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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne zur Verwendung in einem
Fahrzeug-Funkkommunikationssystem
zur Übermittlung
von Positionsdaten oder anderen Daten an ein und/oder von einem
Fahrzeug weg, vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, unter Verwendung
von Funkwellen im Bereich einer Frequenz von 900 MHz oder mehr.
In dieser Beschreibung wird der Terminus „Fahrzeug" zur Bezeichnung eines motorisierten
Fahrzeugs mit Rädern zur
Verwendung auf öffentlichen
Straßen
oder, als Alternative dazu, von mit Rädern und/oder einem Raupenlaufwerk
ausgestatteten Baustellengeräten
verwendet.
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Derzeit
geht die Tendenz der Fahrzeug-Datenkommunikationssysteme in Richtung
der Verwendung einer Viertelwellen-Peitschenantenne, die oberhalb
einer Grundebene angebracht ist, welche durch eine Oberfläche des
Körpers
des betroffenen Fahrzeugs bereitgestellt ist. Diese Anordnung ist
für unfallbedingt
oder absichtlich zugefügte
Schäden
anfällig
und macht in einem großen
Ausmaß den
Wert eines solchen Funkkommunikationssystems als Sicherheitshilfsmittel
zunichte, da eine Person, die versucht ein Fahrzeug zu stehlen,
lediglich für
die Funktionsunfähigkeit
der Antenne zu sorgen hat, um die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug
und der Basisverfolgungsstation zu unterbrechen. Die Funktionsunfähigkeit
der Antenne kann physisch durch Abbrechen derselben, durch Verdrehen
oder Deformieren, so dass die Antenne nicht mehr länger funktioniert,
oder durch elektrisches Abschirmen der Antenne erzielt werden.
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Die
Verwendung einer verborgenen Antenne ist eine mögliche Lösung zur Behebung des oben
erläuterten
Problems. Die Anmeldung GB-2.352.334 des Anmelders offenbart eine
zum Verbergen im Inneren eines Fahrzeugs geeignete Schlitzantenne. Dieser
Ansatz weist jedoch einige erhebliche Einschränkungen auf. Verbrecher würden schnell
die mögliche
Position der verborgenen Antenne entdecken und, im Falle der Schlitzantenne,
könnte
Metallfolie über
den Antennenbereich positioniert werden, wodurch diese nicht mehr
funktioniert.
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Das
Dokument GB-2.341.504 des Anmelders beschreibt ein Fahrzeugverfolgungssystem
mit einer Vielzahl an Funkkommunikationsantennen, die im Inneren
des Fahrzeugs befestigt und so angeordnet sind, dass, wenn eine
Antenne funktionsunfähig ist,
die anderen oder die verbleibenden imstande sind, die Funktionsfähigkeit
fortzuführen.
Das Problem der Entdeckung der Antennen und die Herbeiführung ihrer
Funktionsunfähigkeit
ist jedoch noch immer nicht behoben.
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Das
Dokument WO99/21247 offenbart eine direktionale Antennenanordnung
zur Verwendung in Fahrzeugen. Die Antenne ist eine Halbwellen-Dipolantenne,
die in einem Rückspiegel
oder in einer Bremslichtanordnung befestigt ist.
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Das
Dokument EP-0 343 813 offenbart eine Struktur zum Reflektieren von
sichtbarem Licht, welche eine elektrisch leitende Materialschicht
umfasst, die eine Anordnung an Schlitzen darin aufweist, um für die Mikrowellenstrahlung
im Wesentlichen durchlässig
zu sein, während
sie Licht reflektiert.
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In
Versuchen hat der Erfinder das Verbergen einer Antenne in einer
der Lampeneinheiten eines Fahrzeugs erprobt. Tatsächlich ist
es möglich,
mehr als eine Antenne zu haben, wobei sich jede Antenne in einer
anderen Lampeneinheit befindet. Daher hat der potentielle Dieb zuerst
alle möglichen
Antenneneinkapselungen mit leitender Folie abzudecken und folglich
wären für ein Fahrzeug
fünf Abdeckungen notwendig – für die vorderen
Scheinwerfer, die Rückfahrscheinwerfer
und die Schlussleuchte. Ein Abdecken dieses Typs würde das
Fahrzeug am Tage verdächtig
aussehen lassen und in der Nacht das Fahren des Fahrzeugs unmöglich machen.
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Das
Verbergen einer Antenne in der Lampeneinheit eines Fahrzeugs ist
jedoch kein einfaches Unterfangen. Es ist notwendig sicherzustellen,
dass die Antenne die Lichtquelle nicht behindert und auch, dass
in der Lampeneinheit vorhandenes Metall das effektive Senden und
Empfangen der Funkwellen nicht verhindert. Es ist ebenfalls erwünscht, dass
die Lampeneinheit so gestaltet ist, dass sie kompakt ist und sich
in ihrer Erscheinung nicht von einer herkömmlichen Lampeneinheit ohne
Antenne unterscheidet.
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Demgemäß stellt
ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, in seiner allgemeinsten Art,
eine Lampeneinheit für
ein Fahrzeug, umfassend eine Antenne zum Senden und/oder Empfangen
von Funkwellen und einen optischen Reflektor zum Reflektieren von
Licht bereit, worin der optische Reflektor Abschnitte elektrisch
leitenden Materials umfasst, die voneinander elektrisch isoliert
sind, um die Leitung der elektrischen Ströme im optischen Reflektor zu begrenzen.
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Daher
kann ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lampeneinheit
für ein
Fahrzeug bereitstellen, umfassend einen gekrümmten optischen Reflektor mit
einer konvexen Seite und einer konkaven Seite zum Reflektieren von
Licht aus der Lampeneinheit, eine Lichtquelle, die angrenzend an die
konkave Seite des Reflektors angeordnet ist, und eine Schlitzantenne,
die der konvexen Seite des optischen Reflektors zum Senden und/oder
Empfangen von Funkwellen gegenüberliegend
angeordnet ist, wobei die konkave Seite des optischen Reflektors Abschnitte
aus elektrisch leitendem Material zum Reflektieren von Licht aus
der Lampeneinheit umfasst, welche Abschnitte aus elektrisch leitendem
Material voneinander isoliert sind, um so die Induktion von elektrischen
Strömen
im Reflektor zu begrenzen, wobei der optische Reflektor ferner ein
elektrisch nichtleitendes Material zum Tragen oder Zusammenhalten
der Abschnitte aus elektrisch leitendem Material umfasst.
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Herkömmliche
optische Reflektoren in modernen Scheinwerfersystemen umfassen einen
Isolierkörper,
der mit einem reflektierenden Metallfilm beschichtet ist. Wenn dieser
herkömmliche
Typ eines optischen Reflektors in der vorliegenden Erfindung verwendet
werden würde,
dann würde
ein Signal von der Antenne die Induktion von Strömen in der Metallbeschichtung
des optischen Reflektors bewirken. In der oben genannten Konfiguration
kann dieses Problem jedoch durch das gegenseitige Isolieren der
Abschnitte elektrisch leitenden Materials im Reflektor verhindert
werden und die Abschnitte können
klein genug gemacht werden, sodass die induzierten Ströme auf ein
Minimum reduziert werden. Besonders zirkulierende Ströme und ein
senkrecht zur Längslänge des
Schlitzes der Schlitzantenne verlaufender Strom werden im Wesentlichen
verringert oder verhindert. Die Abschwächung des ausgestrahlten Signals
kann daher reduziert und auf einem vernachlässigbaren Pegel gehalten werden.
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Da
der optische Reflektor das ausgestrahlte Signal nicht erheblich
abschwächt,
ist ferner die Positionierung der Schlitzantenne hinter der Lichtquelle möglich (wenn
erhebliche Abschwächung
aufträte, wäre die Antenne
vor der Lichtquelle zu positionieren). Wenn sie hinter der Lichtquelle
positioniert wird, kann die Sichtbarkeit der Antenne verhindert
werden und die Lichtprojektion aus der Lampeneinheit wird dabei
nicht gestört.
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Daher
sollten die Funkwellen imstande sein, durch den optischen Reflektor
ohne erhebliche Abschwächung
hinauszutreten, sicherlich aber mit verringerter Abschwächung verglichen
mit einem Fall, wenn ein herkömmlicher
Reflektor verwendet wird. Wenn das System ein 900MHz-System verwendet, dann
sind die einzelnen Abschnitte des elektrisch leitenden Materials
vorzugsweise nicht größer als
150 mm2 (beispielsweise 10 × 15 mm
Platten), sonst wird das gesendete Signal etwas abgeschwächt werden. Natürlich können die
Abschnitte des elektrisch leitenden Materials viel kleiner sein.
Bei höheren
Frequenzen wird die Größe der Abschnitte
des elektrisch leitenden Materials dementsprechend kleiner sein.
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Vorzugsweise
liegt das elektrisch nichtleitende Material in Form eines Substrats
vor, auf dem die Abschnitte des elektrisch leitenden Materials angebracht
sind. Jedes geeignete elektrisch nichtleitende Material kann verwendet
werden, beispielsweise Kunststoffmaterialien, vorzugsweise Kunststoff
mit sehr geringem Leistungsverlust bei Antennenfrequenz.
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Das
elektrisch leitende Material ist üblicherweise ein Metall.
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Die
Abschnitte elektrisch leitenden Materials können durch Platten aus elektrisch
leitendem Material bereitgestellt sein, welche voneinander elektrisch isoliert
sind. Üblicherweise
werden die Platten auf einem Isoliersubstrat aus elektrisch nichtleitendem
Material befestigt. Die Platten übernehmen
die Funktion der Lichtreflektion von der Lichtquelle, um das Licht aus
der Lampeneinheit hinaus zu projizieren. Das Substrat dient als
Plattenträger.
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Die
Platten, können
in einer Matrix angeordnet sein, etwa einer Vielzahl an quadratischen
oder rechteckigen, in einem Gitter angeordneten Platten. Als Alternative
dazu können
die Matrixplatten dreieckig, pentagonal, hexagonal oder andere Formen
annehmen. Der Grund für
die Plattenanordnung in einer sogenannten „Matrix" ist, dass, wenn die konkave Oberfläche des
optisch reflektierenden Materials in eine Vielzahl an sowohl der
Länge als
auch der Breite nach verlaufenden Segmenten unterteilt ist, dann
die Zirkulation im optischen Reflektor für große Ströme nicht möglich ist. Wenn längere, sich
entlang der Gesamtbreite oder Gesamtlänge des optischen Reflektors
erstreckende Platten verwendet werden, dann würde ein größeres Risiko bestehen, dass
die zirkulierenden Ströme
Leistung aus den Funksignalen ableiten, wenn diese durch den optischen
Reflektor hindurchtreten.
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Im
Allgemeinen sollten die Platten in einer geometrischen Anordnung
angeordnet sein, die ausgebildet ist, um die Zirkulation der Ströme im Inneren des
optischen Reflektors zu verhindern. Beispielsweise anhand einer
Matrix oder durch eine parallele Ausrichtung der Streifen zur Längsausdehnung
des Antennenschlitzes, um die Streifen normal zum E-Vektor, wie
oben beschrieben, zu halten. Der Bereich und die Ausrichtung der
Platten ist derart, dass die Abschwächung minimiert wird. Die Spalte
zwischen den Platten (welche voneinander elektrisch isoliert sind)
können
klein genug gehalten werden, sodass die optische Leistung des Reflektors
im Wesentlichen unbeeinträchtigt
bleibt.
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Obwohl
die Spalte zwischen den Platten klein gehalten werden können, kann
es doch möglich sein,
dass ein interessierter Beobachter die Trennlinien auf der konkaven
Oberfläche
des optischen Reflektors entdeckt. Daher wird bevorzugt, dass ein
vorderes Fenster der Lampeneinheit (welches den Eintritt von Licht
in die Einheit erlaubt) ein Muster aufweist, welches die Trennlinien
zwischen den Platten des optischen Reflektors undeutlich werden
lässt.
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Eine
Möglichkeit
ist ein Fenster oder eine Linse mit einer Reihe von Rippen oder
Prismen (z.B. eine Fresnel-Linse) bereitzustellen. Eine solche Anordnung
lenkt im Allgemeinen das durch diese hindurchtretende Licht ab,
so dass eine Überprüfung der Oberfläche des
optischen Detektors nicht möglich
ist. Die Rippen oder Prismen fokussieren oder konzentrieren also üblicherweise
das Licht in einer bestimmten Richtung.
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Es
wäre ebenfalls
möglich,
dass die Platten eine Vielzahl an dünnen länglichen Streifen aus leitendem
Material sind, wobei sich jeder Streifen über den gesamten Reflektor
erstreckt; diese Anordnung ist wirksam, wenn der E-Vektor der Funkwellen
normal zur Längsrichtung
der Streifen ist. Dies ist jedoch in unmittelbarer Nähe zur Antenne
nicht immer der Fall und die konkave Form des Reflektors bedeutet, dass
der E-Vektor auf diesen an verschiedenen Winkeln wirken wird. Daher
ist diese Konfiguration nicht so wirksam wie die oben beschriebene
Plattenmatrix.
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Die
Platten können
einzeln auf dem Substrat angebracht werden oder sie können durch
Riefenbildung einer optisch reflektierenden Leiterschicht ausgebildet
werden, die auf einem nichtleitenden Substrat befestigt ist. Solange
die Schnitte tief genug sind, sich zum nichtleitenden Substrat nach
unten zu erstrecken, werden die durch das letztgenannte Verfahren
ausgebildeten einzelnen Platten aus leitendem Material voneinander
elektrisch isoliert. Ein Plattengitter kann durch Erzeugen vertikaler
und horizontaler Riefen über
die Leiterschicht ausgebildet werden. Längliche Streifenplatten können durch
Riefenbildung der Leiterschicht in nur einer Richtung, etwa horizontal,
ausgebildet werden.
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Als
Alternative zu den elektrisch leitenden Platten kann der Reflektor
eine Schicht aus Metall-Lack, bestehend aus Metallpartikeln in einem elektrisch
nichtleitendem Bindemittel (etwa einer Lösung für Metallpartikel) umfassen.
Die Metallpartikel sind dann voneinander durch das Bindemittel elektrisch
isoliert, wenn der Lack getrocknet ist. Üblicherweise wird der Metall-Lack
auf einem elektrisch nichtleitenden Substrat aufgetragen, das ein
Teil des optischen Reflektors ist.
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Vorzugsweise
umfasst die Lampeneinheit eine Einkapselung, welche die Lichtquelle,
den Reflektor und die Schlitzantenne ummantelt. Die Einkapselung
wird an einer Seite, welche der konkaven Seite des optischen Reflektors
gegenüberliegt,
ein Fenster aufweisen, so dass das durch den optischen Reflektor
reflektierte Licht durch das Fenster austreten kann.
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Vorzugsweise
sind die anderen Wände
der Einkapselung mit einer Leiterschicht beschichtet. Diese Leiterschicht
dient dann als ein Schirmleiter, welcher die ausgestrahlten Funksignale
in der gewünschten
Richtung aus der Lampeneinheit hinaus lenkt, wenn die Antenne sendet,
und die Außeninterferenz
reduziert, wenn die Antenne empfängt.
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Vorzugsweise
sind die Außenwände der
Einkapselung aus einem nichtleitendem Material ausgebildet und die
Außenoberflächen dieser
Wände sind mit
einem leitenden Material beschichtet. Auf diese Weise ist der durch
das leitende Material auf den Außenoberflächen bereitgestellte Schirmleiter
praktischerweise von der Schlitzantenne elektrisch isoliert, welche
dann gegen die Innenoberflächen
der Wände anstößt.
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Als
Alternative dazu können
die Wände
der Einkapselung aus einem nichtleitenden Material ausgebildet sein,
aber nicht mit einem leitenden Material beschichtet sein, d.h. nicht
abgeschirmt sein. Dies ermöglicht
es der Strahlung, durch die Wände
der Einkapselung hindurchzutreten. Während dies in Fahrzeugen mit
Metallkörperplatten
nicht erwünscht
ist, werden heutzutage eine wachsende Anzahl an Fahrzeugen teilweise
aus Kunststoffen hergestellt. Werden die Fahrzeugplatten (beispielsweise
Flügel
oder Stoßstange)
aus einem Metall hergestellt, dann wird die durch diese hindurchtretende
Strahlung großteils absorbiert.
In dem Fall ist der einzig mögliche
Pfad zum Eintritt und Austritt des Funksignals durch das Fenster
der Lampeneinheit. Wenn jedoch die Fahrzeugkörperteile aus Kunststoff sind,
dann ist es möglich,
dass die Strahlung durch diese Platten hindurchtritt und es kann
von Vorteil sein, eine nichtabgeschirmte Scheinwerfereinkapselung
zu verwenden, um das Senden und Empfangen der Strahlung zu maximieren.
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Vorzugsweise
liegen alle Leiter in der Lampeneinheit, besonders die leitenden
Kabel (beispielsweise der Mantel eines koaxialen, mit der Antenne verbundenen
Kabels oder eines mit der Lichtquelle verbundenen Zuleitungskabels)
im Wesentlichen voll ständig
in der Ebene, in der die Längsachse
des Schlitzes der Schlitzantenne liegt, oder in einer dazu parallelen
Ebene. Dies verringert oder verhindert die Leistungsreduktion durch
Induktion der Ströme
in den Komponenten der Lampeneinheit.
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Vorzugsweise
werden alle Kabel zur Versorgung der Lichtquelle mit Drosselspulen,
wie etwa schraubenförmig
gewickelten Spulen, bereitgestellt. Dies hilft bei der Reduktion
des Signalverlusts aufgrund des Sendens der Leistung aus der Einkapselung über die
Lichtquellen-Versorgungskabel hinaus.
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Vorzugsweise
umfasst die Schlitzantenne eine elektrisch leitende Platte mit einem
länglichen Schlitz
darin, wobei die effektive Länge
des Schlitzes etwa ein ganzzahliger Teil der Wellenlänge der
Strahlung ist, die für
die Antenne verwendet wird. Der Schlitz kann ein Hohlraum sein oder,
als Alternative, mit einem elektrisch nichtleitenden Material gefüllt sein;
in jedem Fall ist es wichtig, dass er nichtleitendend ist.
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Die
Schlitzantenne kann praktischerweise in Form einer Substratplatte
eines nicht-elektrischen Leitermaterials
und einer Schicht aus elektrisch leitendem Material vorliegen, welche
auf einer Seite des Substrats beschichtet oder angebracht ist, wobei ein
länglicher
Schlitz in der Leiterschicht ausgebildet ist.
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Das
nichtelektrische Leitermaterial der Substratplatte sollte einen
niedrigen Leistungsfaktor (interner Leistungsverlust) bei Antennenfrequenz
haben. Sie kann einen Schlitz haben, der an einer dem länglichen
Schlitz der Leiterschicht entsprechenden Position weggeschnitten
wurde. Wenn die Substratplatte einen auf diese Weise entstandenen
Schlitz hat, dann ist es wahrscheinlich, dass die Antenne noch effektiver
ist und eine bessere Abstimmung hat, als dies der Fall wäre, wenn
sie darüber
nicht verfügt. In
Abhängigkeit
vom Frequenzbereich der verwendeten Sendungen, kann ausgewählt werden,
ob die Substratplatte einen dem Schlitz der elektrischen Leiterschicht
entsprechenden Schlitz hat oder nicht.
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Vorzugsweise
hat die Schlitzantenne ein koaxiales Speisekabel, dessen Mittelleiter
mit einer Längskante
des Schlitzes der Antenne verbunden ist und dessen Schirmlei ter
mit der anderen Längskante des
der ersten Verbindung gegenüberliegenden Schlitzes
verbunden ist.
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Vorzugsweise
ist die Verbindung des Speisekabels mit dem Schlitz auf eine solche
Weise hergestellt, dass die Speiseleitung bei Betriebsfrequenz nicht
resonant ist und, unabhängig
von der Länge des
Speisekabels, an die Impedanz der Antenne angepasst ist.
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Vorzugsweise
weist die Antenne Mittel zum Befestigen ihrer leitenden Platten
an der Struktur des Fahrzeugs (etwa der Lampeneinheit) in einer
solchen Weise auf, dass die vertikale Polarisation des elektrischen
Vektors der Strahlung erzielt wird, wenn die Längsachse des nichtleitenden
Bereichs (des Schlitzes) im Wesentlichen horizontal ist.
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Vorzugsweise
liegt der Schlitz der Substratplatte in Form eines parallelseitigen
Schlitzes, eines Hantelschlitzes oder einer rechteckigen, in die
Kante der Substratplatte geschnittenen Vertiefung vor.
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Vorzugsweise
ist die Substratplatte der Antenne in der Form eines gefalteten
rechteckigen Schlitzes ausgebildet.
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Die
Lampeneinheit kann ebenfalls ein Funkwellen-Reflektorelement umfassen,
das an die Seite der Schlitzantenne, welche von der konvexen Seite des
optischen Reflektors weg orientiert ist, angrenzend positioniert
ist. Das Funkwellen-Reflektorelement dient dann zur Reflektion des
auf der Seite der Schlitzantenne ausgestrahlten Signals, wodurch
das in eine gewünschte
Richtung (etwa durch das Fenster der Lampeneinheit) ausgestrahlte
Signal erhöht wird.
Das reflektierte Signal kann dann durch den Antennenschlitz hindurchtreten
und, in einigen Fällen, auch
rund um die Kanten der Antennenplatte und die optische Reflektoranordnung
herum. Das Funkwellen-Reflektorelement kann von der Antenne mithilfe von
Isolierstützelementen,
Isolierwänden
der Lampeneinheiteinkapselung oder anderen Mittel isoliert werden.
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Das
Funkwellen-Reflektorelement kann die Form einer leitenden Platte
annehmen und ist vorzugsweise zumindest eine Größe größer als die leitende Platte
der Schlitzantenne. Wenn eine feste leitenden Platte als Funkwellen-Reflektorelement
verwendet wird, dann wird dieses am besten in einem Abstand in der
Größenordnung
von einem Viertel der Wellenlänge
des durch die Antenne ausgestrahlten Signals von der Antenne entfernt
positioniert. Dies stellt sicher, dass eine erhebliche Menge der
Strahlung reflektiert wird. Wenn anstelle einer festen Platte jedoch
ein abgestimmter Resonator, etwa eine leitende Platte mit einem
Schlitz in dieser, stattdessen verwendet wird, dann kann diese näher an der
Schlitzantenne positioniert werden und die Lampeneinheit kann kompakter
gemacht werden. Dieser Ansatz wird weiter unten im zweiten Aspekt
der vorliegenden Erfindung näher
erläutert.
Vorzugsweise ist die leitende Platte planar.
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Vorzugsweise
ist die Lampeneinheit Teil eines Fahrzeugverfolgungssystems. Vorzugsweise umfasst
das System Mittel zum Bestimmen der Position des Fahrzeugs anhand
der empfangenen Funkwellen (etwa GPS-Signale, die durch eine am
Fahrzeug befestigte GPS-Antenne empfangen werden können), Mittel
zum Erzeugen von Fahrzeugpositions-Datensignalen, die auf den empfangenen
Funkwellen beruhen, und Mittel (etwa eine Schlitzantenne) zur Übertragung
der Fahrzeugpositions-Datensignale an eine Basisverfolgungsstation.
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Vorzugsweise
umfasst das System eine Vielzahl an Antennen (wobei jede in einer
anderen Lampeneinheit positioniert werden kann) und die Antennen
sind elektrisch phasengleich und so abgestimmt, dass im Falle einer
nicht funktionierenden Antenne die andere Antenne oder die verbleibenden
Antennen in der Lage sind, die Funktion weiterzuführen.
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Im
Allgemeinen hat sich die Verwendung von Schlitzantennen in Fahrzeugverfolgungssystemen als
praktisch herausgestellt. Und zwar deswegen, weil Schlitzantennen
einfach in ein vorhandenes Gestell des Fahrzeugs eingebaut werden
können,
sie einfach zu verbergen sind und ihre Herstellung kostengünstig sein
kann. Wenn eine Schlitzantenne verwendet wird, ist die Verwendung
eines Funkwellen-Reflek torelements auf einer der Schlitzantenne gegenüberliegenden
Seite erwünscht,
um die Strahlung in die gewünschte
Richtung zu leiten (und um im Empfangszustand die Hintergrundstrahlung
abzuschirmen).
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Eine
mögliche
Lösung
ist die Verwendung einer leitenden Platte als Funkwellen-Reflektorelement.
Dies weist jedoch den Nachteil auf, dass eine solche Platte bei
etwa einer Viertelwellenlänge
der Frequenz der Funkwellen positioniert werden muss, um von der
Schlitzantenne entfernt verwendet werden zu können, wenn diese am besten
funktionieren soll. Dies kann bewirken, dass das Antennensystem viel
Platz benötigt.
Der benötigte
Platz ist ein wichtiger zu bedenkender Aspekt, wenn die Schlitzantenne in
einer Lampeneinheit verborgen ist, aber auch in anderen Situationen,
wenn die Schlitzantenne in einem anderen Teil des Fahrzeugs positioniert
wird. Im Allgemeinen gilt: je kleiner das Antennensystem, umso leichter
ist es dieses zu verbergen.
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Daher
ist das Funkwellen-Reflektorelement vorzugsweise ein abgestimmter
Resonator in Form einer leitenden Platte mit einem länglichen
Schlitz. Der abgestimmte Resonator kann auf etwa die Resonanzfrequenz
der Schlitzantenne abgestimmt sein; tatsächlich kann er dieselben physischen
Abmessungen haben und aus demselben Material wie die Schlitzantenne
sein, aber er unterscheidet sich darin, dass er nicht mit einer
der leitenden Zuleitungen zum Senden/Empfangen eines Signals verbunden
ist. Wenn ein abgestimmter Resonator als Funkwellen-Reflektorelement
verwendet wird, kann er näher an
der Schlitzantenne positioniert werden. Dies ist möglich, da
die Phase des im abgestimmten Resonator induzierten Stroms verglichen
mit einer festen Leiterreflektorplatte durch Auswählen oder
Anpassen der Abstimmung des Resonators in geeigneter Weise verändert werden
kann. Im Allgemeinen wird sich die Resonanzfrequenz des abgestimmten
Resonators von der Signalfrequenz (oder der Resonanzfrequenz der
Schlitzantenne) um nicht mehr als 20% unterscheiden. In diesem Fall
kann der abgestimmte Resonator in einem Abstand von weniger als
einer Viertelwellenlänge
der Resonanzfrequenz der Schlitzantenne hinter der Schlitzantenne
positioniert werden. Vorzugsweise sind die Schlitzantenne und der
abgestimmte Resonator zueinander parallel. Vorzugsweise sind sie
in einem Abstand voneinander beabstandet, so dass, bei Verwendung,
ein von der Schlitzantenne gesendetes Signal konstruktiv am Fenster
der Lampeneinheit mit durch die Schlitzantenne zurück und um
diese herum durch den abgestimmten Resonator reflektierter Strahlung
interferiert.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Schlitzantennensystem
zur Verwendung in einem Fahrzeug-Funkkommunikationssystem bereit,
umfassend eine elektrisch leitende Platte, die zum Tragen von oder
als Teil einer Struktur des Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei die
Platte einen länglichen
Schlitz in ihr hat, dessen effektive Länge etwa ein ganzzahliger Teil
der Wellenlänge
der Strahlung ist, mit der das Antennensystem verwendet wird, sowie
ein koaxiales Speisekabel, dessen Mittelleiter vorzugsweise mit
einer Längskante
des Schlitzes verbunden ist und dessen Schirmleiter vorzugsweise mit
der anderen Längskante
des der ersten Verbindung gegenüberliegenden
Schlitzes verbunden ist, wobei die Speisekabelverbindung zum Schlitz
vorzugsweise so ausgebildet ist, dass die Speiseleitung bei Betriebsfrequenz
nicht resonant ist und an die Impedanz der Antenne, unabhängig von
der Länge
des Speisekabels, angepasst ist, wobei ein elektrisch leitendes
Funkwellen-Reflektorelement zum Reflektieren der Funkwellen nahe
an eine Seite der leitenden Platte angrenzend positioniert ist und
von der leitenden Platte so beabstandet ist, dass das Reflektorelement
zur Reflektion des auf der Seite der leitenden Platte dient, um
das in einer gewünschten
Richtung ausgestrahlte Signal zu erhöhen; wobei das Funkwellen-Reflektorelement
die Form einer leitenden Platte mit darin befindlichem Schlitz (d.h.
einer Öffnung)
hat.
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Vorzugsweise
weist der Schlitz solche Abmessungen auf, dass das Reflektorelement
abgestimmt ist, um eine starke Reflektion in Richtung der Schlitzantenne
bei Frequenzen zu erzeugen, welche durch die Schlitzantenne zum
Senden und/oder Reflektieren der Signale verwendet werden.
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Mit
anderen Worten, das Funkwellen-Reflektorelement ist ein abgestimmter
Resonator, der (innerhalb von 20%) auf etwa die Resonanzfrequenz der
Schlitzantenne abgestimmtist.
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Da
das Funkwellen-Reflektorelement ein abgestimmter Resonator ist,
kann es näher
als eine Viertelwellenlänge
der ausgestrahlten Funkwellen zur Schlitzantenne positioniert werden
und immer noch einen erheblichen Teil der Funkwellen reflektieren.
Daher ermöglicht
der abgestimmte Resonator die Herstellung eines kompakten Antennensystems. Vorzugsweise
ist der abgestimmte Resonator näher als
eine Viertelwellenlänge
der ausgestrahlten Funkwellen der Schlitzantenne positioniert.
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Das
Funkwellen-Reflektorelement ist von der Schlitzantenne vorzugsweise
in einem solchen Abstand beabstandet, dass ein von der Schlitzantenne gesendetes
Funksignal mit einem mithilfe des Funkwellen-Reflektorelements durch
die Schlitzantenne zurück
oder um diese herum reflektierten Signal an einem Fenster einer
Lampeneinheit, in der diese eingeschlossen sind, konstruktiv interferiert.
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Das
Funkwellen-Reflektorelement umfasst vorzugsweise eine leitende Platte
mit einem Schlitz. Der Schlitz kann ein Hohlraum sein oder mit einem nichtleitenden
Material gefüllt
sein. Vorzugsweise wird die leitende Platte auf einer nichtleitenden
Platte befestigt. Die leitende Platte kann beispielsweise aus Metallfolie
und die nichtleitende Platte aus Kunststoff sein.
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Das
System des zweiten Aspekts der Erfindung bildet vorzugsweise einen
Teil eines Fahrzeugverfolgungssystems.
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Die
Anordnung gemäß des zweiten
Aspekts der Erfindung kann im ersten Aspekt der Erfindung, wie oben
erwähnt,
verwendet werden. In dem Fall der Verwendung eines abgestimmten
Resonators als Funkwellen-Reflektorelement hinter der konvexen Seite
des optischen Reflektors ermöglicht
es der Lampeneinheit kompakt zu sein, während die Funkwellen effektiv
in die gewünschte
Richtung geleitet werden.
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In
den oben genannten Aspekten der Erfindung können Mittel zum Ändern der
Resonanzfrequenz der Antenne und/oder des Funkwellen-Reflektorelements
bereitgestellt sein.
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Im
Allgemeinen weist der Schlitz einer Schlitzantenne eine Länge von
etwa der Hälfte
einer Wellenlänge
des Signals auf, welches von diesem gesendet wird. Die Abstimmung
einer Schlitzantenne kann durch die Anpassung der Schlitzlänge und,
in geringerem Ausmaße,
durch die Anpassung der Schlitzbreite durchgeführt werden. Wird eine Schlitzantenne
zusammen mit einem abgestimmten Resonator (als Funkwellen-Reflektorelement)
verwendet, dann ist der abgestimmte Resonator im Allgemeinen in
Bezug auf die Schlitzantenne etwas verstimmt und daraus ergibt sich,
dass ein Phasenverhältnis
zwischen den beiden verändert
werden kann. Diese Phasendifferenz ermöglicht es, die Trennung zwischen
der Schlitzantenne und dem abgestimmten Resonator zu verändern. Wenn
eine feste leitende Folie als Funkwellen-Reflektorelement anstelle eines abgestimmten
Resonators verwendet wird, dann tritt eine 180°-Phasenänderung bei der Reflexion auf
und die Trennung zwischen der Schlitzantenne und der festen leitende
Folie sollte zur optimalen Verstärkung des
ausgestrahlten Signals in der Vorwärtsrichtung üblicherweise
eine Viertelwellenlänge
sein.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Antennensystems ist;
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2 eine
schematische Vorderansicht einer Schlitzantenne zur Verwendung in
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine
Querschnittsansicht einer Lampeneinheit gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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4 eine
Vorderansicht eines optischen Reflektors ist, umfassend eine Vielzahl
an elektrisch leitenden Platten zur Verwendung in der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Vorderansicht eines abgestimmten Resonators zur Verwendung in der
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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6 eine
Vorderansicht eines weiteren Beispiels ist;
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7 eine
Querschnittsansicht des Beispiels von 6 ist;
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8 eine
Vorderansicht eines abgestimmten Resonators zur Verwendung in dem
Beispiel von 6 ist;
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9 eine
schematische Darstellung eines Antennensystems zur Verwendung in
einem großen Transportfahrzeug
ist;
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10 eine
schematische Darstellung eines Antennensystems zur Verwendung in
einem Gelenktransportfahrzeug ist; und
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11 eine
schematische Abbildung einer Scheinwerfereinheit ist, die keinen
Strahlungsschirmleiter um ihre Außenwände herum hat.
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Das
vorgeschlagene Fahrzeug-Funkkommunikationssystem umfasst die Verwendung
von zwei Antennen, wobei jede im Inneren einer Scheinwerfer-, einer
Rücklicht- oder einer Schlusslichteinheit
eines Fahrzeugs enthalten ist. Damit sichergestellt werden kann,
dass alle Übertragungen
unterdrückt werden,
müsste
ein Dieb alle möglichen
Antenneneinkapselungen mit leitender Folie abdecken und folglich
wären fünf Abschirmungen
notwendig. Das Abschirmen auf diese Weise würde das Fahrzeug am Tage verdächtig aussehen
lassen und in der Nacht wäre
es nicht möglich,
mit dem Fahrzeug zu fahren.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Fahrzeug-Funkkommunikationssystems
zum Empfangen und Senden von Funkwellen, die Informationen bezüglich der
Fahrzeugposition enthalten. Eine mobile Steuereinheit 1 empfängt ein
Positionssignal von einer GPS-Antenne 2 und gibt diese
Details an eine Basisverfolgungsstation über Schlitzantennen 4 und 5 weiter,
wobei jede dieser Antennen in einer entsprechenden Lampeneinheit
des Fahrzeugs positioniert ist. Die Antennen 4 und 5 werden
von derselben Quelle über
eine T-Abzweigungs-Einheit 3 mit geeigneter Impedanzanpassung
gespeist. 1 zeigt die Anordnung der Verbindungen
der Antennen 4 und 5 von der T-Abzweigung 3.
Die koaxialen Speisekabel 6 und 7 von der T-Abzweigung
zu den Antennen müssen
einander in der Länge
gleichen und auch einem ganzzahligen Vielfachen an halben Wellenlängen der
Betriebssignale innerhalb des koaxialen Speisekabel 6 und 7 gleich
sind.
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Das
erste Kriterium stellt sicher, dass die von den Antennen 4 und 5 ausgestrahlten
modulierten Signale phasengleich sind, das zweite Kriterium stellt sicher,
dass jede Länge
der koaxialen Speisekabel 6 und 7 als 1:1-Umwandler
dient und dass die durch die jeweilige Länge des Kabels an der T-Abzweigung dargestellte
Impedanz gleich der Impedanz der entsprechenden Antennen 4 und 5 ist.
Wenn die Verbindung einer Antenne getrennt wird, entweder unfallbedingt
oder als Ergebnis eines absichtlichen Versuchs Schaden herbeizuführen, dann
wird die Impedanz der abgetrennten Verbindung unendlich.
-
Folglich
wird die durch das gegenüberliegende
Ende des beschädigten
Kabels an der T-Abzweigung dargestellte Impedanz ebenfalls unendlich
und die verbleibende Hälfte
des Systems wird, wenn auch mit einigen Fehlanpassungen, an der
T-Abzweigung weiter
arbeiten. Wenn das zweite Kriterium nicht erfüllt wird, könnte eine unendliche Impedanz
an der Verbindung mit der Antenne, welche durch Trennen des Kabels
entstanden ist, zu einer vernachlässigbaren Impedanz an der T-Abzweigung
führen
und die zweite Antenne ebenfalls funktionsunfähig machen.
-
Idealerweise
sollte die charakteristische Impedanz der Kabel 6 und 7 doppelt
so groß sein,
wie die Impedanz des Kabels 1a zwischen der mobilen Steuereinheit 1 und
der Abzweigungs-Einheit 3.
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Was
die jeweiligen Lampeneinheiten anbetrifft, so ist eine Schlitzantenne
zum Senden und/oder Empfangen der Funkwellen im Inneren des Körpers jeder
Lampeneinkapselung positioniert. Der Aufbau der Schlitzantenne ist
in 2 veranschaulicht.
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Die
Schlitzantenne ist durch Schneiden eines Schlitzes 8 in
eine Isolierplatte 9 ausgebildet, das Material derselben
weist einen niedrigen Leistungsfaktor bei Sendefrequenz auf. In
dieser Ausführungsform
ist der Schlitz 8 ein leerer Hohlraum und dies stellt sicher,
dass sich das Feld des E-Vektors der ausgestrahlten Welle durch
den freien Raum bewegt und nicht durch das Vorhandensein von Isoliermaterial
mit einer relativ hohen Permittivität zwischen der oberen und der
unteren Kante des Schlitzes vermindert wird. Der Schlitz 8 hat
eine effektive Länge,
welche etwa ein ganzzahliger Teil der Wellenlänge der Strahlung ist, bei
der das Antennensystem verwendet werden sollte.
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Eine
leitende Folie 10 ist auf der gesamten Fläche der
Platte 9, mit Ausnahme des Schlitzes 8, angebracht.
Das zu sendende Signal wird der Schlitzantenne über ein Speisekabel zugeführt: ein koaxiales
Kabel 11, welches in zwei separaten Zuleitungen 12 endet.
Die Zuleitungen 12 verzweigen sich und sind an der oberen
bzw. unteren Kante des Schlitzes angebracht, wie in 2 dargestellt.
Auf diese Weise ist der Mittelleiter des koaxialen Speisekabels
mit einer Längskante
des Schlitzes 8 verbunden und der Schirmleiter des koaxialen
Speisekabels ist mit der anderen Längskante des Schlitzes 8 an
einer der ersten Verbindung gegenüberliegenden Position verbunden.
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Damit
stehende Wellen im koaxialen Kabel vermieden werden können, wird
die Antennenimpedanz an die Impedanz des koaxialen Kabels angepasst.
Die Anpassung kann durch eine Justierung von „X", dem Abstand zwischen dem Ende des Schlitzes 8 und
den Verbindungspunkten 13 der Zuleitungen 12 zum
Schlitz 8, und durch Änderung
der Länge „d" der sich verzweigenden
Zuleitungen 12 erzielt werden. Die Antennenimpedanz ändert sich
mit dem für
die Verbindung ausgewählten
Punkt 13 und die sich verzweigenden Zuleitungen dienen
als Impedanzumwandler. Auf diese Wei se wird sichergestellt, dass
die Speiseleitung nicht resonant ist und an die Impedanz der Antenne,
unabhängig
von der Länge des
Speisekabels, angepasst ist.
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3 stellt
eine Querschnitts-Seitenansicht einer Scheinwerfereinheit gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dar. Die Scheinwerfereinheit umfasst
eine Lichtquelle in Form einer elektrischen Lampe 50 und
eine Schlitzantenne 8, 9, 10, die beide
in einer Einkapselung 15, 16, 55 eingeschlossen
sind. Ein gekrümmter
optischer Reflektor 14 ist zwischen der Lichtquelle 50 und
der Schlitzantenne 8, 9, 10 positioniert;
er hat eine an die Lichtquelle angrenzende konkave Seite zum Reflektieren
des Lichts aus einem Fenster 55 am vorderen Ende der Einkapselung
hinaus und eine konvexe Seite, hinter der die Schlitzantenne 8, 9, 10 positioniert ist.
Auf diese Weise ist die Schlitzantenne verborgen.
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Die
Schlitzantenne umfasst eine Isolierplatte 9 mit einem Antennenschlitz 8 und
einer elektrisch leitenden Metallfolie 10, die auf der
Seite der Isolierplatte 9 angebracht ist und diese, mit
Ausnahme des Schlitzes 8, abdeckt, wie oben beschrieben.
Ein koaxiales Speisekabel (B) ist mit der Antenne verbunden, wie
oben für
das Senden und/oder Empfangen eines Signals von oder zur Schlitzantenne
beschrieben. Das koaxiale Speisekabel (B) liegt in einer horizontalen
Ebene, die die Mittelachse der Lampeneinheit-Antennenanordnung umschließt. Diese
horizontale Ebene enthält
ebenfalls die Achse des Schlitzes der Schlitzantenne.
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In
einem herkömmlichen
modernen Scheinwerfersystem besteht der Reflektor aus einem Isolierkörper mit
einem reflektierenden Metallfilm. Wenn ein nicht modifizierter Reflektor
dieses Typs in einer derzeit gebräuchlichen Anordnung verwendet
werden würde,
würde das
Signal von der Antenne zu induzierende Ströme in der Metallbeschichtung
des optischen Reflektors hervorrufen. Als Resultat würde eine
starke Abschwächung
des gesendeten Signals von der Antenne auftreten. Folglich ist es
notwendig, den optischen Reflektor zu modifizieren, um die vernachlässigbare
Abschwächung
eines ausgestrahlten Signals zu bewirken, das durch diesen hindurchtritt, ohne
den Betrieb des optischen Systems zu beeinträchtigen.
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Dies
wird durch Unterteilen des Oberflächenbereichs des optischen
Reflektors 14 in eine Vielzahl an Abschnitten des elektrisch
leitenden Materials zum Reflektieren des Lichts aus einer Lichtquelle 50 aus
der Lampeneinheit erreicht. Die Abschnitte des elektrisch leitenden
Materials sind voneinander elektrisch isoliert und die Induktion
von elektrischen Strömen
im Reflektor ist daher begrenzt oder wird verhindert.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
umfasst der optische Reflektor 14 eine elektrisch leitende
Oberflächenschicht
(aus Metall), die auf einem elektrischen (nichtleitenden) Isoliersubstrat
angebracht ist. Die Metallschicht ist in eine Vielzahl an recheckigen
Platten 60 unterteilt, die etwa 1 cm Höhe × 2 cm Breite aufweisen und
so angeordnet sind, dass sie ein Gitter bilden, wie in 4 dargestellt.
Die Platten 60 sind voneinander durch Unterteilungen (Spalte)
zwischen diesen elektrisch isoliert und werden von dem Isoliersubstrat
getragen. Die Funktion der Unterteilungen zwischen den Platten ist
es, den vertikalen elektrischen Vektor der elektromagnetischen Welle
am Induzieren eines Stroms im optischen Reflektor zu hindern. Ein
Kratzer auf der reflektierenden Metalloberfläche, vorausgesetzt er ist tief
genug, um das Isoliersubstrat zu erreichen, reich aus, um die Induktion
der Ströme
im Reflektor zu verhindern. Der optische Reflektor 14 bewirkt
daher eine vernachlässigbare
Abschwächung
einer durch diesen hindurch gesendeten elektromagnetischen Welle.
Das durch die Unterteilungen zwischen den Platten 60 ausgebildete
Muster des optischen Reflektors 14 kann durch eine gerippte
Struktur im Fenster 55 der Lampeneinheit verborgen werden.
Die Kreise C und D in 4 stellen die Position der Glühbirnen
der Scheinwerfer dar.
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Die
Leiter im Inneren der Lampeneinheit, beispielsweise der Mantel eines
koaxialen Kabels (B) im Inneren der Lampeneinkapselung und das Speisekabel
(A) für
die Glühbirne 50 des
Scheinwerfers, liegen vollständig
in einer horizontalen Ebene. Wenn dieser Zustand nicht erfüllt werden
würde,
würde das
vertikale E-Feld der elektromagnetischen Welle einen Strom im Leiter
induzieren und die ausgestrahlte Leistung würde verringert werden.
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Der
Leistungsverlust von der Lampeneinkapselung über die Lampen-Speiseleitung
kann durch die Bereitstellung der Drosselspulen (nicht abgebildet),
bestehend aus schraubenförmig
gewickelten Spulen, in den Speiseleitungen (A) an einem Eintrittspunkt
in die Einkapselung verringert werden.
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Die
Scheinwerfereinkapselung von 3 hat nichtleitende
(etwa aus einem Kunststoff bestehende) Wände 15, 16,
wobei deren Außenoberflächen mit
einer leitenden Schicht (etwa einer Metallschicht) beschichtet sind,
um die ausgestrahteln Funkwellensignale in die gewünschte Richtung
zu lenken; in diesem Fall in Richtung der Mittelachse. Tatsächlich bildet
die äußere leitende
Schicht einen Schirmleiter und dieser Schirmleiter ist von der Schlitzantenne 8, 9, 10 durch
das Isoliermaterial der einschließenden Wände 15, 16 isoliert.
-
Etwa
die Hälfte
der (Funkwellen-)Energie, die durch die Schlitzantenne 8, 9, 10 ausgestrahlt wird,
wird in Richtung der Rückseite
der Scheinwerfereinkapselung (d.h. in Richtung der Wand 15)
gelenkt. Ein erheblicher Teil der Energie wird zur Vorderseite des
Scheinwerfers durch ein Funkwellen-Reflektorelement in Form eines
abgestimmten Resonators 17, welcher zwischen der Schlitzantenne und
der Rückwand 15 der
Lampeneinheit positioniert ist, zurückreflektiert.
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In 3 lenkt
die leitende Einkapselung auf den Außenoberflächen der Wände 15, 16 das
ausgestrahlte Signal in Richtung der Mittelachse. Dies verhindert,
dass Strahlung in die leitende Einkapselung, welche durch die Innenoberfläche des
Fahrzeug-Flügels aus
Metall ausgebildet ist, eintritt; da solche Strahlung in hohem Maße im Fahrzeuginneren
eingeschlossen sein würde.
Diese Strahlung würde
in der Kommunikation mit der entfernten Empfangsantenne keine Rolle
spielen und wäre
folglich vergeudet. Der durch die leitenden Schichten ausgebildete Schirmleiter
weist den zusätzlichen
Vorteil auf, dass das Empfangssignal von der entfernten Sendeantenne
von fokal erzeugter Interferenz geschützt wäre, wie etwa dem Zündungssystem
des Motors und irgendwelchen unterhalb der Straßenoberfläche verlegten Kabeln. Es wird
jedoch immer mehr üblich, dass
Fahrzeuge Körperplatten
aufweisen, die aus Kunststoffmaterial ausgebildet sind. In diesem
Fall ist es wünschenswert,
dass die Lampe nicht abgeschirmt ist, also es ist besser, die Außenoberflächen der
Lampeneinheit-Einkapselung nicht mit einer leitenden Schicht abzudecken.
Wenn kein externer Schirmleiter vorhanden ist, kann die Strahlung
durch die Seiten der Lampeneinkapselung eintreten und trägt zu dem
in Richtung des entfernten Empfängers ausgestrahlten
Signals bei, da sie imstande ist, durch die aus Kunststoffmaterial
bestehenden Flügel
des Fahrzeugs hindurchzutreten. Als Alternative wäre es möglich, einen
externen Schirmleiter bereitzustellen, der lediglich einen Teil
der Außenoberfläche der
Lampeneinkapselung abdeckt. Die modifizierte Lampe, ohne externen
Schirmleiter oder nur einen begrenzten Bereich ihrer Außenoberflächen abdeckenden Teilschirmleiter,
weist beispielsweise die folgenden Anwendungen auf:
- (a) einen in einem Fahrzeug mit Flügeln aus Kunststoff angebrachten
Scheinwerfer;
- (b) einen im Inneren der Kunststoffstoßstange eines Fahrzeugs angebrachten
Nebelscheinwerfer;
- (c) einen auf einer Stange oberhalb der Stoßstange eines Fahrzeugs angebrachten
Nebelscheinwerfer;
- (d) einen an der Rückseite
des Fahrzeugs als zusätzliches
Rücklicht
im Inneren einer hinteren Stoßstange
aus Kunststoff angebrachten roten Nebelscheinwerfer.
-
Die
Auswirkung lokal erzeugter Interferenzen könnte durch Anbringen eines
Teilschirmleiters an der Außenoberfläche des
Lampeneinkapselung oder, als Alternative, durch Befestigen eines
Schirmleiters in einem Abstand von der Lampeneinkapselung verringert
werden.
-
Eine
alternative Anordnung einer Lampeneinkapselung und Schlitzantenne
ohne einen Schirmleiter ist in 11 abgebildet.
Die Zeichnung stellt eine Seitenansicht der Lampe mit der Achse
der Schlitzantenne 3 in senkrechter Ausrichtung zur Papierebene
dar.
-
Das
Lampenfenster ist mit 55 bezeichnet.
-
Die
Kunststoffwände
der Lampeneinkapselung sind für
Strahlung aus der Antenne durchlässig und
mit 200 gekennzeichnet. Die Schlitzantenne ist mit 9 bezeichnet.
-
Ein
Funkwellen-Reflektorelement zum Reflektieren der Strahlung in Richtung
des Lampenfenster ist mit 17 bezeichnet. Das Element 17 könnte eine planare
leitende Folie sein, die parallel zur Ebene der Antenne in einem
Abstand von einer Viertelwellenlänge
von dieser angebracht ist. In diesem Fall ist das virtuelle Bild 700 der
Schlitzantenne so weit hinter dem Funkwellen-RefÍektorelement, wie die Schlitzantenne
vor, diesem ist, wie anhand der Darstellung ersichtlich. Als Alternative
könnte
das Funkwellen-Reflektorelement in Form eines abgestimmten Resonators
vorliegen.
-
Ein
Teil der reflektierten Strahlung wird durch die Wände der
Einkapselung hindurchtreten, wie durch die Pfeile 500 gekennzeichnet.
-
Ein
Teil der Strahlung von der Antenne wird durch die Wände der
Einkapselung, wie durch die Pfeile 600 dargestellt, hindurchtreten.
-
Eine
Vorderansicht eines abgestimmten Resonators ist in 5 dargestellt.
Der abgestimmte Resonator in dieser Ausführungsform umfasst eine Metallfolie 17,
die an einer nichtleitenden Platte 17a (nicht in 5 abgebildet)
befestigt ist, die einen niedrigen Leistungsfaktor bei der Frequenz
während der
Verwendung aufweist, und die Metallfolie 17 weist einen
einen Bereich 18 der Platte umschließenden Schlitz auf. Dieser
entspricht einer auf eine durch die Abmessungen des Bereichs 18 bestimmte
Frequenz abgestimmten Schlitzantenne, die so angepasst ist, dass
sie eine starke Reflektion in Richtung der Vorderseite (also in
Richtung des Fensters 55) der Scheinwerfereinkapselung
aufweist.
-
Während ein
Funkwellen-Reflektorelement, einfach bestehend aus einer rechteckigen
leitenden Folie, anstelle eines abgestimmten Resonators verwendet
werden könnte,
wenn eine einfache reflektierende Folie verwendet werden würde, würde der Abstand
von der Schlitzantenne zum Funkwellen-Reflektorelement notwendigerweise
etwa eine Viertelwellenlänge
der gesendeten Strahlung betragen. Die Verwendung eines abgestimmten
Resonators ermöglicht
die Reduktion dieser Trennung. Der abgestimmte Resonator ist in
seiner Antwort ebenfalls selektiv und folglich ist das Antennensystem
für Interferenzen
weniger anfällig,
wenn es als ein Empfänger verwendet
wird.
-
Die
Verwendung eines abgestimmten Resonators, so hat sich herausgestellt,
erhöht
das Ausgangssignal der Schlitzantenne. In einem Versuch hat sich
gezeigt, dass das Schlitzantennenausgangssignal um 130% erhöht ist,
im Vergleich zum Ausgangssignal während des Nicht-Vorhandenseins
des abgestimmten Resonators. Die Details dieses Versuchs lauten
wie folgt:
Frequenz des Senders: 911,6 MHz
Abmessungen
des Antennenschlitzes: 15,3 cm × 1,65
cm
Abmessungen des Resonatorschlitzes: 9,1 cm × 6,4 cm
Abstand
der Schlitzantenne und des Resonators: 6,5 cm oder 0,2 × Wellenlänge
-
Die
oben erwähnten
Abmessungen des Antennenschlitzes liefern, so hat sich gezeigt,
gute Ergebnisse. Ein breiter Schlitz tendiert dazu, Probleme mit
der Beabstandung der sich verjüngenden
Sendeleitung zu bereiten. Der abgestimmte Resonator entspricht einer
strahlungsgekoppelten Antenne, deren Leistung von der direkt gespeisten
Antenne (der Schlitzantenne) stammt und die keine Art der Verbindung
mithilfe eines koaxialen Kabels benötigt. Im Allgemeinen ist ein
erheblicher Anpassungsbereich als Folge der vielen in der Dimensionierung
beinhaltenden Variablen möglich.
-
Während in
der oben erwähnten
Ausführungsform
der optische Reflektor in eine Vielzahl an elektrisch leitende Abschnitte
durch Befestigen von Metallplatten oder durch Riefenbildung in einer
auf einem Isoliersubstrat befestigten Metallschicht unterteilt ist,
könnte
ein ähnliches
Ergebnis stattdessen durch Aufbringen eines Metall-Lacks auf die nichtleitende
Oberfläche
des Isoliersubstrats erzielt werden. Metall- Lack besteht aus leitenden Metallpartikeln
in einem Bindemittel. Wenn der Lack getrocknet ist, sind die Metallpartikel
voneinander isoliert und folglich treten zirkulierende Ströme nicht
in der Reflektoroberfläche
auf.
-
Ein
weiteres Beispiel wird im Folgenden beschrieben. Viele Motorfahrzeuge
verfügen über eine Bremslichteinheit,
bestehend aus einer Reihe von lichtemittierenden Dioden, die in
einer horizontalen Linie angeordnet sind und hinter einem Rückfenster der
Einheit angebracht sind.
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6 ist
eine Vorderansicht einer Lampeneinheit des oben genannte Typs, welche
so modifiziert ist, dass sie auch als eine Schlitzantenne zur Verwendung
in dem oben beschriebenen Fahrzeug-Funkkommunikationssystem dient.
Eine Anordnung an lichtemittierenden Dioden 21 ist direkt
hinter einem Antennenschlitz 19 einer Schlitzantenne angebracht.
Die lichtemittierenden Dioden (LEDs) sind mit dem Schlitz 19 der
Schlitzantenne so ausgerichtet, dass das Licht der LEDs durch den
Schlitz 19 geleitet wird. Der Schlitz 19 ist in
eine Platte aus nichtleitendem Material geschnitten und die leitende
Metallfolie 20 ist an dem Bereich der Platte, der den Schlitz 19 umgibt,
angebracht. Die Schlitzantenne wird gespeist und die Impedanz ist
in der für
die erste Ausführungsform
oben beschriebenen Weise angepasst.
-
7 zeigt
eine Seitenansicht der Lampeneinheit des Beispiels von 6.
Eine aus Isoliermaterial ausgebildete Einkapselung 23 umschließt die Reihe
lichtemittierender Dioden 21, die auf einem nichtleitenden
Streifen 22, der direkt hinter dem Schlitz 19 einer
Schlitzantenne befestigt ist, getragen werden. Die Schlitzantenne
ist im Inneren einer Wand der Einkapselung 23 ausgebildet.
Das Versorgungskabel (A) für
die Dioden und das koaxiale Speisekabel (B) für die Antenne liegen in einer
horizontalen Ebene, die durch die Mittelachse der Lampeneinheiteinkapselung 23 hindurchtritt.
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Funkwellen
von der Schlitzantenne, welche sich in Richtung der Rückseite
der Einkapselung (also in Richtung der Rückwand 70) bewegen,
werden durch einen abgestimmten Resonator 24, wie oben für die erste
Ausführungsform
beschrieben, reflektiert. Der abgestimmte Resonator 24 ist
zwischen der Schlitzantenne und der Rück wand 70 der Einkapselung 23 positioniert,
wie oben für
die erste Ausführungsform
beschrieben. Dessen Beabstandung von der Schlitzantenne beträgt vorzugsweise
weniger als ¼ der
Wellenlänge
der von der Antenne verwendeten Strahlungsfrequenz.
-
Die
Außenoberfläche der
Isoliereinkapselung 23 wird durch eine leitende Schicht 101 abgedeckt,
um die Strahlung in Richtung der Lampenachse zu begrenzen.
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8 veranschaulicht
die Konstruktion des abgestimmten Resonators. Eine Metallfolie 25 ist
an einer Isolierplatte 25a (in 8 nicht
zu sehen, welche eine Vorderansicht darstellt) mit Ausnahme des Schlitzbereiches 26,
an dem keine Folie ist, angebracht. Der Resonator dient daher als
eine Schlitzantenne und ist abgestimmt, um eine starke Reflektion bei
Sendefrequenz auszugeben. Als Alternative könnte ein Isoliermaterial vom
Schlitzbereich 26 zur Erstellung eines Hohlraums entfernt
werden. Dies würde
einen Resonator mit einem höheren „Q" mit genauerer Abstimmung
als in der vorherigen Anordnung ergeben.
-
In
den oben dargelegten Ausführungsformen sind
die zur Verbindung der Antennen mit den Sendern verwendeten koaxialen
Leitungen unsymmetrische Leitungen. Die oben beschriebenen Antennen würden dazu
tendieren, als eine symmetrische Last zu dienen und die oben beschriebenen
Anordnungen sollten daher, wo es nötig ist, das Einsetzen eines Symmetrieübertragers
oder Baluns zwischen die koaxialen Leitungen und die Antenne umfassen.
-
Die
oben beschriebenen Anordnungen sind für die Anwendung in Motorfahrzeugen
und etwas größeren Fahrzeugen
geeignet. Das Antennensystem könnte
jedoch auch an große
Transportfahrzeuge, einschließlich
Gelenktransportfahrzeuge, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem
angekuppelten Anhänger,
angepasst werden. Während
die Antenne(n) in der Lampeneinheit (den Lampeneinheiten), wie oben
beschrieben, befestigt werden würde(n),
könnten
die Verbindung der Antenne und die Konfiguration des Systems einige
Anpassungen aufgrund der größeren, auftretenden
Abstände
benötigen.
In diesen Fällen
würde beispielsweise
die Brems-Lampen einheit wahrscheinlich an dem höchsten Punkt des Lastkraftwagens
oder Anhängers
befestigt werden.
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Diese
Anordnung würde
ein hinteres koaxiales Verbindungskabel von beträchtlicher Länge benötigen und dies würde zu einer
erheblichen Abschwächung
des von der Rückseite
des Fahrzeugs ausgestrahlten Signals führen. In diesen Anwendungen würde die
Lampeneinheit einen Funkfrequenzverstärker zur Aufrechterhaltung
der ausgestrahlten Signalstärke
umfassen. Der Verstärker
würde seine Leistung
von der Niederspannungs-Gleichstromversorgung des Fahrzeugs erhalten
und, durch Verwendung der entsprechenden Funkfrequenzfilter, könnte die
Gleichstromversorgung zum Verstärker über das koaxiale
Verbindungssystem geleitet werden.
-
Die
allgemeine Anordnung für
ein großes Transportfahrzeugssystem
ist in 9 veranschaulicht.
-
Die
vordere Scheinwerferantenne 4 ist mit der Abzweigungs-Einheit 3,
in der zuvor beschriebenen Weise, über ein koaxiales Kabel 6 verbunden. Das
zweite koaxiale Kabel 30 führt zu einer hinteren Bremslichtanordnung
des Fahrzeugs 33, welche den Verstärker umfasst, um die Abschwächung des
gesendeten Signals entlang des Kabels 30 zu kompensieren.
-
Das
folgende Kriterium sollte in dieser Modifikation des Originalsystems
angewendet werden: Die Leitungen 6 und 30 sollten
eine solche Länge aufweisen,
dass sie ein ganzzahliges Vielfaches an Halbwellenlängen des
Betriebssignals innerhalb des Sendeleitungen umfassen. Diese Anforderung,
welche im GB-Patent Nr. 2.341.504 beschrieben ist, stellt sicher,
dass eine Antenne weiter arbeiten würde, wenn das koaxiale Kabel
zu einer der Antennen an der Lampenanordnung durchgeschnitten wäre.
-
10 stellt
die Anordnung für
ein Gelenkfahrzeug, bestehend aus einem Zugfahrzeug mit einem angekuppelten
Anhänger,
dar.
-
Die
Antenne des vorderen Scheinwerfers ist mit der Abzweigungs-Einheit 3 über ein
koaxiales Kabel 6 verbunden. Das zweite koaxiale Kabel 31 führt zu einer
koaxialen Verbindungsleitung 27 zwischen dem Zugfahrzeug
und dem Anhänger
des Gelenkfahrzeugs. Das koaxiale Kabel 32 ist entlang
des Anhängers
zur Rücklichtanordnung
und zur Verstärkereinheit 33 geführt.
-
Das
folgende Kriterium sollte in dieser Modifikation des Originalsystems
angewendet werden:
Die Leitungen 6 und 30 sollten
eine solche Länge aufweisen,
dass sie ein ganzzahliges Vielfaches an Halbwellenlängen des
Betriebssignals innerhalb des Sendeleitungen aufweisen. Diese Anforderung,
welche im GB-Patent Nr. 2.341.504 beschrieben ist, stellt sicher,
dass die vordere Scheinwerferantenne weiter arbeiten würde, wenn
die Verbindung zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger an
einem Punkt 27 unterbrochen wäre, um das Zugfahrzeug ohne
seinen dazugehörigen
Anhänger
zu bewegen.
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Das
koaxiale Kabel 32 zwischen dem Verbinder 27 und
der Rücklichtanordnung
sollte eine ganzzahliges Vielfaches an Halbwellenlängen des
Betriebssignals enthalten, um sicherzustellen, dass die Scheinwerferantenne
weiter arbeiten wird, wenn das koaxiale Kabel an der Bremslichtanordnung
getrennt wird.
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Die
koaxiale Kabelverbindungsleitung zwischen dem Zugfahrzeug und dem
Anhänger
sollte Teil eines mehrfachen Verbinders sein, der die Leistungsversorgung
für den
Anhänger
bereitstellt. Diese Anordnung wird sicherstellen, dass ein Unterbrechen der
Antennenverbindung nicht möglich
ist, ohne dabei alle Anhängererstromversorgungen
zu unterbrechen.
-
Beide
oben beschriebenen Anordnungen werden zu einer Zeitverzögerung zwischen
den von der vorderen und hinteren Antenne ausgestrahlten Signalen
führen.
Aufgrund der auftretenden Kabellängen
ist die Zeitverzögerung
sehr kurz. Es ist zwar unwahrscheinlich, aber wenn die Verzögerung doch Probleme
beim Senden auf ei nem zellularem Netz verursacht, dann können die
Kabel von der Abzweigungs-Einheit
zu beiden Antennen in der Länge
aneinander angeglichen werden, wobei sowohl für die vordere als auch die
hintere Antenne dann eine geeignete Verstärkung nötig wäre.
-
In
allen oben erwähnten
Ausführungsformen werden
Schlitzantennen verwendet. Im Allgemeinen umfasst eine Schlitzantenne
einen in eine (vorzugsweise rechteckige) leitende Platte geschnittenen Schlitz. Üblicherweise
ist der den Schlitz (welcher ein leerer oder ein mit nichtleitendem
Material gefüllter Hohlraum
ist) umgebende leitende Bereich größenordnungsmäßig zehnmal
so groß wie
der Bereich des Schlitzes. Damit eine vertikal polarisierte Strahlung erzeugt
werden kann, sollte die Antenne mit dem Schlitz in einer im Wesentlichen
horizontalen Ausrichtung positioniert sein.