eine spezielle Verstärker­ schaltung mit entsprechenden Eingangs- und Ausgangsfiltern zur Impedanzanpassung entwickelt bzw. zumindest ein vorhandener geeigneter Verstärker immer neu modifiziert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Impedanzanpassung zwischen einer als Antenne genutzten Leiterstruktur in einer Kraftfahrzeug-Heckscheibe und den weiterführenden Netzwerken, insbesondere der Verstärker­ schaltung im Falle einer aktiven Antenne, zu senken und gleichzeitig mit einfachen Mitteln die Empfangsparameter weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nunmehr für beliebige Fahrzeuge und für beliebige Heckscheiben mit der hier angegebenen Antennenstruktur eine einzige, gewissermaßen konfektionierte Verstärkerschaltung mit vorgegebener Eingangsimpedanz verwendet werden kann, an der keinerlei Änderungen vorgenommen zu werden brauchen, um sie den spezifischen Verhältnissen des Fahrzeugs anzupassen. Es wird nicht mehr der Verstärker der Struktur auf der Scheibe und dem Fahrzeug angepaßt, sondern die Scheibe wird - mit sehr viel geringerem Aufwand - auf die Eingangsimpedanz des Verstärkers abgestimmt.

Die für die Impedanzanpassung jeweils optimale Länge und die Position des einen oder z. B. der zwei rahmenparallelen Leitungsabschnitte werden auf einfache Weise experimentell bestimmt.

Mit der Erfindung ist es ohne Schwierigkeiten möglich, die Ausgangsimpedanz der Antennenstruktur in der Scheibe mit einer Toleranzgröße von maximal 10% an die vorgegebenen Anschluß-Festwerte des Verstärkers angleichen. Dieser Toleranzbereich entspricht einer Gewinnänderung von weniger als 0,5.dB und ist damit vernachlässigbar klein.

Ausgangsgrößen für die experimentelle Maß- und Positions­ optimierung für den oder die rahmenparallelen Leitungs­ abschnitte sind eine Gesamtlänge - gleich, ob geteilt oder zusammenhängend - von etwa 400 mm und ein Abstand zum benachbarten Karosserierand von etwa 10 mm.

Durch das erfindungsgemäße Prinzip der Impedanzanpassung werden für jede Heckscheibe der hier beschriebenen Art, weitgehend unabhängig vom Fahrzeug, die Anpassungsverluste entscheidend vermindert, die Strahlungscharakteristik im Sinne einer Rundumstrahlung verbessert und der Signal/Rausch- Abstand der aktiven Antenne erhöht.

Bei Versuchsserien an einer Reihe unterschiedlicher Kraft­ fahrzeuge wurden in jedem Fall und ausschließlich durch Modifikation der erfindungsgemäßen rahmenparallelen Leitungs­ abschnitte schleifenartige Impedanzkurven im Zentrum des Smith-Diagramms unmittelbar um den durch die Eingangsimpedanz des Verstärkers vorgegebenen Anpassungspunkt erzielt.

In allen Fällen wurde ein und derselbe Verstärker verwendet, an dem keinerlei Veränderungen vorgenommen wurden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungs­ beispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 Kraftfahrzeug-Heckscheibe mit Heizfeld als Antennen­ struktur und zwei Sekundärleitern, nach dem Stand der Technik

Fig. 2 Heckscheibe ähnlich Fig. 1, mit nur einem Sekundär­ leiter und mit dem erfindungsgemäßen rahmen­ parallelen Leitungsabschnitt

Fig. 3 Heckscheibe mit zwei Sekundärleitern und zweiteiligem rahmenparallelem Leitungsabschnitt

Fig. 4 Meßergebnisse der Antennen-Ausgangsimpedanz bei unterschiedlichen Werten für die Gesamtlänge A des rahmenparallelen Leitungsabschnitts

• a) Vergleichsscheibe ohne den rahmenparallelen Leitungsabschnitt (Stand der Technik)
• b) erfindungsgemäßer Leitungsabschnitt mit A = 200 mm
• c) A = 300 mm
• d) A = 400 mm
• e) A = 500 mm
• f) A = 600 mm.

In der Scheibe 1 nach Fig. 1 ist ein Heizfeld angeordnet, das aus Sammelleitern 2 und den quasi waagerechten Heizleitern 3 besteht und über den Anschluß 4 an das Gleichstromnetz des Fahrzeugs angeschlossen ist.

Die Heizleiterstruktur wird gleichzeitig als passive Komponente einer aktiven Scheibenantenne genutzt; mit 5 ist der Anschlußpunkt zum Verstärker 6 bezeichnet.

Die beiden Sekundärleiter 7 können galvanisch mit den Heiz- und Antennenleitern 3 verbunden sein, oder sie sind von den Heizleitern durch die Scheibe - als Dielektrikum - getrennt und stehen mit ihnen in kapazitiver Kopplung. Die Länge der Sekundärleiter 7 entspricht bei dem Beispiel nach Fig. 1 der Erstreckung des Heizfelds in der Längsachse des Fahrzeugs. Wie schon angegeben, haben die Sekundärleiter 7, die nur mittelbare Bestandteile der Antennenstruktur darstellen, zu einer deutlichen Gewinnerhöhung geführt. Es wurden Steigerungen um Werte bis 3 dB gemessen.

Weiterführende Untersuchungen haben nun ergeben, daß das Prinzip der Anordnung von Sekundär-Leiterstrukturen auch zur Beeinflussung anderer Antennenparameter genutzt werden kann. Der in Fig. 2 mit 8 bezeichnete, parallel zum Scheiben­ rahmen (Karosserierand) 9 geführte Leitungsabschnitt ist HF- mäßig, vorzugsweise galvanisch mit dem Sekundärleiter 7 verbunden und ermöglicht eine Änderung der Ausgangsimpedanz der Antennenstruktur in der Scheibe in einem solchen Maß, daß man sie in weiten Grenzen auf einen beliebigen Wert einstellen kann.

Das gleiche gilt für die Anordnung mit den beiden Teil­ abschnitten 10 nach Fig. 3 mit einem Abstand der beiden Teile von maximal C = 10 mm.

Die als Ausgangsmaße für die Anpassung angegebenen Werte

- Länge des Abschnitts 8 bzw. Gesamtlänge der beiden Leitungsabschnitte 10
A = 400 mm
- Abstand zum Scheibenrahmen 9	B = 10 mm
- Abstand der Teilabschnitte 10	C = 10 mm

wurden in umfangreichen Versuchsreihen mit Messungen, wie in Fig. 4 gezeigt, ermittelt.

Die Diagramme in Fig. 4 machen am Beispiel eines Fahrzeugs deutlich, daß es jeweils einen Wert für die Länge des erfindungsgemäßen Leitungsabschnitts 8 bzw. für die Gesamtlänge der beiden Leitungsabschnitte 10 gibt, bei dem die Reflexion auf ein Minimum sinkt und sich eine fast ideale Impedanzkurve einstellt. Vergleichbare Verläufe wurden bei allen untersuchten Fahrzeugen gewonnen.

Die maßlichen Korrekturen bewegen sich bei den verschiedenen Scheiben und Antennenstrukturen überwiegend in Bereichen um 5 bis 15% der Ausgangswerte für A, B und C.

Dabei bestehen zwischen den beiden Ausführungsvarianten nach Fig. 2 und Fig. 3 - in bezug auf die Verfahrensweise der Anpassung wie auch in bezug auf die Maßverhältnisse - grundsätzlich keine Unterschiede. Die Anordnung nach Fig. 3 zeigt eine Tendenz zu einer höheren Bandbreite.

Abschließend wird darauf hingewiesen, daß die beiden hier gezeigten Ausführungsbeispiele nur der Illustration des grundsätzlichen Erfindungsgedankens - rahmenparalleler Leitungsabschnitt am unteren Ende der Sekundärleiterstruktur als abstimmbare Kompensation der Impedanz-Fehlanpassung, vorzugsweise bei aktiven Scheibenantennen - dienen. Gleichwirkend mit den beiden Zeichnungsvarianten sind z. B.

• - die HF-Verbindung zweier Sekundärleiter 7 mit einem ungeteilten rahmenparallelen Leitungsabschnitt 9 und
• - eine Anordnung zweier Sekundärleiter 7, von denen nur einer über das Heiz- und Antennenfeld hinaus verlängert und HF-mäßig mit einem mittigen Leitungsabschnitt 9 verbunden ist.

Claims (2)

1. Antennenstruktur für eine Kraftfahrzeug-Heckscheibe vorzugsweise für den UKW-Rundfunkempfang, bestehend

• - aus mehreren quasi waagerecht auf oder in der Scheibe verlaufenden parallelen Antennenleitern oder den quasi waagerecht angeordneten Heizleitern einer Scheibenheizung, die gleichzeitig als Antenne beschaltet ist, und
• - aus einer oder mehreren, vorzugsweise zwei sekundären Leiterbahnen, die mittig in der Scheibenfläche und orthogonal zu den Antennen- bzw. Heizleitern verlaufen,
  gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• - an das untere Ende der Sekundärleiter (7) ist in HF- Verbindung, vorzugsweise in galvanischer Verbindung, ein Leitungsabschnitt (8, 10) angeschlossen, der parallel zum Karosserierand (9) verläuft,
• - der oder die Leitungsabschnitte (8, 10) sind symmetrisch zur Scheibenmitte und bilden mit den Sekundärleitern (7) bei Anordnung eines einzigen Sekundärleiters (7) vorzugsweise ein umgekehrtes "T" und bei Anordnung zweier Sekundäreiter (7) in Annäherung vorzugsweise eine Doppel- "L" -Struktur,
• - die Leitungsabschnitte (8, 10) verlaufen in dem Bereich der Scheibe (1) unterhalb der Antennen- oder Heizleiter­ struktur und haben zum Karosserierand (9) einen Abstand B von 5 bis 10 mm, vorzugsweise 10 mm,
• - das Gesamtmaß A zwischen den Endpunkten der Leitungs­ abschnitte (8, 10) ist bei "T" und bei Doppel-"L"- Anordnung gleich und beträgt für die Empfangs­ verhältnisse des UKW-Rundfunks in Näherung 400 mm.
• - der Abstand C zwischen den Leitungsabschnitten (10) bei Doppel-"L"-Anordnung beträgt maximal 10 mm.

2. Antennenstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung zweier Sekundärleiter (7) und eines ungeteilten Leitungsabschnittes (8), wobei beide Sekundärleiter (7) mit dem Leitungsabschnitt (8) verbunden sind oder nur einer der beiden Sekundärleiter über das Heiz- und Antennenfeld hinaus verlängert und mit dem Leitungs­ abschnitt (8) verbunden ist.