DE69522200T2 - Antennenanordnung auf der Kraftfahrzeugscheibe - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung befaßt sich allgemein mit Radioantennen für den Funksignalempfang in einem Kraftfahrzeug und insbesondere mit verdeckten, paßformbaren bzw. nicht sichtbehindernden FM-Antennenstrukturen mit einer den Antennengewinn verbessernden Ausrichtung der Antennenleiter.
• Bei Kraftfahrzeugen werden häufig Einstabantennenstrukturen verwendet, wie z.B. teleskopisch ausziehbare Peitschenantennen, um ein akzeptables Maß an Empfangsstärke von Rundfunksignalen in einem fahrenden Fahrzeug zu erzielen. Die Ausladung bzw. der Überstand solcher Strukturen gegenüber der Fahrzeugkarosserie für einen wirksamen Empfang des Signales setzt die Antenne der Gefahr von mutwilliger Beschädigung oder unabsichtlichen Zusammenstößen mit Schmutz u.ä. bei fahrendem Fahrzeug aus, erzeugt Windgeräusche und muß mit aufwendigen und kostspieligen Einfahrgetrieben verändert werden, um die Antenne zu schützen, wenn sie gerade nicht benutzt wird. Außerdem erfordern einfahrbare Antennenmechanismen relativ viel Lagerraum und bereiten erhebliche Bauraumprobleme.
• Verdeckte bzw. paßgeformte Antennenstrukturen wie solche, die in den Fensterscheiben eines Kraftfahrzeuges eingebettet sind, werden nun eingebaut, um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden. Allerdings haben solche Antennen Schwierigkeiten, den Leistungswerten herkömmlicher freistehender Stabantennen gleichzukommen. Es sind große Anstrengungen unternommen worden bzw. werden noch unternommen, den Funkempfang bei Einsatz solcher Antennen zu verbessern. Zahlreiche Teile des Fahrzeugaufbaus, z.B. leitende Platten aus Metallblech, und zahlreiche Systeme einschließlich elektrischer Leitungen im gesamten Fahrzeug können nämlich den Empfang der von den Antennen zu empfangenden elektromagnetischen Wellen stören. Außerdem bedingen die besonderen Ausrichtungen von verdeckt verlegten Leitern oft nur einen begrenzten Empfangsbereich oder Empfangsrichtung woraus sich ein nur begrenzter Nutzen für Kraftfahrzeug-Anwendungen ergibt.
• Zudem ist es zwar bekannt, daß der Durchmesser der Antenne erhöht werden kann, um die Antennengewinncharakteristik über eine größere Bandbreite zu verbessern, die größere Breite der Leiter deckt dann aber einen größeren Teil der Fensterfläche ab, in welche sie eingebaut werden sollen. Demzufolge sind Antennen, die herkömmlichen Grundsätzen der Antennenkonstruktionstheorie zufolge leistungsfördernd ausgelegt sind, eher ungeeignet für einen verdeckten bzw.. nicht sichtbehindernden Einbau in Fensterscheiben von Kraftfahrzeugen.
• Auch ist es bekannt, Dipolantennen zu verwenden. Da Dipole jedoch Resonanzkonstruktionen sind, ist die über diese Antennen aufnehmbare Signalbandbreite sehr klein. Wenn auch bekannt ist, den Leiter der Dipolantenne dicker auszulegen, um so die Bandbreite zu erhöhen und das Spannung-Stehwellen-Verhältnis (VSWR) zu senken, beeinträchtigt die Verstärkung der Antenne die Verwendbarkeit dieser Antenne für einen verdeckten Einbau. Deshalb ist auch mit den herkömmlichen Änderungen von Länge und Querschnitt der Antennenleiter nur ein begrenzter Erfolg erzielt worden. Hinzu kommt, daß Änderungen im Querschnitt keine attraktive Lösung an Fensterscheiben darstellen. Dementsprechend war der Antennengewinn bisher bekannter verdeckt eingebauter Scheiben-FM-Antennen nur begrenzt, ganz besonders an den Enden der Bandbreite des FM-Rundfunkspektrums.
• GB-A-2232331 offenbart eine Heckscheibe für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Heizzone, Antennendrähten und einer Entkoppelungsleitung nahe einem Rand der Scheibe. Die Heizzonen enthalten Heizdrähte, die im wesentlichen waagerecht und parallel zueinander verlaufen und parallel zueinander sowie an Busleiter geschaltet sind, die in der Nähe der Seitenränder der Scheibe angeordnet sind. Zwei oder mehr Antennendrähte für hochkant polarisierte Funkwellen kreuzen die Heizdrähte und sind in wenigstens einem der Heizbereiche mit Heizdrähten verbunden, etwa in der Mitte der Fahrzeug-Fensterscheibe, sowie mit dem Entkoppelungsleiter. Die über die Heizdrähte laufenden Antennendrähte sind jeweils an Äquipotentialpunkten der Heizdrähte angeschlossen.
• Der vorliegenden Erfindung zufolge wird eine Antenne für den Empfang von einem FM-Rundfunksignal in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welche folgendes aufweist:
• einen länglichen Stableiter, der allgemein quer zu einer Fensterscheibe ausgerichtet ist und einen Falz an einem Ende aufweist, und welcher einen Speisepunkt aufweist, an welchem ein Kabel die elektrische Kupplung mit besagtem Stableiter zur Einleitung in einen Empfänger herstellt,
• und ein Heizgitter, bestehend aus mehreren quer verlaufenden Leitern, die an ihren beiden Enden über jeweils erste und zweite gemeinsame Potentialleiter gekoppelt sind,
• wobei besagtes Gitter einen Äquipotentialleiter aufweist, der zwischen besagten ersten und zweiten Leitern angeordnet ist und mit besagten querliegenden Leitern verbunden ist, und
• worin besagter Äquipotentialleiter mit besagtem Speisepunkt fluchtet.
• Das die vorliegende Erfindung verkörpernde Antennensystem bietet einen perforierten Leiter in Verbindung mit der Ausrichtung der Antenne, so daß der Antennengewinn einer FM-Antenne über eine große Bandbreite verbessert wird. Ein Speisepunkt für den Anschluß eines Kabels an den Antennenleiter ist zwischen den Enden des Leiters angeordnet, so daß die Impedanz der Antenne abgestimmt werden kann, und kann erhöht gegenüber den an den Speisepunkt angrenzenden geradlinigen Segmenten angelegt werden. Ein Ende des Antennenleiters ist zusammengefaltet, um die Länge des an der Fensterscheibe anliegenden Leiters zu erhöhen, und der Falz enthält vorzugsweise ein Segment, des Antennenleiters, das so ausgerichtet ist, daß es dem Rand einer benachbarten Fahrzeugaufbauplatte folgt. Außerdem kann ein verlängertes Leitersegment von dem Falz aus auf den Speisepunkt ausgerichtet sein und über den geradlinigen Segmenten des Leiters verlaufen.
• Zusätzlich kann die Antennenausrichtung so in bezug auf das Heizgitter definiert sein, daß eine Äquipotentialleitung mit dem Speisepunkt der FM-Antenne fluchtet.
• In der bevorzugten Ausführungsform hat der Antennenleiter eine leiterförmige Struktur. Der in dieser Offenbarung verwendete Begriff "leiterförmige Struktur" kann so verwendet werden, daß er eine Reihe von an einander angrenzenden Öffnungen bezeichnet, die in einem länglichen Leiter ausgebildet sind, wobei durchgehende Ränder durch diese Öffnungen von einander getrennt sind. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet längliche parallele Leiter sowie mehrere Quer-Leitersegmente, die an mehreren von einander beabstandeten Stellen über die Länge der Leiter mit den parallelen Leitern verbunden sind. Der Abstand zwischen den Quersegmenten ist vorzugsweise ein kleiner Bruchteil einer Wellenlänge für den von der Antenne zu empfangenden gewünschten Frequenzbereich, vorzugsweise im Bereich von weniger als 0,01 Wellenlänge für die höchste Frequenz in gewünschten Bandbereich.
• Zusätzlich dazu weist der leiterförmige Leiter vorzugsweise einen Speisepunkt auf, der entlang der Länge des Leiters an einem Punkt angeordnet ist, der von der Impedanz der von dem Leiter gebildeten Antenne bestimmt wird, so daß ein guter Impedanzabgleich mit dem Empfänger erzielt wird. Der Speisepunkt bestimmt die Anordnung der Äquipotentialleiter am Heizgitter, das auf die Fensterscheibe aufgedruckt ist, da einer der Äquipotentialleiter mit dem Speisepunkt der FM-Antenne fluchtet. Der Äquipotentialleiter liegt zwischen gemeinsamen Potentialleitern, die an den Enden mehrerer quer ausgerichteter Heizgitterleiter befestigt sind, und ein zweiter Äguipotentialleiter ist in bezug auf die Mitte des Heizgitters symmetrisch zum ersten Äquipotentialleiter zwischen den gemeinsamen Potentialleitern angordnet.
• Daraus ergibt sich, daß die die vorliegende Erfindung verkörpernde Antenne einen besseren Antennengewinn über eine grössere Bandbreite als bei bisher bekannten FM-Signal-Scheibenantennen bietet. Zusätzlich bietet die die vorliegende Erfindung verkörpernde Antenne eine Kombination aus Heizgitter und leiterförmigem Leiter, die die Leistung der Antenne durch Ausrichtung des Speisepunktes mit den am Heizgitter angeschlossenen Äquipotentialleitern verbessert.
• Außerdem wird eine längliche gefaltete Stabkonstruktion geschaffen, die die Leistung durch Verlegen des Speisepunktes an einen Punkt oberhalb fluchtender geradliniger Leitersegmente verbessert. Zudem werden durch die fluchtende Anordnung des höhergelegten Speisepunktes mit einem verlängerten Antennensegment, das sich von einem gefalteten Leiterabschnitt aus erstreckt, der Speisepunkt und das verlängerte Antennensegment in einem verdeckten Abschnitt der Fensterscheibe positioniert. Zusätzlich wird ein länglicher Antennenleiter mit verbessertem Antennengewinn über eine große Bandbreite gestellt, wo Abschnitte wie der von einem entlang einem Randbereich eines Fahrzeugaufbaubleches ausgerichteten Segment gebildete Falz in bezug auf benachbarte Strukturen einschließlich der Leiterstrukturen der Fensterscheibe ausgerichtet sind.
• Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden, dabei zeigt:
• Fig. 1: eine teilweise perspektivische Darstellung einer Fensterscheibenfläche in einem Kraftfahrzeug, welche der vorliegenden Erfindung zufolge konstruierte und schematisch gekoppelte Antennenleiter trägt;
• Fig. 2: eine schematische Darstellung eines Moduls zum Anschließen der Antennenleiter an einen Empfänger, wie es in Fig. 1 dargestellt ist; und
• Fig. 3: eine graphische Darstellung des verbesserten Signalempfangs über eine gewünschte Bandbreite für ein gemäß Fig. 1 aufgebautes System.
• Bezieht man sich zunächst einmal auf Fig. 1, so umfaßt, dort ein Antennensystem 10 für eine Fensterscheibe 12 für ein Kraftfahrzeug 14 einen FM-Signal-Antennenleiter 16 und ein Heizgitter 18, das auch als AM-Antenne dient. Beide Antennenleiter 16 und 18 sind elektrisch über Kabel 20 und 22 an ein Antennenmodul 24 gekoppelt, das Strom von einer Stromquelle 26 wie z.B. einer Fahrzeugbatterie an das Heizgitter liefert. Zusätzlich empfängt das Modul 24 die von der Antenne 16 und dem Gitter 18 empfangenen Spannungssignale zur Abgabe an den im Fahrzeug 14 eingebauten Rundfunkempfänger 28.
• Die aus Glas oder aus geschichteten Lagen hergestellte Fensterscheibe 12 weist am Umfangsrand 32 der Fensterscheibe ein getöntes, aufgespritztes oder siebgedrucktes schwarzes Feld 30 auf. Zudem teilt noch eine getönte Übergangsfläche 34 aus einem im Siebdruck aufgebrachten Punktraster den oberen Bereich der getönten Fläche 30 vom klaren Fensterbereich 36. Das Heizgitter 18 ist über einen großen Teil des mittigen klaren Bereiches 36 angeordnet, während die FM-Antenne 16 in der Nähe des Randbereiches des mittigen klaren Bereiches 36 angelegt ist und ganz oder teilweise von den Bereichen 30 oder 34 verdeckt werden kann. Auch wenn die Glasscheibe 12 hier als Heckfenster in der bevorzugten Ausführungsform dargestellt ist, so sollte doch klar sein, daß die Antennenstrukturen auch auf jede andere, aus einem isolierenden Werkstoff bestehende Fensterscheibe in Kraftfahrzeugen anwendbar sind.
• Die Antenne 16 umfaßt eine erste Leiterlitze 40, die parallel zu einer zweiten Leiterlitze 42 angeordnet ist. Die parallelen Litzen 40 und 42 sind um etwa 4 mm voneinander beabstandet, vorzugsweise im Bereich von 4 mm bis 8 mm, und sind über Quersteg-Leitersegmente 44 zwischen den parallelen Leitern 40 und 42 an mehreren von einander beabstandeten Stellen entlang der Länge des Leiters miteinander verbunden. Die Leiterlitzen sind vorzugsweise im Siebdruck aufgebracht, mit einer Breite von ca. 0,6 mm bis 1,0 mm. Der Abstand zwischen den Querstegen 44 kann auch anders ausgelegt werden, solange dieser Abstand wesentlich kleiner als eine Wellenlänge innerhalb der Bandbreite der zu empfangenden Signale ist. Trotzdem wird es einleuchten, daß die leiterförmige Konstruktion ohne besondere Beachtung einer bestimmten Form der Leiterbahnen ausgebildet sein kann, auch wenn bevorzugt wird, daß die Leiterbahnen auf die Fensterscheibe aufgedruckt wird, wie z.B. durch bekannte Siebdruckverfahren, um so die leiterförmige Struktur der bevorzugten Ausführungsform zu bilden, und daß sie senkrechte Leiterbahnsegmente aufweist, die in etwa die Größe der Leiterbahnen 40 und 42 haben, um so den offenen Flächeninhalt in den Zwischenräumen zwischen den Leiterbahnen zu maximieren. In der bevorzugten Ausführungsform hat die Antenne 16 eine Länge von ungefähr 1/2 l der höchsten Frequenz der Bandbreite.
• Die Antenne 16 weist ein erstes geradliniges Segment 48 und ein zweites geradliniges Segment 50 auf, die sich unmittelbar unter dem teilweise getönten Bereich 34 erstrecken. Die enge Zusammenlegung dieser Antennensegmente und des Punktrasterfeldes 34 minimiert deren Überstand im Heckfenster 12.
• Jedes geradlinige Segment 48 und 50 ist über geneigte Speisesegmente 52 und 54 angeschlossen, die an einem Speisepunkt 56 zusammengeführt sind. Die Lage des Speisepunktes 56 in Längsrichtung der die Antenne 16 bildenden Leiter wird herkömmlicher Praxis gemäß so bestimmt, daß ein gewünschter Grad von Impedanzabgleichung mit dem Modul 24 und dem Empfängersystem 28 erzielt wird. Auf jeden Fall wird einleuchten, daß die Neigung des Heckfensters 12 dem Speisepunkt eine gewisse vertikale Höhe über den geradlinigen Leitersegmenten 48 und 50 verleiht. Diese Konstruktion mit einem erhöht liegenden Speisepunkt trägt zu der verbesserten Antennenleistung bei. In allen Fällen kann der Speisepunkt 56, der die Antenne 16 mit dem Kabel 20 verbindet, zur Abdeckung unter dem geschwärzten Bereich 32 der Fensterscheibe versteckt werden.
• Zusätzlich dazu weist die Antenne 16 eine wesentlich größere Länge auf, als das Quermaß der Heckscheibe 12 und enthält daher einen Falz 58. Der Falz beinhaltet ein Leitersegment 60, welches zu einem verlängerten Leiterabschnitt 62 führt. Das verlängerte Leitersegment 62 ist vorzugsweise parallel zum geradlinigen Segment 50 ausgerichtet und Überlappt dieses, und ist vorzugsweise in Höhe des Speisepunktes 56 oberhalb der geradlinigen Segmente 48 und 50 angeordnet. Außerdem ist das Leitersegment 60 am Falz vorzugsweise auf den Rand der Heckscheibe 12 ausgerichtet, wobei der Rand im wesentlichen dem Neigungswinkel der Kante 64 der Seitenfläche des Fahrzeugaufbaus folgt, um so die Leistung der Antenne 16 weiter zu erhöhen.
• Weiter noch zu Fig. 1 beinhaltet ein Heizgitter 18 mehrere Quer-Leiter 68, die sich in Querrichtung zwischen Potentialleitern 70 und 72 erstrecken. Außerdem vermeidet das Heizgitter vorzugsweise Interferenzen mit dem FM-Antennenempfang, indem es Äquipotentialleitungen 74 und 76 mit einschließt. Nach der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kreuzt jeder Äquipotentialleiter jeden Quer-Leiter 68 in einem Punkt mit konstantem elektrischem Potential zwischen den positiven und negativen gemeinsamen Potentialleitern 70 und 72. Des weiteren fluchtet das Ende des Äquipotentialleiters 74 mit dem Speisepunkt 56, während der Äquipotentialleiter 76 der Mitte des Gitters 18 gegenüber symmetrisch zum Äquipotentialleiter 74 angeordnet ist.
• Die gemeinsamen Potentialleiter 70 und 72 sind jeweils über Leiter 78 und 80 des Kabels 22 am Modul 24 angeschlossen. Modul 24 ist auch vorzugsweise in einem verdeckten Bereich innerhalb des Fahrgastraumes eingebaut, und zwar über eine Massefahne 82 zur Befestigung an einem einen gemeinsamen Masseanschluß für den Schaltkreis bietenden Fahrzeugaufbaublech. Zudem umfaßt das Modul einen Ausgang der Antennen 16 und 18 durch das Kabel 27 zur Einleitung in den Empfänger 28. Außerdem ist das Modul 24 über das Stromkabel 25 an der Stromquelle 26 angeschlossen.
• Die Merkmale des Moduls 24 sind am besten aus Fig. 2 ersichtlich und umfassen einen Topfspulantransformator zur Trennung des Hochfrequenzsignals von der am Gitter zu Heizzwecken angelegten Gleichspannung. Sowohl das Kabel 20 als auch die Hochfrequenzsignalleitung 84 laufen durch einen Kombinationsfilter in das Kabel 27 ein, der die AM- und die FM-Signale zu einem Signal kombiniert, das vom Empfänger 28 angenommen wird.
• Betrachtet man nun Fig. 3, zeigt dort eine Punktkurve 86 die verbesserte Leistung der Scheibenantennenkonstruktion gemäß Fig. 1, bezogen auf die Leistung eines Dipols, im Vergleich mit einer Punktkurve 88, die mit einer Einfachantennenanordnung erzielt wurde, ebenfalls in bezug auf die Leistung eines Dipols. Die Referenzantenne kommt einer idealen Dipolantenne auf einem Drehgestell in einer freien Umgebung vorzugsweise sehr nahe, wenn sie Hochfrequenzsignale empfängt, die dem Empfänger in einem Kraftfahrzeug zugeführt werden, in dem die Referenzantenne eingebaut ist. Eine Standard-Testreferenz ist dabei nützlich für den Vergleich mit der Leistung neuer Antennenkonstruktionen. Die Punktkurve 86 stellt die verbesserte Leistung gegenüber der Punktkurve 88 der Referenzantenne am oberen und am unteren Ende der Bandbreite dar. Der sehr deutliche Unterschied in der Leistung am unteren Ende der Bandbreite zeigt eine erhebliche Steigerung am Ende des Hochfrequenzbandes gegenüber der Referenzantenne, ganz links auf dem Graphen der Fig. 3. Eine kleinere aber doch beständige Verbesserung am oberen Ende des Frequenzbereiches läßt sich im oberen rechten Teil der in Fig. 3 dargestellten Punktkurve erkennen.

Claims (8)

1. Antenne zum Empfang von FM-Funksignalen in einem Fahrzeug, folgendes aufweisend:

einen länglichen Stableiter (16), welcher allgemein quer über eine Fensterscheibe (12) ausgerichtet ist und einen Falz (58) an einem Ende aufweist, sowie einen Speisepunkt (56), an welchem ein Kabel die elektrische Verbindung mit besagtem Stableiter (16) zur Einleitung in einen Empfänger (28) herstellt,

und ein Heizgitter (18), welches mehrere querliegende Leiter (68) aufweist, die jeweils an beiden Enden mit ersten und zweiten gemeinsamen Potentialleitern (70, 72) verbunden sind,

wobei besagtes Gitter (18) einen Äquipotentialleiter (74, 76) aufweist, der zwischen den besagten ersten und zweiten Leitern (70, 72) liegt und an besagten querliegenden Leitern (68) angeschlossen ist, und

worin besagter Äquipotentialleiter (74) mit besagtem Speisepunkt (56) fluchtet.

2. Antenne nach Anspruch 1, worin besagter Äquipotentialleiter (74) der Mitte des besagten Gitters gegenüber versetzt ist.

3. Antenne nach Anspruch 2, weiter einen zweiten Äquipotentialleiter (76) zwischen den ersten und zweiten gemeinsamen Potentialleitern (70, 72) aufweisend, und zwar gegenüber der Mitte des besagten Gitters (18) in einer symmetrischen Anordnung in bezug auf besagten Äquipotentialleiter (74).

4. Antenne nach Anspruch 1, worin besagter länglicher Stableiter (16) aus zwei geradlinigen Leiterteilen (48, 50) und einem dazwischen liegenden erhöhten Teil (52, 54) besteht, der den besagten Speisepunkt (56) aufweist.

5. Antenne nach Anspruch 4, worin besagter erhöhter Teil (52, 54) Leiterabschnitte (52, 54) enthält, die im Winkel in bezug auf die besagten geradlinigen Abschnitte (48, 50) ausgerichtet sind.

6. Antenne nach Anspruch 1, worin besagter Stableiter (16) aus einem perforierten Streifen besteht.

7. Antenne nach Anspruch 6, worin besagter Leiter (16) von einem leiterförmigen Teil gebildet wird.

8. Antenne nach Anspruch 1, worin besagter Falz (58) einen Stableiterabschnitt (60) beinhaltet, der so ausgerichtet ist, daß er dem Rand einer unmittelbar benachbarten Fahrzeugaufbauplatte folgt.