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Die
vorliegende Erfindung betrifft Antennen und insbesondere Mehrbandantennen
zur Verwendung in der Automobilindustrie.
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Antennen
werden seit vielen Jahren an Automobilen verwendet. Ursprünglich wurden
Antennen an Automobilen installiert, um den Empfang von Signalen
für das
Autoradio zu gestatten. Eine Peitschenantenne für Radioempfang, die von einem
der Fahrzeugkotflügel
hervorragte, war Standard an den meisten Automobilen. Später wurden
Antennen entwickelt, die entweder an der Innenseite der Windschutzscheibe
des Automobils eingebettet oder daran angebracht waren. Diese In-Glas-
oder Auf-Glas-Antennen
verliefen um den Umfang der Windschutzscheibe und waren weniger
sichtbar als die Peitschenantennen und weniger anfällig für Beschädigung durch
externe Elemente wie Wetter oder Vandalismus.
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Heute
werden komplizierte Bord-Kommunikationssysteme in der Automobilindustrie
verwendet. Fahrzeughersteller bieten Systeme mit Merkmalen wie eingebauten
Telefonkommunikations- und globalen Positionierungssatelliten-(GPS)-Systemen
an. Mit der Einführung
dieser komplexen Systeme erfolgte eine korrespondierende Steigerung
bei der Komplexität
der erforderlichen Antennen. Diese Systeme erfordern Antennen, die
Signale in mehreren Frequenzbändern
sowohl empfangen als auch übertragen
können.
Das persönliche
Kommunikationsdienst-(PCS)-Band und das erweiterte Mobiltelefondienst-(AMPS)-Band
sind die häufigsten
Frequenzbänder,
die bei zellularer Telefonkommunikation verwendet werden, wobei
das PCS-Band primär
für digitale Übertragungen
und das AMPS-Band primär
für analoge Übertragungen
verwendet werden. Globale Positionierungssatellitensysteme operieren
in einem dritten bestimmten Frequenzband, das als das GPS-Band bekannt
ist.
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Mehrere
Arten von Antennen wurden in Verbindung mit diesen Arten von Kommunikationssystemen
verwendet. Einpol-, Dipol- und Schlitzantennen sind Beispiele für gut bekannte
Arten von verwendeten Antennen. Das vorherrschende Empfangsverfahren
für diese
Systeme ist vertikale Polarisation. Einpol- und Dipolantennen bieten
Polarisation in derselben Richtung wie die Ausrichtung der Antenne,
während
Schlitzantennen Polarisation senkrecht zur Ausrichtung der Antenne
bieten. Beispielsweise müsste eine
standardmäßige Einpol-
oder Dipolantenne vertikal ausgerichtet sein, um die gewünschte vertikale Polarisation
zu erreichen. Eine Schlitzantenne müsste horizontal ausgerichtet
sein, um die gewünschte vertikale
Polarisation zu bieten. Vertikal ausgerichtete Peitschenantennen
wurden auf dem Dach, den Kotflügeln
und der Heckscheibe von Fahrzeugen für Mobiltelefonempfang seit
mehreren Jahren verwendet.
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Während der
primäre
Polarisationsmodus von PCS- und AMPS-Signalen naturgemäß vertikal ist,
bieten viele Anbieter auch Diversity-Polarisation an. Diversity-Polarisation
bedeutet, dass das Signal zwischen vertikaler, horizontaler und
einer Form von schräger
Polarisation (schräge
Polarisation ist in einem Winkel zwischen den beiden) umgeschaltet
werden kann, um die beste Versorgung in Gebieten mit schwieriger
Versorgung zu bieten. Diversity-Polarisation gestattet es dem System,
die Änderung
der Polarisation zu berücksichtigen,
die daraus resultiert, dass das Signal von Gebäuden und der Landschaft reflektiert
wird.
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Externe
vertikale Peitschenantennen haben mehrere Nachteile. Erstens sind
sie ästhetisch
nicht wünschenswert.
Außerdem
sind sie sehr anfällig
gegenüber
Beschädigung
durch externe Kräfte
wie Wetter, Vandalismus und automatische Fahrzeugwaschanlagen. Unter
Fahrzeugdesignern besteht ein Wunsch, die externen Peitschenantennen
zu entfernen und sie durch Auf-Glas-Antennen in einer Weise ähnlich der,
die vorher für
Radioempfang verwendet wurde, zu ersetzen.
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Auf-Glas-Antennen
für die
heute verwendeten komplexen Kommunikationssysteme brachten neue
Probleme hervor. Erstens musste, um die gewünschte vertikale Polarisation
zu erreichen, die Antenne vertikal auf der Windschutzscheibe ausgerichtet
sein. Vertikale Ausrichtung dieser Antennenart auf der vorderen
Windschutzscheibe ist ein Problem, weil sie ein Hindernis in der
Sicht des Fahrzeugfahrers darstellt. Außerdem strahlen Dipolantennen
ungerichtet in der Ebene senkrecht zur Antennenachse aus, einschließlich nach
hinten in den Fahrgastraum. Damit sind die Fahrzeuginsassen der
von der Antenne ausgestrahlten Signalenergie ausgesetzt. In letzter
Zeit herrschte eine weit verbreitete Besorgnis über die möglicherweise negativen Auswirkungen derartiger
Strahlung auf Menschen. Hinzufügen
einer Art von Reflektorabschirmung, um zu verhindern, dass HF-Signale
nach hinten in den Fahrgastraum ausgestrahlt werden, ist aufgrund
der Größe der Abschirmung
und der Behinderung der Fahrersicht, die durch Hinzufügen einer
derartigen Abschirmung resultieren würde, nicht praktikabel. Schließlich bieten vertikal
ausgerichtete Dipolantennen keinen Empfang für Signale mit Diversity-Polarisation.
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Flachantennen
mit Reflektoren wurden aufgrund ihrer geringen Größe und Richtungseigenschaften
verwendet; aber während
es wünschenswert
ist, den Verlauf von Ausstrahlung in den Fahrgastraum zu vermeiden,
wird außerhalb
des Fahrzeugs eine ungerichtete Ausstrahlung für eine optimale Antennenleistung
bevorzugt. Beispielsweise haben Flachantennen von Natur aus eine
enge Strahlenbreite und bieten deshalb nicht die gewünschte Leistung
für Fahrzeuganwendungen.
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US-A-3312976
beschreibt eine tragbare Mikrowellenantenne zur Übertragung von zwei einseitig gerichteten
breiten Strahlen von Hochfrequenzenergie entlang einer gemeinsamen
Achse. Jeder Strahl wird erzeugt durch Hochfrequenzenergie, die
in einen halbzylindrischen Hohlraumresonator eingeführt wird,
und durch einen Halbwellenschlitz ausgestrahlt, der entlang eines
Durchmessers des assoziierten Hohlraums angeordnet ist.
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DE-A-19740254
beschreibt eine Mehrband-Radioantennenanordnung zur Verwendung in Zweiweg-Funkkommunikation
unter Verwendung von UHF- und SHF-Frequenzen. Die Antennenanordnung
ist zur Montage an der Außenseite
eines Motorfahrzeugs angrenzend an einer oberen Kante der Fahrzeug-Windschutzscheibe
nahe seinem Dach ausgelegt und kombiniert eine Emitterantenne und eine
Flachantenne. DE-A-10034547 offenbart eine Schlitzantenne mit einem
Reflektor, der eine maximale Distanz zu der Antenne von einem Sechstel
von einer Wellenlänge
der verwendeten Signalfrequenz hat.
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Es
ist wünschenswert,
eine Antenne zu haben, die überlegene
Leistung ohne die Einschränkungen
von existierenden Antennen bietet. Es ist wünschenswert, eine Antenneneinheit
zu haben, die aus ästhetischen
Gründen
und zur Gewährleistung, dass
keine Sichtbehinderung des Fahrzeugfahrers besteht, kompakt in der
Größe ist.
Es ist wünschenswert,
dass die Antenne eine vollständige
Abdeckung sowohl vor dem Fahrzeug als auch vertikal nach oben und
hinter dem Fahrzeug hat, um hohe Pegel bei Signalübertragung
und -empfang zu gewährleisten.
Schließlich
ist es wünschenswert,
dass der Betrag der Strahlung von der Antenne in dem Fahrgastraum
des Fahrzeugs minimiert ist, damit die Fahrzeuginsassen nicht der
Signalenergie ausgesetzt werden.
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Dementsprechend
besteht die vorliegende Erfindung in einer Mehrbandantenne zur Verwendung
in Verbindung mit einem Kommunikationssystem, wie in Anspruch 1
hiervon dargelegt. Sie kann eine kompakte Mehrbandantenne für Bord-Fahrzeugkommunikationssysteme
bereitstellen, die an der vorderen Windschutzscheibe des Fahrzeugs montiert
werden kann. Die physikalischen Abmessungen der Antenne können klein
sein, beispielsweise ungefähr
20 cm (8 Zoll) lang mal 5 cm (2 Zoll) breit mal 2,54 cm (1 Zoll)
tief. Die Antenneneinheit kann an der Oberseite der vorderen Windschutzscheibe
eines Automobils angrenzend an der Dachverkleidung und damit außerhalb
der normalen Sicht des Fahrers montiert werden.
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Die
Antenne der Erfindung ist imstande, in mehreren Frequenzbändern zu
operieren, d. h. AMPS, PCS und GPS, so dass die Antenne für die komplexen
Kommunikationssysteme verwendet werden kann, die in heutigen Fahrzeugen
eingesetzt werden und Mehrband-Zellularkommunikation oder Kommunikation
mit dem globalen Positionierungssatellitennetz erfordern. Die Antenne
ist überwiegend
vertikal polarisiert, eine signifikante horizontale Komponente ist
jedoch auch vorhanden, um bei Diversity-Polarisation zu helfen.
Sie kann eine Flachantenne zur Verwendung mit dem GPS-Band enthalten.
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Die
Antenne kann einen Reflektorhohlraum nutzen, um die Rückseite
der Antenneneinheit zu bilden. Der Hohlraum wird gebildet, indem
der Reflektor an die Rückseite
des Strahlungselements der Antenne gekoppelt wird. Der Reflektor
dient zwei Zwecken. Erstens fokussiert der Reflektor die ausgestrahlten Signale
in die Vorwärtsrichtung,
wodurch die von der Antenne erreichte Verstärkung verbessert wird. Außerdem reflektiert
der Reflektor die in den Fahrgastraum gerichteten Signale, wodurch
die Signale nach außerhalb
des Fahrzeugs umgeleitet werden. Dies verhindert, dass die Fahrzeuginsassen
den ausgestrahlten Signalen ausgesetzt werden.
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Die
Hohlraumtiefe ist im Vergleich zum bekannten Stand der Technik elektrisch
extrem kurz. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Hohlraumtiefe
nur 2,54 cm (ein Zoll). Die Rückwand
des Reflektors ist 2,54 cm (ein Zoll) entfernt von den Schlitzantennen,
die auf dem Strahlungselement vorhanden sind, angeordnet.
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Damit
die vorliegende Erfindung einfacher verstanden wird, wird jetzt
Bezug genommen auf die beigefügten
Zeichnungen, von denen:
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1 eine
Vorderansicht einer Antenneneinheit nach der vorliegenden Erfindung
zeigt, die die Elemente und ihre jeweiligen Positionen auf der Vorderfläche der
Leiterplatte der Antenneneinheit darstellt.
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2 eine
Schnittansicht einer Antenneneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
in ihrem montierten Zustand zeigt.
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3 eine
Zeichnung zeigt, die die Position einer Antenneneinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung nach der Installation in einem Fahrzeug darstellt.
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4 eine
technische Zeichnung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
die alle ausführbaren
Abmessungen zur Konstruktion der besten Ausführung der Erfindung offenbart.
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Die
vorliegende Erfindung ist eine kleine, verdeckte Auf-Glas-Antenne
zur Verwendung in der Automobilindustrie. Die Antenne gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung operiert in mehreren Frequenzbändern. In der bevorzugten Ausführungsform
umfasst sie zwei Schlitzantennen und eine GPS-Flachantenne, die
auf einer Leiterplatten-Vorderfläche
ausgebildet sind. Die Vorderfläche ist
an einen Reflektor gekoppelt, um eine rechteckige Antenneneinheit
mit einem elektrisch kurzen Hohlraum, der innerhalb der Wände der
Antenneneinheit enthalten ist, zu bilden.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Strahlungselement der Antenne 101 ein leitendes
Leiterplattenmaterial wie FR4-Material. Die Schlitze 103, 105 sind
in das Leiterplattenmaterial geätzt.
Andere Materialien können
verwendet werden, um das Antennen-Strahlungselement zu bilden, in
dem Schlitze gebildet werden. Alternative Ausführungsformen können verschiedene
leitende Metalle verwenden, wobei Schlitze in das Material gestanzt werden.
Ein Leiterplattenmaterial wie FR4 wird jedoch aus zwei Gründen bevorzugt.
Erstens ist das FR4-Basismaterial ein sehr preisgünstiges
Material und ist einfach zu verarbeiten, wodurch FR4 eine kostengünstige Wahl
wird. Zweites gestattet Leiterplattenmaterial, zusätzliche
elektrische Komponenten wie Übertragungsleitungen
oder zusätzliche Schaltkreise
direkt auf dem Leiterplattenmaterial zu bilden. Dies ermöglicht es,
zusätzliche
Antennen wie eine GPS-Flachantenne 109 der Einheit auf
einfache Weise hinzuzufügen.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
verwendet zwei Schlitzantennen, die in dem Leiterplattenmaterial
unter Verwendung eines Ätzprozesses,
um die Metallisierung von der Vorderfläche des Platte in den gewünschten
Bereichen zu entfernen, gebildet sind. Eine erste Schlitzantenne 103 ist
vorgesehen für Übertragung
und Empfang in dem PCS-Band. Eine zweite Schlitzantenne 105 ist
vorgesehen für Übertragung
und Empfang in dem AMPS-Band. Form und Konstruktion von Schlitzantennen
sind im Fachgebiet gut bekannt, daher ist hier keine ausführliche
Diskussion der Form des Schlitzes enthalten.
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Die
Schlitzantennen 103 und 105 sind so ausgerichtet,
dass sie in einer horizontalen Position sein werden, wenn die Antenne
in dem Fahrzeug montiert ist. Als ein Ergebnis einer derartigen
Ausrichtung wird die gewünschte
vertikale Polarisation erhalten. Außerdem ist eine horizontale
Komponente vorhanden, die Diversity-Abdeckung bereitstellt. Diese
Komponente wird als ein Ergebnis der Interaktion mit dem Reflektor
und der Nähe
zu der Metalldachoberfläche
erhalten.
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Die
Schlitzantennen werden über
eine Übertragungsleitung 107 gespeist.
Diese einzelne Übertragungsleitung
kann in zwei Wege geteilt werden, um beide Antennen zu speisen,
oder eine einzelne Übertragungsleitung
kann eine Schlitzantenne ansteuern, wobei die zweite Schlitzantenne
parasitär
an die erste Schlitzantenne gekoppelt ist. In der bevorzugten Ausführungsform
ist eine einzelne Übertragungsleitung 107 gebildet,
um die PCS-Band-Schlitzantenne 103 zu speisen. Die AMPS-Band-Schlitzantenne 105 ist
parasitär
an die PCS-Band-Schlitzantenne 103 gekoppelt, indem die
AMPS-Band-Schlitzantenne 105 in
enger Nähe
zu der PCS-Band-Schlitzantenne 103 angeordnet ist. Durch Verwendung
von parasitärer
Kopplung können
beide Schlitzantennen von einer einzelnen Übertragungsleitung angesteuert
werden. Dieses Verfahren wird bevorzugt, weil es gestattet, die
Antennen näher
zusammen auf der Leiterplatte anzuordnen, als es möglich wäre, wenn
zwei Übertragungsleitungen
oder eine einzelne Leitung mit zwei Zweigen verwendet würde. Dies
gestattet wiederum die Minimierung der Gesamtbreite der Antenneneinheit.
In der bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Gesamtbreitenabmessung der Antenneneinheit (definiert als die
Abmessung des Rands der Antenneneinheit, der an der Oberseite der
Windschutzscheibe beginnt und auf der Windschutzscheibe abwärts zum
Armaturenbrett verläuft,
wenn die Einheit auf der Fahrzeug-Windschutzscheibe montiert ist)
weniger als 5,7 cm (2,25 Zoll). In einer alternativen Ausführungsform,
in der eine Übertragungsleitung
mit zwei Zweigen zum Speisen der Schlitzantennen verwendet wird,
müssen
die Schlitze weiter voneinander entfernt angeordnet werden, und
die Breite der Einheit steigt auf etwa 7,6 cm (3 Zoll).
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Die Übertragungsleitung 107 ist
direkt auf dem Leiterplattenmaterial gedruckt. Alternative Ausführungsformen
können
einen Draht oder ein Kabel verwenden, um diese Funktion zu erreichen,
in der vorerwähnten
bevorzugten Ausführungsform
sind jedoch keine zusätzlichen
diskreten Teile erforderlich. Die Übertragungsleitung 107 ist
direkt auf der Leiterplatte gebildet, indem ein leitender Weg gedruckt wird,
der von einem Anschlusskontakt 113 zu der PCS-Schlitzantenne 103 führt. Diese
Konfiguration gestattet es, die PCS-Schlitzantenne 103 und
die AMPS-Schlitzantenne 105 mit dem System, mit dem sie
verwendet werden sollen, zu verbinden, indem einfach das Kabel von
dem System in einen Anschlusskontakt 113, der in der Antenneneinheit
enthalten ist, gesteckt wird.
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Zusätzlich zu
den zwei Schlitzantennen enthält
die bevorzugte Ausführungsform
eine dritte Antenne zur Verwendung mit dem GPS-Band. Eine GPS-Flachantenne 109 befindet
sich auf dem Leiterplattenmaterial. Diese Art von Flachantenne ist
im Fachgebiet gut bekannt, daher ist hierin keine ausführliche
Diskussion der Flachantenne enthalten. Die GPS-Flachantenne 109 gestattet
der Antenneneinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung, in einem dritten Frequenzband zu operieren. Dies erlaubt
es, die Antenneneinheit für
Systeme zu verwenden, die die häufigsten
digitalen und analogen Zellularbänder nutzen,
und sie außerdem
zur Kommunikation mit dem Netz von globalen Positionierungssatelliten
zu verwenden.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
sind die GPS-Flachantenne 109 und die Schlitzantennen 103, 105 zur
gleichzeitigen Operation imstande. Dies bedeutet, dass die GPS-Flachantenne 109 zur
gleichen Zeit wie die Schlitzantennen 103, 105 ohne
irgendwelche gegenseitigen Störungen
operieren kann.
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Die
GPS-Flachantenne 109 erfordert zusätzliche Schaltkreise für die Operation.
Ein Verstärkerkreis
ist als Teil der Komponente der GPS-Flachantenne 109 enthalten.
Wie vorher diskutiert, besteht ein Vorteil in der Verwendung von
Leiterplattenmaterial wie FR4 als Basis zum Bilden der Schlitzantennen 103, 105 darin,
dass zusätzliche
Schaltkreise wie der GPS-Verstärker
direkt auf der Leiterplatte gebildet werden können. Zusätzlich nutzt die GPS-Flachantenne 109 einen
zweiten Anschluss 111, um den Anschluss des GPS-Systems
des Fahrzeugs zu gestatten.
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Die
Antennenvorderfläche,
die die Leiterplatte umfasst, ist an einen Reflektor 203 montiert,
um die vollständige
Antenneneinheit 200 zu bilden, wie in 2 dargestellt.
Der Reflektor 203 kann unter Verwendung verschiedener Arten
von Materialien gebildet werden, die Ausstrahlung reflektieren.
In der bevorzugten Ausführungsform
wird metallisierter Kunststoff zur Bildung des Reflektors 203 verwendet.
Der Reflektor 203 ist in der Form eines U-Kanals gebildet. Er
ist derart geformt, dass, wenn er an der Leiterplatte angebracht
ist, die Form der Einheit in einer Schnittansicht im Allgemeinen
rechteckig ist. Der U-Kanal-Reflektor bildet kombiniert mit der
Leiterplatte einen Kasten mit offenem Ende, wobei die Leiterplatte
die Vorderfläche
oder nach vorn gerichtete Oberfläche
des Kastens umfasst und der Reflektor die oberen, unteren und hinteren
Wände des
Kastens umfasst. Ein im Allgemeinen rechtwinkliger Hohlraum 205 wird
im Inneren der Antenneneinheit gebildet. Durch Verwendung eines
rechtwinklig geformten Reflektors wird das Volumen des Hohlraums 205 für eine gegebene
Hohlraumtiefe im Vergleich zur Verwendung eines gebogenen Reflektors
zur Vervollständigung
der Antenneneinheit maximiert. Außerdem wird durch Verwendung
eines rechtwinklig geformten Reflektors die senkrechte Distanz von
jedem Punkt der Schlitzantennen zur Rückwand des Reflektors für eine gegebene
Hohlraumtiefe maximiert. Jeder Punkt auf der hinteren Oberfläche des
Reflektors ist von der Leiterplatte gleich weit entfernt.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
beträgt die
Tiefe des reflektierenden Hohlraums 205 2,54 cm (ein Zoll).
Damit befindet sich die Rückwand
des Reflektors 203 in einer Distanz von ungefähr 2,54
cm (1 Zoll) innerhalb des Bereichs von 1,90 bis 3,17 cm (0,75 bis
1,25 Zoll) von den Schlitzantennen. Diese enge Nähe der Rückwand 204 des Reflektors 203 relativ
zu den ersten und zweiten Schlitzantennen 103, 105 erzeugt
einen elektrisch kurzen Hohlraum. Eine Wellenlänge für ein PCS-Signal beträgt ungefähr 15 cm
(6'') in der Länge, während eine
Wellenlänge
für ein
AMPS-Signal ungefähr
33 cm (13'') in der Länge beträgt. Durch
Erzeugen eines Hohlraums, der nur ungefähr 2,54 cm (ein Zoll) in der
Tiefe beträgt,
befindet sich die Basis des Reflektors innerhalb 1/6 einer PCS-Signal-Wellenlänge von
der PCS-Schlitzantenne und 1/13 einer AMPS-Signal-Wellenlänge von
der AMPS-Antenne. Der in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung erzeugte Hohlraum ist elektrisch beträchtlich kürzer als jeder, der nach dem
Stand der Technik vorkommt.
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Der
Reflektor 203 erfüllt
zwei kritische Funktionen. Erstens trägt der Reflektor zu den von
der Antenne erreichten Verstärkungsmustern
bei. Der Reflektor reflektiert die Ausstrahlung, die ursprünglich direkt
in das Fahrzeug gerichtet war, derart, dass sie jetzt nach außen abgestrahlt
wird. Durch Formung oder Fokussierung des ausgestrahlten Signals
in eine Richtung wird die von der Antenne erzielte Verstärkung erhöht. Durch
Verwendung der Schlitzantennen 103, 105 in Verbindung
mit dem Reflektor 203 erreicht die Antenneneinheit eine
Verstärkung
von –3 dB über die
AMPS- und PCS-Bänder,
während
sie +3 dBic im Zenit im GPS-Band erreicht.
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Außerdem verhindert
der Reflektor 203, dass die ausgestrahlten Signale in den
Fahrgastraum ausgestrahlt werden. Während etwas des ausgestrahlten
Signals in den Fahrgastraum lecken kann, werden ungefähr 90% des
Signals, das nach hinten ausgestrahlt wird, nach vorne und außerhalb des
Fahrzeugs reflektiert. Dadurch wird die Menge des ausgestrahlten
Signals, dem die Insassen des Fahrzeugs ausgesetzt werden, stark
reduziert und praktisch eliminiert. Dieses Phänomen ist heute wichtig, da
die FCC begonnen hat, Vorrichtungen gemäß ihrer spezifischen Absorptionsrate
(SAR) zu überwachen
und einzustufen. Eine günstige SAR-Einstufung
ist angesichts der potenziellen Gesundheitsbedenken, die in den
letzten Jahren hinsichtlich der Gefährdung durch ausgestrahlte
Energie aufgekommen sind, wünschenswert.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
ist die Antenneneinheit 200 zu ästhetischen Zwecken in einem
Kunststoffmaterial eingeschlossen und an die obere Mitte der Windschutzscheibe 207 des
Fahrzeugs montiert, wie in 3 dargestellt.
Die Einheit ist im Inneren des Fahrgastraums mit der Seite der Antenne,
die das Strahlungselement 101 enthält, nach vorne gegen das Glas
der Windschutzscheibe platziert an der Windschutzscheibe 207 montiert.
Die dielektrische Konstante des Glases der Windschutzscheibe bewirkt,
dass die Windschutzscheibe 207 eine Ladewirkung auf die
Antenne hat. Aufgrund der Ladewirkung, die von dem Glas der Windschutzscheibe
erzielt wird, kann die Antenneneinheit geringfügig kleiner sein, als es erforderlich
wäre, wenn die
Antenneneinheit im freien Raum operieren müsste.
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Die
Antenneneinheit ist nach der Installation außerdem leitend an das Dachblech 211 des
Fahrzeugs gekoppelt. Es ist gut bekannt, dass diese Kopplung die
GPS-Flachantenne mir einem größeren Empfangsbereich
versieht. Bei der Installation der Antenne kann ein leitender Träger wie
ein Metallstreifen oder ein leitendes Band von dem Dachblech 211 zu
der Oberfläche
verlaufen, an der die Antennen montiert wird, um einen Kontakt zwischen
der Antenne und dem Dachblech 211 bereitzustellen. In der
bevorzugten Ausführungsform
hat die Antenneneinheit eine leitende Dichtung 115, die
es gestattet, den leitenden Träger
zu berühren.
Ein bevorzugtes Verfahren der Installation ist vollständig in
unserer verwandten Anmeldung EP-A-1343221 beschrieben.
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Nach
der Installation wird die bevorzugte Ausführungsform der Antenneneinheit
unter Verwendung der Anschlüsse,
die sich an der Antennenvorderfläche 101 befinden,
mit den Fahrzeugkommunikationssystemen verbunden. Ein erster Anschluss 113 gestattet
die Verbindung mit der Übertragungsleistung 107,
die die Schlitzantennen ansteuert, und ein zweiter Anschluss 111 gestattet
die Verbindung mit der GPS-Flachantenne 109. Die Verwendung
dieser Anschlüsse
gestattet eine schnelle, einfache Verbindung der Antenneneinheit.
Die Verbindungskabel 209 werden unter der Dachverkleidung
des Fahrzeugs geführt,
um sie zu verbergen. Wenn das Fahrzeug gebaut wird, kann die Antenne
an der Windschutzscheibe installiert werden, bevor die Windschutzscheibe
in das Fahrzeug eingebaut wird. Nach dem Einbau der Windschutzscheibe
in das Fahrzeug können
die Verbindungskabel 209 einfach in die Antenne eingesteckt
werden.
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Eine
alternative Ausführungsform
besteht darin, den ersten Anschluss 111 und den zweiten
Anschluss 113 zu eliminieren. Die Verbindung zwischen der
Antenneneinheit und den Verbindungskabeln erfolgt unter Verwendung
einer Anschlusslitzen-Konfiguration. Dies ist grundsätzlich eine
direkte Lötverbindung
zwischen einem Koaxialkabel und der Leiterplatte. Dies würde die
Montagezeit zum Einbauen der Einheit beträchtlich verlängern, würde jedoch
gestatten, die Gesamtlängenabmessung
der Einheit (definiert als die Abmessung der Antenneneinheit, die
sich entlang der Windschutzscheibe von links nach rechts oder rechts
nach links parallel zum Boden erstreckt, wenn die Antenne an der
Fahrzeug-Windschutzscheibe
montiert ist) um die Länge der
Anschlussverbinder zu reduzieren. Für gewisse Anwendungen, die
extrem platzkritisch sind, kann dies wünschenswert sein.
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Eine
Antenneneinheit gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt eine Antenne für verschiedene Fahrzeugkommunikationssysteme,
die die PCS-, AMPS- oder GPS-Bänder
nutzen, bereit. Die Antenneneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
bietet eine hohe Verstärkung
(–3 dB über die
AMPS- und PCS-Bänder,
+3 dBic im Zenit in dem GPS-Band), wodurch sie eine effiziente Antenne
zur Verwendung für
heutige Kommunikationssysteme ist.
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Außerdem ist
die Antenneneinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung kompakt und verborgen und vorgesehen zur Montage an die
vordere Windschutzscheibe des Fahrzeugs oder alternativ an jede andere
Glas- oder nicht metallisierte Oberfläche des Fahrzeugs. Die geringe
Größe der Einheit
verhindert, dass sie die Sicht des Fahrzeugfahrers behindert, und
die Innenmontage der Einheit trägt
zur Ästhetik des
Fahrzeugs bei, während
die Antenne dadurch gleichzeitig vor Schäden aufgrund äußerer Elemente wie
Wetter oder Vandalismus geschützt
wird.
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Die
Antenneneinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung eliminiert fast alles des Signals, das von Antennen nach
dem Stand der Technik in den Fahrgastraum ausgestrahlt wurde. Folglich
sind die Fahrzeuginsassen nicht der Signalausstrahlung ausgesetzt,
wodurch das Risiko einer potenziellen Gesundheitsgefährdung durch
Aussetzen einer drahtlosen Kommunikationsstrahlung reduziert wird.