DE69406724T2

DE69406724T2 - Antennenanordnung für mobile Kommunikation

Info

Publication number: DE69406724T2
Application number: DE69406724T
Authority: DE
Inventors: James A Bacnik; James Hadzoglou
Original assignee: Allen Telecom Inc
Current assignee: Allen Telecom LLC
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2014-06-25
Also published as: ATE160240T1; NO942412L; FI943085A; DK0632519T3; ES2110656T3; DE69406724D1; AU6599294A; AU676905B2; EP0632519A1; FI943085A0; NZ260863A; NO942412D0; US5515064A; EP0632519B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationsantennen, insbesondere Mobilfunkantennen der Art, die dafür vorgesehen sind, an einer nichtleitenden Oberfläche wie zum Beispiel Glas in der Form eines Fahrzeugfensters angebracht zu werden, vor allem solche Antennen, die für den Gebrauch im UHF-Frequenzbereich bei in der Regel Frequenzen von über 800 MHz verwendet werden sollen.

Hintergrund der Erfindung

Die Zunahme und die Popularität der Zellulartelephonkommunikation und anderer derartiger persönlicher mobilen Kommunikationsmöglichkeiten wurde von einer ähnlichen Zunahme von Antennen begleitet, die an Fahrzeugen angebracht werden können, ohne daß das Fahrzeug verändert zu werden braucht. An den Fenstern angebrachte Antennen sind dafür typisch, insbesondere für Kommunikationsgeräte in privaten Fahrzeugen.
Solche Antennenanordnungen umfassen ein Strahlungselement, in der Regel einen langgestreckten Stab, eine äußere Haltebasis oder einen Fuß, die bzw. der mit dem Strahlungselement verbunden ist und die bzw. der an der Außenseite eines nichtleitenden dielektrischen Elements wie einem Fenster angebracht oder befestigt ist, und eine innere Ankoppelschaltung, die an der Innenseite des nichtleitenden dielektrischen Elements gegenüber dem äußeren Fuß bzw. der Antennen-Haltebasis angebracht oder befestigt ist. Das Kommunikationssignal wird zwischen dem Strahlungselement und dem Antennenfuß an der einen Seite des Fensters, z.B. der Außenseite des Fahrzeugs, und dem Kopplungssystem eingekoppelt, das mit einem Sende-Empfangsgerät verbunden ist und das sich auf der anderen Seite des Fensters befindet, z.B. im Fahrzeug.
Die im US-Patent Nr. 4 839 660 von Hadzoglou beschriebenen und darin beanspruchten UHF-Antennen werden weltweit verkauft. Es wäre wünschenswert, den Aufbau und die Konfiguration solcher Antennen vereinfachen zu können, ohne deren Leistungsfähigkeit negativ zu beeinflussen. Das Ziel einer Kostenverringerung für die Antennen, während ihre Leistungsfähigkeit und die Qualität des Aufbaus erhalten bleiben und andere verschlechterungen vermieden werden, erfordert eine fortlaufende Vereinfachung und alternative Konstruktionstechniken. Der Wunsch nach solchen Modifikationen und nach einer Kostenverringerung für den Hersteller und schließlich auch den Verbraucher ist offensichtlich. Es ist dabei wichtig, eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit der Antennen beim Versuch der Kostenverringerung zu vermeiden.
Aus der US-A-5 032 846 ist ein Antennenbefestigungssystem mit einem Strahlungselement, einem Halteelement für das Strahlungselement, einem Kopplungssystem, das an einem dielektrischen Element angebracht werden kann, und einer Klemmeinrichtung für den mechanischen Eingriff mit und das Befestigen des Strahlungselementes am Halteelement in der gewünschten Winkelstellung bekannt.
Aus der GB-A-2 218 852 ist eine Antenne für ein zellulares Mobiltelephon bekannt, das die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wurde, wie im Patentanspruch 1 angegeben, ein an einem Fenster zu befestigendes Antennensystem geschaffen, das automatisch hergestellt werden kann und das ein Minimum an Komponenten umfaßt, um eine erhöhte Zuverlässigkeit zu erreichen und zu behalten und um eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit zu vermeiden, während die Kosten dafür reduziert sind.
Die Kopplungsanordnung umfaßt ein ausgestanztes leitendes Element, das die verschiedenen leitenden Komponenten enthält, die die Kopplungsanordnung bilden. Diese bestehen aus einer Koppelkondensatorplatte zum Ankoppeln des äußeren Fußes durch das Fenster, an dem er angebracht ist, den leitenden Verbindungen zu der Platte und einem leitenden Er dungsabschnitt, der die Koppelplatte umgibt und der in der Regel Umfangsabschnitte aufweist, die in der gleichen Ebene wie die Platte und in Ebenen quer dazu ausgerichtet sind. Mit dem leitenden Element sind Komponenten eines Verbindungselementes verbunden, etwa für ein koaxiales Verbindungselement zum Anschließen an eine Übertragungsleitung, die mit dem Sende-Empfangsgerät verbunden ist.
Die leitenden Elemente sind mit einem nichtleitenden Material überformt, um einen einheitlichen starren Aufbau zu schaffen,, der die verschiedenen Komponenten der Kopplungsanordnung enthält.
Das Koaxial-Verbindungselement kann ein komplett eingebautes Verbindungselement sein oder erst bei der Herstellung der Kopplungsanordnung ausgebildet werden. Wenn es erst bei der Herstellung ausgebildet wird, wird die Verbindungselementdurchführung an einer hochstehenden Wand des leitenden Stanzteils angebracht, und der Verbindungsstift, der den Mittenkontakt des Verbindungselementes bildet, wird elektrisch mit einem vorstehenden Stummel verbunden, der sich von der Ebene des Koppelplattenabschnittes des metallischen Stanzteils nach oben erstreckt. Das Eingießen in Kunststoff hält die verschiedenen Komponenten relativ zueinander an Ort und Stelle. Wenn eine Abdeckung verwendet wird, wird sie über die elektrischen Komponenten gestülpt und eingeschnappt. Das Kopplungssystem der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine automatische Herstellung und einen automatischen Zusammenbau der verschiedenen Komponenten.
Die Antennenanordnung, die erfindungsgemäß mit vereinfachten Komponenten hergestellt wird, behält ihre Leistungsfähigkeit bei. Die Breitband-Impedanzanpassung ermöglicht die Verwendung dieser Antennen bei Breitband-Zellulartelephonen und bei anderen Diensten, die insbesondere im Bereich jenseits von 800 MHz ein breites Frequenzband verwenden. Die Anwendung eines einzigen Elements für die metallischen Komponenten in der Form eines Stanzteils bestimmt die Materialmenge und die Form und Größe der verschiedenen Komponenten einschließlich der Erdung, wie es für den jeweiligen Frequenzbereich erforderlich ist, bei dem die Einheit verwendet wird, während eine schnelle und automatische Herstellung mit einer minimalen Anzahl von Montageschritten möglich ist, ohne daß die Leistungsfähigkeit verringert ist.
Zahlreiche andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfin dung gehen aus der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung und einer Ausführungsform davon, aus den Ansprüchen und aus der anliegenden Zeichnung hervor, in denen die Einzelheiten der Erfindung vollständig und komplett als Teil dieser Beschreibung angegeben sind.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Antennenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
die Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Halteelements oder der Basis für die erfindungsgemäße Antennenanordnung, die einen Teil des Antennenstabes zeigt;
die Fig. 3 eine Ansicht der Abdeckung für die Anordnung der Fig. 2 von unten;
die Fig. 4 eine Seitenansicht des leitenden Fußes, der einen Teil der Basis für die erfindungsgemäße Antennenanordnung bildet;
die Fig. 5 eine weitere Seitenansicht des leitenden Fußes der Fig. 4;
die Fig. 6 eine Schnittansicht der Basis mit dem in der Abdeckung angebrachten Fuß;
die Fig. 7 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Kopplungsanordnung für die erfindungsgemäße Antennenanordnung mit einer Abdeckung;
die Fig. 8 eine Aufsicht auf die Kopplungsanordnung der Fig. 7 ohne Abdeckung;
die Fig. 9 eine Ansicht der Kopplungsanordnung der Fig. 7 von unten;
die Fig. 10 eine Schnittansicht längs der Linie 10-10 in der Fig. 8;
die Fig. 11 eine perspektivische Ansicht des einzigen leitenden Elements, das Teil der Koppelanordnung ist; und
die Fig. 12 eine Schnittansicht ähnlich der der Fig. 10, die die angebrachte Abdeckung zeigt.

Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Auch wenn diese Erfindung in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden kann, ist eine bestimmte Ausführungsform davon in der Zeichnung gezeigt und wird im folgenden beschrieben, wobei dies so zu verstehen ist, daß die vorliegende Beschreibung als ein Beispiel für die Prinzipien der Erfindung zu betrachten ist und damit nicht vorgesehen ist, die Erfindung auf die gezeigte, bestimmte Ausführungsform zu beschränken.
In der Zeichnung ist eine Antennenanordnung 20 gezeigt, die an einem dielektrischen Element 22 wie dem Fenster eines Fahrzeugs angebracht werden kann. Die Antennenanordnung 20 umfaßt ein Strahlungselement in der Form eines langen Stabes 24. Das untere Ende des Stabes 24 weist einen geeigneten Adapter 24a auf, der leitend mit dem Stab verbunden ist. Der Adapter 24a ist mit einem Gewinde versehen, um lösbar an einem ebenfalls mit einem Gewinde versehenen Anbringungselement 25 angebracht werden zu können, das eine Öffnung 25a für die Aufnahme eines geeigneten Befestigungselementes 26 zum Anbringen des Stabes 24 an einer Haltebasis 28 aufweist, die einen leitenden Fuß 30 umfaßt. Die Basis 28 ist an einer Seite des dielektrischen Elements 22, z.B. der Außenseite des Fahrzeugfensters, befestigt oder anderweitig geeignet daran angebracht.
Die Basis 28 umfaßt auch eine nichtleitende Abdeckung 32, die in der Regel aus einem geeigneten Kunststoffmaterial wie Polyurethan besteht. Die nichtleitende Abdeckung 32 weist einen im wesentlichen ebenen, flachen Boden mit einer flachen, ebenen Oberfläche 34 auf, an der ein geeigneter Klebestreifen 36 zum Anbringen und Befestigen der Basis 28 an der Oberfläche des dielektrischen Elements 22 angeordnet ist. Die Abdeckung 32 weist einen erhöhten Abschnitt 37 in der Form von zwei Vorsprüngen 38, 40 auf, die sich vom oberen Abschnitt der Abdeckung 32 nach oben erstrecken und die integral damit ausgebildet sind. Die Vorsprünge 38, 40 sind so geformt, daß sie ein glattes dekoratives Erscheinungsbild bieten, und sie sind unterschnitten, um Hohlräume 38a bzw. 40a in den Vorsprüngen 38, 40 auszubilden.
Die Vorsprünge 38, 40 des erhöhten Abschnitts 37 sind durch einen Schlitz 44 getrennt, der dafür vorgesehen ist, ein Ende des Antennenstabes 24 aufzunehmen, das heißt das am Adapter 24a angebrachte Anbringungselement 25 aufzunehmen. Das Anbringungselement 25 erstreckt sich durch den Schlitz 44 in eine Position, in der die Öffnung 25a zu einer Querbohrung 46 ausgerichtet ist, die in wenigstens einem der Vorsprünge 38 ausgebildet ist. Die Bohrung 46 ist dafür vorgesehen, das mit Gewinde versehene Befestigungselement 26 aufzunehmen, das eine Blechschraube sein kann. Das Befestigungselement 26 verläuft durch die Bohrung 46 im Vorsprung 38 und durch die Öffnung 25a im Anbringungselement 25, das das Ende des Stabes 24 bildet, um den Stab am leitenden Fuß 30 anzubringen.
Die Unterseite 34 der nichtleitenden Abdeckung 32 weist eine im wesentlichen rechteckige Öffnung 48 auf, die mit den Hohlräumen 38a, 40a in Verbindung steht und so das hohle Innere des erhöhten Abschnitts 37 bildet. Über die Öffnung verlaufen ein oder mehrere Verstärkungsrippen 49, die die Steifigkeit der Abdeckung erhöhen. Angrenzend an den Umfang der Öffnung 48 ist eine Anzahl von Öffnungen oder Nuten 50 und 51 vorgesehen, die quer zur Ebene der Unterseite 34 ausgerichtet sind. Die Nuten 50 befinden sich in den oder angrenzend an die Ecken der Öffnung 48 und erstrecken sich in den Körper des Vorsprungs 38. Die Nut 51 befindet sich 3) an der oder angrenzend an die Mitte der den Nuten 50 gegenüberliegenden Seite der Öffnung 48 und erstreckt sich in den Körper des Vorsprungs 40. Die Nuten 50 und 51 sind dafür vorgesehen, mit Widerhaken versehene Befestigungsvorsprünge 52 bzw. 53 aufzunehmen, die als Teil des leitenden Fußes 30 ausgebildet sind. Die unterschiedliche Anordnung der mit Widerhaken versehenen Befestigungsvorsprünge dient dazu, die richtige Orientierung des Fußes 30 beim Einsetzen in die Abdeckung 32 zu sichern, wie es weiter unten noch beschrieben wird.
Der leitende Fuß 30 umfaßt einen flachen Plattenabschnitt 54, der als Kopplungselement dient und der in die Öffnung 48 paßt, die in der Unterseite 34 der nichtleitenden Abdeckung 32 ausgebildet ist. Die Vorsprünge 52, 53 mit seitlichen Widerhaken erstrecken sich quer zur Ebene des flachen Abschnittes 54, sie werden in die Nuten 50, 51 in der nichtleitenden Abdeckung 32 eingesetzt. Die Widerhaken an den freien Enden der Vorsprünge 52, 53 kommen mit den Wänden der Nuten 50, 51 in Eingriff, um den leitenden Fuß 30 beim Einsetzen in die nichtleitende Abdeckung 32 an Ort und Stelle und gegen ein Entfernen festzuhalten.
Der leitende Fuß 30 weist zwei aufrechte, leitende, elastische Flansche 56 und 58 auf. Wenn der Fuß 30 an der Abdeckung 32 angebracht ist, erstreckt sich der Flansch 56 in den Hohlraum 38a im Vorsprung 38 und der Flansch 58 in den Hohlraum 40a im Vorsprung 40. Die elastischen Flansche 56, 58 weisen jeweils eine Öffnung 56a bzw. 58a auf. Die Öffnungen 56a, 58a sind zu der Bohrung 46 im Vorsprung 38 ausgerichtet, wenn die nichtleitende Abdeckung 32 und der leitende Fuß 30 zusammengesetzt sind.
Die Flansche 56, 58 sind an den beiden Seiten des Schlitzes 44 im erhöhten Abschnitt 37 angeordnet und befinden sich daher auf den gegenüberliegenden Seiten des Verbindungselementes 25, das das Ende des Strahlungselementes oder des Stabes 24 bildet, wenn dieser durch den Schlitz 44 in den durch die Hohlräume 38a, 40a gebildeten offenen Bereich 2 im erhöhten Abschnitt 37 der nichtleitenden Abdeckung 32 eingesetzt ist. Das Befestigungselement 26 erstreckt sich durch die Bohrung 46 im Vorsprung 38, durch die Öffnung 56a im leitenden Flansch 56 und durch die Öffnung 25a im Stab-Anbringungselement 25 und ist in die Öffnung 58a im anderen leitenden Flansch 58 eingeschraubt.
Der leitende Flansch 58 und die Öffnung 58a sind als Grobgewinde ausgebildet, das als Gewinde für den Eingriff mit dem Befestigungselement 26 dient. Die Verwendung eines entsprechenden Grobgewinde-Befestigungselements, etwa einer Blechschraube, erhöht das angelegte Moment und macht eine Mutter und eine Sicherungsscheibe überflüssig. Die Elastizität der Flansche 56, 58 ergibt eine federartige Spannung, wenn das Befestigungselement angezogen wird, die die Funktion einer Sicherungsscheibe nachahmt.
Die Anordnung der Vorsprünge 52, 53 und der Nuten 50, 51 dient dazu, die richtige Orientierung des Fußes sicherzustellen, wobei sich der 3; Flansch 56 im Hohlraum 38a und der Flansch 58 im Hohlraum 40a befindet. Die beiden Flansche 56, 58 können gebogen werden, und sie werden gegen die Oberfläche des Anbringungselementes 25 gedrückt, das das Ende des Stabes 24 bildet, um den Stab in der gewählten Winkelstellung relativ zur Basis 28 zu halten, wenn er daran angebracht ist.
An der der Haltebasis 28 gegenüberliegenden Seite des dielektrischen Elements 22, z.B. an der Innenseite eines Fahrzeugfensters, ist gegenüber diesem eine Kopplungsanordnung 60 angebracht oder anderweitig geeignet daran befestigt. Das Kopplungssystem dient dazu, Signale zwischen der Antenne, die mit dem Fuß an der Außenseite des Fensters verbunden ist, und ein an der Innenseite des Fensters angeordnetes und mit dem Kopplungssystem 60 über z.B. ein Koaxialkabel verbundenes Sende- Empfangsgerät weiterzuleiten.
Die primäre leitende Komponente des Kopplungssystems 60 ist ein ausgestanztes metallisches Element 62, in der Regel aus Messing, das einen mittleren ebenen Abschnitt 64 mit abgewinkelten Erweiterungen 64a, 64b aufweist, die die mechanische Verbindung mit einem Kunststoffkörper 65 verbessern. Der mittlere ebene Abschnitt 64 bildet das Kopplungselement und wirkt zur Bildung eines Koppelkondensators mit dem Fuß-Kopplungselement 54 und dem dielektrischen Element 22 zusammen. Das ausgestanzte metallische Element 62 weist auch einen umgebenden Erdungsabschnitt 6 und einen elektrischen Verbindungsabschnitt 68 auf, der sich zwischen dem Kopplungselement 64 und der Erdung 66 befindet.
Der Erdungsabschnitt 66, der die Form einer geschlossenen Schleife hat, die die Koppelkondensatorplatte 64 umgibt, weist einen umlaufenden ebenen Abschnitt 70 auf, der in der Ebene der Koppelkondensatorplatte 64 liegt. Die äußeren Ränder der Erdung 66 verlaufen quer zur Ebene des umlaufenden Abschnitts 70 und bilden zwei Endwände 72, 74 und zwei Seitenwände 76, 78. Der ebene Abschnitt 66 und die Wände 72, 74, 76, 78 bilden die Erdung 66 für die Antennenanordnung 20.
Das zentral angeordnete Kopplungselement oder die Platte 64 befindet sich innerhalb der Erdung 66 und ist damit durch den leitenden Verbindungsabschnitt 68 verbunden. Das ausgestanzte metallische Element 62 weist auch einen vertikalen Vorsprung oder Verbindungsstummel 79 auf, der sich von einer Stelle zwischen den Enden des leitenden Verbindungsabschnittes 68 nach oben erstreckt. Der Anbringungsort des Verbindungsstummels 79 wird durch die Impedanzanpassung bestimmt.
Der Verbindungsstummel 79 ist elektrisch mit einer hohlen Mittelleiterkomponente 80 verbunden, die den Mittelleiter eines Koaxial Verbindungselementes 82 bildet. Der Außenleiter oder die Hülse 84 des Verbindungselements 82 ist mechanisch und elektrisch mit der Erdung 66 des gestanzten metallischen Elements 62 in einer Öffnung 72a in der Endwand 72 verbunden.
In jeder der Wände 72, 74, 76, 78 der Erdung ist angrenzend an die Schnittlinie davon mit dem ebenen Abschnitt 70 eine Anzahl von Schlitzen 86 ausgebildet, die die Verbindung zwischen dem metallischen Element 62 und dem Kunststoffkörper 65 verbessern. In der Endwand 74 ist ein weiterer Schlitz 87 ausgebildet, der beim Verbinden der zusammengesetzten Komponenten mit einer Abdeckung 88 für die Kopplungsanordnung verwendet wird.
Die zusammengesetzten Komponenten mit dem ausgestanzten leitenden Element 62, dem am Stummel 79 befestigten Verbindungselement-Mittelleiter 80 und einem Teil der Verbindungshülse 84 werden etwa durch Injektionsspritzen mit einem geeigneten Material überformt, das die Lücken ausfüllt und einen Formkörper 65 mit einer ausreichenden Steifigkeit und Festigkeit für einen relativ steifen Aufbau ergibt. Der Kunststoffkörper 65 haftet am metallischen Stanzteil 62, tritt in die Schlitze 86 ein, umgibt die Erweiterungen 64a, 64b und den Mittelleiter 80 des Koaxial- Verbindungselementes 82 und läuft in die ringförmige Öffnung zwischen dem Mittelleiter 80 und der Hülse 84, um das Koaxial-Verbindungselement 82 an Ort und Stelle auszubilden.
Zur Vervollständigung der Kopplungsanordnung wird die Abdeckung 88 auf die zusammengesetzten Komponenten aufgesetzt. Die Abdeckung 88 weist eine Oberseite 90 und vier davon nach unten weglaufende Wände 92a, 92b, 92c, 92d auf, die über den Wänden des Stanzteils zu liegen kommen. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist die eine Wand 92a der Abdeckung mit einer Öffnung 94 versehen, durch die sich das Koaxial-Verbindungselement 82 erstreckt. Das Verbindungselement 82 wird in die Öffnung 95 der Abdeckung 88 gesetzt, die dann über die Außenseite der leitenden Wände 72, 2i 74, 76, 78 des Erdungsabschnittes 66 gedrückt wird. Die Abdeckung 88 weist an der Wand 92b einen Vorsprung 96 auf, der mit dem zusätzlichen Schlitz 87 in der Endwand 74 der Erdung 66 in Eingriff kommt, um die Abdeckung 88 an Ort und Stelle festzuhalten. Mit den Rändern der leitenden Wände 72, 74, 76, 78 des Erdungsabschnittes 66 kommt eine Anzahl von Eindrückrippen 98 in Eingriff, um die Abdeckung 88 fest zu sichern. Die Eindrückrippen 98 sind ausreichend dünn, um nachzugeben, wenn sie mit den oberen Rändern der Wände 72, 74, 76, 78 in Eingriff kommen, es ist jedoch vorgesehen, daß sie damit in Kontakt bleiben, um die Komponenten gegen eine relative Bewegung festzuhalten. An der Unterseite der Kopplungsanordnung 60 ist zum Anbringen und Befestigen der Anordnung 60 an der Oberfläche des dielektrischen Elements 22 ein geeigneter Klebestreifen 99 angebracht.
Es wurde somit ein vereinfachter Aufbau für eine Antennenanordnung zum Anbringen an einem dielektrischen Element beschrieben. Die Basis zum Halten des Antennenstabes auf einer Seite des dielektrischen Elements besteht nur aus zwei primären Komponenten und einem Befestigungselement sowie einem Klebestreifen zum Anbringen der Basis am Fenster oder dielektrischen Element. Das Kopplungssystem, das an der anderen Seite des dielektrischen Elements gegenüber der Basis angebracht ist, besteht aus einem leitenden Stanzteil, das so gestaltet ist, daß es die verschiedenen leitenden Komponenten enthält, die für das Kopplungssystem erforderlich sind, einschließlich einer Koppelplatte und der leitenden Erdung, die einen Abschnitt, der in der Ebene der Koppelkondensatorplatte liegt, und quer dazu verlaufenden Umfangsabschnitte aufweist, wobei die leitenden Elemente vom Kopplungssystem getrennt ausgebildet sind.
Die Komponenten des Verbindungselements sind sowohl mechanisch als auch elektrisch geeignet am Stanzteil angebracht, und die ganze Anordnung wird durch Umgießen mit einem Haltekörper vereint, der die verschiedenen leitenden Komponenten umschließt, das Koaxial-Verbindungs element an Ort und Stelle ausbildet, verhindert, daß die geschweißten Komponenten Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, und das Kopplungssystem strukturell verstärkt. Die Komponenten des Kopplungssystems werden von einer nichtleitenden Abdeckung umgeben, die daran angebracht ist.
Die Komponenten des erfindungsgemäßen Antennensystems lassen sich einfach und leicht herstellen und können auf einer automatischen Produktionsbasis zusammengesetzt werden.
Die Betriebseigenschaften der Antenne, die in der vorliegenden Anmeldung beschrieben und beansprucht ist, entsprechen den Eigenschaften von komplizierteren und aufwendigeren Konfigurationen, auch wenn die Herstellungstechniken zur Verringerung der Herstellungskosten verbessert sind.
Eine erfindungsgemäße Antenne, die dafür vorgesehen ist, im UHF-Frequenzbereich bei typisch Frequenzen von über 800 MHz betrieben zu werden, etwa im zellularen Band, das in den Vereinigten Staaten bei etwa 824 MHz bis 896 MHz liegt, weist eine rechteckige äußere Koppelplatte mit Abmessungen von etwa 2,52 cm (0,992 Zoll) mal etwa 1,70 cm (0,669 Zoll) auf. Der Abstand zwischen den mittleren Vorsprüngen, die mit dem Antennenstab in Eingriff kommen können, beträgt etwa 0,65 cm (0,255 Zoll). Jeder der Flansche ist etwa 0,94 cm (0,369 Zoll) vom Umfangsrand der Koppelplatte entfernt. Die Umfangsvorsprünge und Widerhaken erstrecken sich etwa 0,63 cm (0,25 Zoll) nach oben und können im Kunststoffkörper in Eingriff kommen, um das leitende Kopplungselement festzuhalten.
Im Kopplungssystem betragen die Gesamtabmessungen des leitenden Stanzteils etwa 10,7 cm² (1,66 Quadratzoll). Die Ecken sind in der Regel entfernt, und jede der nach oben vorstehenden Umfangswände der Erdung hat eine Länge von etwa 3,41 cm (1,343 Zoll) und eine Höhe von etwa 0,70 cm (0,275 Zoll). Die Umfangsabschnitte der Erdung an den dem Stanzteil gegenüberliegenden Enden sind jeweils etwa 0,58 cm (0,227 Zoll) breit. Die sich längs der Seiten erstreckenden Umfangsabschnitte sind etwa 0,89 cm (0,35 Zoll) breit oder dick.
Die mittlere Koppelplatte weist Abmessungen von etwa 1,70 cm (0,67 Zoll) mal etwa 1,78 cm (0,70 Zoll) auf, einschließlich der abgewinkelten Erweiterungen. Die leitende Verbindung zwischen der Mittelplatte und der umlaufenden Erdung erstreckt sich von der Mitte einer der Schmal seiten weg und ist etwa 0,32 cm (0,125 Zoll) breit. Sie steht etwa 0,63 cm (0,249 Zoll) von den kurzen Seiten vor und ist dann unter einem Winkel von 90º abgewinkelt und erstreckt sich zu und geht in den inneren umlaufenden Rand der Erdung über. Sie hat von der anderen Umfangsseite einen Abstand von etwa 1,60 cm (0,63 Zoll). Der Stummel, der auf den Mittelleiter aufgelötet ist, erstreckt sich bis zu einem Abstand von etwa 0,91 cm (0,36 Zoll) nach oben, er ist an eine Erweiterung des Koaxial- Mittelleiters angelötet, wie es oben beschrieben ist.
Die Antenne mit diesen Abmessungen zeigt, wenn sie für eine zellulare Kommunikation im obigen Frequenzband verwendet wird, ein VSWR von 1,5:1 oder weniger über eine Bandbreite von etwa 70 MHz Zusätzlich weist das Antennensystem ein im wesentlichen ungerichtetes Strahlungsmuster mit relativen Feldstärken auf, die in der Regel größer sind als solche, die mit einer am Dach montierten Viertelwelleantenne bei gleicher Eingangsleistung erhalten werden.
Labormessungen lassen den Schluß zu, daß die erfindungsgemäße Konfiguration des Kopplungssystems die Oberf lächenströme auf der Koaxial- Zuführleitung auf niedrige Werte begrenzen kann, z.B. auf Werte im Bereich von 20 dB unter dem Maximalstrom am äußeren Stab. Solche niedrige Ströme auf dem Kabel sind wünschenswert, um Störungen empfindlicher elektronischer Komponenten in den Fahrzeugen minimal zu halten, an denen die erfindungsgemäße Antennenanordnung angebracht ist. Gleichermaßen können Oberflächenströme auf dem Koaxialkabel Störungen aufnehmen, die von Mikroprozessoren erzeugt werden, mit der Folge von "Rauschen" beim Gebrauch der Kommunikationsgeräte, die damit verbunden sind.
Die obigen Abmessungen sind für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne beispielhaft. Anderungen in den Abmessungen sind jedoch möglich, und sowohl für Antennen, die im gleichen Frequenzbereich arbeiten, als auch bei Antennen, die in anderen Frequenzbändern betrieben werden, können andere Abmessungen geeignet sein.
Das Material, mit denen die Kopplungskomponenten umgossen werden, ist ein natürliches Polvphenylenoxid. Ein solches Material ist ursprüngliches LNPZF1004, erhältlich von LNP Engineering Plastics, Inc., in Exton, PA, ausgewählt nach seinen elektrischen und mechanischen Eigenschaften. Diese Eigenschaften schließen eine Dielektrizitätskonstante von etwa 2,92 und einen Verlustfaktor von 0,0015 bei 1 MHz sowie eine Schrumpfung im Bereich von 0,001 - 0,004 cm/cm ein. Alternative Materialien mit ähnlichen Eigenschaften können ebenfalls verwendet werden.

Claims

1. Antennensystem zum Abstrahlen und Aufnehmen von Hochfrequenzenergie, die von einem Sende-Empfangsgerät bei Frequenzen im UHF-Frequenzbereich erzeugt und empfangen werden, das dafür vorgesehen ist, mit einem dielektrischen Element (22) verwendet und daran angebracht zu werden, mit

einem Strahlungselement (24);

einem Halteelement (28), das an einem Ende des länglichen Strahlungselementes (24) angeordnet ist und das an einer Oberfläche des dielektrischen Elements (22) angebracht werden kann; und mit

einem Kopplungssystem (60), das an einer zweiten Oberfläche des dielektrischen Elements (22) gegenüber dem Halteelement (28) angebracht werden kann und das mit dem Sende-Empfangsgerät verbunden werden kann, um die Hochfrequenzenergie durch das dielektrische Element (22) zwischen dem Sende-Empfangsgerät und dem Strahlungselement (24) einzukoppeln;

wobei das Kopplungssystem (60) ein leitendes Element (62), das einen zentralen Bereich (64) festlegt, der eine Koppelplatte bildet; einen im wesentlichen ebenen Schleifenabschnitt (66), der den zentralen Bereich (64) umgibt und der eine Erdung für das Antennensystem festlegt; und einen Zwischenabschnitt (68) aufweist, der den zentralen Bereich (64) mit dem Schleifenabschnitt (66) verbindet, wobei der zentrale Bereich (64) und wenigstens ein Teil des Schleifenabschnitts (66) in einer gemeinsamen Ebene liegen und wobei das leitende Element (62) des weiteren einen Verbindungsstummel (79) umfaßt, der zur Verbindung mit einem externen Leiter quer zur Ebene des zentralen Bereich (64) ausgerichtet ist;

wobei ein leitendes Verbindungselement (82) mit einem ersten ringförmigen Körperabschnitt (84) elektrisch mit dem Umfangsabschnitt des Schleifenabschnittes (66) verbunden ist und ein zweiter Mittelleiter (80) innerhalb des ringförmigen Körperabschnitts (84) angeordnet und mit dem Verbindungsstummel (79) verbunden ist; und

wobei ein isolierender Körper (65) dem Verbindungsstummel (79), einem Hauptteil der Innenseiten des Mittelleiters (80), dem ringförmigen Verbindungskörperabschnitt (84) und einem wesentlichen Teil der Innenseite des leitenden Elements (62) zugeordnet ist und im wesentlichen abdeckt;

dadurch gekennzeichnet, daß

das leitende Element (62) ein einziges leitendes Element ist, das den zentralen Bereich (64) , der die Koppelplatte bildet, den Schleifenabschnitt (66) und den Zwischenabschnitt (68) umfaßt und aus einer ausgestanzten leitenden Platte geformt ist; daß

der Schleifenabsohnitt ein geschlossener Schleifenabschnitt (66) ist; daß

der Zwischenabschnitt (68) in der gemeinsamen Ebene liegt; und

der Umfangsabschnitt (72, 74, 76, 76) wenigstens eines Teils des geschlossenen Schleifenabschnitts (66) quer zur gemeinsamen Ebene ausgerichtet ist.

2. Antennensystem nach Anspruch 1, wobei der zentrale Bereich (64) abgewinkelte Erweiterungen (64a, 64b) umfaßt.

3. Antennensystem nach Anspruch 1, wobei der isolierte Körper (65) an das einzige leitende Element (62) angeformt ist.

4. Antennensystem nach Anspruch 3, wobei der isolierte Körper (65) aus natürlichem Polyphenylenoxid geformt ist.

5. Antennensystem nach Anspruch 1, wobei ein Teil des isolierten Körpers (65) zwischen dem zentralen Koppelplattenbereich (64) und dem Erdungsabschnitt (66) des leitenden Elements (62) angeordnet ist, wobei die Unterseite des isolierten Körpers (65) in der gemeinsamen Ebene liegt.

6. Antennensystem nach Anspruch 1, wobei der im wesentlichen ebene geschlossene Schleifenabschnitt (66) und der zentrale Bereich (64) im wesentlichen eine rechteckige Form haben.

7. Antennensystem nach Anspruch 6, wobei der rechteckige geschlossene Schleifenabschnitt (66) von vier miteinander verbundenen Schenkeln gebildet wird, wobei jeder der Schenkel einen ersten Abschnitt (70), der in der gemeinsamen Ebene liegt, und einen zweiten äußeren Abschnitt (72, 74, 76, 78) umfaßt, der sich vom äußeren Umfangsrand des ersten Abschnitts quer zur gemeinsamen Ebene erstreckt.

8. Antennensystem nach Anspruch 7, mit einer Anzahl von Öffnungen (86) in den zweiten äußeren Querabschnitten (72, 74, 76, 78) des rechteckigen geschlossenen Schleifenabschnitts (66), wobei der isolierte Körper (65) mit Vorsprüngen versehen ist, die sich durch die Öffnungen (86) erstrecken, um die relativen Positionen des isolierten Körpers (65) und des einzigen leitenden Elements (62) beizubehalten.

9. Antennensystem nach Anspruch 1, mit einer Abdeckung (88) für das Kopplungssystem (60).

10. Antennensystem nach Anspruch 9, wobei die Abdeckung (88) eine expansive Oberseite (90) und eine Anzahl von daran hängenden Wänden (92a, 92b, 92c, 92d) umfaßt, und wobei eine der Wände (92a) eine Öffnung (94) aufweist, durch die sich der Verbindungskörperabschnitt (84) erstreckt, wenn die Abdeckung (88) am Kopplungssystem (60) angebracht ist.

11. Antennensystem nach Anspruch 10, wobei wenigstens eine der an der Abdeckung (88) hängenden Wänden (92b) mit einem Vorsprung (96) versehen ist, und wobei das einzige leitende Element (62) eine Öffnung (87) aufweist, die so angeordnet ist, daß sie mit dem Vorsprung (96) in Eingriff kommt, wenn die Abdeckung (88) am Kopplungssystem (60) angebracht ist, um die Abdeckung an Ort und Stelle zu halten.