DE69023902T2

DE69023902T2 - Mehrbandantenne.

Info

Publication number: DE69023902T2
Application number: DE69023902T
Authority: DE
Inventors: Michael Leonard Brennan; James Richard Hendershot; George Dominic Yarsunas
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1990-07-03
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1996-07-18
Anticipated expiration: 2010-09-29
Also published as: EP0464255A1; DK0464255T3; FI904893A0; FI97498B; AU6677190A; KR920003577A; DE69023902D1; CA2032650A1; JPH04123504A; ATE130965T1; EP0464255B1; FI904893A; AU639045B2; FI97498C; US5079562A; ES2082813T3; CA2032650C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fahrzeugantennen und insbesondere auf Antennen, die geeignet sind, AM/FM-Funksignale zu empfangen und höherfrequente Signale wie Signale des zellularen Telefons zu empfangen und zu übertragen.

Beschreibung des Stands der Technik

Der zellulare Telefondienst erfreut sich immer größerer Beliebtheit und großer Nachfrage. Da zellulare Telefone in einem Frequenzband arbeiten, das bedeutend höher als der normale AM/FM- Funk liegt, müssen an Fahrzeugen getrennte Antennen für zellulare Telefone installiert werden. Anfangs war das Vorhandensein der zellularen Antenne an einem Fahrzeug ein Statussymbol, nunmehr aber wird Sie als Angeberei betrachtet, die bei den im Dienstleistungsgewerbe Tätigen vermieden werden soll. Autobesitzer haben eine Abneigung gegen häßliche, abstehende Teile und gegen die bei der Anbringung der Antennen an der Karosserie für die Kabeldurchführungen erforderlichen Löcher. Außerdem sind zellulare Telefone beliebte Ziele für Diebe, und die zellulare Antenne ist buchstäblich ein Hinweis, der potentielle Diebe zu den gewünschten Fahrzeugen führt.
Es ist wünschenswert, eine Funkantenne in die Karosserie des Fahrzeugs einzuziehen, um die Fahrzeugkonturen glatt und stromlinienförmig zu belassen, wenn das Funkgerät nicht benutzt wird. Einziehbare Antennen sind auch wünschenswert, weil die Antennen, wenn Sie nicht einziehbar sind, üblicherweise beschädigt werden, wenn das Fahrzeug durch eine Autowaschanlage gefahren wird. Elektrisch betriebene Vorrichtungen zum Einziehen von AM/FM-Funkantennen sind an den meisten modernen Fahrzeugen recht häufig geworden. Dieselbe Eigenschaft wäre für eine Antenne für das zellulare Telefon äußerst wünschenswert.
Es ist auch wünschenswert, eine einzige Mehrbandantenne vorzusehen, die sowohl die kommerziellen AM/FM-Rundfunkfrequenzen als auch die Frequenzen des zellularen Telefons verarbeiten kann. Mehrbandantennen sind zur Verwendung bei CB-Funkempfängern vorgesehen worden, wie dies in den US-Patenten Nr. 4 095 229 und 4 325 069 dargestellt ist. Derartige Antennen können durch eine einzige Speiseleitung an eine Trenneinrichtung angeschlossen werden, um die AM/FM- und CB-Funkfrequenzen zu trennen. Unter anderen Umständen ist eine Belastungsspule an der Antenne selbst vorgesehen, um eine für Übertragung und Empfang des gewünschten Frequenzbands geeignete wirksame Länge zu erzeugen.
Einziehbare Dreibandantennen für die AM/FM-Bänder und das Band des zellularen Telefons sind in den US-Patenten Nr. 4 647 941; 4 658 260; 4 675 687; 4 721 965; 4 748 450 und 4 847 629 offenbart.
Die zahlreichen Einrichtungen des Stands der Technik stellen Dreibandantennen für AM/FM-Empfang und den zellularen Telefondienst bereit; jedoch weisen im allgemeinen die Antennen nach dem Stand der Technik ein hohes Stehwellenverhältnis auf, geringe Isolation zwischen den Antennenabschnitten für zellulares Telefon und AM/FM, eine von der horizontalen Achse abweichende Strahlungscharakteristik, geringe Impedanz und Abstrahlungsbandbreite.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung sieht eine Mehrbandantenne vor, die eine typische röhrenförmige AM/FM-Antenne umfaßt, die an ihrem äußeren Ende mit einer zentral gespeisten koaxialen Dipolantenne für das zellulare Band abgeschlossen wird. Die Speiseleitung für die zellulare Antenne erstreckt sich durch die röhrenförmige AM/FM-Antenne.
In einer ersten Ausführung ist die Antenne teleskopartig, wobei zwei untere Elemente die AM/FM-Antenne bilden und das oberste Element die zellulare Antenne bildet. Die Speiseleitung für die zellulare Antenne dient auch dazu, mechanische Auszugs- und Einzugskräfte an die teleskopartigen Abschnitte der Antenne zu koppeln. Eine zweite Ausführung sieht eine starre Antenne vor, die in einem Radom befestigt ist, das zur Wagenwäsche entfernt werden kann.
Die Dipolantenne umfaßt einen Peitschenabschnitt, der sich von einem Anschluß an die Speiseleitung nach oben erstreckt, und eine koaxiale Ummantelung, die sich vom Speiseleitungsanschluß nach unten erstreckt. Eine zweite koaxiale Ummantelung ist um die Speiseleitung herum angeordnet und weist ein oberes Ende auf, das in einer bestimmten Entfernung von der Ummantelung der Dipolantenne angeordnet ist, und ein unteres Ende, das nahe dem Kopfende der AM/FM-Antenne angeordnet ist. Die zweite Ummantelung bildet eine Drossel, was zu einer vernachlässigbaren Kopplung zur AM/FM-Antenne führt und die Eingangsimpedanz der zellularen Antenne an der Basis der Drossel präzise festlegt, so daß auch ein kurzer Anpassungstransformator verwendet werden kann. Durch eine derartige Anpassung der Antenne an der Basis der Drossel werden die bestmöglichen Stehwelleneigenschaften der Antenne erhalten, und die Strahlungscharakteristik der Hauptkeule der Antenne erstreckt sich horizontal längs einer horizontalen Achse.
Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dreibandantenne für Bänder für AM/FM-Funk und zellulares Telefon bereitzustellen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dreibandantenne mit einer zellularen Antenne bereitzustellen, die ein sehr niedriges breitbandiges Stehwellenverhältnis auf weist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dreibandantenne bereitzustellen, die einen zellularen Teil hat, der eine Strahlungscharakteristik aufweist, die sich über einen breiten Frequenzbereich auf der horizontalen Achse erstreckt.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Dreibandantenne bereitzustellen, bei der zwischen dem zellularen Teil und dem AM/FM-Antennenteil minimale Kopplung vorliegt.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine Vorderansicht einer ausgezogenen Teleskopantenne, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Figur 2 ist eine vertikale Schnittdarstellung des Antennenteils der Teleskopantenne nach Figur 1.
Figuren 3A, 3B und 3C sind teilweise Schnittdarstellungen, die den Aufbau eines zellularen Antennenteils der Dreibandantenne der vorliegenden Erfindung zeigen.
Figuren 4A und 4B sind eine Kurve bzw. eine Tabelle, die das niedrige breitbandige Stehwellenverhältnis, das durch die Antenne der vorliegenden Erfindung erreicht wird, darstellen.
Figur 5A ist ein Diagramm von gemessenen Charakteristiken der E- Ebene für verschiedene zellulare Drossel- und AM/FM-Antennenabstände, wie dies in Figuren 5B, 5C und 5D schematisch dargestellt ist.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer starren, nicht zusammenschiebbaren Dreibandantenne, die gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Figur 7 ist eine senkrechte Schnittdarstellung eines "weiblichen" Verbindungselementes für die Antenne von Figur 6.
Figur 8 ist eine teilweise Schnittdarstellung eines "männlichen" Verbindungselementes für die Antenne von Figur 6.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Figur 1 stellt eine teleskopartig zusammenschiebbare Dreibandantenne 10 dar, die drei koaxial angeordnete Abschnitte 12, 14 und 16 enthält, die einen Antennenmast bilden, der in einen Basisabschnitt 18 eingezogen werden kann, der typischerweise unterhalb der Oberfläche eines Fahrzeugs befestigt ist. Die Befestigungsvorrichtung 19 ist oben am Abschnitt 18 vorgesehen, um die Antenne an einer Fahrzeugoberfläche 13 zu befestigen. Ein Vorsprung 20 ist vorgesehen, um Abschnitte 14 und 16 mit einem geeigneten AM/FM-Bandfunkempfänger über ein Kabel 21 zu verbinden. Ein elektrischer Motor 22, z.B. ein Zwölf-Volt-Gleichstrommotor, ist vorgesehen, um einen Aufroll- oder Aufwickelmechanismus; der in einem Gehäuse 24 vorgesehen ist, zu betätigen, um ein in Figur 2 gezeigtes Koaxialkabel auszufahren oder einzuziehen. Das Koaxialkabel 26 wird durch Basisabschnitt 18 und Abschnitte 14 und 16 der AM/FM-Antenne geführt und ist mit Antennenabschnitt 12 verbunden, der eine Antenne für ein zellulares Telefon bildet. Das Kabel 26 überträgt mechanische Kräfte zum Aus- und Einziehen der Antennenabschnitte und wird durch Motor 22 über die in Gehäuse 24 vorgesehene Wickelvorrichtung angetrieben. Ein koaxialer Vorsprung oder Verbinder 28 ist an der Drehachse der Wickelvorrichtung in Gehäuse 24 befestigt und ist innerhalb der Vorrichtung an Kabel 26 angeschlossen.
Weitere Details der Struktur des Wickel- und Kabelantriebsmechanismusses können in den US-Patenten Nr. 4 647 941 und 4 658 260 gefunden werden.
Bezug nehmend auf Figur 2 ist dort eine zusammenschiebbare Teleskopantenne 10 gezeigt, die drei teleskopartig angeordnete Abschnitte 12, 14 und 16 aufweist, die den Antennenmast bilden. Abschnitte 14 und 16 sind vorzugsweise aus Röhren aus Messing oder rostfreiem Stahl gebildet, die an der äußeren Oberfläche für dekorative Zwecke oder zwecks Korrosionsfestigkeit beschichtet sein können. Die oberen Enden der beiden Abschnitte 14 und 16 sind nach innen gebogen, und ihre unteren Enden sind mit gestuften Durchführungen 15 bzw. 17 abgeschlossen. Die Durchführungen 15 und 17 dienen dazu, die Abschnitte 14 und 16 zu führen und bilden einen Festsitz und stoppen die Bewegung der Teleskopelemente, wenn die Antenne vollständig eingezogen ist. Das obere Ende von Abschnitt 14 ist bei 30 nach innen gebogen, und die untere Enddurchführung 15 weist eine Stufe 32 auf. Abschnitt 16 ist bei 34 nach innen gebogen, und Durchführung 17 weist eine Stufe 36 auf. Ausrichtfederhülsen 33 und 35 sind über Abschnitten 14 und 16 neben den Durchführungen 15 bzw. 17 angeordnet. Die Federhülsen 33 und 35 dienen dazu, die Abschnitte koaxial zu zentrieren, und auch dazu, elektrischen Kontakt von Abschnitt 14 zu Abschnitt 16 und von Abschnitt 16 zu einer leitfähigen Hülse 23 herzustellen, die innerhalb des Basisabschnitts 18 befestigt ist, der mit dem Vorsprung 20 in Kontakt steht.
Wenn die Antenne ausgezogen wird, wirkt Federhülse 33 auf Abschnitt 16 bei 34, und Federhülse 35 wirkt auf eine Stufe 25, die Teil der Befestigungsvorrichtung 19 ist, um die nach oben gerichtete Bewegung von Abschnitten 14 und 16 zu begrenzen. Wenn die Antenne eingezogen wird, wirkt Übergangsstück 54 auf die Durchführung 15, die wiederum auf die Durchführung 17 wirkt, um die Antennenabschnitte einzuziehen. Knopf 90 schließlich wirkt auf Befestigungsvorrichtung 19, um die Antennenbewegung zu stoppen.
Abschnitt 12 wird aus einem Glasfasermaterial gebildet und dient als ein Radom, in dem der zellulare Antennenabschnitt befestigt ist. Die zellulare Antenne, die nachfolgend detaillierter beschrieben wird, umfaßt die zentral gespeiste Halbwellendipolantenne 42, die aus einem Peitschenabschnitt 44 und einer koaxia len Ummantelung 46 besteht. Der Dipol wird durch einen mikrokoaxialen Speiseleitungsstab 48 von 50 Ohm gespeist, der sich durch die Ummantelung 46 der Dipolantenne nach oben erstreckt. Eine koaxiale Drossel 50 wird an der Basis der Dipolantenne koaxial mit dem mikrokoaxialen Speiseleitungsstab 48 und diesen umgebend gebildet. Der Speiseleitungsstab 48 ist an der Basis der Dipolantenne durch einen Transformator 52 und ein isoliertes Radomübergangsstück 54, das gleitend innerhalb von Abschnitt 14 eingepaßt ist, abgeschlossen. Eine Federausrichtungshülse 56 ist um das Radom herum angeordnet und erstreckt sich von dessen Oberfläche nach außen, um auf Abschnitt 14 zu wirken. Ausrichtungshülse 56 stellt sicher, daß das Glasfaserradom innerhalb von Abschnitt 14 zentriert ist und mit diesem koaxial ist. Hülse 56 dient nicht dem elektrischen Kontakt, da das Radom aus Glasfaser besteht.
Am Transformator 52 und am Übergangsstück 54 ist der mikrokoaxiale Speiseleitungsstab 48 elektrisch mit Kabel 26 durch den Transformator 52 verbunden, um die zellularen Signale in die zellulare Antenne einzuspeisen. Zusätzlich, wie vorher angeführt, dient Kabel 26 dazu, die mechanischen Kräfte zum Ausziehen und Einziehen der Antennenabschnitte der zusammenschiebbaren Antenne zu übertragen.
Bezug nehmend auf Figuren 3A, 3B und 3C ist dort der Aufbau des in Abschnitt 12 angegebenen zellularen Antennenteils detailliert gezeigt. Speziell Bezug nehmend auf Figur 3A ist dort das Koaxialkabel 26 gezeigt, das eine Speiseleitung aus einem standardmäßigen Koaxialkabel RG-400 mit einem gelitzten Zentralleiter 58, der von einem Dielektrikum 60 und einem geflochtenen äußeren Leiter 62 umgeben ist, sein kann. Ein Teil der Kabelummantelung ist abgestreift, ebenso ein Teil des geflochtenen äußeren Leiters und der dielektrischen Schicht, um axiale Längenanteile des zentralen Leiters 58 und des geflochtenen äußeren Leiters 62 freizulegen, wobei die freigelegten Teile vorzugsweise vorverzinnt sind.
Ein Anpassungstransformator 52 weist axiale Öffnungen 63 auf, die in jedem seiner Enden ausgebildet sind, und radiale Öffnungen 64, die sich mit den axialen Öffnungen schneiden. Eine größere der axialen Öffnungen ist geeignet, den freigelegten Teil des zentralen Leiters 58 aufzunehmen, wobei der freigelegte Teil sich durch ein scheibenförmiges Abstandsstück 66, welches aus isolierendem Material wie Teflon gebildet ist, erstreckt. Der zentrale Leiter 58 ist durch die radialen Öffnungen 64 an den Transformator 52 gelötet.
Der Anpassungstransformator 52 ist im wesentlichen ein zylindrischer Leiter, der speziell für die durch die Antenne verarbeiteten Frequenzen dimensioniert ist. Für zellulare Signale sollte der nominale Wert 0,32 cm (0,126 Zoll) für den äußeren Durchmesser und 1,092 cm (0,430 Zoll) für die Länge betragen. Der äußere Durchmesser kann Werte von 0,165 cm bis 0,445 cm (0,065 Zoll bis 0,175 Zoll) haben, wobei die Länge entsprechend Werte von 8,89 cm bis 0,157 cm (3,5 Zoll bis 0,062 Zoll) haben kann. Die Antennenwirkung verringert sich jedoch mit zunehmender Abweichung vom Nominalwert rasch.
Bei einem Längenstück des mikrokoaxialen Speiseleitungsstabs 48 von 50 Ohm ist der äußere Leiter und die Isolationsschicht über eine Länge von ungefähr 0,381 cm (0,150 Zoll) an jedem Ende zurückgeschoben, so daß ein Längenabschnitt des Mikrokoaxialkabels von 19,68 cm (7,75 Zoll) übrigbleibt. Das Mikrokoaxialkabel ist ein standardmäßiges, halbstarres Allzweckkoaxialkabel von 50 Ohm wie das von Micro-Coax Components, Inc., of Collegeville, Pennsylvania, lieferbare Teil Nr. UT47. Der Durchmesser des äußeren Leiters beträgt 0,119 cm (0,047 Zoll), während der Durchmesser des zentralen Leiters 0,029 cm (0,0113 Zoll) beträgt. Ein freiliegender Teil von einem Ende des zentralen Leiters des Mikrokoaxialkabels 48 ist durch ein isolierendes Abstandsstück 68 und in eine axiale Öffnung von Transformator 52 geführt und durch eine der radialen Öffnungen 64 daran angelötet.
Speziell Bezug nehmend auf Figur 38 ist eine axial geschlitzte Isolatorhülse 70 über den Transformator 52 gebreitet und angebracht, und eine metallische Transformatorhülse 72 ist über den Transformator geschoben und erstreckt sich über einen axialen Längenabschnitt des geflochtenen äußeren Leiters 62. Die Transformatorhülse 72 ist an den äußeren Leiter des Mikrokoaxialkabels 48 bei 74 angelötet und ist an den geflochtenen äußeren Leiter 62 bei 76 angelötet.
Die Drossel 50 wird durch ein zylindrisches Element 6 gebildet, das axial über dem Mikrokoaxialkabel 48 angeordnet ist. Das zylindrische Element 6 weist ein geweitetes Endteil auf, das sich über die Transformatorhülse 72 erstreckt und daran angelötet ist, um mit der Transformatorhülse und den äußeren Leitern des Mikrokoaxialkabels 48 und des Kabels 26 elektrischen Kontakt herzustellen. Das andere Ende des zylindrischen Elements 6 ist vom Mikrokoaxialkabel 48 durch die Verwendung eines isolierenden Abstandsstücks 78 beabstandet und durch die Ausbildung einer Vielzahl von Vertiefungen im zylindrischen Element daran befestigt, so daß das Abstandsstück lagerichtig befestigt ist.
Ein zylindrisches Element 80 ist über dem äußeren Ende von Mikrokoaxialkabel 48 koaxial angeordnet und bildet die Ummantelung 46 der Dipolantenne 42. Das zylindrische Element 80 wird durch die Verwendung eines isolierenden Abstandstücks 82, das durch die Ausbildung einer Vielzahl von Vertiefungen im zylindrischen Element 80 lagerichtig gehalten wird, zum Mikrokoaxialkabel 48 in einer koaxialen Position gehalten. Am äußeren Ende des Mikrokoaxialkabels 48 und der Ummantelung 46 ist eine metallische Kappe 84 angeordnet, um das zylindrische Element 80 zum Mikrokoaxialkabel 48 koaxial zu positionieren. Die Kappe 84 ist sowohl an den äußeren Leiter des Mikrokoaxialkabels 48 als auch an das zylindrische Element 80 angelötet, um damit elektrischen Kontakt herzustellen.
Ein Peitschenteil 44 der Dipolantenne ist aus 22-starkem Magnetdraht gebildet, der mit Email überzogen ist. An einem Ende ist der Emailüberzug vom Magnetdraht entfernt und an den zentralen Leiter des Mikrokoaxialkabels 48 angelötet.
Für ordnungsgemäßen Betrieb der zellularen Antenne sind verschiedene Abmessungen der Antennenkomponenten entscheidend, um die gewünschten Antenneneigenschaften zu erhalten. Der Peitschenteil 44 der Antenne beträgt nominal 0,250 λ, wird aber nach dem Löten auf eine Länge von 6,858 cm (2,70 Zoll) von der oberen Oberfläche der Kappe 84 abgeschnitten. Die Gesamtlänge der Ummantelung 46 der Dipolantenne beträgt 0,250 λ, ebenso wie die Länge der Drossel 50, die von ihrem entferntesten Ende bis zur Stelle des Transformators 52 gemessen ist. Eine kritische Größe ist diejenige des freigelegten Teils 49 des Mikrokoaxialkabels 48 zwischen der Ummantelung 46 und der Drossel 50. Diese Größe sollte bei 0,086 λ liegen und sollte innerhalb einer Toleranz von einem Prozent von λ, d.h. ± 0,01 λ gehalten werden.
Zum Zweck dieser Erfindung beträgt der zellulare Frequenzbereich 824 MHz bis 894 MHz, mit einer Mittenfrequenz von 859 MHz, die eine Wellenlänge von 34,9 cm (13,74 Zoll) in Luft hat.
Der zellulare Teil der Antenne wird in einem letzten Herstellungsschritt wie in Figur 3C gezeigt hergestellt. Ein Längenabschnitt eines isolierenden Wärmeschrumpfschlauchs 86 wird über einen unteren Teil der Transformatorhülse 72 gesetzt und über den freiliegenden Teil des äußeren Leiters 62 und wird durch die Anwendung von Wärme in seine Lage geschrumpft. Ein Überzug aus Epoxidklebstoff wird auf die äußere Oberfläche des Schrumpfschlauchs 86 aufgetragen und ein Radomübergangsstück 54 wird über den Schrumpfschlauch in seine Lage geschoben. Das zylindrische Glasfaserradom 12 wird über die Antennenanordnung auf und gegen eine auf dem Radomübergangsstück 54 gebildete Schulter geschoben und unter Verwendung eines Klebstoffs wie Loctite Prism Series 410 Adhesive daran befestigt. Die Federausrichtungshülse 56 wird dann über das Radom 12 gegen eine zweite an dem Radomübergangsstück 54 gebildete Schulter in ihre Lage geschoben. Die Federhülse 56 enthält eine Anzahl von nach außen gerichteten Armen 88, die so gestaltet sind, daß sie die innere Oberfläche des Abschnitts 14 wie in Figur 2 gezeigt elastisch berühren. Die Federausrichtungshülse 56 dient dazu, Abschnitt 12 der Antenne zu zentrieren und in einer koaxialen Lage zu Abschnitten 14 und 16 zu halten.
Schließlich wird ein Knopf 90 am äußeren Ende des Radoms 12 angeordnet und mit einem Klebstoff wie Loctite Prism Series 410 Adhesive befestigt. Der Knopf 90 enthält eine sich nach außen erstreckende Schulter 92, die einen ausreichenden Durchmesser aufweist, um die oberen Enden der Abschnitte 14 und 16 zu bedekken, wenn die Antenne eingezogen ist, und um auf die Durchführung 25 zu wirken und mit ihr eine Dichtung zu bilden. Der untere Teil von Knopf 90 ist mit einer sich nach innen erstreckenden konischen Oberfläche 94 ausgebildet, die dazu dient, die Peitsche 44 konzentrisch innerhalb des Radoms 12 teilweise auszurichten und um übermäßige Bewegung der Antennenanordnung innerhalb des Radoms zu verhindern.
Es kann wünschenswert sein, das Innere des Radoms mit einem Schaummaterial wie bei 96 gezeigt teilweise zu füllen, um die Dämpfung von irgendwelchen Vibrationen der Antennenanordnung zu unterstützen.
Der in Abschnitt 12 zu findende zusammengesetzte zellulare Antennenteil ist folglich derart angeordnet, daß er als eine zentral gespeiste Hochfrequenzhalbwellendipolantenne arbeitet, die zur Anwendung in einem Band für zellulares Telefon im Bereich um ungefähr 859 MHz herum, speziell geeignet ist. Eine Dipolantenne dieses allgemeinen Typs wird in "Antenna Engineering Handbook", herausgegeben von H. Jasik, McGraw-Hill Book Company, 1961, auf Seiten 22-2 bis 22-14 beschrieben.
Durch die alleinige Verwendung des Mikrokoaxialkabels 48 von 50 Ohm kann die zellulare Antenne mit einem Durchmesser hergestellt werden, der ausreichend gering ist, daß sie in Radom 12 paßt und in einer Teleskopantenne als das oberste Element verwendet wird, ohne daß erforderlich ist, daß die Antenne einen übermäßig großen Durchmesser aufweist. Die Anmelder haben herausgefunden, daß durch Anordnung der Hülse 46 der Dipolantenne um 0,086 λ vom oberen Ende der Drossel 50 entfernt die Kopplung zwischen der zellularen Antenne und der AM/FM-Antenne wesentlich verringert ist, da das Mikrokoaxialkabel 48 in diesem Gebiet nicht abstrahlend ist. Diese einzigartige Anordnung ergibt auch eine im wesentlichen horizontale Strahlungscharakteristik über einen breiten Frequenzbereich. Der Abstand bewirkt auch, daß die Eingangsimpedanz der zellularen Antenne an der Basis der Drossel präzise eingestellt wird, so daß ein kurzer Anpassungstransformator verwendet werden kann. Durch Verwendung des kurzen Anpassungstransformators direkt unterhalb der Drossel wird ein sehr niedriges, breitbandiges Stehwellenverhältnis erreicht.
Bezug nehmend auf Figuren 4A und 4B sind dort Testergebnisse gezeigt, die das erreichte Stehwellenverhältnis über einen Frequenzbereich von 824 MHz bis 894 MHz darstellen, wobei das Stehwellenverhältnis wesentlich unterhalb von 1,5 liegt.
Bezug nehmend auf Figuren 5A, 5B, 5C und 5D ist dort die Strahlungscharakteristik für die horizontale Hauptkeule für drei relative Stellungen der Drossel gegenüber des AM/FM-Antennenteils gezeigt. Die in Figur 5A gezeigten Diagramme 1, 2 und 3 entsprechen den in Figuren 5B, 5C bzw. 5D dargestellten relativen Stellungen. In Figur 5B ist gezeigt, daß die Drossel 50 und der Transformator 52 außerhalb des AM/FM-Antennenteus angeordnet sind. In Figur 5C ist der Transformator 52 gerade innerhalb der AM/FM-Antenne angeordnet. In Figur 5D erstreckt sich die Drossel 50 im wesentlichen in den AM/FM-Antennenteil hinein. Wie in Figur 5A dargestellt, liefert die horizontale Keule eine wünschenswerte Strahlungscharakteristik für alle Stellungen, so daß die Gesamtlänge der Antenne verringert werden kann.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine starre Ausführung der Dreibandantenne vor. Diese Ausführung kann abnehmbar an einem Fahrzeug befestigt werden, um sie zu entfernen, wenn sich das Fahrzeug in einer unsicheren Gegend befindet oder wenn das Fahrzeug durch eine Autowaschstraße fahren soll. Die starre Ausführung ist in Figur 6 gezeigt, in welcher entsprechende Elemente mit denselben numerischen Bezugszeichen wie die Elemente in der in Figur 2 gezeigten zusammenschiebbaren Antenne bezeichnet gezeigt sind.
Die in Figur 6 gezeigte zellulare Antennenanordnung ist ähnlich wie in Figur 3B gezeigt an das Kabel 26 angeschlossen, und ein Wärmeschrumpfschlauch ist um den freiliegenden geflochtenen äußeren Leiter 62 herum angeordnet. Ein koaxiales isolierendes Element 98 ist um die Transformatorhülse 72, der Schrumpfschlauch 86 und die äußere Ummantelung von Kabel 26 herum eine kurze axiale Strecke entlang angeordnet, wobei das isolierende Element 98 innerhalb eines Längenabschnitts von Messingröhre 100 angeordnet ist. Die Messingröhre 100 bildet einen AM/FM-Antennenabschnitt. Die kombinierte zellulare Antennenanordnung und der AM/FM-Antennenteil sind danach innerhalb eines zylindrischen Glasfaserradoms 102 angeordnet.
Es ist vorgesehen, daß die starre Antennenstruktur an einem Fahrzeug befestigt werden kann, indem ein dreiaxialer Verbinder verwendet wird mit "weiblichen" und "männlichen" Verbindungselementen, wie dies in Figuren 7 bzw. 8 dargestellt ist.
Bezug nehmend auf Figur 7 sind dort zwei koaxial angeordnete Schalenaufnahmen 104 und 106 gezeigt, die in einem dielektrischen Material 108 befestigt sind, welches dazu dient, die Schalenaufnahmen korrekt zu beabstanden und auszurichten. Der zentrale Leiter von Kabel 26 ist mit der Schalenaufnahme 104 elektrisch verbunden, während der äußere Leiter von Kabel 26 mit der Schalenaufnahme 106 elektrisch verbunden ist. Eine Sechskantoder gerändelte Mutter 110 ist in Gestalt einer Schale ausgebildet und enthält innen ein Gewinde 112 zum Anschluß an ein komplentäres "männliches" Verbindungselement. Der AM/FM-Antennenteil 100 schließt in einen sich nach außen erstreckenden Flansch 114 ab, der unterhalb der Mutter 110 eingreift, damit mit ihr ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Das Glasfaserradom 102 ist innerhalb einer Öffnung in der Mutter 110 mittels Klebstoff verbunden.
Bezug nehmend auf Figur 8 ist dort das komplementäre "männliche" Verbindungselement für das in Figur 7 gezeigten Verbindungselement gezeigt, wobei das Element ein isoliertes Befestigungsteil 116 zur Befestigung des Verbindungselementes in einer in einer Fahrzeugkarosserie ausgebildeten Bohrung aufweist. Das Verbindungselement umfaßt eine Vielzahl von konzentrischen Schichten, die um einen zentralen Leiter 118 gebildet sind, der zum Anschluß an die Schalenaufnahme 104 in einer hervorstehenden Spitze endet. Eine isolierende Schicht 120 umgibt Leiter 118 und ist darüber hinaus von einem zylindrischen Leiter 122 umgeben, der eine freiliegende zylindrisch Oberfläche zum Kontakt mit der Schalenaufnahme 106 aufweist. Leiter 122 ist von einem isoherenden Material 124 umgeben, um welches eine zylindrische Schicht aus leitfähigem Material 126 herum angeordnet ist. Der zylindrische Leiter 126 weist einen mit einem Gewinde versehenen äußeren Teil 128 auf, der schraubbar mit den inneren Windungen 112 der Mutter 110 in Verbindung tritt, wenn die Antenne am Fahrzeug befestigt wird.
Eine AM/FM-Speiseleitung 130 ist mit dem äußeren zylindrischen Leiter 126 verbunden, um die AM/FM-Bandsignale einem AM/FM-Empfänger zuzuführen. Die Leiter 118 und 122 sind mit einer Koaxialstichleitung 132 verbunden, so daß ein Koaxialkabel von 50 Ohm daran angeschlossen werden kann, um die Zellularbandsignale dem zellularen Telefon bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung gibt somit zwei Ausführungen einer Dreibandantenne an, die geeignet ist, Signale in den kommerziellen AM/FM-Funkbändern zu empfangen und Signale des zellularen Telefons zu empfangen und zu übertragen. Die Antenne weist ein sehr niedriges breitbandiges Stehwellenverhältnis auf, während sie eine Strahlungscharakteristik in der horizontalen Achse hat. Zwischen dem Zellular- und dem AM/FM-Antennenteil tritt minimale Kopplung auf.

Claims

1. Antenne (10), umfassend:

einen zentral gespeisten, koaxialen Dipol, der erste und zweite Elemente (44, 46) zum Abstrahlen und Empfangen elektromagnetischer Energie in einem Frequenzband aufweist, wobei die ersten und zweiten Elemente jeweils eine Länge ungefähr gleich einem Viertel der Wellenlänge einer Frequenz bei ungefähr dem mittleren Bereich des Frequenzbands aufweisen, wobei das erste Element (44) eine Peitsche ist und das zweite Element (46) eine leitfähige zylindrische Hülse, die zur Peitsche koaxial ausgerichtet ist;

einen koaxialen Leiterstab (48), der innere und äußere Leiter aufweist und zum Dipol axial ausgerichtet ist und sich durch das zweite Element (46) des Dipols erstreckt, wobei der innere Leiter des Leiterstabs elektrisch mit der Peitsche (44) verbunden ist und der äußere Leiter elektrisch mit der zylindrischen Hülse (46) verbunden ist; und

eine koaxiale Drossel (50), die aus einer zylindrischen Hülse eines elektrisch leitfähigen Materials, das um den koaxialen Leiterstab (48) herum und mit diesem koaxial angeordnet ist, gebildet ist, wobei die Drossel eine Länge ungefähr gleich einem Viertel der Wellenlänge der Frequenz bei ungefähr dem mittleren Bereich des Frequenzbands aufweist, wobei ein vom Dipol entferntes Ende der Drossel mit dem äußeren Leiter des Leiterstabs verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß ein am nächsten zum Dipol liegendes Ende der Drossel um eine Distanz von ungefähr gleich 0,086 Wellenlängen der Frequenz bei ungefähr dem mittleren Bereich des Frequenzbands vom zweiten Element des Dipols beabstandet ist.

2. Antenne wie Anspruch 1 beschrieben, die zusätzlich einen Anpassungstransformator (52) umfaßt, der zum koaxialen Leiterstab axial ausgerichtet ist und mit dem inneren Leiter des koaxialen Leiterstabs bei einer nahe dem vom Dipol entfernten Ende der Drossel gelegenen Stelle verbunden ist.

3. Antenne wie in Anspruch 2 beschrieben, die zusätzlich ein Koaxialkabel (26) umfaßt, das innere und äußere Leiter aufweist, wobei der innere Leiter mit dem Anpassungstransformator verbunden ist und der äußere Leiter mit dem äußeren Leiter des Koaxialleiterstabs und der Drossel verbunden ist.

4. Antenne wie in Anspruch 1 beschrieben, die zusätzlich einen Antennenteil (100) umfaßt, der bezüglich des Dipols axial befestigt ist und davon isoliert ist, wobei der Antennenteil so ausgestattet ist, daß es elektromagnetische Energie in einem wesentlich niedrigeren als dem Frequenzband des Dipols empfangen kann.

5. Antenne wie in Anspruch 4 beschrieben, wobei der Antennenteil geeignet ist, AM/FM-Signale zu empfangen.

6. Antenne wie in Anspruch 5 beschrieben, wobei der Dipol geeignet ist, Zellulartelefonsignale abzustrahlen und zu empfangen.

7. Antenne wie in Anspruch 4 beschrieben, wobei der Antennenteil aus einem hohlen röhrenförmigen, leitfähigen Material gebildet ist und zum Dipol axial angeordnet ist, wobei die Antenne zusätzlich umfaßt:

einen Anpassungstransformator (52), der zum koaxialen Leiterstab (48) axial ausgerichtet ist und mit dem inneren Leiter des koaxialen Leiterstabs an einer nahe dem vom Dipol entfernten Ende der Drossel (50) gelegenen Stelle verbunden ist; und

ein Koaxialkabel (26), das innere und äußere Leiter aufweist, wobei sich das Koaxialkabel durch den Antennenteil erstreckt und dessen innerer Leiter mit dem Anpassungstransformator verbunden ist und dessen äußerer Leiter mit dem äußeren Leiter des koaxialen Leiterstabs und der Drossel verbunden ist.

8. Antenne wie in Anspruch 7 beschrieben, wobei der Dipol (44, 46), der koaxiale Leiterstab (48) und die Drossel (50) einen Hochfrequenzantennenteil bilden und so ausgestattet sind, daß sie innerhalb des Antennenteus teleskopartig aufgenommen werden können, wobei das Koaxialkabel dem Hochfrequenzantennenteil Kräfte zum Ausziehen und Einziehen bereitstellt.

9. Antenne wie in Anspruch 8 beschrieben, wobei der Hochfrequenzantennenteil innerhalb einer zylindrischen Radomstruktur (102) befestigt ist.

10. Antenne wie in Anspruch 9 beschrieben, wobei der Antennenteil aus Teleskopelementen (14, 16) gebildet ist, wobei wenigstens eines dieser Elemente auch durch durch das Koaxialkabel am Hochfrequenzantennenteil ausgeübte Kräfte ausgezogen und eingezogen wird.

11. Antenne wie in Anspruch 10 beschrieben, die zusätzlich umfaßt:

Aufrollmittel (24, 28) zum Aufnehmen des Koaxialkabels, wenn die Antenne eingezogen ist; und

Mittel (22) zum Antreiben des Aufrollmittels, um zu bewirken, daß das Koaxialkabel sich ausgefahren und eingezogen wird.

12. Antenne wie in Anspruch 7 beschrieben, wobei der Dipol, der koaxiale Leiterstab und die Drossel einen Hochfrequenzantennenteil bilden, wobei die Antenne zusätzlich umfaßt:

ein starres zylindrisches Radom (102), in dem der Hochfrequenzantennenteil und der Antennenteil angeordnet sind; und

an einer Basis des Radoms angeordnete Verbindermittel (106, 110, 112) zum Verbinden des Antennenteils mit einem Kabel (130) für Signale im niedrigeren Frequenzband des Antennenteils und zum Verbinden des Koaxialkabels mit einem zweiten Koaxialkabel für Signale im Frequenzband des Dipols.