EP0155647B1

EP0155647B1 - Antennenanordnung in der Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: EP0155647B1
Application number: EP85102985A
Authority: EP
Inventors: Heinz Lindenmeier; Gerhard Flachenecker; Jochen Hopf
Original assignee: Hans Kolbe and Co
Current assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Priority date: 1984-03-21
Filing date: 1985-03-15
Publication date: 1992-01-15
Anticipated expiration: 2005-03-15
Also published as: DE3585165D1; DE3410415A1; US4791426A; EP0155647A2; EP0155647A3

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei derartigen Antennen ist es erforderlich, sowohl den LMK-Empfang als auch den UKW-Empfang möglichst gut zu gestalten und die Einkopplung von hochfrequenten Störungen z.B. aus dem Bordnetz des Fahrzeugs zu verhindern.
In der EP-A-65263 ist eine Antennenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Es ist dort in Fig. 2 eine Antennenanordnung in der Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs mit einem darin befindlichen Heizfeld mit den Sammelschienen und Gleichstromzuführung gezeigt. In dem oberen vom Heizfeld nicht bedeckten Bereich der Heckscheibe ist ein rechteckiger, also flächenhaft ausgebildeter Antennenleiter angebracht, der u.a. auch für den Empfang der LMK-Signale bestimmt ist und als Hauptantenne bezeichnet wird. Dieser Antennenleiter ist mit dem Heizfeld galvanisch nicht verbunden.
Eine weitere Antennenanordnung solcher Art ist z.B. bekannt aus DE-PS 26 50 044. Bei dieser Antenne dient das Heizfeld als Antenne für den Empfang der LMK- und der UKW-Signale. Ein besonderes Problem stellt hierbei die Gleichstromzuführung für das Heizfeld dar. Insbesondere im LMK-Bereich, in dem das Heizfeld aufgrund der niedrigen Frequenz ein hochohmiges Antennenelement bildet, ist die Zuführung der großen, für die Heizung des Feldes notwendigen Gleichströme stets mit einer erheblichen Bedämpfung der Empfangssignale verbunden. Die Heizströme werden nach der dort angegebenen Erfindung über eine bifilar ausgeührte Drossel zugeführt, wobei diese Drossel dem Antennenelement bezüglich der hochfrequenten Signale parallel geschaltet ist. Insbesondere bei niedrigen Frequenzen ist es nicht möglich, den Blindwiderstand dieser Drossel breitbandig für den LMK-Bereich so groß zu gestalten, daß die Parallelschaltung dieses Elements zur Antenne das Empfangssignal nicht merklich beeinträchtigt. Im UKW-Bereich, in dem das Heizfeld ein wesentlich niederohmigeres Antennenelement bildet, kann die Verdrosselung der Gleichstromzuführung wesentlich einfacher und ohne großen technischen Aufwand durchgeführt werden.
Im Gegensatz zum LMK-Bereich ist der Empfang für UKW-Signale mit einer mach DE-PS 26 50 044 beschriebenen Antenne ausreichend.
Ein weiterer Nachteil dieser Antenne nach dem Stande der Technik ist die große Störeinkopplung in den Empfängereingang, insbesondere bei niedrigen Frequenzen. Diese hochfrequenten Störungen sind durch die elektrischen Aggregate im Fahrzeug verursacht, wie z.B. durch Zünd- und durch Einspritzimpulse. Da bei einer Antenne nach DE-PS 26 50 044 das Antennenelement sowohl mit dem Empfängereingang als auch, bei eingeschalteter Heckscheibenheizung, mit der hochfrequent gestörten Gleichspannungsversorgung verbunden ist, sind zur Vermeidung von Empfangsstörungen Siebmaßnahmen in der Gleichspannungsversorgung mit hoher Wirksamkeit vor allem für den niederfrequenten LMK-Bereich erforderlich. Der technische Aufwand für diese Siebung ist u.a. aufgrund der hohen Heizströme (bis zu ca. 30 A) erheblich.
Eine ähnliche Antenne ist aus DE-OS 23 60 672 bekannt. Diese besitzt ähnliche Nachteile.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einer Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gute Empfangseigenschaften sowohl im UKW-Bereich als auch im LMK-Bereich zu schaffen und dabei den Aufwand, der zur Siebung der niederfrequenten Störungen im Heizkreis erforderlich ist, so gering wie möglich zu halten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen von Ausführungsbeispielen dargestellt und näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch als Schaltbild das Grundprinzip einer Antenne nach der Erfindung mit der Auskopplung der UKW-Signale am Heizfeld;
Fig. 2 schematisch als Schaltbild eine aktive Antenne nach der Erfindung mit mittig im freien Bereich zwischen Heizfeld und Scheibenberandung angeordnetem LMK-Antennenleiter;
Fig. 3 als Draufsicht die Annäherung der flächenhaften Ausführung des LMK-Antennenleiters
- a) durch eine Gitterstruktur oder
- b) durch mehrere parallele Leiter;
Fig. 4 schematisch als Schaltbild das Grundprinzip einer Antenne nach der Erfindung mit der Auskopplung der UKW-Signale am LMK-Antennenleiter
- a) mit kapazitiver Ankopplung oder
- b) mit transformatorischer Ankopplung;
Fig. 5 schematisch als Schaltbild die Zuführung des Gleichstroms zum als UKW-Antennenleiter verwendeten Heizfeld über Blindwiderstandsschaltungen mit Gleichstromdurchgang
- a) zu der Sammelschiene, an der auch der UKW-Signalweg 13 über die Anschlußstelle 19 angeschlossen ist, oder
- b) auch an der anderen Sammelschiene;
Fig. 6 Erzeugung der für den UKW-Bereich hochohmigen Serienimpedanz in der Gleichstromzuführung
- a) durch Induktivitäten oder
- b) durch Parallelresonanzkreise, diese in
- c) mit zusätzlichem Kondensator;
Fig. 7 schematisch als Schaltbild die Einbeziehung der Blindwiderstandsschaltung zur Zuführung des Gleichstroms zum Heizfeld in die Transformationsschaltung im UKW-Signalweg 13;
Fig. 8 schematisch als Schaltbild die hochfrequente Abtrennung des Heizfeldes von der Gleichstromzuführung für den LMK-Frequenzbereich mittels einer bifilar aufgewickelten Spule 30;
Fig. 9 ein LMK-Ersatzschaltbild;
Fig. 10 als Diagramm die Abhängigkeit der Antennenkapazität Ca von der relativen Breite b/h der flächenhaften Antennenstruktur (Meßkurven) für verschiedene Höhen h des freien Feldes zwischen Heizstruktur und Scheibenberandung;
Fig. 11 als Diagramm die Abhängigkeit der effektiven Höhe heff der LMK-Antenne von der relativen Breite b/h (Meßkurven);
Fig. 12 als Diagramm die Signalspannung Ue am Eingang des LMK-Verstärkers in Abhängigkeit von der relativen Breite b/h bei für den LMK-Bereich geerdetem Heizfeld.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einem besseren LMK-Empfang und in einer Reduktion der Störungen, die über die Gleichstromspeisung in das Empfangssystem eingekoppelt werden. Durch die galvanische Trennung des LMK-Antennenleiters 3 vom Heizfeld 2 ist darüber hinaus eine hochfrequente Abtrennung des Heizfeldes von der Fahrzeugkarosserie in der Regel nicht erforderlich, wodurch der mit der Einführung einer bifilaren Drossel verbundene Aufwand vermieden werden kann.
Bei einer aktiven Antenne nach der Erfindung ist es erforderlich, für die Optimierung des LMK-Empfangs die verbleibende, vom Heizfeld nicht abgedeckte Fläche, welche in der Regel die Form eines Rechtecks mit einer langen und einer schmalen Seite besitzt, optimal zu nutzen derart, daß bei vorgegebener Eingangskapazität des LMK-Verstärkers die Signalspannung maximal wird. Dieser Optimierung liegt folgendes Dimensionierungsprinzip zugrunde:
Im LMK-Bereich läßt sich die Antenne als Quelle mit kapazitivem Innenwiderstand 1/Ca in Serie zu einer frequenzunabhängigen Quellenspannung E^*heff beschreiben. Bei Vernachlässigung der Kapazität der Verbindung zwischen dem Antennenleiter und dem LMK-Verstärkereingang ist diese Antennenkapazität mit der Gesamt-Eingangskapazität Cv des Antennenverstärkers am Eingang 5 belastet, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Bei vorgegebener innerer Rauschspannung Ur des Verstärkers ist die für ein Signal-Rauschverhältnis von 1 notwendige Mindestfeldstärke Eg folgendermaßen darzustellen:

$Eg = (1+Cv/Ca) * Ur/heff (1)$
Für andere Feldstärken E ist der sich ergebende Signal-Rauschabstand E/Eg und kann folgendermaßen dargestellt werden:

${E/Eg = E}^{*} heff/(Ur*(1+Cv/Ca)) = Ue/Ur (2)$
Ue bezeichnet dabei entsprechend Fig. 9 die Eingangsspannung des LMK-Verstärkers bei vorgegebener Signalfeldstärke E. Im Interesse einer möglichst großen Empfindlichkeit soll die Grenzfeldstärke Eg so gering bzw. die Steuerspannung Ue soll bei vorgegebener Feldstärke E so groß wie möglich sein. Dies wird durch eine möglichst große effektive Höhe heff und eine möglichst große Kapazität Ca bei möglichst geringer Eingangskapazität Cv bewirkt.
Im folgenden wird die Optimierung der Empfindlichkeit für den Fall eines LMK-frequent geerdeten Heizfeldes betrachtet. Das Heizfeld ist also ohne weitere Maßnahmen direkt mit den Gleichstromzuführungen verbunden. Die Berandungen der nicht vom Heizfeld bedeckten freien Fläche auf der Heckscheibe liegen somit sämtlich auf Massepotential.
Maximale effektive Höhe wird aus Symmetriegründen dann erreicht, wenn ein längsgestreckter Antennenleiter im halben Abstand zwischen Heizfeldrand und Scheibenrand, also mittig angebracht wird, wenn also die Abstände ak und ah nach Fig. 2 gleich groß und gleich a gewählt werden. Zweckmäßigerweise ist ebenfalls der Abstand as an der Schmalseite der Antennenstruktur gleich a zu wählen. Im Interesse einer möglichst großen Antennenkapazität ist der LMK-Antennenleiter 3 flächig auszuführen mit einer möglichst großen Breiten- und Längenabmessung. Diese Abhängigkeit der Antennenkapazität Ca von der relativen Breite der Antennenstruktur b/h zeigt Fig. 10 (Meßkurven), wobei der Parameter "h" nach Fig. 2 die Breite des von der Heizstruktur nicht bedeckten Feldes zur Scheibenberandung bezeichnet und die Breite b sich aus $b = (h-2a)$
ergibt. Es sind Meßkurven für drei typische Fälle, nämlich für h= 20cm, h= 12cm und h= 6cm dargestellt.
Im Gegensatz zum Anstieg der Antennenkapazität Ca nimmt die effektive Höhe der Antennenstruktur mit zunehmenden Werten von b/h ab (Fig. 11, Meßkurven). Die Normierungshöhe href in Fig. 11 ist willkürlich gewählt.
Für die Steuerspannung Ue am Eingang des LMK-Antennenverstärkers 6 ergeben sich mit Gleichung (2) Verläufe, wie sie in Fig. 12 dargestellt sind. Mit zunehmender Breite h des vom Heizfeld nicht bedeckten Feldes der Heckscheibe steigt die maximal erreichbare Steuerspannung an. Unabhängig von der absoluten Breite h ergibt sich jedoch jeweils für den gleichen Wert von b/h = (b/h)opt ein Maximum Uemax der Steuerspannung Ue. (b/h)opt hängt allerdings von der Eingangskapazität Cv des LMK-Antennenverstärkers 6 ab. Die angenähert parabelförmige Charakteristik der Verläufe Ue/Uref als Funktion von b/h kann durch folgende Gleichung mit guter Genauigkeit im Bereich $5pF<Cv<100pF$
und $0.05<b/h<0.95$
beschrieben werden:

$Ue/Uemax in dB≈- 17*[b/h - 0.3 - 0.1*ld(Cv/10pF)]² (3)$

ld:: Logarithmus zur Basis 2.

Uemax ist dabei der Maximalwert der jeweiligen Kurve. Um dieses Maximum zu erreichen, ist b/h folgendermaßen zu dimensionieren:

$(b/h)opt≈0.3 + 0.1*ld(Cv/10pF) (4)$

(4)
$Da b = h - 2a gilt$
, kann mit (4) auch der optimale Abstand zwischen der flächenhaften Antennenstruktur und der leitenden Berandung zu:

$aopt≈h/2 * [0.7 - 0.1*ld(Cv/10pF)] (5)$

(5)
angegeben werden.
Die Abmessungen des Heizfeldes und der Lage in der Heckscheibe von Fahrzeugen werden unter fahrzeugspezifischen Gesichtspunkten festgelegt. In der Regel bleibt nur ein schmaler freier Bereich, der für die Unterbringung der LMK-Antennenstruktur zur Verfügung steht, so daß es unbedingt erforderlich ist, jeden möglichen dB-Wert an Signal-Rauschabstandsverbesserung auch zu nutzen. Dies bedingt neben der Optimierung der Breite b bzw. des Abstands a nach der Erfindung auch die Verwendung eines LMK-Antennenverstärkers mit kleiner Gesamt-Eingangskapazität Cv und die Vermeidung zusätzlicher kapazitiver Belastungen. Die Verbindungsleitung zwischen der Anschlußstelle 4 auf der LMK-Antennenstruktur 3 und dem Eingang 5 des LMK-Antennenverstärkers 6 ist daher möglichst kurz auszuführen.
Wie Fig. 12 entnommen werden kann, wird mit zunehmender Breite h des für die Einbringung der LMK-Antennenstruktur 3 verfügbaren Streifens zwischen Heizfeld 2 und Scheibenberandung 1 bei jeweils optimaler Gestaltung nach der Erfindung die Signalspannung Ue größer und daher die Grenzfeldstärke Eg geringer, womit ein höherer Signal-Rauschabstand im aktuellen Empfangsfall einhergeht. Im Interesse einer hohen Grenzempfindlichkeit ist daher bei Fahrzeugheckscheiben, die sowohl oberhalb als auch unterhalb des horizontal orientierten Heizfeldes einen freien Streifen aufweisen, die freie Fläche mit der größeren Breite h bei ähnlichen Längenabmessungen für den Einbau der LMK-Antennenstruktur 3 vorzuziehen.
Die Realisierung des flächenhaften LMK-Antennenleiters 3 kann in der Praxis z.B. durch Aufdampfen einer dünnen, die Durchsicht kaum beeinträchtigenden Metallschicht erfolgen. Bei Heckscheiben, deren Heizfeld 2 aus dünnen Drähten zwischen den beiden Glasschichten einer Verbundglasscheibe besteht, wird man vorzugsweise ebenfalls die LMK-Antennenstruktur 3 zwischen die beiden Glasschichten einbetten und das flächenhafte Verhalten z.B. durch eine Gitterstruktur (Fig. 3a) oder durch eine Anordnung mehrerer paralleler Drähte (Fig. 3b) nachbilden, um so die maximal erreichbare Kapazität der Antenne anzunähern.
Die Mehrzahl beheizter Fahrzeugheckscheiben wird im Siebdruckverfahren mit anschließender galvanischer Verstärkung der Leiter auf Einscheibensicherheitsglas realisiert. Bei den hierbei erforderlichen Fertigungsschritten ist es nahezu ohne Mehraufwand möglich, die für eine aktive Antenne nach der Erfindung erforderliche LMK-Antennenstruktur 3 gleichzeitig mit dem Heizfeld 2 auf die Scheibe zu drucken. Im elektrischen Verhalten ist die aufgedruckte Struktur einer Drahtstruktur der gleichen Geometrie gleichwertig.
Die Horizontalabmessung üblicher PKW-Heckscheiben beträgt ca. 1/2 Wellenlänge für Frequenzen des UKW-Bereichs. Dementsprechend besteht bei einer LMK-Struktur nach Fig. 3a oder, falls die Leiter an der der Anschlußstelle 4 gegenüberliegenden Seite durch die Verbindung 29 (Blindwiderstandsschaltung) kurzgeschlossen sind, auch für Strukturen nach Fig. 3b die Gefahr, daß UKW-Resonanzströme in der LMK-Struktur aufgrund der damit einhergehenden Verluste einen negativen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der aktiven LMK-UKW-Antenne im UKW-Bereich hätten. Es ist daher zweckmäßig, die Struktur 3 wie in Fig. 3b auszuführen und die einzelnen Leiter an der der Anschlußstelle gegenüberliegenden Seite nicht miteinander leitend zu verbinden.
Im vergleich zu einer Antenne nach DE-PS 26 50 044 führt zie galvanische Trennung von LMK-Antennenstruktur 3 und Heizfeld 2 zu einer erheblich geringeren Störeinkopplung auf die Antenne, die bei einer Antenne nach der Erfindung nur über die kleine Kapazität zwischen Heizfeld 2 und Antennenstruktur 3 erfolgt. Entsprechend werden an die Siebwirkung von LMK-Frequenzen wirksame Siebschaltungen in den Gleichstromzuführungen zur Heizscheibe deutlich geringere Anforderungen gestellt als bei einer Antenne nach dem Stand der Technik. Dies geht mit dem Vorteil eines deutlich geringeren technischen Aufwandes einher.
Der Eingang des getrennten UKW-Signalwegs 13 ist bei einer Antenne nach der Erfindung entweder mit dem Anschlußpunkt 19 an einer der Sammelschienen 24 des Heizfeldes 2 verbunden (Fig. 1) oder das UKW-Signal wird ebenfalls am LMK-Antennenleiter abgegriffen (Fig. 4a,b). Der Masseanschluß 22 des Antennenverstärkers 23 ist dabei in der Nähe des Anschlußpunktes 19 bzw. 4 mit der leitenden Berandung 1 der Heckscheibe zu verbinden, wodurch definierte UKW-Eigenschaften und -Impedanzen erreicht werden.
Vorteilhaft bei einer Ankopplung des UKW-Signalweges 13 an das Heizfeld 2 ist die Tatsache, daß das Heizfeld aufgrund seiner großen Fläche "stark" an das UKW-Wellenfeld angekoppelt ist und außerdem eine breitbandige, vergleichsweise niederohmige Impedanz besitzt, die verlustarm transformiert werden kann. Diese Eigenschaften ermöglichen in der Regel die Realisierung sehr guter Empfangseigenschaften.
An der Sammelschiene 24 befindet sich neben der UKW-Anschlußstelle 19 auch die Gleichstromzuführung für die Scheibenheizung, die aufgrund ihrer niederohmigen UKW-Impedanz, die parallel zur Impedanz des Heizfeldes liegt, eine erhebliche Bedämpfung des Heizfeldes darstellt. Hiermit geht ein spürbarer Verlust an Signal-Rauschabstand einher. Im Interesse guter Empfangseigenschaften ist es daher von Vorteil, bei einer derartigen Ausgestaltung einer Antenne nach der Erfindung in die Gleichstromzuführung 26 zu der Sammelschiene 24 eine Schaltung 28 aus Blindwiderständen einzufügen, die für die Frequenzen des UKW-Bereichs im Vergleich zur Impedanz der Heizstruktur 2 hochohmig ist (Fig.5a).
Eine derartige hochohmige UKW-Impedanz kann z.B. durch eine Serieninduktivität (Fig. 6a) realisiert werden. Allerdings ist aufgrund der erforderlichen Induktivität eine erhebliche Anzahl von Windungen für diese Spule erforderlich, wobei außerdem wegen der hohen Heizleistung für Fahrzeugheckscheiben von in der Regel 150 - 200 Watt und in Sonderfällen bis zu 350 Watt ein großer Drahtquerschnitt verwendet werden muß, um untragbare Verluste an Heizleistung zu vermeiden. Dies führt zu häufig nicht akzeptablen Abmessungen dieser Spule.
Vorteilhaft kann die erforderliche hochohmige UKW-Impedanz dadurch realisiert werden, daß der Blindwiderstandsschaltung 28 Resonanzcharakter gegeben wird, indem eine vom Induktivitätswert deutlich kleinere und damit auch geometrisch kleinere Spule 16 durch einen parallel geschalteten Kondensator 17 zu einem Parallelresonanzkreis ergänzt wird (Fig. 6b). Zweckmäßigerweise wählt man als Resonanzfrequenz eine Frequenz des UKW-Bandes, vorzugsweise in Bandmitte, wodurch die bestmögliche Entkopplung der Antennen-Heizstruktur 2 von der Gleichstromzuführung bei vorgegebener Induktivität erreicht wird bzw. der erforderliche Resonanzblindwiderstand so klein wie eben möglich gemacht werden kann, um einerseits keine nennenswerte Bedämpfung der UKW-Signale zu erhalten und um andererseits auch möglichst geringe Verluste an Heizleistung in Kauf nehmen zu müssen.
Um Empfangsstörungen im UKW-Band durch dem Heiz-Gleichstrom überlagerte hochfrequente Störsignale zu verhindern, sind eventuell noch Siebmaßnahmen für UKW-Frequenzen in der Gleichstromzuführung erforderlich. Im einfachsten Fall ist hierzu eine Ergänzung der Blindwiderstandsschaltung 28 um einen Kondensator 18 erforderlich, der von dem der Sammelschiene 24 abgewandten Anschluß der Serieninduktivität (Fig. 6a) oder des Serien-Parallelkreises (Fig. 6b) nach Masse zu schalten ist und der die Störsignale des UKW-Bandes kurzschließt (Fig. 6c).
Häufig sind die Empfangsergebnisse im UKW-Band noch nicht ausreichend, wenn nur in die Gleichstromzuführung zur Sammelschiene 24 eine derartige Blindwiderstandsschaltung 28 eingebaut ist und die andere Sammelschiene wechselstrommäßig niederohmig auf Massepotential liegt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird daher auch der anderen Sammelschiene 25 des Heizfeldes 2 der Heizgleichstrom über eine Blindwiderstandsschaltung 29 (Fig. 5a) zugeführt (Gleichstromzuführung 27), was in der Regel zu einer Verbesserung des mittleren Signal-Rauschabstands führt.
Von Vorteil ist es, diese Blindwiderstandsschaltung 29 gleichartig aufzubauen wie die entsprechende Schaltung 28. Aufgrund einer vergleichsweise hochohmigen UKW-Impedanz, die dann in beide Gleichstromzuführungen (26, 27) eingeschaltet ist, ist das gesamte Heizfeld 2 somit wechselstrommäßig von der Gleichstromzuführung abgetrennt.
In vielen Fällen ist es im Interesse eines guten UKW-Signal-Rauschabstandes auch von Vorteil, die Sammelschiene 25 nicht entweder niederohmig auf Massepotential zu legen oder UKW-frequent zu isolieren sondern mit einem Blindwiderstand nach Masse zu schalten, derart, daß bei einer UKW-Impedanz der Heizscheibe mit kapazitiver Komponente dieser Blindwiderstand induktiv und bei einer induktiven Komponente der UKW-Impedanz der Heizscheibe dieser Blindwiderstand kapazitives Verhalten für UKW-Frequenzen aufweist derart, daß die Schaltung in der Umgebung des UKW-Frequenzbereichs Resonanzcharakter aufweist.
Der technische Aufwand, der mit der Notwendigkeit verbunden ist, in eine oder in beide Gleichstromzuführungen für das Heizfeld Blindwiderstandsschaltungen einzubauen, kann vermieden werden, wenn der Eingang des UKW-Signalwegs 13 nicht mit einer der Sammelschienen 24, 25 des Heizfeldes verbunden ist, sondern an den LMK-Antennenleiter 3 angekoppelt ist, der ebenfalls vom UKW-Feld angeregt wird. Diese Ankopplung kann z.B. kapazitiv erfolgen (Fig. 4a), wobei die dem LMK-Verstärker 6 parallelgeschaltete Kapazität Ck=20 unvermeidbar zur Vergrößerung der Gesamteingangskapazität Cv beiträgt. Sie ist demnach möglichst klein zu wählen, so daß der LMK-Empfang nicht merklich beeinträchtigt ist.
Diese zusätzliche kapazitive Belastung des LMK-Verstärkers 6 kann vorteilhaft durch eine transformatorische Ankopplung 21 an den UKW-Antennenleiter vermieden werden (Fig. 4b). Gesichtspunkte für die Ausführung eines derartigen Transformators 21 sind z.B. in DE-OS 23 10 616 dargestellt.
Die Verwendung der flächig ausgeführten Antennenleiterstruktur 3 auch für den UKW-Empfang führt ebenfalls zu guten Empfangsergebnissen, wenn horizontal polarisiert abgestrahlte UKW-Signale empfangen werden sollen. Für Anwendungsfälle, in denen die Antenne senderseitig zirkular oder vertikal abgestrahlte UKW-Signale empfangen soll (USA), liefert eine Antenne nach der Erfindung mit der Ankopplung der UKW-Signalwegs 13 an die Heizstruktur 2 deutlich bessere Empfangsergebnisse als bei einer Ankopplung an die auch für die LMK-Frequenzen verwendete Struktur, deren Querabmessungen in der Regel deutlich kleiner sind als die der Heizstruktur. Es zeigt sich grundsätzlich, daß zum Empfang vertikaler Feldkomponenten im UKW-Bereich Antennenstrukturen vorteilhaft sind, die ausgeprägte Abmessungen in vertikaler Richtung aufweisen.
Der UKW-Signalweg 13, kann bei einer Antenne nach der Erfindung entweder ausschließlich verlustarme passive Bauelemente oder auch zusätzlich eine Verstärkerschaltung enthalten.
Von Vorteil ist es, den UKW-Signalweg 13 im Antennenverstärker 23 als aktive Antenne auszuführen, da dann im Vergleich mit einer ausschließlich passiven Ausführung von 13 ein deutlich besserer Signal-Rauschabstand im Gesamtsystem erzielt wird. Hierzu ist es erforderlich, die Verstärkerstufe mittels einer möglichst verlustarmen Transformationsschaltung an die Quellimpedanz der UKW-Antennenstruktur bezüglich einer Optimierung des Signal-Rauschverhältnisses anzupassen und den Verstärker in unmittelbarer Nähe der Antennenschlußstelle am Antennenleiter anzuordnen. Diese Möglichkeit, den mittleren Rauschabstand anzuheben, ist immer dann von Vorteil, wenn die Leistungsfähigkeit der passiven Antennenstruktur im Vergleich mit einer Referenzantenne, z.B. der Standardstabantenne, nicht ausreicht. Eine weitere verlustarme Transformationsschaltung am Ausgang des aktiven Elements im UKW-Signalweg 13 ermöglicht für das UKW-Band Leistungsanpassung an den Wellenwiderstand des Verbindungskabels zum Empfänger.
Bei ausreichender Leistungsfähigkeit der passiven UKW-Struktur ist es im Interesse einer wirtschaftlichen Lösung vorteilhaft, wenn der Signalweg 13 ausschließlich verlustarme passive Transformationselemente zur Impedanzanpassung der UKW-Antennenstruktur an den Kabelwellenwiderstand enthält.
Bei einer Antenne nach der Erfindung kann im Fall einer für den LMK- und UKW-Frequenzbereich gemeinsam genutzten flächenhaften Antennenstruktur 3 die Anschlußstelle 4 an einem beliebigen Punkt auf der Struktur angebracht sein, z.B. auf der vertikalen Symmetrielinie 30 möglichst nahe an der leitenden Scheibenberandung. Vorteilhafter ist es jedoch in der Regel, wenn die Anschlußstelle 4 an der rechten oder linken Schmalseite der flächenhaften Struktur 3 angebracht ist, da hierdurch ein kürzeres Verbindungskabel zum Empfänger verwendet werden kann und außerdem in der Nähe der Schmalseiten der Struktur 3 meistens gute Möglichkeiten zur Unterbringung des Antennenverstärkers 23 im Holm des Fahrzeuges vorhanden sind (Fig. 2).
Wird für den UKW-Empfang die Heizstruktur 2 verwendet, ist es von Vorteil, die Anschlußpunkte 4 und 19 an benachbarten Punkten der flächenhaften Antennenstruktur 3 und der Heizstruktur 2 jeweils in der Nähe der Scheibenberandung 1, also an der rechten oder linken Schmalseite der Heckscheibe anzuordnen (Fig. 1). Hierdurch sind jeweils kurze Verbindungen zwischen 4 und 6 bzw. 19 und 13 möglich. Der LMK-Antennenverstärker 6, der UKW-Signalweg 13 und die Frequenzweiche 11 können in einem einzigen Gehäuse des Antennenverstärkers 23 untergebracht werden, und der gemeinsame Massepunkt 22 des Antennenverstärkers 23 kann ebenfalls in der Nähe der Anschlußpunkte 4 und 19 an der leitenden Scheibenberandung angebracht werden.
In manchen Fällen ist der Abstand zwischen dem Heizfeld 2 und der Scheibenberandung 1 zu gering, um eine hinreichend kleine Mindestfeldstärke zu bewirken (Fig. 12). So führt eine Verringerung der Breite h des freien Streifens von 20 cm auf 6 cm bei jeweils optimaler Dimensionierung nach der Erfindung zu einem um ca. 10.5 dB schlechteren Signal-Rauschabstand im LMK-Bereich. In solchen Fällen ist eine Verbesserung der Grenzempfindlichkeit zu erreichen, wenn das Heizfeld 2 hochfrequent auch im LMK-Bereich von der Gleichstromzuführung 26, 27 isoliert wird derart, wie es zum Beispiel mit Hilfe einer bifilar ausgeführten Drossel 30 nach Fig. 8 erfolgen kann. In diesem Fall führt das Heizfeld 2 gegenüber der sie umgebenden Karosserie eine LMK-frequente Signalspannung. Das Ersatzschaltbild der Antenne mit Verstärker in Fig. 9 bleibt dabei unverändert. Die minimale Grenzfeldstärke Eg wird nun nicht für gleiche Abstände ak und ah (Fig. 2) erreicht. Durch den Empfangsbeitrag des Heizfeldes 2 und seine kapazitive Kopplung zum LMK-Antennenleiter 3 ist für die Minimierung der Mindestfeldstärke Eg bzw. für die Maximierung der Spannung Ue ein deutlich kleinerer Abstand ah zum Heizfeld 2 als zum leitenden Scheibenrand 1 (ak) optimal.

Claims

Antennenanordnung für den LMK- und UKW-Rundfunkempfang in der Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs mit einem darin befindlichen, an den Seiten mit je einer Sammelschiene versehenen Heizfeld, einer Gleichstromzuführung und einem mit dem Heizfeld galvanisch nicht verbundenen, rechteckig-flächenhaft ausgebildeten Antennenleiter für den Empfang der LMK-Signale, der im vom Heizfeld nicht bedeckten Bereich der Heckscheibe angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (4) des Antennenleiters (3) mit der Eingangsklemme (5) eines rauscharmen linearen in einem Antennenverstärker (23) enthaltenen LMK-Verstärkers (6) mit kapazitiv hochohmigem Eingangswiderstand über eine so kurze Zuleitung verbunden ist und die Masseverbindung (22) des Antennenverstärkers (23) ebenfalls über eine so kurze Leitung mit der leitenden Berandung der Heckscheibe verbunden ist, daß eine aktive LMK-Antenne mit integriertem Verstärker gebildet ist, daß ferner die Abstände dieses Antennenleiters (3) mit den Querabmessungen (b) von der Berandung der Scheibe und von dem Heizfeld so bemessen sind, daß das Verstärkereingangssignal maximal ist, und daß das Ausgangssignal des LMK-Verstärkers (6) dem ersten Eingang (10) einer Frequenzweiche (11) im Antennenverstärker (23) zugeführt ist und die Antennenanschlußstelle (12) durch den Ausgang dieser Frequenzweiche gebildet ist, daß im Antennenverstärker (23) ein getrennter Signalweg (13) für UKW-Signale vorhanden ist, wobei dieser Signalweg eingangsseitig
a) entweder mit dem Anschlußpunkt (19) auf einer Sammelschiene (24) des Heizfeldes (2) verbunden ist und in der Gleichstromzuführung dieser Sammelschiene (24) oder in die Gleichstromzuführungen beider Sammelschienen (24,25) eine Blindwiderstandsschaltung (28) bzw. je eine Blindwiderstandsschaltung (28,29) mit Gleichstromdurchgang eingeschaltet ist, oder

b) der UKW-Signalweg (13) eingangsseitig an den LMK-Antennenleiter angekoppelt ist,
und daß das Ausgangssignal des UKW-Signalwegs (13) dem zweiten Anschluß (14) der Frequenzweiche (11) zugeführt ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei horizontal ausgebildeten Heizleitern (2) der flächenhaft ausgebildete Antennenleiter (3) mit den Querabmessungen b in dem trapezförmigen freien Raum mit der Höhe h oberhalb oder unterhalb des Heizfeldes (2) mittig zu der senkrechten Symmetrielinie der Heckscheibe (1) angebracht ist und die drei Abstände ak zwischen der Berandung des flächenhaft ausgebildeten Antennenleiters (3) und dem Scheibenrand, ah zwischen der genannten Berandung und dem Heizfeld (2) und es zwischen der genannten Berandung und dem seitlichen Scheibenrand jeweils gleich groß und bei vorgegebener Eingangskapazität Cv des Antennenverstärkers (23) im Bereich $5 pF ≦ Cv ≦ 100 pF$

und wenn die Blindwiderstandsschaltung bzw. -schaltungen (28 bzw. 29) für Frequenzen des LMK-Bereichs keine wechselstrommäßige Trennung von der Karosserie bewirkt bzw. bewirken, (Fig. 2) nahezu gemäß folgender Gleichung dimensioniert sind:

$ak = ah = as = a≈h/2* [0.7 - 0.1 * ld (Cv/10pF)]$
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromzuführung (26,27) über eine bifilar ausgeführte, für Signale des LMK-Frequenzbereichs hochohmige Drossel (30) erfolgt und der Abstand ah zwischen Heizfeld (2) und dem Rand der flächig gestalteten LMK-Antennenstruktur (3) merklich kleiner als der Abstand ak zwischen der metallischen Berandung (1) der Heizscheibe und der LMK-Antennenstruktur (3) gewählt sind und dadurch das LMK-Verstärkersignal maximiert wird (Fig. 8).
Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei freien Flächen oberhalb und unterhalb der Heizstruktur (2) der LMK-Antennenleiter (3) in dem Feld angebracht ist, in dem die zur Verfügung stehende Höhe h größer ist.
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der flächenhaft ausgebildete Antennenleiter (3) durch eine Drahtstruktur mit Gittercharakter ausgeführt ist (Fig. 3a).
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der flächenhaft ausgebildete Antennenleiter (3) durch eine Drahtstruktur mit mehreren zueinander parallelen Leitern ausgeführt ist, die Anschlußstelle (4) an einer Schmalseite dieser Struktur liegt und die Leiter auf der der Anschlußstelle (4) gegenüberliegenden Seite nicht elektrisch leitend miteinander verbunden sind (Fig. 3b).
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtstruktur durch auf die Scheibe aufgedruckte Leiter gebildet ist.
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle a des Anspruchs 1 der Eingang des Signalwegs (13) für UKW-Signale an die Anschlußstelle (19) an der Sammelschiene (24) des Heizfeldes (2) über eine möglichst kurze Verbindung angeschlossen ist (Fig. 1) und daß der Heizgleichstrom dieser Sammelschiene über eine Blindwiderstandsschaltung (28) mit hochohmiger Impedanz im UKW-Bereich zugeführt ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Impedanz in der Blindwiderstandsschaltung (28) durch eine Serieninduktivität erzeugt ist (Fig. 6a).
Antennenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hochohmige Impedanz in der Blindwiderstandsschaltung (28) für den UKW-Bereich dadurch gebildet ist, daß in Serie zur Gleichstromführung (26) zur Sammelschiene (24) ein Parallelresonanzkreis geschaltet ist, der aus einer Induktivität (16) und einer parallelgeschalteten Kapazität (17) besteht und dessen Resonanzfrequenz im UKW-Band liegt und dessen Resonanzblindwiderstand hinreichend groß ist, so daß die Bedämpfung des Empfangssignals für alle UKW-Frequenzen nicht nennenswert ist (Fig. 6b).
Antennenanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Siebkondensator (18) verwendet wird, der zwischen dem der Sammelschiene (24) abgewandten Anschluß des Parallelresonanzkreises aus (16) und (17) und Masse geschaltet ist und dessen Wert so gewählt ist, daß er im UKW-Bereich wechselstrommäßig niederohmig ist (Fig. 6b).
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromzuführung (27) zur anderen Sammelschiene (25) für UKW direkt nach Masse geschaltet ist.
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auch der anderen Sammelschiene der Heizgleichstrom über eine Blindwiderstandsschaltung (29) mit hochohmiger Impedanz im UKW-Bereich zugeführt ist und die Heizstruktur dadurch von der Gleichstromzuführung hochfrequent isoliert ist (Fig. 5a).
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß auch der anderen Sammelschiene (25) der Heizgleichstrom über eine Blindwiderstandsschaltung (29) zugeführt ist und bei einer kapazitiven Komponente der UKW-Impedanz der Heizstruktur (2) diese Blindwiderstandsschaltung induktives Verhalten und bei einer induktiven Komponente der UKW-Impedanz der Heizstruktur (2) diese Blindwiderstandsschaltung kapazitives Verhalten im UKW-Bereich aufweist, derart, daß im UKW-Bereich die Gesamtschaltung Resonanzcharakter besitzt.
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle b des Anspruchs 1 der Eingangs des Signalwegs (13) für UKW-Signale kapazitiv an den flächenhaft ausgebildeten Antennenleiter (3) angeschlossen ist und dabei die Ankoppelkapazität (20) so klein gewählt ist, daß der LMK-Empfang durch die Vergrößerung der Gesamt-Eingangskapazität Cv durch die kapazitive Belastung nicht beeinträchtigt ist (Fig. 4a).
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle b des Anspruchs 1 der Eingang des Signalwegs für UKW-Signale mit Hilfe eines Transformators (21) an den flächenhaft ausgebildeten Antennenleiter (3) angeschlossen ist (Fig. 4b).
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalweg (13) für UKW-Signale ausschließlich verlustarme passive Transformationsschaltungen enthält, die derart gestaltet sind, daß auf an sich bekannte Weise am Ausgang der Frequenzweiche Impedanzanpassung an die Antennenleitung im UKW-Bereich besteht.
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalweg (13) für UKW-Signale eine Verstärkerschaltung und vor deren Eingang eine verlustarme passive Transformationsschaltung enthält, die Rauschanpassung für den UKW-Bereich bewirkt und am Ausgang des Verstärkers eine weitere verlustarme Anpassungsschaltung vorhanden ist, so daß am Ausgang der Frequenzweiche (11) Impedanzanpassung an die Antennenanschlußleitung besteht.
Antennenanordnung nach den Ansprüchen 8 und 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle a des Anspruchs 1 sich die Anschlüsse für LMK-Signale (4) und für UKW-Signale (19) dicht beieinander an der Seitenberandung der Heckscheibe befinden.
Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle a des Anspruchs 1 mit nur einer Blindwiderstandsschaltung (28) diese Bestandteil der Eingangstransformationsschaltung im UKW-Signalweg (13) ist (Fig. 7).