DE60028840T2

DE60028840T2 - Integrierte mehrdienst-kfz-antenne

Info

Publication number: DE60028840T2
Application number: DE60028840T
Authority: DE
Inventors: Carles Puente Baliarda; Jean Edouard ROZAN
Original assignee: Advanced Automotive Antennas SL
Current assignee: Advanced Automotive Antennas SL
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: CN1511356A; ATE330338T1; KR20030060920A; ES2264941T3; AU2001213881A1; DE60028840D1; KR100871233B1; EP1338058B1; WO2002035646A1; EP1338058A1; JP2004512755A; CN100334777C; JP4191481B2

Description

AUFGABE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrdienste-Antennensystem, das in einer an der Innenfläche der transparenten Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs befestigten Kunststoffverkleidung integriert ist. Die Erfindung umfasst Miniaturantennen für die in einem Kraftfahrzeug gegenwärtig benötigten grundlegenden Dienste, nämlich den Rundfunkempfang, vorzugsweise innerhalb der AM- und FM- oder DAB-Bänder, den Mobilfunk zum Senden und Empfangen innerhalb der GSM 900-, GSM 1800- und UMTS-Bänder, und beispielsweise das GPS-Navigationssystem.
Die Form und der Aufbau der Antenne basieren auf kombinierten Miniaturisierungsverfahren, welche eine wesentliche Größenreduzierung der Antenne und somit deren Integrierung in ein Kraftfahrzeug-Bauteil, wie beispielsweise einen Rückblickspiegel, ermöglichen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bis vor kurzem waren die in einem Kraftfahrzeug enthaltenen Telekommunikationsdienste auf einige wenige Systeme, und zwar hauptsächlich auf den analogen Rundfunkempfang (AM-/FM-Bänder), beschränkt. Die gängigste Lösung für diese Systeme ist die typische Peitschenantenne, die auf dem Kraftfahrzeugdach befestigt ist. Im Automobilsektor besteht gegenwärtig die Tendenz, die ästhetische und aerodynamische Auswirkung dieser Peitschenantennen zu reduzieren, indem das Antennensystem in den Fahrzeugaufbau eingebettet wird. Hinzu kommt, dass eine umfassende Integrierung der verschiedenen Telekommunikationsdienste in eine einzige Antenne ein besonderer Anreiz ist, um die Herstellkosten oder die durch Vandalismus und Autowaschanlagen verursachten Schäden zu reduzieren.
Angesichts der grundlegenden kulturellen Veränderungen in Richtung zu einer Informationsgesellschaft wird die Antennenintegrierung in zunehmendem Maße not wendig. Durch das Internet ist ein Informationszeitalter angebrochen, in dem die Menschen überall auf der Welt Informationen erwarten, verlangen und erhalten. Kraftfahrzeugfahrer erwarten daher, dass sie sicher fahren können, während sie dabei E-Mails und Telefonanrufe handhaben und Richtungen, Zeitpläne sowie andere durch das Internet (World Wide Web) zugängliche Informationen erhalten.
Telematikvorrichtungen können dazu verwendet werden, einen Unfall den Behörden automatisch zu melden und Rettungskräfte zum Fahrzeug zu leiten, gestohlene Fahrzeuge ausfindig zu machen, Kraftfahrzeug-Fahrern einen Navigationsdienst bereitzustellen, einen Notruf durchzugeben und eine Ferndiagnose der Motorfunktionen abzurufen.
Die Integrierung von fortschrittlichen Telekommunikationsgeräten und -diensten in Personenkraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen ist noch relativ neu und war zunächst für Luxus-Fahrzeuge der oberen Preisklasse gedacht. Durch die rasche Senkung sowohl der Bauteil- als auch der Dienstleistungskosten sind Telematikprodukte allerdings nun auch in Kraftfahrzeugen der mittleren Preisklasse zu finden. Die massive Einführung einer umfassenden Bandbreite solcher neuen Systeme würde jedoch zu einer starken Zunahme von Antennen auf der Karosserie des Kraftfahrzeugs führen, was somit im Widerspruch zum ästhetischen und aerodynamischen Trend stünde, es sei denn, dass eine integrierte Lösung für die Antennen verwendet wird.
In diesem Jahr wurde in dem Patent PCT/EP00/00411 eine neue Familie kleiner Antennen vorgeschlagen, die auf den als raumfüllende Kurven bezeichneten Kurven basieren. Eine Antenne wird als Kleinantenne (Miniaturantenne) bezeichnet, wenn diese im Vergleich zur Betriebswellenlänge in einen kleinen Raum gepasst werden kann. Es ist bekannt, dass eine kleine Antenne einen großen Eingangsblindwiderstand (entweder kapazitiv oder induktiv) aufweist, der normalerweise durch eine externe Anpassungs-/Belastungsschaltung oder -struktur kompensiert werden muss. Weitere Eigenschaften einer kleinen Antenne sind ihr geringer Strahlungswiderstand, ihre geringe Bandbreite und ihr niedriger Wirkungsgrad. Das bedeutet, dass es eine große Herausforderung ist, eine Resonanzantenne in einen Raum einzupassen, der im Hinblick auf die Wellenlänge bei Resonanz klein ist. Durch die für die Ausbildung und Konstruktion kleiner Antennen eingeführten raumfüllenden Kurven wird die Leis tung anderer klassischer Antennen, welche im Stand der Technik beschrieben werden (wie z.B. lineare Monopole, Dipole und kreisförmige oder rechteckige Schleifen), verbessert.
Die Integrierung von Antennen in Spiegeln ist bereits vorgeschlagen worden. Das US-Patent Nr. 4123756 ist eines der ersten Patente, in denen die Verwendung von leitfähigen Schichten als Antennen innerhalb von Spiegeln vorgeschlagen wird. In dem US-Patent Nr. 5504478 wird vorgeschlagen, die Metallseiten eines Spiegels als Antenne für die drahtlose Türöffnung von Kraftfahrzeugen zu verwenden. Es wurden auch andere Konfigurationen vorgeschlagen, um eine drahtlose Türöffnung für Kraftfahrzeuge, eine Garagenöffnung oder einen Kraftfahrzeugalarm (US-Patent Nr. 5798688) im Inneren von Kraftfahrzeug-Spiegeln zu integrieren. Hierbei handelt es sich jedoch offensichtlich um spezielle Lösungen für bestimmte Systeme, die im Allgemeinen eine Antenne mit einer sehr schmalen Bandbreite benötigen und keine umfassende Integrierung einer Antenne für grundlegende Dienste bieten.
Bei anderen Lösungen wurde vorgeschlagen, dass die AM-/FM-Antenne in das Heizfeld der Heckscheibe integriert wird (Patent Nr. WO95/11530). Diese Konfiguration erfordert jedoch ein kostspieliges elektronisches Anpassungsnetz mit Hochfrequenzverstärkern und -filtern, um die Rundfunksignale von der Gleichstromquelle zu separieren, und ist aufgrund des niedrigen Antennen-Wirkungsgrads für die Übertragung beispielsweise von einem Fernsprechsignal ungeeignet.
Eine der durch die vorliegende Erfindung eingeführten wesentlichen Neuerungen besteht darin, dass zum Beispiel ein Rückblickspiegel verwendet wird, um alle in einem Kraftfahrzeug benötigten grundlegenden Dienste zu integrieren: Rundfunk, GPS und ein drahtloser Zugang zu Mobilfunknetzen. Die Hauptvorteile der vorliegenden Erfindung im Bezug auf den Stand der Technik sind: erstens eine vollständige Integrierung der Antenne ohne ästhetische oder aerodynamische Auswirkung; zweitens ein vollständiger Schutz vor zufälligen Schäden oder Vandalismus und drittens eine wesentliche Kostensenkung.
Die Verwendung von Mikrostreifen-Antennen ist bereits bei Mobilfunk-Handapparaten (Aufsatz von K. Virga und Y. Rahmat-Samii, „Low-Profile Enhanced- Bandwidth PIFA Antennas for Wireless Communications Packaging „ veröffentlicht in „IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques" im Oktober 1997), insbesondere in der als PIFA (Planar Inverted F Antennas) bezeichneten Konfiguration, bekannt. Der Grund für die Verwendung von Mikrostreifen-PIFA-Antennen liegt in ihrem niedrigen Profil, ihren niedrigen Herstellkosten und einer leichten Integrierung in die Handapparatstruktur. Allerdings wurde diese Antennen-Konfiguration nicht zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Bei mehreren Antennen-Konfigurationen der vorliegenden Erfindung, die die Integrierung eines Mehrdienste-Antennensystems wie beispielsweise in einem Innen-Rückblickspiegel beanspruchen, werden PIFA-Antennen verwendet.
Eines der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Miniaturisierungsverfahren basiert, wie bereits erwähnt, auf raumfüllenden Kurven. Bei einem speziellen Fall der Antennenkonfiguration, die in dieser Erfindung vorgeschlagen wird, könnte die Antennenform auch als Mehrebenen-Struktur beschrieben werden. Mehrebenen-Verfahren sind bereits vorgeschlagen worden, um die physikalischen Abmessungen von Mikrostreifen-Antennen zu reduzieren (PCT/ES/00296).
Das US-Patent Nr. 5 798 688 beschreibt eine Baugruppe für einen Innenspiegel eines Kraftfahrzeugs mit einem Kommunikationssystem, wie zum Beispiel einer schlüssellosen Eingangsvorrichtung, einem globalen Positionierungssystem, einem Navigationssystem oder einer Fernbedienung zur Garagentüröffnung. Die Baugruppe umfasst des Weiteren eine manuelle Betätigungsvorrichtung zur Positionseinstellung des reflektierenden Elements und ein elektromagnetisches Kommunikationsmodul, das mit dem Gehäuse von der manuellen Betätigungsvorrichtung gehalten wird.
In der internationalen Veröffentlichung WO96/29755 wird ein Kraftfahrzeug-Antennensystem beschrieben, das eine in einem Kraftfahrzeug angeordnete Antenne enthält, die eine Mobilfunkantenne und/oder eine Rundfunkantenne umfasst, welche durch herkömmliche Mittel an einem Kraftfahrzeug-Antennengehäuse befestigt ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Kraftfahrzeug-Antennengehäuse eine in dem Kraftfahrzeug angeordnete Antennengehäuse-Baugruppe, die ein Rückblickspiegelgehäuse umfasst.
Ein Rückblickspiegel mit integriertem Mikrowellenempfänger ist in der Veröffentlichung WO00/49680 offenbart, in der eine Mikrowellenantenne dazu vorgesehen ist, Übertragungen von Satelliten durch die vordere Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs zu empfangen. Die Mikrowellenantenne ist vorzugsweise als Steck- bzw. Patchantenne aufgebaut, die ein dielektrisches Substrat mit einer Schicht eines leitenden Materials enthält, das auf einer Seite des dielektrischen Substrats, welches eine leitende Erdungsebene bildet, vorgesehen ist.
Jedes der oben angegebenen Dokumente gibt eine Kombination von bestimmten Konfigurationen verschiedener Typen von kleinen Anntennen in einem reduzierten Raum an, durch die deren gleichzeitiger Betrieb möglich wird, um so ein in einem Kraftfahrzeug erforderliches Mehrdienste-Antennensystem, und zwar Rundfunkempfang, Mobilfunk zum Senden und Empfangen innerhalb der GSM 900-, GSM 1800- und UMTS-Bänder sowie GPS Navigationssystem, bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein integriertes Mehrdienste-Antennensystem für ein Kraftfahrzeug, das die folgenden Bauteile und Merkmale umfasst:

a) Wenigstens eine erste Antenne des Antennensystems umfasst einen leitfähigen Streifen oder Draht, wobei der leitfähige Streifen oder Draht durch eine raumfüllende Kurve gebildet wird, die aus wenigstens zweihundert verbundenen Segmenten zusammengesetzt ist, welche mit jedem angrenzenden Segment einen im Wesentlichen rechten Winkel bilden, wobei die Segmente kleiner als ein Hundertstel Betriebswellenlänge im freien Raum sind und die erste Antenne zum Empfang von AM- und FM- bzw. DAB-Rundfunksignalen verwendet wird.
b) Das Antennensystem kann wahlweise Miniaturantennen für drahtlose Mobilfunk-Dienste, wie zum Beispiel GSM 900 (870–960 MHz), GSM 1800 (1710–1880 MHz) und UMTS (1900–2170 MHz), enthalten.
c) Das Antennensystem kann eine Miniaturantenne für den GPS-Empfang (1575 MHz) enthalten.
d) Die Antennenanordnung ist in einer Kunststoffverkleidung oder in einer dielektrischen Verkleidung integriert, die an der Innenfläche der transparenten Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs befestigt ist.
e) Die oberen Kanten der Kunststoffverkleidung fluchten mit der Ober-, Längs- oder Unterseite des Rahmens der Windschutzscheibe, und ein leitfähiges Anschlusskabel ist mit der Metallkarosserie des Kraftfahrzeugs elektrisch verbunden, um den Erdleiter der in dem System befindlichen Antennen zu erden.

In der vorliegenden Erfindung ist eines der bevorzugten Ausführungsbeispiele für die das Mehrdienste-Antennensystem umschließende Kunststoffverkleidung das Gehäuse des Innen-Rückblickspiegels, das die Rückblickspiegel-Fassungshalterung und/oder den Spiegel selbst enthält. Diese Position gewährleistet ein optimales Antennenverhalten, d.h. einen guten Impedanzabgleich, im Wesentlichen ein Rundum-Strahlungsdiagramm in der Horizontalebene zum Bedecken terrestrischer Kommunikationssysteme (wie Rundfunk oder Mobilfunk) und eine breite Höhenbedeckung für Satelliten-Kommunikationssysteme, wie beispielsweise GPS.
Die wesentliche Größenreduzierung der in der vorliegenden Erfindung eingeführten Antennen wird durch die Verwendung raumfüllender Geometrien erzielt. Eine raumfüllende Kurve kann als eine Kurve beschrieben werden, die hinsichtlich ihrer physikalischen Länge groß, jedoch hinsichtlich des Bereichs, in dem die Kurve enthalten sein kann, klein ist. Genauer gesagt wird eine raumfüllende Kurve in diesem Dokument folgendermaßen definiert: eine aus wenigstens zehn Segmenten zusammengesetzte Kurve, wobei die Segmente mit jedem angrenzenden Segment einen Winkel bilden. Wie auch immer der Aufbau einer solchen raumfüllenden Kurve ist, sie kann sich niemals an irgendeinem Punkt mit Ausnahme des Anfangs- und des Endpunktes schneiden (das heißt, dass die gesamte Kurve als geschlossene Kurve oder Schleife angeordnet sein kann, während jedoch keines der Teile der Kurve eine geschlossene Schleife bilden kann). Eine raumfüllende Kurve kann auf eine flache oder gekrümmte Fläche gepasst werden, wobei aufgrund der Winkel zwischen den Seg menten die physikalische Länge der Kurve stets größer als diejenige einer beliebigen geraden Linie ist, die in den gleichen Bereich (Fläche) wie die raumfüllende Kurve eingepasst werden kann. Um zudem die Struktur einer Miniaturantenne gemäß der vorliegenden Erfindung richtig zu gestalten, müssen die Segmente der raumfüllenden Kurven kürzer als ein Zehntel der Betriebswellenlänge im freien Raum sein.
In der vorliegenden Erfindung ist wenigstens eine der Antennen, die teilweise durch eine raumfüllende Kurve beschrieben wird, durch ein einschränkendes Merkmal gekennzeichnet: Die Kurve ist durch zumindest zweihundert Segmente zusammengesetzt, wobei die Segmente mit jedem angrenzenden Segment einen rechten Winkel bilden und kleiner als ein Hundertstel der mittleren Betriebswellenlänge im freien Raum sind. Eine mögliche Antennenkonfiguration besteht darin, die raumfüllende Antenne als Monopol zu verwenden, wobei ein leitfähiger Zweig des Monopols im Wesentlichen eine raumfüllende Kurve beschreibt. Die Antenne wird dann mit einer Zweileiter-Struktur, wie beispielsweise einem Koaxialkabel, gespeist, wobei einer der Leiter mit der unteren Spitze der Mehrebenenstruktur und der andere Leiter mit dem metallischen Fahrzeugaufbau, der als ausgleichender Erdschluss wirksam ist, verbunden sind. Natürlich können auch andere Antennenkonfigurationen verwendet werden, bei denen die raumfüllende Kurve das Hauptmerkmal darstellt, wie zum Beispiel eine Dipol- oder Schleifenanordnung. Diese Antenne eignet sich beispielsweise für den analogen (FM/AM) oder digitalen Rundfunkempfang je nach der endgültigen Antennengröße, wie dem Fachmann bekannt ist. Diese Antenne zeichnet sich durch eine deutliche Größenreduzierung von mehr als 20% im Vergleich zur typischen Größe einer herkömmlichen Viertelwellen-Außenpeitschenantenne aus. Durch dieses Merkmal in Kombination mit dem kleinen Profil der Antenne, die zum Beispiel auf einem kostengünstigen dielektrischen Substrat gedruckt sein kann, ist eine einfache und kompakte Integrierung der Antennenstruktur in einer Kraftfahrzeug-Komponente, wie zum Beispiel die Halterung des Innen-Rückblickspiegels, möglich. Durch geeignete Auswahl der Form der raumfüllenden Kurve kann die Antenne auch zumindest bei bestimmten Anwendungen zum Senden und Empfangen innerhalb der Mobilfunkbänder verwendet werden.
Neben der wesentlichen Verkleinerung des Antennenelements, das die Rundfunkdienste abdeckt, besteht ein weiterer wichtiger Aspekt für die Integrierung des An tennensystems in einen kleinen Raum oder ein Fahrzeugbauteil in der Größenreduzierung der Strahlungselemente, die die Mobilfunkdienste abdecken. Dies kann zum Beispiel durch Verwendung einer PIFA-Antennenkonfiguration erreicht werden, die darin besteht, dass zwei parallele leitfähige Schichten verbunden werden, wobei die Schichten entweder durch Luft oder ein dielektrisches, magnetisches oder magnetodielektrisches Material getrennt und durch einen leitfähigen Streifen, der nahe einer der Schichtecken und rechtwinklig auf beiden Schichten angeordnet ist, verbunden sind. Die Antenne wird durch ein Koaxialkabel gespeist, dessen äußerer Leiter mit der ersten Schicht verbunden ist, während die zweite Schicht entweder durch einen direkten Kontakt oder kapazitiv mit dem inneren Leiter des Koaxialkabels verbunden ist. Obwohl die Verwendung von PIFA-Antennen bei Handapparaten und drahtlosen Anschlüssen bekannt ist, wird die Konfiguration in der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise für die Integrierung eines drahtlosen Dienstes in dem Kraftfahrzeug verwendet. Der Hauptvorteil besteht darin, dass die PIFA-Antennen aufgrund der geringen Größe, des kleinen Profils und des charakteristischen Strahlungsdiagramms in einer bevorzugten Konfiguration vollständig in dem Gehäuse oder der Fassung des Innen-Rückblickspiegels integriert sind, wodurch eine optimale Bedeckung für Mobilfunk, keinerlei Auswirkungen auf die Ästhetik des Kraftfahrzeugs und eine reduzierte Bestrahlung von Kopf und Körper des Kraftfahrzeug-Fahrers durch den Schutz der Spiegelfläche erzielt wird.
Eine weitere Verkleinerung der PIFA-Antennen innerhalb des Mehrdienste-Antennensystems wird wahlweise in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dadurch erzielt, dass zumindest eine Kante von wenigstens einer Schicht der Antenne als eine raumfüllende Kurve ausgebildet ist. Es ist bekannt, dass die Resonanzfrequenz von PIFA-Antennen von deren Umfang abhängt. Durch vorteilhaftes Ausbilden wenigstens eines Teils des Umfangs der PIFA-Antennen als raumfüllende Kurve wird die Resonanzfrequenz reduziert, so dass die Antennen für drahtlose Mobilfunkdienste in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ebenso verkleinert werden können. Die Größenreduzierung, die durch Verwendung dieser kombinierten raumfüllenden PIFA-Konfiguration erzielt werden kann, ist um 40% besser im Vergleich zu einer herkömmlichen flachen Mikrostreifen-Antenne, bei der dieselben Materialien verwendet werden. Die Größenreduzierung steht in direk tem Zusammenhang mit einer Gewichts- und Kostenreduzierung, die für die Automobilindustrie maßgebend sind.
Die Bedeckung des Satellitensystems wie zum Beispiel GPS wird erhalten, indem eine Miniaturantenne nahe der Oberfläche des an dem Kraftfahrzeugfensterglas befestigten Gehäuses des Antennensystems angeordnet wird. In der vorliegenden Erfindung wird das raumfüllende Verfahren oder das Verfahren der Mehrebenenantenne vorteilhafterweise dazu eingesetzt, dass die Größe, die Kosten und das Gewicht der Satellitenantenne verringert werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Mikrostreifen-Patchantenne mit einem eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweisenden Substrat für die Antenne verwendet, wobei wenigstens ein Teil des Patch entweder als eine raumfüllende Kurve oder als Mehrebenenstruktur ausgebildet ist.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Größenreduzierung, die bei den gesamten Antennensystemen durch Anwendung der raumfüllenden Verfahren erzielt wird. Diese Größenreduzierung ermöglicht eine vollständige Integrierung der Antennen für die in den heutigen und zukünftigen Kraftfahrzeugen benötigten gängigen Anwendungen (Rundfunk, Mobilfunk und Navigation) in einen Rückblickspiegel. Diese Integrierung stellt eine bedeutende Verbesserung der ästhetischen und visuellen Auswirkung der herkömmlichen Monopole dar, die auf dem Automobilmarkt zum Empfangen und Senden von Rundfunk oder Mobilfunk eingesetzt werden.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Senkung der Kosten nicht nur bei dem Material der Antenne, sondern auch bei der Herstellung und Montage des Kraftfahrzeugs. Durch den Austausch der verschiedenen herkömmlichen Peitschen-Monopole (eine für jede drahtlose Erdverbindung) durch das System der vorliegenden Erfindung werden Montagevorgänge in den Fertigungsstraßen, wie beispielsweise die Perforierung der Kraftfahrzeug-Karosserie, eingespart und in Verbindung damit werden zusätzliche mechanische Teile überflüssig, die eine stabile und wasserdichte Befestigung der herkömmlichen Peitschenantennen, die einem hohen Luftdruck ausgesetzt sind, sicherstellen. Die Anbringung des Antennensystems im Rückblickspiegel im Inneren des Kraftfahrzeugs erfordert keine zusätzlichen Arbeitsgänge in der Endmontage. Darüber hinaus wird durch Vermeiden der herkömmlichen schweren mechanischen Halterungen eine Gewichtsreduzierung erreicht.
Entsprechend der gegenwärtigen Praxis in der Automobilindustrie kann derselbe Rückblickspiegel bei verschiedenen Fahrzeugmodellen oder sogar Fahrzeugfamilien verwendet werden. Somit ist es ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass das integrierte Antennensystem für solche Fahrzeugmodelle und auch Fahrzeugfamilien standardisiert ist. Dasselbe Bauteil kann unabhängig von dem Fahrzeugtyp, nämlich einem Standard-Fahrzeug, einem zweitürigen Fahrzeug, einem Coupé oder auch einem Cabriolet, eingesetzt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine vollständige Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Antennensystems in einem Rückblickspiegel. Der Rückblickspiegel umfasst eine an der vorderen Windschutzscheibe zu befestigende Fassungshalterung (1), eine raumfüllende Antenne für den AM-/FM-Empfang (5), eine Anordnung von Miniaturantennen (6) zum Senden und Empfangen von Mobilfunksignalen innerhalb der Bänder GSM 900 (870–960 MHz), GSM 1800 (1710–1880 MHz) und UMTS (1900–2170 MHz) und eine GPS-Antenne (7).
2 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die an der vorderen Windschutzscheibe zu befestigende Rückblickspiegel-Fassungshalterung (1) umfasst eine raumfüllende Antenne für den AM-/FM-Empfang (5), eine Anordnung von Miniaturantennen (6) zum Senden und Empfangen von Mobilfunksignalen innerhalb der Bänder GSM 900 (870–960 MHz), GSM 1800 (1710–1880 MHz) und UMTS (1900–2170 MHz) und eine GPS-Antenne (7).
3 zeigt eine detaillierte Ansicht der raumfüllenden Antennenstruktur für den Empfang der AM-/FM-Bänder. Die Antenne wird als Monopol gespeist und ist in einer Rückblickspiegel-Halterung angeordnet. Die Antenne kann leicht an ein DAB-System angepasst werden, indem sie proportional auf die Wellenlängenverkürzung skaliert wird.
4 zeigt ein Beispiel einer Anordnung von Miniaturantennen (6) für ein Mobilfunksystem zum Übertragen von GSM 900 (870–960 MHz), GSM 1800 (1710–1880 MHz) und UMTS (1900–2170 MHz). In dieser Konfiguration sind die Antennen aus zwei ebenen leitfähigen Schichten zusammengesetzt, von denen die erste Schicht kleiner als ein Viertel der Betriebswellenlänge (10) und die zweite Schicht der ausgleichende Erdschluss (8) ist. In diesem Fall wird eine separate leitfähige Schicht (10) für die drei Mobilfunksysteme verwendet, während der Erdschluss gemeinsam für alle drei Antennen vorgesehen ist. Die leitfähige Schicht (10) und der Erdschluss sind durch einen leitfähigen Streifen verbunden. Jede leitfähige Schicht (10) wird durch einen separaten Stift gespeist.
5 zeigt ein Beispiel des raumfüllenden Umfangs der leitfähigen Schicht (10), um eine optimale Miniaturisierung der Mobilfunkantenne (6) zu erzielen.
6 zeigt ein weiteres Beispiel des raumfüllenden Umfangs der leitfähigen Schicht (10), um eine optimale Miniaturisierung der Mobilfunkantenne (6) zu erzielen.
7 zeigt ein Beispiel der Miniaturisierung der Satelliten-GPS-Patchantenne durch Verwendung eines raumfüllenden oder Mehrebenen-Antennenverfahrens. Die GPS-Antenne wird durch zwei parallele leitfähige Schichten gebildet, die durch ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante beabstandet sind, so dass eine Mikrostreifen-Antenne mit zirkularer Polarisation ausgebildet wird. Die zirkulare Polarisation wird entweder durch ein Zweileiter-System oder durch Störung des Umfangs der Patchs erhalten. Der Umfang der obersten leitfähigen Schicht (11) wird vergrößert, indem er in eine raumfüllende Kurve eingepasst wird.
8 zeigt ein weiteres Beispiel der Miniaturisierung der GPS-Patchantenne, bei der der Umfang der obersten leitfähigen Schicht (11) eine raumfüllende Kurve ist.
9 zeigt ein weiteres Beispiel der Miniaturisierung der GPS-Patchantenne, bei der der Umfang der obersten leitfähigen Schicht (11) eine raumfüllende Kurve ist.
10 zeigt ein weiteres Beispiel der Miniaturisierung der GPS-Patchantenne, bei der der Umfang des inneren Spalts der obersten leitfähigen Schicht (11) eine raumfüllende Kurve ist.
11 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel, in dem wenigstens zwei raumfüllende Antennen auf derselben Fläche gehalten sind, wobei eine raumfüllende Antenne für den Empfang von Rundfunksignalen, die vorzugsweise innerhalb der AM- und FM- oder DAB-Bänder liegen, und die zweite raumfüllende Antenne zum Senden und Empfangen innerhalb der Mobilfunkbänder, wie zum Beispiel dem GSM-Band, vorgesehen ist. Alle raumfüllenden Antennen sind an einem Ende mit einem der Drähte einer Zweileiter-Antennenzuleitung, wie beispielsweise einem Koaxialkabel, verbunden, während der andere Leiter der Antennenzuleitung mit dem metallischen Fahrzeugaufbau verbunden ist.
12 zeigt eine alternative Position der GPS-Antenne (7). Die Antenne ist in einer horizontalen Position in dem Außengehäuse (16) eines Außen-Rückblickspiegels angeordnet.
13 zeigt ein weiteres Beispiel einer raumfüllenden Antenne auf der Basis einer SZ-Kurve für den AM-/FM-Empfang. Die Antenne wird als Monopol gespeist und ist in einer Rückblickspiegel-Halterung angeordnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein integriertes Mehrdienste-Antennensystem für ein Kraftfahrzeug, das zumindest eine durch eine raumfüllende Kurve gekennzeichnete Miniaturantenne umfasst.
1 beschreibt eines der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Das Antennensystem ist in der Fassungshalterung (1) eines Innen-Rückblickspiegels und in dem Gehäuse (2) des Innen-Rückblickspiegels integriert. Das System wird durch den Spiegel (3) und den Spiegelrahmen (4), der den Spiegel geschlossen hält, vervollständigt. In dieser Konfiguration ist die Fassungshalterung (1) des Spiegels als sich in die vertikale Richtung erstreckend dargestellt. Eine solche spezielle Spiegelanordnung ist zum Verständnis der Erfindung dargestellt, bildet jedoch keinen wesentlichen Teil der Erfindung. Wie der Fachmann erkennen kann, können im Rahmen des Schutzumfangs und im Sinn der vorliegenden Erfindung auch andere Formen für die Fassungshalterung verwendet werden.
Das Antennensystem umfasst eine raumfüllende Antenne (5), die für den Empfang von Rundfunksignalen innerhalb der AM- und FM- bzw. DAB-Bänder geeignet ist, eine Anordnung von Miniaturantennen (6), die zum Senden und Empfangen von Mobilfunksignalen innerhalb der GSM 900, GSM 1800 und UMTS-Bänder geeignet sind, und eine Miniatur-Patchantenne (7) für den Empfang von GPS-Signalen. Die raumfüllende Antenne (5) ist durch einen leitfähigen Streifen (9) gekennzeichnet, der eine raumfüllende Kurve beschreibt. Diese raumfüllende Kurve ist aus mindestens zweihundert Segmenten zusammengesetzt, wobei die Segmente mit jedem angrenzenden Segment einen rechten Winkel bilden und kleiner als ein Hundertstel der mittleren Betriebswellenlänge im freien Raum sind. Der leitfähige Streifen (9) kann durch eine beliebige Art von verlustarmen dielektrischen Materialien, einschließlich flexibler oder transparenter Platten, gehalten sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Zweig des leitfähigen Streifens mit einem ersten Leiter einer Zweileiter-Antennenzuleitung verbunden, während der zweite Leiter mit dem metallischen Fahrzeugaufbau verbunden ist, wobei dieser wie ein ausgleichender Erdschluss wirksam ist. Wenngleich die raumfüllende Form der Antenne und deren Verwendung zum Rundfunkempfang ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung sind, ist dem Fachmann jedoch klar, dass die Länge der raumfüllenden Kurve durch Anwendung herkömmlicher Verfahren maßlich angepasst werden kann, um einen bestmöglichen Impedanzabgleich innerhalb des UKW-Bands zu erhalten. Entsprechend der gewählten Maße kann die Antenne entweder für den FM-/AM-Empfang oder für den DAB-/AM-Empfang passend gemacht werden. Verglichen mit der üblichen Länge eines Viertelwellen-Außenmonopols ist die Größe der raumfüllenden Antenne um mindestens den Faktor Fünf reduziert, d.h. die Endgröße ist um 20% kleiner als eine herkömmliche Antenne. Als Monopol gespeist, weist diese Antenne ein ähnliches Strahlungsdiagramm wie ein herkömmliches Elementar-Monopol auf, d.h. ein quasi rundstrahlendes Monopol in der senkrechten Richtung der Antenne. Die Position in der Fassungshalterung (1) des Spiegels bietet einen weiten offenen Bereich und gewährleistet somit den richtigen Empfang aus allen Richtungen. Wie bei anderen Empfangssystemen kann die Signalqualität verbessert werden, indem Diversity-Verfahren auf der Basis von Raumdiversity (Verwendung mehrerer ähnlicher Antennen zum Empfang desselben Signals) oder Polarisationsdiversity (Anregung rechtwinkliger Strommodi innerhalb derselben Antennenstruktur) angewandt werden.
Neben der raumfüllenden Antenne (5) umfasst dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel des Mehrdienste-Antennensystems ein Miniatur-Mobilfunk-Antennensubsystem zum Senden und Empfangen innerhalb der Bänder GSM 900, GSM 1800 und UMTS. Die Antennen (6) sind durch eine erste ebene leitfähige Schicht (10), die kleiner als ein Viertel der Betriebswellenlänge ist, und eine zweite parallele leitfähige Schicht (8), die als ausgleichender Erdschluss wirksam ist, gekennzeichnet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel teilen sich die Antennen denselben Erdschluss (8), der gegenüber oder nahe dem Spiegel (3) angeordnet ist. Sowohl die leitfähige Schicht (10) als auch der Erdschluss (8) sind durch einen leitfähigen Streifen verbunden. Die leitfähige Schicht (10) wird durch einen vertikalen leitfähigen Stift gespeist, der entweder durch einen direkten ohmschen Kontakt oder durch kapazitive Kopplung verbunden ist. Die Antennenpolarisation ist im Wesentlichen vertikal und ermöglicht eine gute Durchdringung des Signals in das Kraftfahrzeuginnere. Die Antennen sind wahlweise durch Diplexer- oder Triplexer-Filter kombiniert, wobei eine einzelne Zuleitung mit dem Eingang des Diplexers oder Triplexers verbunden ist. Der Diplexer oder Triplexer kann durch Verwendung von konzentrierten Elementen oder Stichleitungen umgesetzt sein, wird aber in jedem Fall von demselben Erdschluss (8) getragen. Außerdem können auf derselben Platte zusätzliche elektronische Schaltungen, wie zum Beispiel ein elektrochromisches System oder ein Regendetektor, enthalten sein. Das Strahlungsdiagramm einer derartigen Antenne ist dem einer herkömmlichen Patchantenne ähnlich, indem es im Wesentlichen ein Rundum-Strahlungsdiagramm in der horizontalen Ebene gewährleistet. Durch die Position der Antennen (6), die zu der vorderen Windschutzscheibe hin orientiert sind und durch den Erdschluss (8), der dem Spiegel (3) gegenüber liegt, wird die innerhalb des Kraftfahrzeugs ausgestrahlte Energie, insbesondere in Richtung des Kopfs des Fahrers, eingeschränkt, so dass eine mögliche Wechselwirkung oder eine biologische Auswirkung auf den menschlichen Körper verringert und gleichzeitig Interferenzen mit anderen elektronischen Vorrichtungen reduziert werden.
Das Antennensystem wird durch eine Satellitenantenne, wie beispielsweise eine GPS-Antenne (7), vervollständigt. Die GPS-Antenne (7) besteht aus zwei parallelen leitfähigen Schichten (beabstandet durch ein Material mit hoher Dielektrizitätskonstante), die eine Mikrostreifen-Antenne mit zirkularer Polarisation bilden. Die zirkulare Polarisation kann entweder durch ein Zweileiter-System oder durch Störung des Umfangs der obersten leitfähigen Schicht (11) der Antenne erhalten werden. Die GPS-Antenne (7) enthält zudem einen rauscharmen hochverstärkenden Vorverstärker (12). Dieser Verstärker ist auf einem Chip, wie zum Beispiel die von Agilent oder Mini-Circuits vorgeschlagenen Chips (z.B. der Serie HP58509A oder HP58509F), enthalten. Der Chip ist auf einer Mikrostreifenschaltung neben der Mikrostreifen-GPS-Antenne befestigt, so dass sowohl die Antenne als auch die Schaltung dieselbe leitfähige Erdungsebene teilen. Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem GPS-System und dem Rundfunk bzw. Mobilfunk besteht darin, dass eine GPS-Antenne in der vertikalen Richtung ein offenes weites Strahlungsdiagramm benötigt. Eine geeignete Position für die Antenne ist daher, diese in der Spiegel-Fassungshalterung (1) in einer im Wesentlichen horizontalen Position anzuordnen. Obwohl die Antennenposition eine leichte Neigung in Bezug zur Horizontalen aufweist, ist das Strahlungsdiagramm einer solchen Mikrostreifen-Antenne in ausreichendem Maße rundstrahlend, um einen guten Empfang verschiedener Satellitensignale über einen breiten Positionsbereich zu sicherzustellen.
Wie dem Fachmann klar ist, beruht die Neuheit des Antennensystems der Erfindung darauf, dass eine sehr kleine, kostengünstige, flache raumfüllende Antenne für den Rundfunkempfang gewählt wird, dass diese raumfüllende Antenne mit weiteren Miniaturantennen für drahtlose Mobilfunk- und Satellitendienste kombiniert wird und dass alle Antennen in einem kleinen Kunststoffgehäuse oder dielektrischen Gehäuse, das an einer Glasscheibe befestigt ist, untergebracht sind. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel ist der Innen-Rückblickspiegel vorteilhafterweise als Gehäuse für das gesamte Antennensystem gewählt worden aufgrund seiner günstigen Position in dem Kraftfahrzeug (weite offene Sichtbarkeit zum Senden und Empfangen von Signalen, nahe Position zum Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs) und der geringen visuellen Auswirkung auf das Design des Kraftfahrzeugs. Dennoch ist dem Fachmann klar, dass dasselbe Antennen-Grundsystem in andere Kraftfahrzeug-Bauteile, wie zum Beispiel ein hinteres Bremslicht, integriert werden kann, ohne dass hierdurch die grundlegende Neuheit der Erfindung beeinträchtigt wird.
Wie in 2 gezeigt, kann eine weitere ähnliche Konfiguration innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden, welche umfasst: Anordnen der drahtlosen Mobilfunkantennen (6) in der Halterung der Spiegelstruktur (1) um die raumfüllende Haupt-Rundfunkantenne (9); Integrieren von zwei der drahtlosen Mobilfunkdienste in eine Standard-Zweibandantenne und Anordnen der Antenne entweder in dem Spiegelgehäuse (2) oder in der Spiegelhalterung (1); Entfernen von mindestens einem der Antennen-Bauteile für das Antennensystem, falls einer oder mehrere Dienste für ein bestimmtes Kraftfahrzeugmodell oder eine Kraftfahrzeugfamilie nicht benötigt werden; oder Umgestalten der zirkular polarisierten Satellitenantenne (7) für andere Frequenzen und Satellitenanwendungen als GPS (wie zum Beispiel Iridium, GlobalStar oder andere Satelliten-Fernsprechdienste oder kabellose Datendienste) durch Anwendung herkömmlicher Skalierverfahren.
3 beschreibt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die für den Empfang von AM-/FM-Signalen verwendete raumfüllende Antenne (5). In diesem Fall beschreibt der leitfähige Streifen (9) eine raumfüllende Kurve entsprechend der Definition der vorliegenden Erfindung. Der leitfähige Streifen (9) kann zum Beispiel durch Anwendung von Standardverfahren auf einem kostengünstigen dünnen dielektrischen Material, wie beispielsweise Glasfaser oder Polyester, gedruckt werden, das als Träger der Antenne dient. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird diese Konfiguration durch eine Zweileiter-Struktur, wie beispielsweise einem Koaxialkabel, gespeist, wobei einer der Leiter (13) mit dem leitfähigen Streifen (9) der raumfüllenden Antenne und der andere Leiter (14) mit dem als ausgleichendem Erdschluss wirksamen metallischen Fahrzeugaufbau (15) verbunden ist. Die andere Seite des leitfähigen Streifens (9) kann ohne Verbindung bleiben oder mit einer spezifischen Last oder mit demselben Fahrzeugaufbau (15) verbunden sein, um dessen Impedanzabgleichseigenschaften zu modifizieren, während dieselbe wesentliche raumfüllende Struktur als Kern der Erfindung beibehalten wird. Die Antenne ist in der Rückblickspiegelhalterung (1) parallel zur Windschutzscheibe angeordnet, um eine der Vertikalen angenäherte Ausrichtung zu gewährleisten. Da diese Antenne im Vergleich zur Betriebswellenlänge klein ist, weist das Strahlungsdiagramm eine Maximalstrahlung in der rechtwinklig zur Antennenausrichtung liegenden Ebene auf, die in diesem Fall die horizontale Ebene ist, wodurch sich eine optimale Bedeckung zum Empfang terrestrischer Rundfunksignale ergibt.
4 beschreibt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem die Anordnung von Miniaturantennen für GSM 900, GSM 1800 und UMTS auf einem gemeinsamen leitfähigen Erdschluss (8) verteilt ist. Die Größe und Form der leitfähigen Schicht (10) werden unter Verwendung bekannter Standardverfahren ausgelegt, um einen guten Impedanzabgleich innerhalb des gewünschten Bandes zu erhalten. Jede leitfähige Schicht (10) weist eine Größe auf, die um eine Viertelwellenlänge kleiner als die Betriebsfrequenz ist. Diese deutliche Größenverringerung ist auf das Vorhandensein eines leitfähigen Streifens zwischen der leitfähigen Schicht (10) und dem Erdschluss (8) zurückzuführen. Diese Anordnung wird durch einen vertikalen leitfähigen Stift gespeist, der entweder durch einen direkten ohmschen Kontakt oder durch kapazitive Kopplung mit der leitfähigen Schicht (10) verbunden ist. Das Strahlungsdiagramm einer solchen Antenne ist dem Strahlungsdiagramm einer herkömmlichen Patchantenne ähnlich, indem es eine weit offene Strahlungskeule in der rechtwinklig zur leitfähigen Schicht (10) liegenden Richtung, welche in diesem Fall die horizontale Ebene ist, aufweist. Aufgrund der verkleinerten Abmessungen der Erdungsebene (8) erfolgt die Strahlung in der entgegengesetzten Richtung, so dass im Wesentlichen ein Rundstrahldiagramm gewährleistet ist. Es ist dem Fachmann klar, dass die relati ve Position der Antennen nicht von Bedeutung ist und verändert werden kann, ohne dass dadurch das Wesen der vorliegenden Erfindung beeinträchtigt wird.
5 zeigt eine Weiterbildung eines beliebigen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, die dadurch erzielt werden kann, dass zumindest ein Teil des Umfangs der leitfähigen Schicht (10) als eine raumfüllende Kurve geformt ist. Da die Resonanzfrequenz einer solchen Konfiguration von der Gesamtlänge des Umfangs abhängt, wird durch die Vergrößerung der Umfangslänge durch Verwendung eines raumfüllenden Umfangs die Gesamtgröße der leitfähigen Schicht (10) reduziert. Im Rahmen des Schutzumfangs und Wesens der vorliegenden Erfindung können außer der in 5 gezeigten raumfüllenden Kurve auch andere raumfüllende Kurven zur Vergrößerung der Umfangslänge verwendet werden. Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung eines raumfüllenden Umfangs besteht darin, dass die Resonanzfrequenz verändert wird, während die übrigen Antennenparameter (wie zum Beispiel das Strahlungsdiagramm oder der Antennengewinn) quasi gleich bleiben, wodurch in Bezug zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel eine Größenreduzierung (einhergehend mit einer Kosten- und Gewichtsreduzierung) ermöglicht wird.
Wie bereits erwähnt, können andere raumfüllende Kurven im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie in 6 dargestellt.
In 7 bis 10 sind verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele für eine weitere Miniaturisierung der Satellitenantenne (7) dargestellt. In diesem Fall ist der Umfang des die Mikrostreifen-Antenne kennzeichnenden Patchs vorteilhafterweise wie eine raumfüllende Kurve geformt.
7 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine GPS-Antenne, die durch ihren raumfüllenden, aus 20 Segmenten zusammengesetzten Umfang gekennzeichnet ist. Die Form kann auch als Mehrebenenstruktur, die aus 5 verbundenen Quadraten ausgebildet ist, betrachtet werden. Abgesehen von der leitfähigen Schicht (11), die das Patch bildet, ist der Aufbau der Antenne ähnlich demjenigen einer herkömmlichen Viereck-Patchantenne. Die zirkulare Polarisation kann entweder durch ein Zweileiter-System oder durch Störung des Umfangs der obersten leitfähigen Schicht (11) der Antenne erhalten werden, indem dasselbe herkömmliche Verfahren wie bei einer rechteckigen leitfähigen Schicht (11) angewandt wird. Die Antenne enthält zudem einen rauscharmen hochverstärkenden Vorverstärker (12), der auf einer Mikrostreifen-Schaltung neben der Mikrostreifen-GPS-Antenne befestigt ist, so dass sowohl die Antenne als auch die Schaltung dieselbe leitfähige Erdungsebene teilen. Die Antenne ist in der Spiegel-Fassungshalterung (1) in einer im Wesentlichen horizontalen Position angeordnet, um so eine breite, nahezu halbkugelige Bedeckung für den Mehrfach-Satellitenverbindung sicherzustellen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in 8 gezeigt. Hier wird ein ähnliches raumfüllendes System wie das des vorhergehenden Ausführungsbeispiels für jedes der vier Quadrate in den Ecken angewandt. Die Größenreduzierung einer derartigen Antenne beträgt mehr als 50%, so dass sich die Kosten für die Antenne aufgrund der reduzierten Fläche des Materials mit hoher Dielektrizitätskonstante, das die Mikrostreifen-Antennenanordnung trägt, verringern. Das Strahlungsdiagramm einer solchen Antenne wird in derselben Grundform wie bei einer herkömmlichen Mikrostreifen-Antenne gehalten, so dass eine nahezu halbkugelförmige Bedeckung im oberen Halbraum gewährleistet ist.
In 9 und 10 werden andere raumfüllende Kurven verwendet, um den Umfang der leitfähigen Schicht (11) der Satellitenantenne auszubilden. Es ist für den Fachmann erkennbar, dass im Rahmen des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung ähnliche Verfahren wie das oben genannte auch auf die drahtlosen Mobilfunkantennen angewandt werden können.
In 9 wird der Außenumfang durch eine weitere raumfüllende Kurve gebildet. In 10 ist eine Öffnung in der Mitte der leitfähigen Schicht (11) ausgebildet. Die Länge der Öffnung wird durch eine raumfüllende Kurve, die ein ähnliches Muster wie diejenige in 9 beschreibt, vergrößert. In beiden Fällen ist die Antennengröße unter Beibehaltung der zirkularen Polarisation und des Strahlungsdiagramms reduziert worden.
In 11 ist ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel gezeigt. Das Antennensystem ist in einer im Wesentlichen vertikalen Position in der Spiegelhalterung (1) oder parallel zur Glasscheibe angeordnet, um die Dicke der Halterung (1) zu mini mieren. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine raumfüllende Antenne durch einen aus wenigstens zweihundert Segmenten zusammengesetzten leitfähigen Streifen (9) gekennzeichnet. Die Segmente bilden einen im Wesentlichen rechten Winkel mit jedem angrenzenden Segment und sind kleiner als ein Hundertstel der mittleren Betriebswellenlänge im freien Raum. Die Antenne ist für den Empfang von Rundfunksignalen beispielsweise der AM- und FM- oder DAB-Bänder geeignet. Der leitfähige Streifen (9) kann durch eine beliebige Art von verlustarmem dielektrischem Material, einschließlich flexibler oder transparenter Platten, gehalten sein. Das System wird durch weitere raumfüllende Antennen vervollständigt, wobei der leitfähige Streifen (9) zwar auch eine raumfüllende Kurve beschreibt, die Anzahl der Segmente jedoch in Bezug auf die vorherige Antenne kleiner ist. Diese anderen raumfüllenden Antennen sind zum Senden und Empfangen der Bänder GSM 900, GSM 1800 und UMTS ausgelegt. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein erster Leiter eines Zweileiter-Antenneneingangsanschlusses mit jedem leitfähigen Streifen (9) verbunden, während der zweite Leiter mit dem metallischen Aufbau des Kraftfahrzeugs, der als leitfähiger Erdschluss der Monopol-Anordnung wirksam ist, verbunden ist. Obwohl diese Antennen im Vergleich zur Wellenlänge sehr klein sind, weisen sie ein ähnliches Strahlungsdiagramm wie das eines herkömmlichen Elementarmonopols auf, d.h. im Wesentlichen ein Rundum-Strahlungsdiagramm in der horizontalen Ebene. Die Position in der Spiegel-Fassungshalterung (1) bietet einen vorteilhaften weiten, offenen Sichtbereich, durch den ein korrekter Empfang aus praktisch jeder Azimutalrichtung sichergestellt ist. Es ist dem Fachmann klar, dass dieselben innovativen raumfüllenden Formen, die in der vorliegenden Erfindung offenbart sind, auch in vorteilhafter Weise bei jedem Diversity-Verfahren (wie zum Beispiel der Raum- oder Polarisationsdiversity), das darauf abzielt, einen Signalschwund durch eine Mehrweg-Übertragungsumgebung zu kompensieren, angewandt werden können. Die geringe Größe der raumfüllenden Antennen ermöglicht eine leichte Integrierung der Antennen in verschiedenste Teile des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel in das an der Heckscheibe befestigte hintere Bremslichtgehäuse oder in dem Sonnenschutzstreifen, mit dem in einer Reihe von Fahrzeugmodellen die Fensterscheiben umrahmt sind. Jede dieser Anordnungen ist mit den in der vorliegenden Erfindung gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispielen kompatibel und teilt mit diesen denselben wesentlichen innovativen Aspekt.
In 12 ist eine alternative Position der GPS-Antenne (7) dargestellt. Durch die wesentliche Größenreduzierung, die dadurch erzielt wird, dass der Umfang der leitfähigen Schicht (11) in eine raumfüllende Kurve eingepasst wird, sind alternative Positionen zu der in 1 gezeigten Position möglich. In 12 ist die GPS-Antenne (7) ist dem Gehäuse (16) eines Außen-Rückblickspiegels in einer im Wesentlichen horizontalen Position angeordnet. Durch die Anordnung in dem oberen Teil des Gehäuses (16) wird der Sichtbereich der Antenne durch kein Hindernis gestört. Das Vorhandensein von Metallteilen der Fahrzeugkarosserie nahe der Antenne beeinträchtigt den guten Empfang der GPS-Signale nicht, selbst wenn einige Signale reflektiert werden. Die korrekte zirkulare Polarisation der GPS-Antenne hebt alle anderen Signale, die auf derselben Frequenz mit unterschiedlichen Polarisationen empfangen werden, auf. Insbesondere reflektierte Satellitensignale unterliegen einer starken Polarisationsänderung und wirken daher nicht störend auf die direkt eintreffenden zirkular polarisierten Signale. Zusammen mit der Antenne ist ein rauscharmer Verstärker wahlweise auf einer Mikrostreifen-Schaltung neben der Mikrostreifen-GPS-Antenne befestigt, so dass die Antenne und die Schaltung dieselbe leitfähige Erdungsebene teilen.
13 zeigt ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das zum AM-/FM-Empfang verwendet wird. In diesem Fall beschreibt der leitfähige Streifen (9) eine weitere raumfüllende Kurve gemäß der Definition der vorliegenden Erfindung. Diese Konfiguration wird ebenso durch eine Zweileiter-Struktur, wie beispielsweise ein Koaxialkabel, gespeist, wobei einer der Leiter (13) mit dem leitfähigen Streifen (9) der raumfüllenden Antenne und der andere Leiter (14) mit dem als ausgleichendem Erdschluss wirksamen metallischen Fahrzeugaufbau (15) verbunden ist. Die andere Seite des leitfähigen Streifens (9) kann ohne Verbindung bleiben oder mit einer spezifischen Last oder mit demselben Fahrzeugaufbau (15) verbunden sein, um dessen Impedanzabgleichseigenschaften zu modifizieren, während dieselbe wesentliche raumfüllende Struktur als Kern der Erfindung beibehalten wird. Die Antenne ist in der Rückblickspiegelhalterung (1) parallel zur Windschutzscheibe angeordnet, um eine der Vertikalen angenäherte Ausrichtung zu gewährleisten. Da diese Antenne im Vergleich zur Betriebswellenlänge klein ist, weist das Strahlungsdiagramm eine Maximalstrahlung in der rechtwinklig zur Antennenausrichtung liegenden Ebene auf, die in diesem Fall die horizontale Ebene ist, wodurch sich eine optimale Bedeckung zum Empfang terrestrischer Rundfunksignale ergibt.
Es ist naheliegend, dass jede der Antennen, die in dem den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden integrierten Mehrdienste-Antennensystem enthalten sind, einzeln in der Praxis umgesetzt werden können, während die oben beschriebenen Merkmale beibehalten werden, wobei diese Möglichkeit besonders für Kraftfahrzeuge der Unter- und Mittelklasse, in welchen lediglich eine der Antennen installiert wird, geeignet ist.

Claims

Integriertes Mehrdienste-Antennensystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Kombination von zwei oder mehreren der folgenden Antennen: eine Rundfunkempfangsantenne (5), eine Sende-Empfangsantenne (6) für Mobilfunk, eine Antenne (7) für Satellitensignale, so dass diese Kombination in ein Bauteil des Kraftfahrzeugs integriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundfunkempfangsantenne (5) einen leitfähigen Zweig (9) umfasst, wobei zumindest ein Teil des leitfähigen Zweiges (9) wie eine raumfüllende Kurve geformt ist; und bei dem die Fernsprechantenne eine Anordnung von Mobilfunk-Miniaturantennen (6) umfasst, wobei jede der Antennen durch eine erste ebene, leitfähige Schicht (10) gebildet wird, die kleiner als ein Viertel der Betriebswellenlänge ist; die erste ebene, leitfähige Schicht parallel ist zu einer zweiten leitfähigen Schicht (8), die wie ein ausgleichender Erdschluss wirksam ist; und bei dem die Satellitensignal-Antenne (7) aus einer Mikrostreifen-Miniatursteckantenne besteht, wobei zumindest ein Teil des Umfangs der Steckantenne wie eine raumfüllende Kurve geformt ist; wobei die raumfüllende Kurve zumindest durch zehn verbundene Segmente zusammengesetzt ist, die Segmente mit jedem angrenzenden Segment einen Winkel bilden und die Segmente kleiner sind als ein Hundertstel der mittleren Betriebswellenlänge im freien Raum.
Antennensystem nach Anspruch 1, bei dem die Segmente der raumfüllenden Kurve mit jedem angrenzenden Segment einen im Wesentlichen rechten Winkel bilden.
Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die raumfüllende Kurve zumindest durch zweihundert verbundene Segmente zusammengesetzt ist, wobei jedes Segment eine gerade Linie bildet.
Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Umfangs der ersten ebenen, leitfähigen Schicht der Fernsprechantenne wie eine raumfüllende Kurve geformt ist.
Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Fernsprechantenne einen leitfähigen Zweig umfasst, wobei zumindest ein Teil des leitfähigen Zweiges wie eine raumfüllende Kurve geformt ist.
Antennensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der leitfähige Zweig mit einem Ende von einem der Drähte einer Zweileiter-Antennenzuleitung, wie zum Beispiel ein Koaxialkabel oder ähnliches, verbunden ist; der andere Leiter der Antennenzuleitung mit dem metallischen Fahrzeugaufbau (15) verbunden ist, wobei letzterer wie ein ausgleichender Erdschluss für das gesamte System wirksam ist.
Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweig der Rundfunkempfangsantenne mit einem Ende von einem der Drähte einer Zweileiter-Antennenzuleitung, wie zum Beispiel ein Koaxialkabel oder ähnliches, verbunden ist; der andere Leiter der Antennenzuleitung mit der metallischen Autokarosserie verbunden ist, wobei letztere wie ein ausgleichender Erdschluss für das gesamte System wirksam ist.
Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schichten der Fernsprechantenne durch einen leitfähigen Streifen verbunden sind, wobei eine Spitze des Streifens mit einer Kante der ersten leitfähigen Schicht und die andere Spitze mit einem Punkt des ausgleichenden Erdschlusses verbunden ist; die Antennen durch einen vertikalen leitfähigen Stift, der entweder durch einen direkten ohmschen Kontakt oder durch kapazitive Kopplung mit der ersten leitfähigen Schicht verbunden ist, gespeist werden.
Antennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrdienste-Antennensystem in einer dielektrischen Verkleidung integriert ist, wobei die dielektrische Verkleidung mit der Ecke, einem oberen oder unteren Teil der Innenfläche der Heck- oder Frontscheibe befestigt ist.
Antennensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Verkleidung außerdem ein Warnlicht oder einen Regendetektor oder einen Kollisionsverhütungssensor oder eine beliebige Kombination davon zu einem Ganzen vereinigt.
Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrdienste-Antennensystem in einem Innenrückspiegel oder einem Außenspiegel des Fahrzeugs integriert ist.
Antennensystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es innerhalb der Fassungshalterung (1) eines Innenrückspiegels integriert ist.
Antennensystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es innerhalb der Fassungshalterung (1) und innerhalb des Rückspiegelgehäuses (2) eines Innenrückspiegels integriert ist.
Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es innerhalb der hinteren Bremslichteinheit integriert ist.
Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es innerhalb eines Sonnenschutzstreifens integriert ist.
Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundfunkempfangsantenne zum Empfang von Signalen innerhalb der AM-, FM- und/oder DAB-Bänder geeignet ist.
Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mobilfunkantennen zum Senden und Empfangen innerhalb der GSM- und/oder UMTS-Bänder geeignet sind.
Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere leitfähige Schicht (11) der Satellitensignal-Antenne einen inneren Spalt bildet, wobei zumindest ein Teil des Umfangs des inneren Spalts wie eine raumfüllende Kurve geformt ist.