DE69701906T2

DE69701906T2 - Planarnantenne für Fernsehen

Info

Publication number: DE69701906T2
Application number: DE69701906T
Authority: DE
Inventors: Robert M. Lynas; Paul E. Miller; Glen J. Seward
Original assignee: RA Miller Industries Inc
Current assignee: RA Miller Industries Inc
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1997-02-17
Publication date: 2000-12-07
Anticipated expiration: 2017-02-18
Also published as: CA2195791A1; EP0790669B1; US5625371A; EP0790669A1; JPH1028010A; DE69701906D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Planarantennenmodul mit einem ersten und einem zweiten Antennenanschluß, welches eine Mehrzahl von konzentrischen Schleifen aus leitendem Material aufweist, wobei jede Schleife erste und zweite einander gegenüberliegende Schleifenabschnitte enthält, jeder erste Schleifenabschnitt durch einen ersten Satz von zwei benachbarten Seiten der Schleife gebildet wird und jeder zweite Schleifenabschnitt dem jeweiligen ersten Schleifenabschnitt gegenüberliegend angeordnet ist und durch eine zweiten Satz von zwei benachbarten Seiten der Schleife gebildet wird, und die Mehrzahl von konzentrischen Schleifen gemeinsam eine Antennenstruktur für eine Mehrzahl von innerhalb eines vorbestimmten Frequenzspektrums liegenden Frequenzbändern bilden. Insbesondere betrifft die Erfindung ein ebenes plattenförmiges Fernsehantennenmodul.
Fernsehgeräte werden oft in Freizeitfahrzeugen, Cabriolets, Limousinen und dergleichen verwenden, und derartige Fahrzeuge sind typischerweise mit einer externen Fernsehantenne ausgerüstet. Externe Antennen sind notwendigerweise klein gehalten, und befinden sich vorzugsweise in einem stromlinienförmigen Gehäuse, um den Luftwiderstand zu vermindern. Dieses Verkleinern vermindert den Wirkungsgrad der Antenne beträchtlich. Das TV Spektrum überdeckt eine große Frequenzspanne bis herab auf 54 Megahertz (MHz) am unteren Frequenzende. Eine Antenne von der Länge eines Viertels der Wellenlänge (nachfolgend als Viertel- Wellenlänge-Antenne bezeichnet) wird für gewöhnlich für einen guten Empfang empfohlen. Jedoch beträgt bei 54 MHz ein Viertel der Wellenlänge ca. 43 Inch. Eine außerhalb des Fahrzeugs befindliche Antenne dieser Größe ist aufgrund des Luftwiderstandes unpraktisch.
Der Grund dafür, daß die Antenne außerhalb des Fahrzeugs anstatt innerhalb von diesem angeordnet wird, liegt darin, daß der aus Metall bestehende Fahrzeugaufbau einen korrekten Empfang von Hochfrequenzsignalen im Inneren des Fahrzeugs verhindert. In den vergangenen Jahren wurde jedoch Fiberglas für den Aufbau des Daches und anderen Abschnitten von vielen großen Schwerlastwagen, Wohnmobilen und anderen Fahrzeugen verwendet. Da Fiberglas einen fast nicht beeinträchtigten Durchgang von Hochfrequenzsignalen erlaubt, kann die Fernsehantenne nun innerhalb eines Fahrzeugs angeordnet werden.
TV Antennen des Standes der Technik sind typischerweise vom Dipol Typ, wobei wenig oder keine Strahlung an den Enden des Dipols auftritt. Dadurch entsteht eine Antenne von hoher Direktionalität. Es tritt jedoch bei derartigen Antennen in bewegten Fahrzeugen das Problem auf, daß der Pegel des Empfangssignals sich bei einer Richtungsänderung des Fahrzeugs ändert, was ein Fluktuieren der Signalqualität bewirkt.
US-Patent 5,402,134, veröffentlicht am 28. März 1995, offenbart ein ebenes plattenförmiges Antennenmodul, in welchem eine Mobiltelefon-Antennenschleife, eine AM/FM-Antennenschleife und eine CB Antennenschleife enthalten ist. Eine Schleifenantenne des in diesem Patent allgemein beschriebenen Typs benötigt keine metallische Grundebene, ist im wesentlichen eine omnidirektionale Antenne und funktioniert gut in einer Fiberglas-Umhüllung. Jedoch ist eine solche Antenne nicht für den TV Empfang geeignet, bedingt durch die Bandbreiten-Anforderungen einer TV Antenne.
Diese und andere Probleme des Standes der Technik werden in Übereinstimmung mit der Erfindung mittels einem planaren Antennenmodul gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das eine Ende von jedem ersten Schleifenabschnitt mit dem ersten Antennenanschluß verbunden ist und ein gegenüberliegendes Ende mit dem zweiten Antennenanschluß elektrisch verbunden ist, und das eine Ende von jedem zweiten Schleifenabschnitt elektrisch mit dem ersten Antennenanschluß verbunden ist und das gegenüberliegende Ende mit dem zweiten Antennenanschluß verbunden ist. Speziell wird die Antenne als omnidirektionale Fernsehantenne verwendet, die dazu ausgelegt ist, innerhalb oder benachbart einer nicht leitenden Struktur verwendet zu werden, wie etwa ein Führerhaus oder Dach aus Fiberglas. In Übereinstimmung mit der Erfindung weist die Antenne eine Mehrzahl konzentrischer Antennenschleifen auf. Jede Schleife ist dazu geeignet, Signale innerhalb eines gewählten Frequenzbereichs zu empfangen und die Abmessungen jeder Schleife sind für einen korrekten Empfang im gewählten Frequenzbereich gewählt. Die Antenne ist insbesondere als Fahrzeug TV- Antenne von Nutzen. Vorteilhaft kann die planare Antenne mühelos zwischen die Kopfleiste eines LKW Führerhauses oder dergleichen und ein nicht leitendes Dachpanel eingesetzt werden, und da sie omnidirektional ist, wird das Signal-Fade-Out, das bei Antennen des Standes der Technik bei Richtungsänderungen auftritt, beseitigt.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist eine TV Antenne eine Mehrzahl von konzentrischen Schleifen auf, wobei jede der Schleifen eine Umfangslänge aufweist, die der Wellenlänge von Signalen bei einer Mittenfrequenz eines Frequenzbandes in einem Multiband TV Frequenzspektrum äquivalent ist. In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung weist die Fernsehantenne fünf im wesentlichen quadratische Schleifen auf, wobei die Abmessungen der Seiten jeder Schleife auf den Mittenfrequenzen einer Gruppe von benachbarten Kanälen basieren.
In einer Ausführungsform der Erfindung haben die konzentrischen Schleifen rechteckige Form, vorzugsweise eine quadratische Form, und sind aus einem leitenden Material ausgebildet, das auf das Substrat aufgebracht ist. Jede der Schleifen rechteckiger Form weist einen ersten und einen zweiten Schleifenabschnitt auf, die einander gegenüberliegen, wobei jeder Schleifenabschnitt aus zwei benachbarten elektrisch miteinander verbundenen Seiten einer Schleife von rechteckiger Form ausgebildet ist. Das eine Ende jedes der zwei benachbarten Abschnitte ist mit einem Antennen-Leiterdraht elektrisch verbunden. Vorteilhaft bildet jede der konzentrischen Schleifen zwei separate Schleifenabschnitte, wobei jeder Schleifenabschnitt mit den zwei Leiterdrähten verbunden ist, welche die Antenne über ein Balun mit einem Fernsehempfänger verbinden. Jede Seite jeder der Schleifen besitzt eine elektrische Länge, welche auf der gewählten Frequenz einem Viertel der Wellenlänge der Signale äquivalent ist und jede konzentrische Schleife bildet zwei Antennen von halber Wellenlänge. Die zwei Halbwellenlängen-Antennenschleifenabschnitte können über Kondensatoren kapazitiv gekoppelt sein, welche zwischen benachbarten Enden der zwei Viertel-Wellenlängen-Abschnitte von jedem Halbschleifenglied angeordnet sind. Die Kondensatoren sind vorteilhaft aus Leiterstreifen ausgebildet und können nach Wunsch abgestimmt sein. Es wurde gefunden, daß die für jede Schleife oder jeden Halbschleifen-Abschnitt erforderliche Länge durch die Charakteristiken eines dielektrischen Daches oder dergleichen beeinflußt wird, in dessen Nachbarschaft die Antenne möglicherweise eingebaut ist. Vorteilhaft kann die elektrische Länge jeder Antennenschleife mühelos durch Anpassung der Kondensatoren abgestimmt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine einzelne interne Schleife für den VHF-Bereich von 54 bis 88 MHz verwendet, welcher die Kanäle 2 bis 6 abdeckt, eine einzelne Schleife wird für den 174 bis 116 MHz-Frequenzbereich der Kanäle 7 bis 13 verwendet, und drei Schleifen werden im 470 bis 884 MHz-Bereich verwendet, welcher die Kanäle 14 bis 82 abdeckt. In einer anderen Ausführungsform werden vier benachbart angeordnete Schleifen verwendet, um den 54 bis 88 MHz- Bereich der Kanäle 2 bis 6 abzudecken, drei benachbart angeordnete Schleifen werden verwendet, um den 174 bis 216 MHz-Bereich von Kanal 7 bis 13 abzudecken, und zwei Schleifen werden verwendet, um den 470 bis 890 MHz-Bereich der TV- Kanäle 14 bis 82 abzudecken. Es wurde gefunden, daß letztere Anordnung einen besseren Empfang in den Frequenzbereichen der Kanäle 2 bis 6 und 7 bis 13 liefert. Weiter wurde gefunden, daß die verminderte Anzahl von Schleifen im Hochfre quenzbereich von 470 bis 890 MHz den Empfang in diesem Frequenzbereich nicht wesentlich beeinflußt.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung erstrecken sich Viertel- Wellenlänge-Abschnitte von einer Schleife parallel zu den Viertel-Wellenlängen- Abschnitten benachbarter Schleifen, und benachbarte parallele Viertel- Wellenlängen-Abschnitte sind mit gegenüberliegenden Antennen-Leiterdrähten elektrisch verbunden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ebenen plattenförmigen Antenne, welche die Prinzipien der Erfindung beinhaltet;
Fig. 2 eine Draufsicht eines ersten Viertels der ebenen plattenförmigen Antenne von Fig. 1, welche Leiterstreifen zeigt;
Fig. 3 eine Draufsicht eines zweiten Viertels der ebenen plattenförmigen Antenne von Fig. 1, welche Leiterstreifen zeigt;
Fig. 4 eine Ansicht von unten des ersten Viertels der in Fig. 2 dargestellten flachen plattenförmigen Antenne, welche eine Draht-Implementierung von Verbindungsstücken zwischen Antennenstreifen zeigt;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Überkreuzung von Verbindungsstücke darstellenden Streifen; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt eine Mehrzahl von konzentrischen Antennenschleifen 101 bis 106 rechteckiger Form. Jede der vier Seiten der Schleifen 101 bis 106 besteht aus einem Leiter, welcher eine elektrische Länge aufweist, die bei einer gewählten Frequenz gleich einem Viertel der Wellenlänge ist. Jede rechteckige Schleife bildet zwei einander gegenüberliegende Halbschleifen, von denen jede zwei Leiterabschnitte aufweist, deren Länge bei der jeweiligen gewählten Frequenz für jede Schleife gleich einem Viertel der Wellenlänge ist. Die zwei Seiten jeder Halbschleife sind miteinander durch die Kondensatoren 110 bis 121 kapazitiv gekoppelt. Jeder Viertel-Wellenlängen-Leiterabschnitt jeder der Schleifen ist mit einem Antennenanschlußpaar 125, 126 verbunden, beispielsweise ist der Endpunkt 130 der Seite 101a der Schleife 101 über einen Leiter 160 mit dem Anschluß 126 verbunden, und der Endpunkt 133 der Seite iQib der Schleife 101 ist über einen Leiter 163 mit dem Antennenanschluß 125 verbunden. In ähnlicher Weise ist der Endpunkt 132 der Seite 101c der Schleife 101 mit dem Antennenanschluß 126 über den Leiter 162 verbunden, und der Endpunkt 131 der Seite 101d der Schleife 101 ist über den Leiter 161 mit dem Antennenanschluß 125 verbunden.
Wie in Fig. 1 dargestellt weist jede der Schleifen 101 bis 106 zwei im wesentlichen identische Halbschleifen auf gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie X-X' auf, und einander gegenüberliegende Seiten der zwei Halbschleifen, z. B. 101a und 101c sind mit dem gleichen Antennenanschluß, d. h. dem Anschluß 126, über die Leiter 160 bzw 162 verbunden. In gleicher Weise sind einander gegenüberliegende Seiten 101b und 101d über die Leiter 163 bzw. 161 mit demselben Antennenanschluß verbunden. In ähnlicher Weise sind einander gegenüberliegende Seiten jeder der anderen Schleifen 102 bis 106 mit demselben Antennenanschluß verbunden. Speziell sind einander gegenüberliegende Endpunkte 151, 134 mit dem Anschluß 125 verbunden, und einander gegenüberliegende Endpunkte 135, 150 der Schleife 102 sind mit dem Antennenanschluß 126 verbunden; gegenüberliegende Endpunkte 152, 136 der Schleife 103 sind mit dem Anschluß 126 verbunden, und gegenüberliegende Endpunkte 137, 153 der Schleife 103 sind mit dem Antennenanschluß 125 verbunden; gegenüberliegende Endpunkte 155, 138 und 139, 154 von Schleife 104 sind mit den Anschlüssen 125 bzw. 126 verbunden; gegenüberliegende Endpunkte 156, 140 und 141, 157 von Schleife 105 sind mit den Antennenanschlüssen 126 bzw. 125 verbunden; gegenüberliegende Endpunkte 159, 142 und 143, 158 von Schleife 106 sind mit den Antennenanschlüssen 125 bzw. 126 verbunden. Auf diese Weise werden Ströme von gegenüberliegenden Seiten von jeder der quadratischen Antennenschleifen 101, 106 zu demselben Antennenanschluß geleitet. Weiter sind die Endpunkte von benachbarten quadratischen Schleifen derart miteinander verbunden, daß Ströme von entsprechenden Seiten von benachbarten Schleifen jeweils unterschiedlichen der zwei Antennenanschlüsse 125, 126 zugeführt werden. Beispielsweise sind die Seite 101a von Schleife 101, die Seite 102c von Schleife 102 und die Seite 103a von Schleife 103 mit dem Anschluß 126 verbunden, und die Seite 101c von Schleife 101, die Seite 102a von Schleife 102, und 103c von Schleife 103 sind mit dem Anschluß 125 verbunden, um eine "balancierte" Antennenstruktur zu liefern. Die Anschlüsse 125, 126 können über einen an sich bekannten Balun mit einem TV Empfänger verbunden sein. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist Schleife 102 vorgesehen, um Signale im FM-Frequenzband zu empfangen. Ein FM Teiler kann dem Balun für eine Verbindung mit einem FM- Empfänger hinzugefügt sein.
Eine Antenne in Übereinstimmung mit der Erfindung ist vorzugsweise aus einem Leiterstreifen aufgebaut, der auf ein verlustarmes dielektrisches Substrat aufgebracht ist. Das Substrat ist vorzugsweise quadratisch und weist etwas größere Abmessungen als die größte Antennenschleife auf. Jede Schleife ist derart dimensioniert, daß jede Seite der Schleife eine elektrische Länge aufweist, die bei einer Mittenfrequenz eines gewählten Frequenzbandes im TV Spektrum gleich einem Viertel der Wellenlänge ist. Die größte Antennenschleife, die Schleife 101, weist in einer Ausführungsform eine Länge von 42,2 Inch auf. Dies entspricht bei einem Signal von 68,9 MHz einem Viertel der Wellenlänge. Diese Frequenz befindet sich auf der geometrischen Mitte eines Frequenzbandes, welches die Kanäle 2 bis 6 des sich von 54 MHz bis 88 MHz erstreckenden TV Spektrums umfaßt.
Die Abmessungen der Schleifen 103 bis 106 sind gewählt, um eine Antenne bereitzustellen, bei der die Länge einer der Seiten einem Viertel der Wellenlänge von einem eine gewählte Gruppe von Fernsehkanälen umfassenden Frequenzbereich entspricht. In der untenstehenden Tabelle A sind die physikalischen Abmessungen und die zugehörigen Frequenzcharakteristiken der Schleife sowie das Frequenzband und die zugehörigen Kanäle aufgeführt, für welche eine jeweilige Schleife ausgelegt ist. In Fig. 1 und in Tabelle A ist die Antennenschleife 102 enthalten, welche Seiten aufweist, deren Länge jeweils 30,33 Inch oder ein Viertel der Wellenlänge eines Signals von 97,5 MHz beträgt. Diese Antenne deckt das sich von 88 bis 108 MHz erstreckende Standard-FM-Frequenzband ab. Auch wenn diese Antenne nicht Teil der TV Antenne ist, ist sie günstigerweise Bestandteil der TV Antennenstruktur dieser Erfindung und kann ohne weiteres enthalten sein. Die FM- Antennencharakteristiken sind in Tabelle A aufgeführt. Tabelle A
Es sei angemerkt, daß die Längen der Seiten jeder Schleife ungefähre Werte sind und im wesentlichen ohne eine merkliche Beeinflussung der Leistung der Antenne variiert werden können. Es ist offensichtlich, daß bei den meisten in Tabelle A dargestellten Fällen die Kanäle, welche von den verschiedenen Schleifen abgedeckt werden sollen, für jede Schleife ungefähr innerhalb einer Bandbreite von 10 bis 15% liegen. Für Fachleute ist klar, daß nach Wunsch eine größere oder kleinere Anzahl von Antennenschleifen verwendet werden können, um einen stärkeren oder schwächeren Signalempfang zu erzielen. In ähnlicher Weise kann die Länge der Seiten und der zugehörigen Mittenfrequenzen nach Wunsch angepaßt werden.
Fig. 2 ist eine Draufsicht von einem Viertel eines dielektrischen Substrats 201, auf welchem eine Anzahl von Leiterstreifen aufgebracht sind, von denen jeder einem Teil der Antennenschleifen 101 bis 106 von Fig. 1 entspricht. Der Teil der in Fig. 2 gezeigten Antenne entspricht dem unteren linken Quadranten, der den Abschnitten der Linien A A' und B-B' von Fig. 1 entspricht. Die Antennenschleifen 101 bis 106 sind aus einem dünnen Streifen von Kupfer oder einem ähnlichen leitenden Material ausgebildet, das auf ein dielektrisches Substrat 201 aufgebracht wird, welches aus handelsüblichem Mylar oder einem ähnlichen Material aufgebaut sein kann. Das Substrat weist vorzugsweise ausreichende Flexibilität auf, um mühelos für eine Installation benachbart einer konturierten Dachfläche geeignet zu sein. Die Leiterstreifen können auf das Substrat mittels eines Standard- Aufbringverfahrens aufgebracht sein, wie es etwa bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen verwendet wird, oder es kann sich um einzelne auf dem Substrat befestigte Streifen handeln. Die Breite der Leiterstreifen kann beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 Inch liegen. Die Dicke der Streifen scheint keinen wesentlichen Effekt auf den Wirkungsgrad der Antenne zu haben, bedingt durch den bekannten Skin-Effekt. Bei Kupferleitern beträgt die Stromeindringtiefe für Signale im MHz-Frequenzbereich theoretisch weniger als 0,1 Millimeter. Gewöhnliche aufgebrachte Leiterstreifen weisen deutlich größere Dicke auf.
Die in Fig. 2 dargestellten Leiterstreifen 202 bis 213 sind durch in Fig. 1 dargestellte Leiter 162, 163 verbunden, welche auf der Unterseite des Substrats 201 angeordnet sein können, wie in Fig. 4 gezeigt. Eine Verbindung zwischen den Strei fen 202 bis 213 und den Leitern von Fig. 4 kann durch Durchgangslochverbindungen erfolgen, die mit den Bezugszeichen 132 bis 143 bezeichnet sind, wie ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist. Alternativ können die Verbindungsleiter 160 bis 163, wie dargestellt in Fig. 2, welche sich zwischen den konzentrischen Schleifen und zu den Antennen-Zuführanschlüssen 125, 126 hin erstrecken, auf der Oberseite des Substrats 201 aus Leiterstreifen ausgebildet sein, welche an den Überkreuzungspunkten in der in Fig. 5 dargestellten Weise voneinander getrennt sind. Die Relativposition der Streifen 202 bis 213 auf dem Substrat 201 ist durch die Abmessungen jeder der Schleifen 102 bis 106 festgelegt, wie in Tabelle A dargestellt, und kann so angepaßt werden, daß Schleifen von gewünschter Abmessung untergebracht werden. Erneut bezugnehmend auf Fig. 1 ist der obere rechte Quadrant, der von den Linien A-A' und B-B' begrenzt wird, ein Spiegelbild des in Fig. 2 dargestellten unteren linken Quadranten, und die Antennenstruktur im oberen rechten Quadranten ist in ähnlicher Weise wie der untere linke Quadrant aufgebaut, wie in Fig. 2 dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen Abschnitt des Substrats 201, welcher dem oberen linken Quadranten entspricht, der durch die Linien A-A' und B-B' von Fig. 1 begrenzt wird und die Kondensatoren 110, 112, 114, 116, 118 und 120 von Fig. 1 in einem Abschnitt jeder der Antennenschleifen 101 bis 106 zeigt. Jeder der Kondensatoren 110 bis 121 von Fig. 1 ist in der in Fig. 2 dargestellten Weise ausgebildet, wobei die Kondensatoren 110, 112, 114, 116, 118 und 120 als durch zwei parallele Leiterstreifen 180, 181 ausgebildet dargestellt sind. Die parallelen Leiterstreifen 180, 181 sind jeweils mit einem der Leiterstreifen (z. B. 202, 204 etc. und 230, 231 etc.) verbunden, welche eine Seite einer der quadratischen Schleifen 101 bis 106 bilden. Die Länge der parallelen Streifen 140 kann abgestimmt werden, um die elektrische Länge jeder Schleife anzupassen. Es wurde gefunden, daß die effektive Länge einer unter einem dielektrischen Dach oder dergleichen angeordneten Schleife im wesentlichen durch die Dicke des dielektrischen Daches sowie den Dielektrizitätskoeffizienten des Materials, aus dem das Dach besteht, beeinflußt wird. Um eine Anpassung der Antenne bei verschiedenen Fahrzeug-Einbauten zu ermöglichen, kann die Länge der Kondensatorstreifen 140, 142 jedes der Kondensatoren derart zugeschnitten werden, daß in einem gewählten Frequenzband die elektrische Länge jeder der einzelnen Schleifen der gewünschten Länge für einen korrekten Empfang entspricht.
Der untere rechte Quadrant der Antennenstruktur von Fig. 1, der durch die Linien A-A' und B-B' begrenzt wird, ist ein Spiegelbild des in Fig. 3 dargestellten oberen linken Quadranten, und die Antennenstruktur im unteren rechten Quadranten ist in gleicher Weise wie im oberen linken Quadranten aufgebaut, wie in Fig. 3 dargestellt. Fig. 4 ist eine Draufsicht der Unterseite des Substrats 201, welche die durchmetallisierten Durchgangsloch-Verbindungen zeigt, welche die Verbindungspunkte 130 bis 143 und 150 bis 159 bilden, wie in Fig. 1 dargestellt. Bei den Leitern 160, 161, 162 und 163 kann es sich um elektrische Drähte oder um auf das Substrat 201 mit einem Standard-Verfahren aufmetallisierte Leiter handeln. Die Leiterpaare 160, 161 und 162, 163 sind in den Fig. 1 und 4 als einander überkreuzende Leiterpaare dargestellt. Die Überkreuzungen tragen zur Verminderung von Fremdsignalen bei, welche von einer Fremd-Kreuzkopplung von Signalen zwischen den Leitern herrühren, und tragen zur Strom-Balance in gegenüberliegenden Halbabschnitten der Antennenstruktur bei, wie bereits zuvor mit Bezug auf Fig. 1 erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Leiter 160, 161, 162 und 163 vorzugsweise Leiterstreifen, die auf der gleichen Seite des Substrats 201 als Leiterstreifen aufgebracht sind, welche die rechteckigen Schleifen 101 bis 106 bilden. Wie in Fig. 1 dargestellt überkreuzen die Leiter 160 und 161 und die Leiter 162 und 163 einander zwischen benachbarten Antennenschleifen. Die Leiter sind voneinander durch ein dielektrisches Material in einer in Fig. 5 gezeigten Weise isoliert, in welcher eine perspektivische Ansicht einer derartigen Überkreuzung gezeigt ist. Wie in Fig. 5 dargestellt sind die Leiter 160, 161 an der Überkreuzungsstelle durch einen halbzylinderförmigen dielektrischen Abschnitt 199 gegen einander isoliert und im Abstand zueinander angeordnet. Der dielektrische Abschnitt 199 ist vorzugsweise so dimensioniert, daß er eine ausreichende Trennung zwischen den zwei Leitern liefert, um eine Kreuzkopplung von Signalen an den Überkreuzungsstellen zu minimieren. Die Trennung zwischen Leitern an den Überkreuzungsstellen ist vorzugsweise die gleiche wie die Trennung in parallelen Abschnitten der Leiter, z. B. der typische Abstand einer 300 Ohm Übertragungsleitung.
Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform eines ebenen plattenförmigen Antennenmoduls, in welchem eine Mehrzahl von Antennendrähten in Form von Leiterstreifen separat um eine Gruppierung von Fernsehkanälen gruppiert sind. Es wurde darauf hingewiesen, daß durch in engem Abstand angeordnete Antennendrähte in den niederfrequenten Fernsehkanälen ein besserer Empfang erzielt wird, und daß weniger Antennendrähte für die höherfrequenten Kanäle benötigt werden. In der Ausführungsform von Fig. 6 sind vier separate Antennenschleifen vorgesehen, um die Kanäle 2 bis 6 im 54 bis 88 MHz-Frequenzbereich abzudecken. Die vier Schleifen 601, 602, 603 und 604 sind um die geometrische Mittenfrequenz von 68,9 MHz für die Kanäle 2 bis 6 gruppiert und ausgebildet. Schleifen 605, 606 und 607 sind um die geometrische Mittenfrequenz von 193,9 MHz für den Niederband-UHF-Bereich der Kanäle 7 bis 13 gruppiert und ausgebildet. Schleifen 608 und 609 sind um die geometrische Mittenfrequenz von ungefähr 623 MHz für die Oberband-UHF-Frequenzen der Kanäle 14 bis 82 ausgelegt. Tabelle B
Jede der Schleifen 601 bis 609 besteht aus vier separaten Abschnitten von gleicher Länge und zwar a, b, c und d. Die physikalische Seitenlänge jeder Schleife ist in Tabelle B angegeben. Diese Längen wurden für einen verbesserten Empfang in den betreffenden Frequenzbereichen empirisch bestimmt. Tabelle B gibt die Gruppierung der verschiedenen Schleifen und TV Kanäle an, welche durch jede Gruppierung von Schleifen abgedeckt werden. Das eine Endes jedes der Abschnitte a, b, c und d ist mit einem der zwei Antennenanschlüsse 620, 621 verbunden und besitzt ein freies Ende. Jeder der Abschnitte a, b, c und d besitzt eine elektrische Länge, welche im Frequenzband, für welches die Schleife ausgelegt ist, einem Viertel der Wellenlänge äquivalent ist. Im Fall der Schleifen der ersten Gruppe, d. h. 601 bis 604, sind die a-Abschnitte elektrisch miteinander verbunden und sind mit den b- Abschnitten der Schleifen 605 bis 607 und anschließend mit den a-Abschnitten der Schleifen 608 und 609 und mit dem Antennenanschluß 620 elektrisch verbunden. Die b-Abschnitte der Schleifen 601 bis 604 sind untereinander verbunden und mit den a-Abschnitten der Schleifen 605 bis 607 und mit den b-Abschnitten der Schleifen 608, 609 und dem Antennenanschluß 621 verbunden. In ähnlicher Weise sind die c-Abschnitte der Schleifen 601 bis 604 untereinander verbunden und mit den d- Abschnitten der Schleifen 605 bis 607 und mit den c-Abschnitten der Schleifen 608 und 609 und dem Antennenanschluß 620 verbunden. Die d-Abschnitte von Schlei fe 601 bis 604 sind mit den c-Abschnitten von Schleife 605 bis 607 verbunden und mit den d-Abschnitten von Schleife 608, 609 und dem Antennenanschluß 621 verbunden. Die Antennenanschlüsse 620, 621 sind über ein Standard Antennenkabel verbunden und können mit einem TV Gerät über ein für gewöhnlich mit Fernseh- Antennen verwendetes Balun-Glied verbunden sein.
Jede Schleife 601 bis 609 weist zwei sich aufeinander gegenüberliegenden Seiten einer Mittellinie 625 erstreckende Halbschleifen auf. Jede sich auf einer Seite der Mittellinie befindliche Halbschleife besteht aus zwei Viertel-Wellenlängen- Abschnitten a, b, und jede auf der entgegengesetzten Seite der Mittellinie befindliche Halbschleife weist zwei Viertel-Wellenlängen-Abschnitte c, d auf. Die zwei Halbschleifen zusammen der zwei diametral gegenüberliegenden Abschnitte, z. B. a, c, und b, d sind mit demselben Antennenanschluß verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Verbindungen von den verschiedenen Schleifenabschnitten zu den Antennenanschlüssen auf derselben Seite des Substrats 600 vorgesehen, auf der sich die Antennenabschnitte beinden. Die Antenne von Fig. 6 besteht vorzugsweise aus Leiterschleifen, welche auf einem verlustarmen dielektrischen Substrat angeordnet sind, das im Inneren der Kopfleiste eines LKW- Führerhauses oder dergleichen eingebaut sein kann.

Claims

1. Planarantennenmodul mit einem ersten und einem zweiten Antennenanschluß (125, 126) und mehreren konzentrischen Schleifen (101, 102) aus leitendem Material, wobei jede Schleife erste und zweite einander gegenüberliegende Schleifenabschnitte (101A, B; 101C, D) enthält, jeder erste Schleifenabschnitt (101A, B) von einem ersten Paar aus zwei aneinander angrenzenden Seiten (101A, 101B) der Schleife gebildet wird und jeder zweite Schleifenabschnitt (101C, D) gegenüber dem jeweiligen ersten Schleifenabschnitt angeordnet ist und von einem zweiten Paar aus zwei aneinander angrenzenden Seiten (101C, D) der Schleife gebildet wird, und wobei die mehreren konzentrischen Schleifen zusammen eine Antennenanordnung für mehrere Frequenzbänder innerhalb eines vorbestimmten Frequenzspektrums bilden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder erste Schleifenabschnitt (10IA, B) an einem Ende (130) elektrisch mit dem ersten Antennenanschluß (125) und an einem gegenüberliegenden Ende (133) elektrisch mit dem zweiten Antennenanschluß (126) verbunden ist, und daß jeder zweite Schleifenabschnitt (101C, D) an einem Ende (132) elektrisch mit dem ersten Antennenanschluß (125) und an einem gegenüberliegenden Ende (131) elektrisch mit dem zweiten Antennenanschluß (126) verbunden ist.

2. Antennenmodul gemäß Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schleifenabschnitt einen ersten Leiterabschnitt (101A) und einen zweiten Leiterabschnitt (101B) und einen Kondensator (111) zwischen dem ersten Leiterabschnitt (101A) und dem zweiten Leiterabschnitt (101B) enthält, und der zweite Schleifenabschnitt einen dritten Leiterabschnitt (101C) und einen vierten Leiterabschnitt (101D) und einen Kondensator (110) zwischen dem dritten Leiterabschnitt (101C) und dem vierten Leiterabschnitt (101D) enthält.

3. Antennenmodul gemäß Anspruch 2, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterabschnitte (101A, 101B, 101C, 101D) aus leitendem Material von elektrisch leitenden auf einen dielektrischen Träger (201) aufgebrachten Streifen gebildet sind, und daß der Kondensator (110) von einem Paar nebeneinander angeordneten Streifen aus leitendem Material gebildet ist, die von dem dritten und dem vierten Leiterabschnitt (101C, 101D) ausgehen, und daß der Kondensator (111) von einem Paar nebeneinander angeordneten Streifen aus leitendem Material gebildet ist, die von dem ersten und dem zweiten Leiterabschnitt (101A, 101B) ausgehen.

4. Antennenmodul nach Anspruch 3, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der dielektrische Träger (201) eine Schicht nichtleitendes Material ist, auf das die elektrisch leitenden Streifen mittels eines Ablagerungsverfahrens aufgebracht sind.

5. Antennenmodul nach Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende (130) des ersten Schleifenabschnitts (101A, B) einer ersten konzentrischen Schleife (101) mit einem Ende (150) des zweiten Schleifenabschnitts (102C, D) einer benachbarten, angrenzend an die erste Schleife aufgebrachten konzentrischen Schleife (102) und mit dem ersten Antennenanschluß (125) verbunden ist, und daß das andere Ende (133) des ersten Schleifenabschnitts (101A, B) der ersten konzentrischen Schleife (101) mit dem dem einen Ende gegenüberliegenden anderen Ende (134) des zweiten Schleifenabschnitts (102C, D) der benachbarten konzentrischen Schleife und mit dem zweiten Antennenanschluß (126) verbunden ist.

6. Antennenmodul nach Anspruch 5, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne Leiterabschnitt (A, B, C, D) jeder Schleife (101 bis 106) eine elektrische Länge hat, die einer Viertelwellenlänge eines Signals bei einer ausgewählten Frequenz in einem der Frequenzbänder entspricht.

7. Antennenmodul nach Anspruch 6, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Frequenzbänder jeweils eine Mittenfrequenz und die Länge der Leiterabschnitte (A, B, C, D) benachbarter Antennenschleifen einer Viertelwellenlänge bei Mittenfrequenzen benachbarter Frequenzbänder entspricht.

8. Antennenmodul nach Anspruch 7, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß jede Antennenschleife (101 bis 106) eine Bandbreite von mindestens 20 Prozent der Mittenfrequenz eines vorbestimten Frequenzbandes über und unter dieser Mittenfrequenz hat.

9. Antennenmodul nach Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß jede Seite jeder Schleife eine einer Viertelwellenlänge der Mittenfrequenz eines vorbestimmten Frequenzbandes entsprechende elektrische Länge hat.

10. Antennenmodul nach Anspruch 9, außerdem dadurch gekennzeichnet daß, jedes der mehreren Frequenzbänder eine Mittenfrequenz hat und die Länge von Leiterabschnitten benachbarter Antennenschleifen einer Viertelwellenlänge bei Mittenfrequenzen benachbarter Frequenzbänder entspricht.

11. Antennenmodul nach Anspruch 10, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß jede Antennenschleife eine Bandbreite von mindestens 20 Prozent der Mittenfrequenz eines vorbestimmten Frequenzbandes über und unter dieser Mittenfrequenz hat.

12. Antennenmodul nach Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß jede Antennenschleife (101, 106) einen ersten, zweiten, dritten und vierten separaten Leiterabschnitt (A-D) mit im wesentlichen gleicher Länge hat, und daß jeder Leiterabschnitt (A- D) einer jeden Schleife (101, 106) eine einer Viertelwellenlänge der Mittenfrequenz eines vorbestimmten der mehreren Frequenzbänder entsprechende elektrische Länge hat.

13. Antennenmodul nach Anspruch 12, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß jede Antennenschleife (101-106) eine Bandbreite von mindestens 10 Prozent der Mittenfrequenz eines vorbestimmten Frequenzbandes über und unter dieser Mittenfrequenz hat.

14. Antennenmodul nach Anspruch 1, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifen (101, 102) aus auf einen dielektrischen Träger (201) aufgebrachten elektrisch leitenden Streifen (202-213) gebildet und miteinander sowie mit Antennenanschlüssen (125, 126) über beabstandete leitende Streifen (160-163) auf dem Träger verbunden sind, und daß die leitenden Streifen (160-163) Überkreuzungsabschnitte enthalten und an den Überkreuzungsabschnitten mittels dielektrischer Abstandshalter (199), die eine ihrem seitlichen Abstand entsprechende Trennung an den Überkreuzungsabschnitten erzeugen, beabstandet und elektrisch isoliert sind.

15. Antennenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Schleifen erste (600-604), zweite (605-607) und dritte (608, 609) beabstandete Schleifengruppen enthalten, daß die erste Schleifengruppe eine erste Anzahl nebeneinander angeordnete konzentrische Schleifen (600-604) zum Empfangen von Signalen in einem ersten Fernsehfrequenzbereich enthält, die physikalische Abmessungen in einem ersten Bereich haben, daß die zweite Schleifengruppe (605-607) eine zweite Anzahl, die kleiner ist als die erste Anzahl, nebeneinander angeordnete konzentrische Schleifen zum Empfangen von Signalen in einem zweiten Fernsehfrequenzbereich enthält, der höher ist als der erste Fernsehfrequenzbereich, daß die konzentrischen Schleifen (605-607) der zweiten Gruppe physikalische Abmessungen in einem zweiten Bereich haben, der kleiner ist als der erste Bereich, daß die dritte Schleifengruppe (608, 609) eine dritte Anzahl nebeneinander angeordnete konzentrische Schleifen zum Empfangen von Signalen in einem dritten Frequenzbereich enthält, der höher ist als der zweite Frequenzbereich, und daß die konzentrischen Schleifen (608, 609) der dritten Gruppe physikalische Abmessungen in einem dritten Bereich haben, der kleiner ist als der zweite Bereich.

16. Antennenmodul nach Anspruch 15, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite, dritte und vierte Leiterabschnitt (A, B, C, D) einer jeden konzentrischen Schleife (600-609) derart angeordnet sind, daß der erste Leiterabschnitt (a) einer bestimmten Schleife ein an ein Ende des zweiten Leiterabschnitts (b) der bestimmten Schleife angrenzend aufgebrachtes Ende und der dritte Leiterabschnitt (c) der bestimmten Schleife ein an ein Ende des vierten Leiterabschnitts (d) der bestimmten Schleife angrenzend aufgebrachtes Ende hat, und daß das eine Ende jedes ersten, zweiten, dritten und vierten Leiterabschnitts (A, B, C, D) jeder Schleife mit einem der Antennenanschlüsse (620, 621) verbunden ist.

17. Antenne nach Anspruch 15, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des ersten Leiterabschnitts (a) jeder Schleife der ersten Schleifengruppe (600-604) elektrisch mit dem einen Ende des ersten Leiterabschnitts einer angrenzenden Schleife der ersten Schleifengruppe und mit dem einen Ende eines zweiten Leiterabschnitts (b) einer Schleife der zweiten Schleifengruppe (605, 607) und mit dem einen Ende des ersten Leiteranschnitts (a) einer Schleife der dritten Schleifengruppe (608, 609) und mit dem ersten Antennenanschluß (620) verbunden ist, und daß das eine Ende jedes zweiten Leiterabschnitts (b) jeder Schleife der ersten Schleifengruppe (600, 604) elektrisch mit dem einen Ende des zweiten Leiterabschnitts (b) einer angrenzenden Schleife der ersten Schleifengruppe (600-604) und mit dem einen Ende eines ersten Leiterabschnitts (a) einer Schleife der zweiten Schleifengruppe (605-607) und mit dem einen Ende des zweiten Leiterabschnitts (b) einer Schleife der dritten Schleifengruppe (608, 609) und mit dem zweiten Antennenanschluß (621) verbunden ist.

18. Antenne nach Anspruch 17, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende jedes dritten Leiterabschnitts (c) jeder Schleife der ersten Anzahl von Schleifen (600-604) elektrisch mit dem einen Ende des dritten Leiterabschnitts (c) einer angrenzenden Schleife der ersten Anzahl von Schleifen (600-604) und mit dem einen Ende des vierten Leiterabschnitts (d) einer Schleife der zweiten Anzahl von Schleifen (605-607) und mit dem einen Ende des dritten Leiterabschnitts (c) einer Schleife der dritten Anzahl von Schleifen (608-609) und mit dem ersten Antennenanschluß (620) verbunden ist; und daß das eine Ende jedes vierten Leiterabschnitts (d) jeder Schleife der ersten Anzahl von Schleifen (600-604) elektrisch mit dem einen Ende des vierten Leiterabschnitts (d) einer angrenzende Schleife der ersten Anzahl von Schleifen (600-604) und mit dem einen Ende des dritten Leiterabschnitts einer Schleife der zweiten Anzahl von Schleifen und mit dem einen Ende des vierten Leiterabschnitts (d) einer Schleife der dritten Anzahl von Schleifen (608, 609) und mit dem zweiten Antennenanschluß (621) verbunden ist.

19. Antenne nach Anspruch 15, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiterabschnitt (A, B, C, D) der ersten Schleifengruppe (601-604) eine elektrische Länge hat, die einer Viertelwellenlänge von Signalen im UHF-Fernsehfrequenzbereich entspricht, und jeder Leiterabschnitt (A, B, C, D) der zweiten (605-607) und der dritten Anzahl von Schleifen (608-609) eine elektrische Länge hat, die einer Viertelwellenlänge von Signalen im VHF-Fernsehfrequenzbereich entspricht.

20. Antenne nach Anspruch 15, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anzahl von Schleifen (601-604) vier separate Schleifen enthält, und daß die separaten Leiterab schnitte der separaten Schleifen der ersten Anzahl von Schleifen jeweils eine Länge zwischen ungefähr 75 cm und ungefähr 65 cm haben.

21. Antenne nach Anspruch 20, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anzahl von Schleifen (605-607) drei separate Schleifen enthält, und daß die separaten Schleifenabschnitte (A, B, C, D) jeder separaten Schleife (605-607) der zweiten Anzahl von Schleifen jeweils eine Länge zwischen ungefähr 20 cm und ungefähr 45 cm haben.

22. Antenne nach Anspruch 21, außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Anzahl von Schleifen (608, 609) zwei separate Schleifen enthält, und daß die separaten Schleifernabschnitte (A, B, C, D) jeder separaten Schleife (608, 609) der dritten Anzahl von Schleifen jeweils eine Länge zwischen ungefähr 9 cm und ungefähr 16 cm haben.