DE60018917T2

DE60018917T2 - Scheibenantennenanordnung für fahrzeug und funkempfänger mit einer derartigen anordnung

Info

Publication number: DE60018917T2
Application number: DE60018917T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Chuo-ku KAKIZAWA
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1999-05-13
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2020-04-29
Also published as: AU4315200A; DE60018917D1; WO2000070708A1; EP1177596B1; JP4112807B2; CA2373258C; JP2003500870A; EP1177596A1; AU762198B2; CA2373258A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Scheiben-Antennenvorrichtungen zur Verwendung an Kraftfahrzeugen sowie auf Funkempfängervorrichtungen, die diese Scheiben-Antennenvorrichtungen verwenden.
Stand der Technik
Heutzutage werden Scheiben-Antennenvorrichtungen, die an der Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs angebrachte Antennenleiterelemente umfassen, häufiger verwendet als die herkömmlichen Stabantennen, da die Scheiben-Antennenvorrichtungen in erster Linie ästhetisch überlegen sind, da sie nicht aus dem Fahrzeug herausragen, unwahrscheinlicher beschädigt werden und keine Luftverwirbelungsgeräusche erzeugen.
In vielen Fällen wird die Scheiben-Antennenvorrichtungen an der Heckscheibe des Fahrzeugs angebracht, an der eine Antibeschlag-Heizeinheit vorgesehen ist; daher müssen die Antennenleiterelemente auf einer begrenzten Fläche der Heckscheibe angebracht werden, so dass sie sich nicht mit der Antibeschlag-Heizeinheit überlappen. Besonders dort, wo die Scheiben-Antennenvorrichtung für Funkverkehr mittels AM-, FM-, TV-, Autotelefon-Frequenzbereichen oder ähnlichem vorgesehen ist, erweist sich die Gestaltung und Anpassung der Scheiben-Antennenvorrichtung als mühsame und zeitaufwendige Arbeit.
Wenn zum Beispiel das gleiche Muster von Antennenleiterelementen als Mehrzweckantenne zum Empfang von sowohl AM- als auch von FM-Signalen verwendet werden soll, würde sich der Aufbau des Antennenmusters als sehr kompliziert erweisen (siehe etwa japanische Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. HEI-1-59309). Üblicherweise wird solch ein kompliziertes Antennenmuster auf der Grundlage eines Versuch-und-Irrtum-Verfahrens abgestimmt, was tendenziell ebenso eine zeitaufwändige Arbeit ist. Insbesondere da die Empfangsempfindlichkeit im AM-Band im Allgemeinen proportional zu der vom AM-Antennenmuster eingenommenen Fläche auf der Fahrzeugscheibe ist, ist es wichtig, eine große Fläche auf der Scheibe für das Antennenmuster bereitzustellen, wenn eine hohe Empfangsempfindlichkeit erzielt werden soll.
Daher wurde vorgeschlagen, die Antibeschlag-Heizeinheit an der Heckscheibe auch als AM-Antenne zu verwenden; jedoch würde die direkte Verwendung der Antibeschlag-Heizeinheit als AM-Antenne das Problem unerwünschten Rauschens hervorrufen und kann somit keine praktische Verwendung finden.
Zu diesem Zweck verwenden einige der bekannten Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtungen zwischen einer Stromquelle und der Antibeschlag-Heizeinheit eine Drosselspule, die große Mengen elektrischen Stroms übertragen kann, so dass die Heizeinheit auch als AM-Antenne verwendet werden kann, wie exemplarisch in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. SHO-56-42401 offenbart wurde. Zusätzlich wurde eine Dualzweck-Scheibenantennenvorrichtung verwendet, die unter Verwendung der oben genannten Vorrichtungen sowohl AM- als auch FM-Signale empfangen kann (z. B. japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. SHO-57-188102).
Die Verwendung der Drosselspule würde jedoch zusätzliche Kosten verursachen sowie eine größere Einbaufläche erfordern, so dass Bedarf an einer weiterentwickelten Scheiben-Antennenvorrichtung bestand, die in geeigneter Weise ohne Drosselspule arbeiten kann.
Die japanische Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. SHO-59-3604 offenbart z. B. solch eine hochentwickelte Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung.
Wie in 11 gezeigt ist, wird die offenbarte Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung 101 an der Fahrzeugheckscheibe 102 angebracht und umfasst eine oberhalb einer Antibeschlag-Heizeinheit oder Antibeschlag-Vorrichtung 103 vorgesehene AM-Antenne 104. Bei dieser Scheiben-Antennenvorrichtung wird die Antibeschlag-Vorrichtung 103 so angelegt, dass sie auch als FM-Antenne 105 dient, wobei die AM-Antenne 104 und die FM-Antenne 105 jeweils über Verstärker 108 und 109 mit einer (nicht dargestellten) Funkempfängervorrichtung verbunden sind. Die Antibeschlag-Vorrichtung 103 und ein Stromversorgungspunkt 105b sind über eine Leitung 120 in Reihe miteinander geschaltet.
Die englische Patentanmeldung GB-2316538 beschreibt eine Fahrzeugwindschutzscheiben-FM/AM-Antenne, die Drosselspulen am Heizelement verwendet, um sowohl AM- als auch FM-Bandbereiche empfangen zu können. Anordnungen ohne Drosselspulen können lediglich zum Empfang von einzelnen Frequenzen oder von VHF (FM) verwendet werden.
In der Beschreibung der Veröffentlichung Nr. SHO-59-3604 ist zu lesen: "Die obenerwähnte Antibeschlag-Vorrichtung ist mit einer Leitung geeigneter Länge verbunden, so dass eine Impedanzanpassung bewirkt wird, wodurch die Antibeschlag-Vorrichtung als FM-Antennen-Abschnitt arbeiten kann". Gemäß der Veröffentlichung Nr. SHO-59-3604 ist bei der Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung keine Hilfs-FM-Antenne vorgesehen.
Vor allem ist bei der Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung gemäß Veröffentlichung Nr. SHO-59-3604 zwischen der Antibeschlag-Vorrichtung 103 und einer Stromquelle 106 keine Drosselspule vorgesehen. Bei dieser offenbarten Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung kann der AM-Antenne jedoch nicht viel Platz zugewiesen werden; daher wird hier ein Verstärker verwendet, um die Empfangsempfindlichkeit der auf dem begrenzten Raum installierten AM-Antenne zu verstärken.
Ferner offenbart U.S.-Patent Nr. 4.791.726 eine an der Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs vorgesehene Antennenvorrichtung. Wie in 12 gezeigt ist, umfasst die offenbarte Antennenvorrichtung 201 eine Antenne 204 zum Empfang von Lang-, Mittel- und Kurzwellensignalen, sowie mehrere Antibeschlag-Heizelemente 203, die ebenso als Antenne 205 zum Empfang von Ultra-Kurzwellen-Signalen dienen können. Die von den Antennen 204 und 205 empfangenen Signale werden jeweils mittels Verstärkern 208 und 209 an eine (nicht gezeigte) Funkempfängervorrichtung gekoppelt. In 12 entspricht Bezugsnummer 210 einer Frequenztrennvorrichtung.
Ferner lehrt die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. SHO-53-97353 hinsichtlich eines bei einer Scheibenantenne verwendeten Verstärkungsschaltkreises eine Antennenvorrichtung, bei der ein Feldeffekttransistor mit einer Scheiben-Antenne verbunden ist und als Vorverstärker verwendet wird, um Störempfang zu minimieren.
Die oben beschriebenen Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtungen der japanischen Patentoffenlegungsschriften Nr. SHO-56-42401 und SHO-57-188102 sowie des U.S.-Patents Nr. 4.791.426 verwenden alle eine Drosselspule zwischen einer Steckleiste und einer Gleichstromquelle. Die Verwendung der Drosselspule würde jedoch Probleme bereiten, da die Antennenvorrichtung nicht einfach auf einer begrenzten Fläche der Fahrzeugscheibe angebracht werden könnte und die Gesamtkosten der Antennenvorrichtung aufgrund der Zusatzkosten der Drosselspule steigen würden.
Außerdem wird im U.S. Patent Nr. 4.791.426 die Antibeschlag-Vorrichtung auch als FM-Antenne verwendet, was sich jedoch als ungeeignet erweist, da der Strom der Antibeschlag-Vorrichtung direkt vom Stromversorgungspunkt 205b bereitgestellt wird und somit keine ausreichende FM-Empfangsempfindlichkeit erreicht werden kann.
Bei der Antennenvorrichtung der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. SHO-59-3604 wird die Antibeschlag-Vorrichtung ohne eine solche Drosselspule, die zwischen Antibeschlag-Vorrichtung und Stromquelle vorgesehen ist, als FM-Antenne 105 verwendet. Im Gegensatz zum AM-Frequenzbereich kann die Antibeschlag-Vorrichtung im FM-Frequenzbereich ohne Verwendung der Drosselspule korrekt arbeiten. Da jedoch die Antibeschlag-Vorrichtung und der Stromversorgungspunkt 105b durch die Leitung 120 direkt verbunden sind, würde das Problem einer nicht ausreichenden FM-Empfangsempfindlichkeit auftreten. Daher wurde die in der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. SHO-59-3604 offenbarte Antennenvorrichtung gegenwärtig noch nicht umgesetzt. Zudem ist die Leitung 120, wie in 11 gezeigt ist, mindestens halb so lang wie die Breite der Fensterscheibe.
Darüber hinaus können bei den obenbeschriebenen, mit Verstärkern versehenen Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtungen die Verstärker in ihren Ausgangs-FM-Signalen aufgrund eines übermäßigen Gewinns eine unerwünschte Verzerrung erzeugen, wenn die eingehenden oder empfangenen FM-Signale auf hohem Niveau sind (große elektrische Feldstärke). Wenn zudem FM-Signale mit ähnlichen oder nah beieinanderliegenden Frequenzen empfangen und verstärkt werden, würden Scheiben-Antennenvorrichtungen mit Verstärkern das Problem aufweisen, dass diese FM-Signale wechselweise modulieren können und ein resultierendes wechselweise moduliertes Signal, entsprechend der Differenz zwischen den nah beieinanderliegenden Frequenzen, könnte eine zum AM-Frequenzband gehörende Frequenz annehmen und somit unerwünschten Einfluss auf den FM-Signal-Empfang ausüben.
Weiterhin bedarf es bei der in U.S.-Patent Nr. 4.791.426 offenbarten Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung der Verwendung eines kapazitätsarmen, starken und schweren Koaxialkabels. Ein solch starkes und schweres Koaxialkabel bietet eine sehr geringe Handhabungsflexibilität und ist somit schwer zu verlegen, und stellt somit ein signifikantes Hindernis bei der Montage der Antennenvorrichtung dar.
Aufgrund der Tatsache, dass die Kombination von erforderlicher Signalempfangsleistung und Signalempfangsbandbreite sowie die Fahrzeugform bei jedem Kraftfahrzeugmodell verschieden sind, war es zudem notwendig, für jedes Kraftfahrzeugmodell eine andere Scheibenantenne zu entwerfen, was viel Zeit und Arbeit in Anspruch nehmen würde.
Für den Fall, dass ein kombiniertes AM- und FM-Antennenmuster verwendet werden soll, wäre grundsätzlich eine zeitaufwendige Einstellung des Antennenmusters vor und nach dessen eigentlichem Gebrauch erforderlich.
Ferner ist es selbst bei Kraftfahrzeugen des gleichen Modells notwendig, das Antennenmuster anzupassen, falls sich verfügbare Frequenzbänder zwischen den Orten unterscheiden, an die die Fahrzeuge ausgeliefert werden (also den Zielgebieten), sowie das Antennenmuster in Abhängigkeit vom Vorhandensein eines Heckscheibenwischers anzupassen, was sogar noch mehr Zeit und Arbeit in Anspruch nähme.
Hinsichtlich der Tatsache, dass die Zeitperiode zur Entwicklung eines Kraftfahrzeugs heutzutage immer kürzer wird, bedarf es demnach einer kürzeren Zeitperiode in der Entwicklungsphase der Scheibenantenne zur Anpassung der Ausführung der Scheibenantenne an die jeweilige Fahrzeugform.
Daher besteht gegenwärtig ein Bedarf an einer verbesserten Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung, die auf mehrere verschiedenartige Kraftfahrzeugmodelle angewendet werden kann, ohne dass die Grundform des Antennenmusters verändert werden muss, und somit leicht an mehrere verschiedenartige Kraftfahrzeugmodelle entsprechend angepasst werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Hinsichtlich des Vorangehenden, ist es eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung zu schaffen, die AM- und FM-Wellen mit hoher Empfindlichkeit ohne Verwendung einer Drosselspule empfangen kann.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung zu schaffen, die an mehreren Orten oder Zielgebieten durch bloße Veränderung der Frequenzeinstellung in geeigneter Weise verwendet werden kann. Es ist außerdem eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugscheiben- Antennenvorrichtung zu schaffen, die entsprechend an mehreren Kraftfahrzeugtypen verwendet werden kann, ohne dass die Grundform des Antennenmusters verändert werden muss, solange sich Größe und Montagefläche der Scheibe der Fahrzeugtypen ähneln.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung zu schaffen, die keine ungewollte Signalverzerrung aufgrund eines Eingangssignals eines starken elektrischen Feldes hervorruft und die eine wechselweise Modulation zwischen empfangenen FM-Signalen nah beieinanderliegender Frequenzen verhindern kann.
Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung zu schaffen, bei der ein dünnes koaxiales Kabel verwendet werden kann, das leicht zu handhaben und zu verlegen ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung geschaffen, die umfasst: eine Antibeschlag-Heizeinheit, die an einer Fensterscheibe eines Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei die Antibeschlag-Heizeinheit einem Typ entspricht, der keine Drosselspule aufweist; eine AM-Antenne, die oberhalb der Antibeschlag-Heizeinheit vorgesehen ist, um ein Signal eines AM-Frequenzbandes zu empfangen, wobei die AM-Antenne mehrere horizontale Antennenleiterelemente umfasst, die jeweils eine Länge im Bereich von 800 mm bis 1.300 mm aufweisen; eine FM-Antenne, die zwischen der Antibeschlag-Heizeinheit und der AM-Antenne vorgesehen ist, um ein Signal eines FM-Frequenzbandes zu empfangen, wobei die FM-Antenne ein einzelnes horizontales Antennenleiterelement umfasst, das eine Länge im Bereich von 300 mm bis 500 mm aufweist; AM-Verstärkermittel zum Verstärken des über die AM-Antenne empfangenen Signals; und FM-Verstärkermittel zum Verstärken des über die FM-Antenne empfangenen Signals.
Bei der Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist die Antibeschlag-Heizeinheit mit der FM-Antenne kapazitiv gekoppelt und dient als Hilfs-FM-Antenne.
Die Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner eine unterhalb der Antibeschlag-Heizeinheit vorgesehen separate Hilfs-FM-Antenne umfassen. In diesem Fall bildet die Hilfs-FM-Antenne mit der oben beschriebenen FM-Antenne, die zwischen der Antibeschlag-Heizeinheit und der als Hauptantenne dienenden AM-Antenne vorgesehen ist, eine Mehrbereichsantenne.
Die AM-Antenne kann ebenso eine Kurzschlussleitung enthalten, die die mehreren horizontalen Antennenleiterelemente miteinander verbindet.
Die Antibeschlag-Heizeinheit kann mehrere Heizleitungen und eine Kurzschlussleitung, die die Heizleitungen miteinander verbindet, enthalten.
Der AM-Verstärker umfasst vorzugsweise eine elektrische Schaltung, die einen FET (Feldeffekt-Transistor) mit gemeinsamer Source enthält, und eine Eingangsimpedanz von wenigstens 1 MΩ aufweist. Der AM-Verstärker kann eine Drosselspule enthalten, die an seiner Ausgangsstufe vorgesehen ist, und eine Ausgangsimpedanz von 100 Ω oder weniger aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der FM-Verstärker eine elektrische Schaltung, die einen Transistor mit geerdeter Basis oder einen FET mit geerdetem Gate enthält. Der FM-Verstärker weist vorzugsweise eine Eingangsimpedanz von 50 Ω oder weniger auf. Ferner weist der FM-Verstärker vorzugsweise einen Gewinn von 3 dB oder weniger auf. Zudem kann der FM-Verstärker an seiner Ausgangsstufe einen Filter in Form eines Schwingkreises enthalten, das die Erzeugung eines wechselweise modulierten Signals des AM-Frequenzbandes verhindert, die aus einer wechselweisen Modulation zwischen mehreren Ausgangs-FM-Signalen vom FM-Verstärker resultiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Funkempfängervorrichtung für ein Fahrzeug geschaffen, die umfasst: eine Antibeschlag-Heizeinheit, die an einer Fensterscheibe eines Fahrzeugs vorgesehen ist; eine oberhalb der Antibeschlag-Heizeinheit vorgesehene AM-Antenne, um ein Signal eines AM-Frequenzbandes zu empfangen; eine zwischen der Antibeschlag-Heizeinheit und der AM-Antenne vorgesehene FM-Antenne, um ein Signal eines FM-Frequenzbandes zu empfangen, wobei die FM-Antenne ein einzelnes horizontales Antennenleiterelement umfasst; einen AM-Verstärker zum Verstärken des über die AM-Antenne empfangenen Signals; einen FM-Verstärker zum Verstärken des über die FM-Antenne empfangenen Signals; und einen Funkempfänger, der über ein Signalübertragungskabel mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger mit den jeweiligen Ausgangsanschlüssen der AM- und FM-Verstärker verbunden ist.
Bei der Funkempfängervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist das Signalübertragungskabel vorzugsweise eine Impedanz von 75 Ω oder weniger auf.
Die vorliegende Erfindung beruht auf folgenden grundlegenden Entwurfsgrundsätzen.
Zunächst wird jede der FM- und AM-Antennen als dediziertes einfaches Antennenmuster entworfen, so dass das grundlegende Entwerten und Anpassen der AM- und FM-Antennen wesentlich erleichtert werden kann.
Zweitens wird die Antibeschlag-Heizeinheit nicht mit einer Drosselspule ausgestattet und kann daher bei der vorliegenden Erfindung nicht als AM-Antenne verwendet werden. Folglich wird ein separates AM-Antennenmuster mit einer möglichst großen Fläche oberhalb der Antibeschlag-Heizeinheit so vorgesehen, dass das AM-Antennenmuster nicht kapazitiv mit der Antibeschlag-Heizeinheit gekoppelt ist.
Das Absenken der Impedanz der AM-Antenne erweist sich als sehr effektiv zur Verbesserung der Empfangsempfindlichkeit der AM-Antenne. Um die Impedanz der AM-Antenne abzusenken, werden vorzugsweise die Fläche und die Länge des AM-Antennenleitermusters maximiert, so dass eine größtmögliche Antennenkapazität entsteht. Daher ist das möglichst großflächige AM-Antennenmuster für die Stelle oberhalb der Antibeschlag-Heizeinheit so vorgesehen, dass das AM-Antennenmuster nicht kapazitiv mit der Antibeschlag-Heizeinheit gekoppelt ist.
Da auf der Fahrzeugscheibe nicht sehr viel Platz oberhalb der Antibeschlag-Heizeinheit zur Verfügung steht, umfasst die AM-Antenne vorzugsweise mehrere untereinander verbundene horizontale Antennenleiterelemente, die ein gabelförmiges AM-Antennenmuster bilden. Wahlweise kann die AM-Antenne mehrere verbundene Antennenleiterelemente umfassen, die ein schleifenförmiges AM-Antennenmuster bilden. Vorzugsweise enthält das gabel- oder schleifenförmige AM-Antennenmuster auch eine Kurzschlussleitung, die sich mittig über das Antennenmuster erstreckt.
Um ferner die Empfangsempfindlichkeit der in dem begrenzten Raum oberhalb der Antibeschlag-Heizeinheit vorgesehenen AM-Antenne zu verbessern, ist es notwendig, den Empfangsverlust der Antenne zu minimieren; zu diesem Zweck bedarf es einer getrennten Stromzufuhr zu den AM- und FM-Antennen.
Wie bereits erwähnt, hat das AM-Antennenmuster in diesem Fall vorzugsweise eine möglichst große Fläche. Die Flexibilität hinsichtlich der Wahl der vertikalen Abmessung des AM-Antennenmusters ist aufgrund der Fahrzeugscheibengröße, des Bereichs, in dem die Antibeschlag-Heizeinheit angebracht ist, und des notwendigen Zwischenraums zwischen der AM-Antenne, der FM-Antenne und der Antibeschlag-Heizeinheit zwangsläufig begrenzt. Um die Fläche des AM-Antennenmusters wie gewünscht zu maximieren, müssen die horizontale Abmessung oder die Länge des Antennenmusters vergrößert werden.
Es ist jedoch ebenso von Bedeutung, Vorkehrungen zu treffen, um die nachteiligen Beeinflussung der Empfangsempfindlichkeit der FM-Antenne durch die AM-Antenne zu verhindern. Versuche haben gezeigt, dass eine gewünschte horizontale Abmessung des AM-Antennemusters, die die Empfangsempfindlichkeit der FM-Antenne nicht nachteilig beeinflusst, im Bereich von 800 mm bis 1.300 mm liegt, vorzugsweise zwischen 900 mm und 1.200 mm.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die FM-Antenne wie folgt konstruiert.
Die neuartige Scheiben-Antennenvorrichtung umfasst ein einzelnes, zwischen der Antibeschlag-Heizeinheit und der AM-Antenne vorgesehenes, horizontales Antennenleiterelement. Die FM-Antenne umfasst lediglich ein Antennenleiterelement, da die Form der FM-Antenne so einfach wie möglich gehalten werden soll, um notwendige Anpassungen der FM-Antenne zu vereinfachen und um die Fläche der FM-Antenne so klein wie möglich zu halten, um die Fläche der AM-Antenne maximieren zu können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Länge der obenerwähnten FM-Antenne gemäß der folgenden mathematischen Gleichung bestimmt: LFM = λ/4 × Kontraktionsverhältnis Gleichung (1) wobei λ einer gegebenen Wellenlänge darstellt. Wie vielleicht bekannt ist, ist das Frequenzband in Japan 76 bis 90 MHz und 88 bis 108 MHz in Nordamerika, und die gegebene Wellenlänge wird aus solchen Frequenzbandbereichen gewählt. Das "Kontraktionsverhältnis" kann hier grundsätzlich durch die folgende mathematische Gleichung bestimmt werden: Kontraktionsverhältnis = (Dielektrischen Effekt reflektierende elektrische Wellenlänge/Freiraum-Wellenlänge) × 100(%) Gleichung (2)
Grundsätzlich wird bei Scheibenantennen ein Antennenmuster auf einer dielektrischen Substanz in Form einer Glasscheibe vorgesehen. Daher kann das Antennenmuster aufgrund des von der Glasscheibe erzeugten dielektrischen Effekts effektiv funktionieren, selbst wenn die Musterlänge kürzer ist, als die gegebene auf Basis der Wellenlänge λ errechnete Länge.
Darüber hinaus wird das FM-Antennenmuster vorzugsweise kapazitiv mit der Antibeschlag-Heizeinheit gekoppelt. Zu beachten ist, dass die neuartige Scheiben-Antennenvorrichtung keine Drosselspule zwischen der Antibeschlag-Heizeinheit und einer Stromquelle enthält.
Bei der neuartigen Scheiben-Antennenvorrichtung würden jedoch dort, wo das FM-Antennenmuster und die Antibeschlag-Heizeinheit kapazitiv miteinander gekoppelt sind, nicht die Unannehmlichkeiten auftreten, wie bei der oben beschriebenen Vorrichtung der japanischen Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. SHO-59-3604, und die Antibeschlag-Heizeinheit kann entsprechend als Hilfs-FM-Antenne verwendet werden. Folglich erreicht die neuartige Scheiben-Antennenvorrichtung eine verbesserte FM-Wellen-Empfangsempfindlichkeit. Da das FM-Antennenmuster und die Antibeschlag-Heizeinheit kapazitiv miteinander gekoppelt sind, muss das oben beschriebene Kontraktionsverhältnis unter Beachtung der Koppelkapazität bestimmt werden.
Die bei der neuartigen Scheiben-Antennenvorrichtung verwendete FM-Antenne umfasst lediglich ein einzelnes horizontales Antennenleiterelement, das und ist daher im Aufbau sehr einfach. Daher kann die Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung der Erfindung an mehreren Plätzen oder Zielorten mit verschiedenen Frequenzbandbereichen in geeigneter Weise verwendet werden, indem lediglich die Frequenzeinstellungen und die Länge der FM-Antenne verändert werden. Das heißt, bei der neuartigen Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung besteht kein Bedarf, die Form der FM-Antenne zu verändern oder anzupassen.
Außerdem kann, falls nötig, eine Hilfs-FM-Antenne auf der Fahrzeugscheibe unterhalb der Antibeschlag-Heizeinheit bereitgestellt werden. In diesem Fall kann die Hilfs-FM-Antenne mit der FM-Antenne, die zwischen der Antibeschlag-Heizeinheit und der als Hauptantenne dienenden AM-Antenne vorgesehen ist, eine Mehrbereichsantenne bilden. Vorzugsweise umfasst solch eine Hilfs-FM-Antenne aus demselben Grund wie in Bezug auf die oben erwähnte Haupt-FM-Antenne ein einzelnes horizontales Antennenleiterelement. Die Hilfs-FM-Antenne kann ebenso kapazitiv mit der Antibeschlag-Heizeinheit verbunden sein. Die Länge dieser Hilfs-FM-Antenne kann ebenso auf die oben in Bezug auf die Haupt-FM-Antenne veranschaulichten Weise bestimmt werden.
Um die FM-Wellen-Empfangsempfindlichkeit zu verbessern, sollte die Antibeschlag-Heizeinheit eine Kurzschlussleitung umfassen, die sich im Wesentlichen mittig über deren Heizelemente oder Reizleitungen erstreckt, um die Heizleitungen an ihren wesentlichen zentralen Punkten miteinander zu verbinden. Die Kurzschlussleitung kontrolliert in einem Hochfrequenzbereich das Koppeln der verteilten Kapazität der Haupt-FM-Antenne, der Antibeschlag-Heizeinheit und der Hilfs-FM-Antenne, um dadurch die Gesamt- Empfangsempfindlichkeit der FM-Antennen zu verbessern. In der Antibeschlag-Heizeinheit sollten statt lediglich einer Kurzschlussleitung zwei oder mehr vorgesehen werden.
Der in der neuartigen Scheiben-Antennenvorrichtung verwendete AM-Verstärker ist wie folgt konstruiert.
Bei der neuartigen Scheiben-Antennenvorrichtung wird die Antibeschlag-Heizeinheit, die eine große Fläche der Scheibe einnimmt, ohne die Funktion einer AM-Antenne ausgeführt, und daher wird eine separate AM-Antenne auf der begrenzten Fläche oberhalb der Antibeschlag-Heizeinheit vorgesehen. Folglich kann die separate AM-Antenne nicht eine ausreichend große Fläche einnehmen, so dass die Empfangslautstärke nicht ausreichend gesteigert werden kann. Der AM-Verstärker ist zum Kompensieren der mangelnden Empfangsspannung vorgesehen.
Bei der neuartigen Scheiben-Antennenvorrichtung umfasst der AM-Verstärker ein Halbleiterelement, etwa einen Transistor oder FET, einen Widerstand, eine Spule und wie z. B. einen Kondensator, um so ein empfangenes Signal des AM-Frequenzbandes zu verstärken und Eingangs- und Ausgangsimpedanzen des Verstärkers abzustimmen. Vorzugsweise hat der AM-Verstärker eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz. Zu diesem Zweck kann ein Hochfrequenz-Transformator an der Ausgangsstufe des AM-Verstärkers vorgesehen sein, so dass die Ausgangsimpedanz 1.000 Ω oder weniger beträgt.
Andererseits ist der in der neuartigen Scheiben-Antennenvorrichtung verwendete FM-Verstärker wie folgt konstruiert.
Der FM-Verstärker umfasst ein Halbleiterelement, etwa einen Transistor oder FET, einen Widerstand, eine Spule und einen Kondensator, um so ein empfangenes Signal des FM-Frequenzbandes zu verstärken und Eingangs- und Ausgangsimpedanzen des Verstärkers abzustimmen. Der FM-Verstärker ist vorzugsweise rauscharm, um seinen Störabstand zu vergrößern. Um zudem ein Eingangssignal großer elektrischer Feldstärke einwandfrei zu empfangen, sollte der FM-Verstärker ebenso eine Schaltung mit geerdetem Gate und rauscharmem FET umfassen und auf einen Gewinn von 3 dB (das heißt, auf einer Verstärkungsrate von eins) oder weniger eingestellt sein. Vorzugsweise weist der FM-Verstärker eine Eingangsimpedanz von 50 Ω oder weniger auf.
Weiterhin sollte der FM-Verstärker an seiner Ausgangsstufe ein Filter in Form eines Schwingkreises aufweisen, das die Erzeugung eines wechselweise modulierten Signals des AM-Frequenzbandes verhindert, die aus einer wechselweisen Modulation zwischen mehreren Ausgangs-FM-Signalen des FM-Verstärkers resultiert. Ersatzweise kann der FM-Verstärker eine Basisschaltung mit rauscharmem Transistor umfassen.
Wie oben ausgeführt, ist die neuartige Scheiben-Antennenvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie dedizierte FM- und AM-Antennen enthält und dass dedizierte Verstärker jeweils für die FM- und AM-Antennen vorgesehen sind; folglich kann die neuartige Scheiben-Antennenvorrichtung sowohl FM- als auch AM-Wellensignale mit hervorragender Empfindlichkeit empfangen.
Zudem können bei der Fahrzeugfunkempfängervorrichtung, die die neuartige Scheiben-Antennenvorrichtung verwendet, die AM- und FM-Verstärker auf ausreichend niedrige Ausgangsimpedanzen gesetzt werden, wodurch die Antennenvorrichtung mit einem Signalübertragungskabel mit einem Durchmesser von lediglich 3 mm oder weniger mit der Funkempfängervorrichtung verbunden sein kann. Solch ein Signalübertragungskabel (üblicherweise ein koaxiales Kabel) mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger ist sehr flexibel und kann äußerst mühelos gehandhabt werden, so dass das Koaxialkabel leicht im Fahrzeug verlegt werden kann. Konkrete Beispiele des Signalübertragungskabels umfassen Kabel, allgemein bekannt als "1,5C2N" (ungefähr 2,3 mm Durchmesser) oder "1,5C2V" oder "1,5C2E" (ungefähr 2,9 mm Durchmesser) (anwendbare Norm: JIS C 3501).
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das einen grundlegenden Aufbau einer Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das einen grundlegenden Aufbau einer Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Diagramm, das einen grundlegenden Aufbau einer Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten AM-Verstärkers zeigt.
5 ist ein Graph, der auftretende Geräuschveränderungen bei variierenden Werten eines Gate-Widerstands darstellt.
6 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten FM-Verstärkers zeigt.
7 ist ein Blockdiagramm, das einen grundlegenden Aufbau eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten Synthesizerbereichs, zeigt.
8 ist ein Diagramm, das einen beispielhaften Aufbau des Schaltplans des Synthesizerbereichs zeigt.
9 ist eine Ansicht, die ein bestimmtes Beispiel von Antennenmustern zeigt, die in der Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
10A und 10B sind Diagramme, die zwei unterschiedliche FM-Antennenbauarten erläutern, selektiv verwendbar abhängig vom Vorhandensein einer Verbindungsleitung.
11 ist ein Diagramm, das eine Scheiben-Antennenvorrichtung (japanische Gebrauchsmusteroffenlegung Nr. 59-3604) gemäß dem Stand der Technik erläutert.
12 ist ein Diagramm, das eine weitere Scheiben-Antennenvorrichtung gemäß dem Stand der Technik erläutert (U.S.-Patent Nr. 4.791.426).
Bester Modus zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden mehrere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Wie zunächst in 1 gezeigt ist, umfasst eine Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung 1 die folgenden auf einer Scheibe (z.B. der Heckscheibe) 2 eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Komponenten. Das heißt, die Scheiben-Antennenvorrichtung 1 umfasst eine dedizierte AM-Antenne 4, eine dedizierte FM-Antenne 5 und eine Antibeschlag-Heizeinheit 3 in Form eines gedruckten Leiterbahnmusters.
Die Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung 1 umfasst ebenso einen Verstärkungsabschnitt 7 zur jeweiligen Verstärkung der über die AM- und FM-Antennen 4 und 5 empfangenen Eingangs-AM- und -FM-Signale V_A und V_F (im Folgenden als "Eingangs-AM- und Eingangs-FM-Signale" bezeichnet) und eine Funkempfängervorrichtung 10, die die von dem Verstärkungsabschnitt 7 ausgegebenen verstärkten AM- und FM-Signale V_AO und V_FO (im Folgenden als "Ausgangs-AM- und Ausgangs-FM-Signale" bezeichnet) wiedergibt.
Das Kraftfahrzeug ist auch mit einer die Antibeschlag-Heizeinheit 3 heizenden Heizvorrichtungs-Stromquelle 6 versehen.
Die Antibeschlag-Heizeinheit 3 umfasst zwei gegenüberliegende Sammelschienen 3a und 3b, die entlang dem linken und rechten Rand der Fahrzeugscheibe verlaufen, Stromversorgungsvorrichtungen 3c und 3d zum Koppeln der Heizvorrichtungs-Stromquelle 6 an die jeweiligen Sammelschienen 3a und 3b sowie mehrere horizontale Heizelemente 3e, die zwischen den gegenüberliegenden Sammelschienen 3a und 3b verlaufen.
Da der Gleichstrom V_H von der Heizvorrichtungs-Stromquelle 6, etwa einer Batterie, über die Versorgungsvorrichtungen 3c und 3d zur Antibeschlag-Heizeinheit 3 geleitet wird, entsteht ein Heizvorrichtungs-Stromfluss, dessen Wert von einer zwischen den Sammelschienen 3a und 3b wirkenden Spannung V_H und den jeweiligen Widerstandswerten der Heizelemente 3e bestimmt wird, der durch die Antibeschlag-Heizeinheit 3 fließt, um dadurch nach und nach die Heizelemente 3e zu heizen. Folglich wird die Antibeschlag-Heizeinheit 3 geheizt und lässt die Kondensation an der Glasscheibe 2 verdunsten, um so den Feuchtigkeitsbeschlag an der Scheibenoberfläche zu entfernen.
Zu beachten ist, dass die Antibeschlag-Heizeinheit 3 bei dieser Ausführungsform über die Versorgungsvorrichtungen 3c und 3d direkt mit der Heizvorrichtungs-Stromquelle 6 verbunden ist. Auf diese Weise weist die Antibeschlag-Heizeinheit 3 gegenüber einer AM-Welle eine niedrige Impedanz auf und wirkt somit nicht als AM-Antenne.
Die folgenden Paragraphen beschreiben die bei der Antennenvorrichtung verwendete AM-Antenne 4.
Die AM-Antenne 4 umfasst bei dieser Ausführungsform mehrere AM-Antennenleiterelemente, die horizontal in einem Bereich zwischen dem obersten Heizelement 3e der Antibeschlag-Heizeinheit 3 und der Oberkante der Scheibe 2 verlaufen; diese AM-Antennenleiterelemente 4a bilden zusammen ein gabelförmiges Antennenmuster. Die AM-Antenne empfängt durch Mittel der Antennenleiterelemente 4a eine AM-Welle und stellt über die AM-Versorgungsvorrichtung 4b dem AM-Verstärker 8 des Verstärkungsbereichs 7 ein empfangenes AM-Signal V_A zur Verfügung.
Die AM-Antenne 4 ist aus mehreren horizontalen AM-Antennenleiterelementen aufgebaut, da die Empfangsempfindlichkeit der eingehenden AM-Welle von einer Gesamtfläche des Antennenmusters 4a abhängt, wobei die Gesamtfläche des Antennenmusters 4a vorzugsweise so groß wie möglich ist, und die AM-Antennenleiterelemente 4a ein einfaches Antennenmuster bilden.
Bei dem konkret abgebildeten Beispiel besteht die AM-Antenne 4 aus fünf horizontalen AM-Antennenleiterelementen, von denen jedes eine Länge L_AM von 1.000 mm aufweist und die ungefähr 20 mm voneinander beabstandet sind.
Der Wert der Länge L_AM von 1.000 mm ist so bestimmt, dass die AM-Antenne 4 die Empfangsempfindlichkeit der FM-Antenne 5 nicht negativ beeinflusst.
Als eines der wesentlichen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung wird jede der AM- und FM-Antennen 4 und 5 als dediziertes einfaches Antennenmuster gestaltet, um so Interferenzen zwischen der AM- und der FM-Antenne zu minimieren. Ein bestimmter Grad dieser Interferenzen kann jedoch aufgrund der Tatsache nicht vermieden werden, dass die AM- und FM-Antennen und die Antibeschlag-Heizeinheit alle an der räumlich begrenzten Heckscheibe vorgesehen sind.
Um die vorteilhaften Auswirkungen der erwähnten Maßnahmen der vorliegenden Erfindung zu verifizieren, zeigt die unten angegebene TABELLE 1 Messungen der Empfangsempfindlichkeit der FM-Antenne mit Bezug auf BEISPIEL 1, bei dem jedes der AM-Antennenleiterelemente eine Länge L_AM von 1.000 mm aufweist, und mit Bezug auf BEISPIEL 2, bei dem jedes der AM-Antennenleiterelemente eine maximale Länge aufweist.
TABELLE 1
Aus der obigen TABELLE 1 ist ersichtlich, dass in Beispiel 1 weniger Einflüsse auf die FM-Antenne ausgeübt werden als in BEISPIEL 2. Zu beachten ist, dass die in BEISPIEL 2 ausgeübten Einflüsse nicht so hoch sind, dass sie den eigentlichen Gebrauch beeinträchtigen würden.
Die AM-Antenne 4 ist vorzugsweise weiter vom obersten Heizelement 3e entfernt als eine vorgegebene Entfernung (z. B. 30 mm), so dass eine kapazitive Verbindung mit der Antibeschlag-Heizeinheit 3 zuverlässig verhindert werden kann. Weiterhin kann die Empfangsempfindlichkeit der AM-Antenne bezüglich der AM-Welle auf einen gewünschten Wert gesetzt werden, indem die Heizvorrichtungs-Stromquelle 6 direkt mit den Stromversorgungsvorrichtungen 3c und 3d gekoppelt wird, um dadurch die Impedanz der Heizvorrichtung 3e auf einen Wert zu setzen, der niedrig genug ist, um die elektrische Kopplung mit der Antibeschlag-Heizeinheit 3 wesentlich zu vermindern.
Die folgenden Absätze beschreiben nun die FM-Antenne 5.
Die FM-Antenne umfasst ein einzelnes, zwischen dem obersten Heizelement der Antibeschlag-Heizeinheit 3 und der AM-Antenne 4 positioniertes, horizontales Antennenleiterelement. Die FM-Antenne 5 stellt ein über die FM-Versorgungsvorrichtung empfangenes FM-Signal 5a einem FM-Verstärker 9 des Verstärkungsabschnitts 7 zur Verfügung.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die FM-Antenne 5 nicht direkt mit der Antibeschlag-Heizeinheit 3 verbunden, vorzugsweise ist die FM-Antenne 5 jedoch kapazitiv mit der Antibeschlag-Heizeinheit 3 verbunden. Es ist zum Beispiel vorteilhaft, dass von der FM-Antenne 5 ein Abstand zum obersten Heizelement der Antibeschlag-Heizeinheit 3 auf einen vorher festgesetzten Wert (z.B. im Bereich von 5 mm bis 10 mm) gesetzt wird, so dass die FM-Antenne 5 kapazitiv mit der Heizeinheit 3 verbunden ist (siehe 2).
In dem konkret abgebildeten Beispiel wird die FM-Antenne 5 auf eine Länge L_FM im Bereich von 300 mm bis 500 mm gesetzt. Die Länge L_FM wird jedoch in Abhängigkeit von einer bestimmten Art, die FM-Antenne mit Strom zu versorgen, variiert, das heißt, ob (a) die FM-Versorgungsvorrichtung 5a an der Scheibe als Stromversorgungspunkt genutzt wird oder ob (b) die FM-Versorgungsvorrichtung 5a über eine Verbindungsleitung mit dem FM-Verstärker 9 verbunden ist und der dazwischen liegende Anschlusspunkt als Stromversorgungspunkt genutzt wird. Im letzteren Fall dient die Verbindungsleitung auch als FM-Antennenleiterelement und die FM-Versorgungsmuster dient lediglich als rein verbindendes Muster.
Im obigen Fall (a) wird die Länge L_FM auf der Grundlage einer vorgegebenen Wellenlänge vorzugsweise entsprechend der obigen mathematischen Gleichung (1) bestimmt.
Im Fall (b) ist es andererseits notwendig, die Länge der FM-Antenne entsprechend einer Berechnung zu setzen, bei der die Länge der Verbindungsleitung von der gegebenen Länge L_FM subtrahiert wird. Das heißt, die Länge der auf der Scheibe angebrachten FM-Antenne 5 muss bei zunehmender Länge der Verbindungsleitung geringer gewählt werden.
Weiterhin ist die FM-Antenne 5 vorzugsweise weiter als eine vorbestimmte Entfernung (z.B. 25 mm) von der AM-Antenne 4 entfernt, um so Interferenzen zwischen den FM- und AM-Antennen 4 und 5 zu minimieren.
Durch das oben beschriebene genaue Positionieren der Antibeschlag-Heizeinheit 3, der AM-Antenne 4 und der FM-Antenne 5 können bei der neuartigen Scheiben-Antennenvorrichtung wechselseitige Interferenzen zwischen der AM-Antenne 4 und der FM-Antenne 5, zwischen der AM-Antenne 4 und der Antibeschlag-Heizeinheit 3 sowie zwischen FM-Antenne 5 und der Antibeschlag-Heizeinheit 3 minimiert werden.
Außerdem kann bei der neuartigen Scheiben-Antennenvorrichtung, falls nötig, eine separate Hilfs-FM-Antenne vorgesehen werden (siehe 3); eine solche Hilfs-FM-Antenne 5s kann etwa in einem Randbereich unterhalb der Antibeschlag-Heizeinheit 3 vorgesehen werden. In diesem Fall kann die FM-Antenne 5 als Hauptantenne ausgeführt werden und die Hilfs-FM-Antenne 5s kann als Mehrbereichsantenne ausgeführt werden.
Vorzugsweise umfasst die Hilfs-FM-Antenne 5s ebenso ein einzelnes horizontales Antennenleiterelement aus dem gleichen Grund, der oben in Bezug auf die Haupt-FM-Antenne geschildert wurde. Weiterhin sollte die Hilfs-FM-Antenne 5s auch kapazitiv mit der Antibeschlag-Heizeinheit 3 verbunden sein. Die Länge dieser Hilfs-FM-Antenne 5s kann ebenso auf die gleiche Weise bestimmt werden, wie oben in Bezug auf die Haupt-FM-Antenne geschildert wurde. Genauer kann die Hilfs-FM-Antenne 5s auf eine Länge L_FMS im Bereich von 300 mm bis 500 mm gesetzt werden.
Wie oben erwähnt, umfasst die neuartige Scheiben-Antennenvorrichtung die dedizierten FM- und AM-Antennen, von denen jede unabhängig voneinander funktionstüchtig ist und im Wesentlichen als universal geformtes Antennenmuster entworfen ist. Folglich können diese Antennen äußerst einfach gestaltet und angepasst werden.
Es folgt eine Beschreibung des Verstärkungsbereichs 7.
Der Verstärkungsbereich 7 enthält die AM- und FM-Verstärker 8 und 9, die die empfangenen AM- und FM-Signale V_A und V_F verstärken, die jeweils von den AM- und FM-Versorgungsvorrichtungen 4b und 5a der AM- und FM-Antennen 4 und 5 bereitgestellt werden. Somit versorgt der Verstärkungsbereich 7 die Funkempfängervorrichtung 10 mit verstärkten Ausgangs-FM- und -AM-Signalen V_AO und V_FO.
Genauer hat der AM-Verstärker 8 eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz und verstärkt das empfangene AM-Signal V_A, um das verstärkte Ausgangs-AM-Signal V_AO der Funkempfängervorrichtung 10 bereitzustellen.
4 ist ein Schaltbild, das eine Ausführungsform des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten AM-Verstärkers darstellt.
In 4 umfasst der AM-Verstärker 8 eine Verstärkungsschaltung mit gemeinsamer Source, die einen Eingangskondensator C1, einen Einganswiderstand R1, einen FET (Feldeffekt-Transistor), einen Belastungswiderstand R2, einen Drosseltransformator L1, einen Source-Widerstand R3 und einen Ausgangskondensator C2 enthält.
Da der FET Q1 eine sehr hohen Eingangsimpedanz hat, wird die Eingangsimpedanz des AM-Verstärkers 8 von einem Widerstandswert (z.B. 1 MΩ) des Eingangswiderstands R1 bestimmt, der zwischen dem Gate G und der Masse GND geschaltet ist.
5 zeigt auftretende Geräuschveränderungen, wenn der als Gate-Widerstand dienende Eingangswiderstand R1 von 500 kΩ auf 2 MΩ erhöht wird.
Wie aus 5 klar ersichtlich wird, kann das Rauschen durch Herabsetzen des Einganswiderstands R1 auf einen kleinen Wert reduziert werden. Wenn zum Beispiel der Eingangswiderstand R1 auf einen Wert von 1 MΩ oder mehr gesetzt wird, werden beim eigentlichen Gebrauch bessere Resultate erzielt. Wenn daher die Eingangsimpedanz auf ein hohes Niveau gesetzt wird, kann der AM-Verstärker wirksam ungewollte Störungen davon abhalten, über den Widerstand R1 in den Verstärker einzudringen.
Vorzugsweise wird der AM-Verstärker auch auf eine niedrige Ausgangsimpedanz gesetzt. Die Ausgangsimpedanz des AM-Verstärkers 8 ergibt sich aus einer zusammengesetzten Impedanz des mit der Drain D verbundenen Belastungswiderstands R2 und des mit dem Belastungswiderstand R2 parallel geschalteten Drosseltransformators L1.
Der Drosseltransformators L1 enthält hier einen Abgriff, der an einer Stelle desselben positioniert ist, die einem 2:1 Übersetzungsverhältnis entspricht, wobei ein Ausgang des Verstärkers über diesen Abgriff entnommen wird, so dass der entnommene Ausgang ein Viertel der zusammengesetzten Impedanz annimmt. Folglich ist vorzugsweise ein Hochfrequenz-Transformator an der Ausgangsstufe des AM-Verstärkers 8 vorgesehen, so dass die Ausgangsimpedanz 1.000 Ω oder weniger wird.
Vorzugsweise ist der Massenanschluss (GND) des AM-Verstärkers 8 mit der Karosseriemasse des Kraftfahrzeugs verbunden.
Die folgenden Absätze beschreiben die Funktionsweise des AM-Verstärkers 8.
Das über das Gate G empfangene AM-Signal V_A wird mit einem Spannungs-Verstärkungs-Koeffizient (gm) des FET Q1 und einer Belastungsimpedanz (das heißt, der zusammengesetzte Impedanz des Belastungswiderstands R2 und des mit dem Belastungswiderstand R2 parallel geschalteten Drosseltransformators L1) multipliziert, wobei der Ausgang aus der Drain D des FET Q1 vom Wert her einem Produkt von "gm × V_A * Belastungsimpedanz" entspricht. Folglich entspricht das Ausgangs-AM-Signal V_AO vom Wert her der Hälfte des Produkts "gm × V_A * Belastungsimpedanz".
Indem die Eingangsimpedanz in der obenbeschriebenen Weise auf ein hohes Niveau gesetzt wird, kann der AM-Verstärker 8 erfolgreich ungewollte Störungen davon abhalten, über den Widerstand R1 in den Verstärker einzudringen.
Da außerdem die Belastungsimpedanz durch den Drosseltransformator implementiert wird, kann die Ausgangsimpedanz auf einen niedrigen Wert gesetzt werden, selbst wenn der Verstärkungsgewinn erhöht wird. Folglich kann das Ausgangs-AM-Signal V_AO auf hohem Niveau entnommen werden, wobei auch eine Impedanzanpassung zwischen einem mit der Funkempfängervorrichtung 10 verbundenen koaxialen Kabel und der Ausgangsimpedanz durchgeführt werden kann.
Zu beachten ist, dass der AM-Verstärker 8 als Verstärker mit festgelegtem Emitter ausgeführt werden kann, der statt des FET einen herkömmlichen Transistor (und, falls nötig, eine Darlington-Verbindung) verwendet.
6 ist ein Schaltbild, das eine Ausführungsform des bei der vorliegenden Erfindung verwendeten FM-Verstärkers 9 darstellt.
In 6 wird der FM-Verstärker 9 als eine Verstärkerschaltung mit geerdetem Gate ausgeführt, die die Widerstände R11 und R13, eine Induktivität L12, einen FET Q2, einen Widerstand R12, einen Kondensator C11 und einen Drosseltransformator L11 enthält.
Da der FET Q2 eine sehr niedrige Eingangsimpedanz aufweist, wird die Eingangsimpedanz des FM-Verstärkers 9 vom Widerstand R11 bestimmt. Der Widerstand R13 und die damit in Reihe geschaltete Induktivität L12 bilden für den FET Q2 eine Vorspannungsschaltung.
Die Ausgangsimpedanz des FM-Verstärkers 9 wird von einer Impedanz Z_FO einer parallelen Schaltung bestimmt, die aus dem mit der Drain D verbundenen Belastungswiderstand R12, dem Kondensator C11 und dem Drosseltransformator L11 besteht. Das Ausgangs-FM-Signal V_FO wird hier über eine auf dem Drosseltransformator L11 positionierte Mittelanzapfung entnommen, so dass die Ausgangsimpedanz des FM-Verstärkers 9 einem Viertel der Impedanz Z_FO der parallelen Schaltung entspricht. Vorzugsweise ist der Massenanschluss (GND) des FM-Verstärkers 9 mit der Karosseriemasse des Kraftfahrzeugs verbunden.
Eine geeignete Impedanzanpassung kann durchgeführt werden, indem die Ausgangsimpedanz des FM-Verstärkers 9 (Z_FO/4) im Wesentlichen der Impedanz des mit der Funkempfängervorrichtung 10 verbundenen Koaxialkabels entspricht.
Ferner wird der FM-Verstärker 9 vorzugsweise auf einen Gewinn von 0 bis 3 dB gesetzt, um so eine im empfangenen FM-Signal V_F auftretende Wellenformverzerrung zu verhindern, wenn das Signal V_F einen außergewöhnlichen Pegel aufweist. Das Ausgangs-FM-Signal V_FO wird der Funkempfängervorrichtung 10 bereitgestellt.
In 6 bildet ein Schwingkreis, der den Kondensator C11 und den parallel verbundenen Drosseltransformator L11 umfasst, einen Bandpassfilter, der einem Signal des FM-Frequenzbandes das Passieren des Filters erlaubt.
Tritt die Situation auf, dass zwei empfangene FM-Signale V_F1 und V_F2 mit nah beieinanderliegenden Frequenzen f1 und f2 (f1 < f2) wechselweise modulierte Signale entsprechend einer Summe der beiden nah beieinander liegenden Frequenzen f1 und f2 (f1 + f2) und einer Differenz der Frequenzen f1 und f2 (f2 – f1) ergeben würden, kann der obenerwähnte Schwingkreis, besonders dort wo das wechselweise modulierte Signal entsprechend der Differenz (f2 – f1) eine Frequenz des AM-Frequenzbandes annimmt, das wechselweise modulierte Signal entsprechend der Differenz (f2 – f1) eliminieren, und so das wechselweise modulierte Signal erfolgreich an der Ausgabe durch den Verstärker hindern und folglich eine von solch einer wechselweisen Modulation hervorgerufene Wellenformverzerrung verhindern.
Selbst wenn das von der FM-Antenne empfangene FM-Signal eine außergewöhnliche Höhe aufweist, kann der bei der vorliegenden Erfindung verwendete FM-Verstärker somit eine geeignete Impedanzumwandlung und eine geeignete Signalverstärkung auf angemessenem Niveau durchführen, ohne dass durch den FM-Verstärker eine Wellenformverzerrung beim Ausgangs-FM-Signal hervorgerufen wird.
Außerdem kann der bei der vorliegenden Erfindung verwendete FM-Verstärker durch die Fähigkeit, ein wechselweise moduliertes Signal im AM-Frequenzband zu unterdrücken, das durch eine wechselweise Modulation zwischen mehreren Ausgangs-FM-Signalen hervorgerufen werden würde, verlässlich den Ausgang des wechselweise modulierten Signals verhindern und somit eine durch solch eine wechselweise Modulation hervorgerufene Wellenformverzerrung verhindern.
Zu beachten ist, dass der FM-Verstärker 9 als Gitterbasisverstärker ausgeführt werden kann, der statt des FETs einen herkömmlichen Transistor verwendet.
Die neuartige Scheiben-Antennenvorrichtung kann zusätzlich einen Synthesizerbereich 71 enthalten, der die Ausgangssignale der obenerwähnten AM- und FM-Verstärker 8 und 9 synthetisiert, wie in 7 gezeigt ist.
8 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel des Synthesizerbereichs 71 darstellt. Der Synthesizerbereich 71 enthält passive Bauteile, etwa Kondensatoren und Induktivitätselemente. Das verstärkte Ausgangssignal von jedem der AM- und FM-Verstärker 8 und 9 wird gefiltert, so dass es nicht in den entsprechenden Verstärker zurückfließt, und die somit gefilterten Signale werden miteinander kombiniert oder synthetisiert, so dass das synthetisierte Ergebnis über das Koaxialkabel der Funkempfängervorrichtung 10 bereitgestellt wird.
In dem in 8 dargestellten Beispiel enthält der Synthesizerbereich 71 Kondensatoren C31 und C32 sowie Drosselspulen L31 und L32. Der Synthesizerbereich 71 verfügt auch über einen AM-Signal-Eingangsanschluss, der mit einem Ende der Drosselspule L32 verbunden ist, die am anderen Ende mit einem Ausgangsanschluss des Synthesizerbereichs 71 verbunden ist. Der Synthesizerbereich 71 verfügt auch über einen FM-Signal-Eingangsanschluss, der mit einem Ende des Kondensators C31 verbunden ist, welcher am anderen Ende mit der Drosselspule L31 und dem Kondensator C32 verbunden ist. Das andere Ende der Drosselspule L31 ist geerdet, wobei das andere Ende des Kondensators C32 mit dem Ausgangsanschluss des Synthesizerbereichs 71 verbunden ist.
Es folgt mit Bezug auf 9 eine Beschreibung von exemplarischen Details des bei der neuartigen Scheiben-Antennenvorrichtung verwendeten Antennenmusters.
Die AM-Antenne 4 umfasst mehrere horizontale AM-Antennenleiterelemente 4a, die zusammen ein gabelförmiges AM-Antennenmuster bilden. Die AM-Antenne 4 enthält auch eine verkürzende Leitung 42, die sich mittig über das gabelförmige AM-Antennenmuster erstreckt. Außerdem ist oberhalb des horizontalen AM-Antennenmuster 4a ein horizontales Nebenschlusselement 41 vorgesehen. Dieses horizontale Nebenschlusselement 41 ist hier zusätzlich vorgesehen, weil zwischen dem oberen Ende des horizontalen AM-Antennenmusters 4a und einem oberen Fensterrahmenabschnitt des Fahrzeugs ein relativ großer Randspalt entsteht, wenn die Heckscheibe in den Scheibenrahmen eingepasst wird, obwohl ein solch großer Spalt in 9 nicht klar ersichtlich ist, da es sich um eine Ansicht des Antennenmusters aus dem Inneren des Fahrzeugs handelt.
Während die AM-Antenne oben als gabelförmiges Antennenmuster beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt; die AM-Antenne kann z. B. ein schleifenförmiges Antennenmuster umfassen. Im Fall eines solchen schleifenförmigen Antennenmusters, kann mittig durch das Antennenmuster eine Kurzschlussleitung vorgesehen sein.
Die folgenden Absätze beschreiben spezifische Beispiele der FM-Antenne, von denen jedes getrennt verwendet werden kann, abhängig von der Art der Stromzufuhr zur FM-Antenne. Genauer zeigt 10A ein Beispiel der FM-Antenne, das zur Verwendung geeignet ist, wenn die FM-Versorgungsvorrichtung 5a als Stromversorgungspunkt verwendet wird, wobei 10B ein weiteres Beispiel der FM-Antenne zeigt, das zur Verwendung geeignet ist, wenn die FM-Versorgungsvorrichtung 5a über die Verbindungsleitung angeschlossen ist. Obwohl die vorgesehene Länge der FM-Antenne beruhend auf den grundlegenden Entwurfsausführungen sowohl für das Beispiel in 10A als auch für das Beispiel in 10B gleich ist, ist das FM-Antennenmuster 5 in 10B um einen der Länge der Verbindungsleitung entsprechenden Wert kürzer ausgeführt als dasjenige in 10A. Zu beachten ist, dass selbst in dem Beispiel in 10A die FM-Antenne 5 nicht über die Mitte der Fensterscheibe hinausragt.
Bei der obenbeschriebenen Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung der vorliegende Erfindung umfasst jede der AM- und FM-Antennen ein dediziertes einfaches Antennenmuster; folglich kann die grundlegende Gestaltung dieser Antennenmuster einfach ausgeführt werden.
Ein Bereich der Heckscheibe, an der die Entfernung von Feuchtigkeitsbeschlag notwendig ist, und andere Bereiche, an denen die Scheiben-Antennenmuster vorgesehen werden können, werden üblicherweise in Abhängigkeit von der Art der Fahrzeugform (etwa dem Limousinen-, dem Kombi- oder dem Fließhecklimousinentyp) bestimmt. Insbesondere werden diese Bereiche unter Berücksichtigung bestimmter Gestaltungsanforderungen der Heckscheibe, etwa der Größe, dem Anstiegswinkel und dergleichen, sowie dem Vorhandensein eines Kofferraums bestimmt. Folglich werden für einen gegebenen Fahrzeugtyp die Scheibengröße und die Bereiche bestimmt, an denen die Antennenmuster vorgesehen werden können, woraufhin die neuartige Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung für den Einbau an einer solchen Scheibe entworfen wird.
Die neuartige Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung ist für mehrere Kraftfahrzeugtypen geeignet, ohne dass die Grundform des Antennenmusters verändert werden muss, solange sich Größe und Einbaufläche der Scheibe der Fahrzeugtypen ähneln. Daher kann durch die vorliegende Erfindung die notwendige Zeit zur Anpassung der Ausführung der Antennenvorrichtung minimiert werden.
Wie oben erwähnt, enthält die neuartige Scheiben-Antennenvorrichtung die dedizierten FM- und AM-Antenne, von denen jede im Wesentlichen als geradliniges Antennenmuster ausgeführt ist. Folglich können diese Antennen noch müheloser gestaltet und angepasst werden.
Da die FM- und AM-Antennen außerdem mit entsprechenden dedizierten Verstärkern ausgerüstet sind, kann die neuartige Scheiben-Antennenvorrichtung sowohl FM- als auch AM-Wellen mit hoher Empfindlichkeit, wodurch ein hervorragender FM- und AM-Wellen-Empfang erreicht wird.
Da ferner keine Drosselspule mit der Antibeschlag-Heizeinheit verbunden werden muss, ist es möglich, eine breitere Fläche zum Einbauen der Antennenkomponenten bereitzustellen und geringere Kosten zu erzielen.
Selbst wenn ein von der FM-Antenne empfangenes FM-Signal einen außergewöhnlichen Pegel aufweist, kann der bei der vorliegenden Erfindung verwendete FM-Verstärker darüber hinaus eine geeignete Impedanzumwandlung und eine Signalverstärkung auf angemessenem Niveau durchführen, ohne dass durch den FM-Verstärker eine Wellenformverzerrung des Ausgangs-FM-Signals hervorgerufen wird, mit dem Ergebnis, dass das FM-Signal mit hoher Qualität wiedergegeben werden kann.
Außerdem kann die vorliegende Erfindung durch das Unterdrücken eines wechselweise modulierten Signals im AM-Frequenzband, das durch eine wechselweise Modulation zwischen mehreren Ausgangs-FM-Signalen hervorgerufen werden würde, zuverlässig den Ausgang des wechselweise modulierten Signals im AM-Frequenzband verhindern und somit eine durch solch eine wechselweise Modulation hervorgerufene Wellenformverzerrung verhindern. Folglich kann das FM-Signal mit hoher Qualität wiedergegeben werden.
Zudem werden bei der Funkempfängervorrichtung, die die neuartige Scheiben-Antenne verwenden, die AM- und FM-Verstärker auf ausreichend niedrige Ausgangsimpedanzen eingestellt, was der Antennenvorrichtung erlaubt, mit der Funkempfängervorrichtung über ein leicht zu handhabendes Signalübertragungskabel mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger verbunden zu sein.
Folglich ist es möglich, das Signalübertragungskabel (Koaxialkabel) im und um das Fahrzeug zu verlegen und somit die notwendige Zeit und Arbeit für den Einbau erheblich zu verringern.
Industrielle Verwendbarkeit
Mit den bisher beschriebenen Vorkehrungen kann die vorliegende Erfindung vorteilhaft als Fahrzeugscheiben-Antennenvorrichtung zum Empfang von AM- und FM-Wellen mit hoher Empfindlichkeit verwendet werden.

Claims

Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1), umfassend: Antibeschlag-Heizeinheit (3), die an einer Fensterscheibe (2) eines Fahrzeugs vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Antibeschlag-Heizeinheit einem Typ entspricht, der keine Drosselspule aufweist; eine AM-Antenne (4) oberhalb der Antibeschlag-Heizeinheit vorgesehen ist, um das AM-Frequenzband zu empfangen, wobei die AM-Antenne mehrere horizontale Antennenleiterelemente (4a) umfasst, die jeweils eine Länge im Bereich von 800 mm bis 1.300 mm aufweisen; eine FM-Antenne (5) zwischen der Antibeschlag-Heizeinheit und der AM-Antenne vorgesehen ist, um das FM-Frequenzband zu empfangen, wobei die FM-Antenne ein einzelnes horizontales Antennenleiterelement umfasst, das eine Länge im Bereich von 300 mm bis 500 mm aufweist; ein AM-Verstärkermittel (8) zum Verstärken des über die AM-Antenne empfangenen Signals vorgesehen ist; und ein FM-Verstärkermittel (9) zum Verstärken des über die FM-Antenne empfangenen Signals vorgesehen ist.
Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Antibeschlag-Heizeinheit (3) mit der FM-Antenne (5) kapazitiv gekoppelt ist und als eine Hilfs-FM-Antenne dient.
Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, die ferner eine Hilfs-FM-Antenne (5s) umfasst, die unterhalb der Antibeschlag-Heizeinheit (3) vorgesehen ist, wobei die Hilfs-FM-Antenne mit der FM-Antenne (5), die zwischen der Antibeschlag-Heizeinheit und der als Hauptantenne dienenden AM-Antenne vorgesehen ist, eine Mehrbereichsantenne bildet.
Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der die AM-Antenne (4) eine Kurzschlussleitung (42) enthält, die die mehreren horizontalen Antennenleiterelemente (4a) verbindet.
Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Antibeschlag-Heizeinheit (3) mehrere Heizleitungen und eine Kurzschlussleitung, die die Heizleitungen verbindet, enthält.
Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das AM-Verstärkermittel (8) eine elektrische Schaltung umfasst, die einen FET (Q1) mit gemeinsamer Source enthält und eine Eingangsimpedanz von wenigstens 1 MΩ aufweist.
Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das AM-Verstärkermittel (8) eine Drosselspule (L1) enthält, die an einer Ausgangsstufe desselben vorgesehen ist und eine Ausgangsimpedanz von 100 Ω oder weniger aufweist.
Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das FM-Verstärkermittel (9) eine elektrische Schaltung umfasst, die einen Transistor mit geerdeter Basis oder einen FET mit geerdetem Gate (Q2) enthält.
Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das FM-Verstärkermittel (9) eine Eingangsimpedanz von 50 Ω oder weniger aufweist.
Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das FM-Verstärkermittel (9) einen Gewinn von 3 dB oder weniger aufweist.
Fahrzeugfensterscheiben-Antennenvorrichtung (1) nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei der das FM-Verstärkermittel (9) an einer Ausgangsstufe desselben ein Filtermittel in Form eines Schwingkreises aufweist, das die Erzeugung eines wechselweise modulierten Signals eines AM-Frequenzbandes verhindert, die aus einer wechselweisen Modulation zwischen mehreren Ausgangs-FM-Signalen vom FM-Verstärkermittel resultiert.
Funkempfängervorrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: Antibeschlag-Heizeinheit (3), die an einer Fensterscheibe (2) eines Fahrzeugs vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Antibeschlag-Heizeinheit einem Typ entspricht, der keine Drosselspule aufweist; eine AM-Antenne (4) oberhalb der Antibeschlag-Heizeinheit vorgesehen ist, um das AM-Frequenzband zu empfangen; eine FM-Antenne (5) zwischen der Antibeschlag-Heizeinheit und der AM-Antenne vorgesehen ist, um das FM-Frequenzband zu empfangen, wobei die FM-Antenne ein einzelnes horizontales Antennenleiterelement umfasst; ein AM-Verstärkermittel (8) zum Verstärken des über die AM-Antenne empfangenen Signals vorgesehen ist; ein FM-Verstärkermittel (9) zum Verstärken des über die FM-Antenne empfangenen Signals vorgesehen ist; und ein Funkempfänger (10) vorgesehen ist, der mit dem jeweiligen Ausgangsanschlüssen des AM-Verstärkermittels (8) und des FM-Verstärkermittels (9) über ein Signalübertragungskabel mit einem Durchmesser von 3 mm oder weniger verbunden ist.
Funkempfängervorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Signalübertragungskabel eine Impedanz von 75 Ω oder weniger aufweist.