EP0679318B1 - Funkantennen-anordnung für den dezimeterwellenbereich auf einem kraftfahrzeug - Google Patents
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- EP0679318B1 EP0679318B1 EP95900076A EP95900076A EP0679318B1 EP 0679318 B1 EP0679318 B1 EP 0679318B1 EP 95900076 A EP95900076 A EP 95900076A EP 95900076 A EP95900076 A EP 95900076A EP 0679318 B1 EP0679318 B1 EP 0679318B1
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- H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
- H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
Definitions
- the invention relates to a radio antenna arrangement for vehicles for radio connections with terrestrial radio stations in the frequency range of the decimeter wave range after The preamble of claim 1 and claim 10.
- a radio antenna arrangement can be used advantageously e.g. for the radio systems of mobile communication (Car phone in the D or E network or for trunked radio systems).
- the invention is first to briefly explain this radio antenna arrangement according to this document with the problems on which it is based.
- Such antennas are known from everyday radio practice and are usually rod-shaped antennas with the character of an electrical monopole or dipole and are either on the vehicle roof, on one of the fenders or, if no mounting hole is to be made in the vehicle body, in the upper area the vehicle rear window applied, the antenna element is then attached to the outside of the glass pane and is often fed capacitively through the glass pane.
- Such an antenna is known from the document USA-A-4 764 773 .
- the characteristic of the horizontal diagrams sought for motor vehicle radio antennas with the most uniform possible radiation in all azimuthal spatial directions is in the Practice therefore only with electrically short antenna elements according to the prior art approximately achieved by rotationally symmetrical elements in the middle of the vehicle roof.
- the vehicle roof forms an essentially flat partial surface of the body with horizontal alignment with central attachment of the antenna element, an environment, where due to their size, the rotational symmetry of the radiation largely can train undisturbed.
- a reduction in the coupling to the vehicle body can be achieved through special Antenna elements can be reached, the center of radiation of which is significantly distant from the Body is lying, which usually leads to very large body heights.
- This technique aims depends on generating small currents on the body surface to make the rotationally asymmetrical To keep the radiation proportion as small as possible.
- Very good levels of decoupling Of the body are often achieved in that antennas of length ⁇ / 2 over a Feed line at a distance of several decimeters (often more than 50 cm) above the vehicle body be attached, resulting in a disadvantageously large overall height of the entire antenna arrangement results.
- Such antennas therefore necessarily have a length that is significantly greater than ⁇ / 4, namely ⁇ / 2 or longer, which in addition to the often insufficient Rotational symmetry of the radiation is also a serious disadvantage in practice, e.g. due to increased wind noise.
- shorter, essentially vertically polarized monopole antenna elements A length of ⁇ / 4 or less carry strong currents at the feed point and are in consideration on their radiation diagram with regard to their structure on an electrically conductive Body part area instructed, which in all azimuthal directions over a distance of at least two wavelengths is largely flat and oriented horizontally. Is this Condition not met because the antenna element e.g. near a crease line of the Body, so near the edge of a partial area is attached where this partial area the vehicle body with a different partial surface with different inclination collides, then there is the undesirable rotational asymmetry described Radiation. Similar relationships arise, for example, when the antenna element in the Proximity of the boundary line of two partial surfaces made of different materials, such as Body panel and window glass - is attached.
- a preferred mounting point for antenna elements in terms of vehicle technology is exemplary in the middle of the vehicle on the roof of the vehicle near the rear roof edge or at the top of the rear window pane. In both cases that is Antenna element mounted on a partial surface of the body in such a way that the rotational symmetry the radiation from the vehicle body is disturbed.
- the aforementioned older invention is limited to antenna elements that are mounted on a motor vehicle window, e.g. B. a motor vehicle rear window are attached. This represents one
- the object of the invention is therefore to provide a radio antenna arrangement in which, despite the existing radiation coupling to the vehicle body, the lowest flat radiation density occurring in the horizontal diagram is as large as possible.
- the invention is therefore based on the idea of a given vehicle body and at a given installation location, the disruptive influence of the vehicle body on the Radiation with the aid of a group antenna arrangement designed for this vehicle body to reduce or avoid.
- a radiation characteristic is designed in such a way that the roundness of the azimuth diagram is also in the best possible way.
- the Group antenna adapted to the vehicle body designed in such a way that by superimposition which is generated by the usually strongly structured vehicle body and the electromagnetic radiation generated by the antenna elements of the group desired radiation properties of the arrangement of vehicle and antenna elements results.
- the technique according to the invention it is also necessary to generate the appropriate amplitudes and Phase relationships of the antenna currents possible, in addition to one fed Antenna element to use further fed and / or radiation-excited antenna elements.
- the clear distance between adjacent antenna elements should not increase be chosen large. In many cases you get at intervals of about a quarter wavelength favorable conditions. Distances greater than one wavelength are due to the jitter of the directional diagrams unfavorable.
- the feeding of antenna elements can either be done in a simple manner common network with defined phase and amplitude relationships of the Antenna currents occur or the excitation of the antenna elements can be done with tuning the radiator geometry, through reactive resistance loading and through the choice of distance by radiation, so that a group antenna with only one fed Antenna element can be realized if all other antenna elements are excited by radiation are. It is essential here that the adjustment of the phase and amplitude relationships forces the inclusion of the shape of the vehicle body.
- the operation of the invention can be exemplified by three antenna elements, the azimuthal individual diagrams shown in FIGS. 14a to 14c can be illustrated. Due to the influence of the vehicle body, the individual diagrams are in contrast to the diagram of the group antenna in Fig. 14d strongly dependent on the direction.
- the near range determining the radiation properties is an im Decimeter wave range of much smaller radio antenna element by an order of magnitude smaller, so that the fine structure of the vehicle body and its nature the radiation properties in the immediate vicinity of the antenna element significantly determined. This effect is more pronounced the higher the frequency.
- the invention is Attaching several interconnected antenna elements to solve the Object of the invention in a relatively narrowly limited, compared to the vehicle dimensions small area possible.
- the measures taken according to the invention make the radiation, which is undesirable per se the vehicle body excited by radiation coupling is not prevented.
- the amount and phase are superimposed on a wave field by the large number of radiators, which in total gives radiation properties according to the object of the invention.
- FIG. 1 shows the basic structure of a group antenna according to the invention with a first antenna element 3, which is on the roof of the vehicle near the rear Roof edge 10 is mounted in the center of the vehicle and fed through an opening in the roof.
- a further antenna element 8 is attached at a distance 9 in the direction of the rear roof edge, which is also fed through an opening in the roof.
- Both Antenna elements are because of their small relative distance from each other and with the Body coupled to radiation.
- the antenna connection point 6 is in the example of FIG Inside the vehicle, a network 4 conducts the high-frequency signal from the antenna connection point 6 to the two antenna elements.
- Network 4 divides the Power over a low-loss feed network, which in the example of Fig. 1 concentrated low-loss dummy elements is constructed, the network 4 in addition to the radiation coupling through the field another high-frequency coupling path between forms the two antenna elements.
- first partial area with regard to the material and the position in the room 11 extends from the rear roof edge 10 to the front and to the side, each up to the other edges of the roof area.
- this partial area is not over for antennas according to the invention such large areas required.
- What is important for the electrical function is essentially the immediate vicinity around the antenna elements in which the radio field is formed. In practice, this range is shown to be approximately two wavelengths in size.
- the distance between the first antenna element 3 is less than approximately two Wavelengths to the rear roof edge, so is the homogeneity of the partial surface 11 for the invention Antennas not sufficient and the radiation characteristics accordingly unsatisfactory.
- the sheet metal surface which bends downwards at an angle 26 represents an adjacent one represents further partial area 12. Both partial areas have in common the boundary line 13 which is shown in this example is also the rear roof edge 10. In this example the inhomogeneity this area is further reinforced by the fact that the sloping downward Body part is short and merges into the rear window, which is made of non-high-frequency conductive Material exists.
- the circuit arrangement in the network 4 and the resulting impedance coupling of the first antenna element 3 with the further or the further antenna elements 8 can also be from a stripline circuit (Fig.2) or from a combination of stripline circuits and concentrated dummy elements.
- a stripline circuit Fig.2
- Fig.2 stripline circuit
- Such Circuits enable the targeted setting in a particularly advantageous and cost-effective manner the required currents on the antenna elements 3 and 8 according to amount and phase and the adaptation to the characteristic impedance of the feed cable.
- Another and special great advantage of the stripline circuit is the precisely reproducible Arrangement specifically for large-scale production of such inventive Antenna arrangements is suitable.
- the antenna connection point 6 results in the resulting radiation characteristic including the radiation coupling of the Antenna elements and their supply and the radiation coupling with the body of the vehicle.
- the network 4 is accordingly designed so that a defined and Fixed phase and amplitude relationship of the base feed currents of the antenna elements 3 or 8 is present. About this defined phase and amplitude relationship the horizontal diagram of the antenna arrangement according to the invention in the desired advantageous type and compared to the radiation characteristics of each Single antennas improved.
- FIG. 2 shows a similar arrangement with regard to the antenna elements.
- the network 4 attached to the top of the roof with the advantage that only a single breakthrough through the roof skin is required.
- This arrangement lends itself particularly well to networks 4 that use stripline circuits because due to their construction, they are very flat and therefore flat on the outside of the body can be attached.
- Fig.2 shows a vertical only for ease of illustration standing stripline circuit.
- the network 4 can also be designed in accordance with FIG. 3a so that the coupling of the first antenna element 3 and of the further antenna element (s) 8 exclusively via the field coupling between the emitters, that is, by the Radiation coupling of the antenna elements 3 and 8.
- the first antenna element 3 with the antenna connection point 6 on the network 4 via a high-frequency line connected there is only the first antenna element 3 with the antenna connection point 6 on the network 4 via a high-frequency line connected.
- the radiation characteristic of the overall arrangement will essentially through the entirety of the radiation-coupled antenna elements 3 and 8 including the effect of the vehicle body.
- each of the further antenna elements 8 with a pure radiation coupling to achieve the optimal horizontal diagram of the required current according to amount and phase e.g. the length of the further antenna element 8 is chosen appropriately.
- Radiation coupling requires resonance lengths.
- An antenna element 8 advantageously chosen to be about 1/4 wavelength long if it is at its lower end high-frequency conductive is connected to the body. With the exact length around the ⁇ / 4 resonance then the phase position is adjusted appropriately. Shorter or longer others Antenna elements 8 can also be used when the base of the element is connected with a corresponding dummy element (Fig.3a). With antenna elements, which are shorter than ⁇ / 4, as is known an inductance at the base is required, With longer antenna elements a capacitance is necessary.
- each of the antenna elements 3 and 8 therefore also has in inventive Group antennas undesirable deviations from the ideal radiation pattern on.
- the individual diagrams of the individual antenna elements not the same with each other, because of the different mounting points the shading due to the body and the coupling with it are not the same.
- the Radiation coupling between the antenna elements depends essentially on their length and their distance from each other.
- the desired improvement in the radiation characteristic can be achieved according to the invention Antennas therefore also through exclusive radiation coupling between the first antenna element 3 and other antenna elements 8 can be achieved.
- the necessary A high degree of coupling requires a distance 9 that is not too large the individual spotlights.
- a value of approximately can be used as the upper limit for this distance 9 ⁇ / 4 are applied, with a suitable choice of the length of the antenna element 8 or the antenna elements 8 and / or by wiring with a blind element at the base the current on the antenna element 8 or on the antenna elements 8 according to the state the technology can be adjusted.
- Figure 3a shows an example of this.
- the network 4 serves in such cases then only for feeding the first antenna element 3, e.g. for adaptation to the characteristic impedance of the connecting cable 28 to the radio, which is at the antenna connection point 6 is connected.
- the antenna elements are supplied via the network and if the distances between the emitters are too large, the radiation directional diagram shows the tendency possess strong indents.
- the maximum distance between two antenna elements chosen not larger than about a free space wavelength.
- the phase and amplitude states required to achieve the object of the invention are therefore essentially of their shape and position to each other and the radiation coupling with the conductive Vehicle body dependent.
- the one for this The radiator shapes used can be freely selected within certain limits.
- antenna elements can also be used a capacitive roof load and in the interest of further shortening e.g. can be connected with dummy elements, usually in the form of an extension coil are carried out (Fig. 4). Even with longer antenna elements with a Length between ⁇ / 4 and ⁇ / 2, the current assignments on the antenna elements can be suitable to be influenced.
- a radio antenna arrangement according to the invention are the use of a roof capacity and an extension coil antenna elements minimized in length under a plastic radome 32 housed.
- FIG. 4 also shows a particularly advantageous supply for the antenna connection point 6 via the feed line, without a breakthrough through the roof membrane gets along. This is done using a very thin coaxial cable or a flexible triplate stripline circuit through the area of the adhesive bead of the rear window through to the outside and so sealed with the window adhesive.
- FIG. 4 shows an antenna arrangement according to the invention which is more advantageous in this respect, in which the first antenna element 3 on this inclined surface, which is consequently the first Partial surface 11 forms, and is attached approximately normal to it.
- the other radiator 8 is only coupled by the radiation field and sits on the further partial surface 12, which by the approximately horizontal surface of the roof is formed.
- the first is in the example in FIG. 6 of a radio antenna arrangement according to the invention Antenna element 3 attached in the upper area of the rear window and capacitively in known Feeded through the disc through the network 4.
- the first face 11 forms the disc here, the inhomogeneity results at the transition to the sheet metal Body on the upper edge of the window.
- the sheet metal strip above is up to the disc to the roof edge, which is usually approximately flat but spatially in the extension of the Disk is arranged wide, so is a further partial surface 12b corresponding to this sheet metal strip available.
- the roof area then forms a further partial area 12a.
- radio antenna arrangements result, if all antenna elements are mounted on or in the vehicle window, such as this is shown in FIGS. 9 to 13.
- the disc 1 is inclined at an angle 26 to the horizontal. This angle is at today's vehicles between about 10 degrees (sports cars) and about 80 degrees (station wagons).
- FIG. 7 shows a known antenna arrangement in which the first antenna element 3 and one or more further antenna elements 8 are attached to the vehicle window 1 are.
- the antenna elements are all essentially normal to the surface of the pane arranged and fed through the disc from below.
- the network 4 is inside attached to the disc.
- the inhomogeneity of the first partial surface 11, the disc surface is through its upper edge and the transition to the metallic body given.
- the connection between the antenna elements is made 3 or 8 and the network 4 via a hole through the glass. To avoid a Such an unfavorable hole is also a capacitive coupling the disc is possible, as in another antenna arrangement according to the invention Fig. 8 is shown.
- the Network 4 is mounted on the outside of the disc.
- the coupling of the high frequency In this example, signals through the disk occur only at a single point and therefore particularly simple and advantageous capacitive, the antenna connection point 6 is through the inner Coupling surface and given by the surrounding mass.
- too capacitive connection can be included in the network 4 in a technologically cost-effective manner, if it is constructed as a stripline circuit.
- Antenna arrangements as shown in Fig.7 have the disadvantage that part of the Field lines that begin on the antenna elements run through the interior of the vehicle and lead to undesirable high field strengths there. At the same time it is one increased inhomogeneity for the first partial surface 11 and increased asymmetry, which results in an increased shadowing of the radiation to the front.
- a time-invariant antenna counterweight is also advantageous.
- This can be as high-frequency conductive surface 29 formed on the window pane, as shown in Fig.8 become.
- the network 4 itself is advantageous with a conductive Equipped outer surface, which is part of the antenna counterweight in the center of the group antenna forms for the antenna elements.
- the radiating conductors 20 are high-frequency connected to this conductive outer surface. These rays can pass through conductor 20 attached in a ring around the group antenna to a high-frequency conductor Mesh network can be supplemented (Fig. 9).
- the formation of the antenna counterweight 29 as a high-frequency conductive Surface has a very advantageous shielding effect against electromagnetic fields, which otherwise push into the passenger compartment.
- the call for a defined Antenna counterweight can thus advantageously be combined with the requirement for a Field weakening of hazardous electromagnetic radiation.
- heating conductors there are often horizontally attached heating conductors on the rear window. Points equal DC potentials can be galvanically connected to each other without to influence the heating current flow. By introducing connecting landings The heating field can also be designed as a largely shielding surface for high frequencies and act as an expanded antenna counterweight. To high-frequency currents between the ground plane at the group antenna via the heating field without Influencing the heating currents is a DC-impermeable, frequency-selective Connection in the wire-shaped conductors advantageous.
- Such frequency selective connections are also necessary if parts of the antenna counterweight as antenna parts for other radio services, which are also on the window pane are attached, are used.
- An example of this is given for antennas which e.g. act as an AM-FM antenna.
- As frequency-selective connecting elements mainly capacitive structures are used. It is also very advantageous a coplanar line structure of approximately ⁇ / 4 length for the radio frequency.
- FIG. 10a and b show an antenna arrangement according to the invention, in which the first antenna element 3 is oriented essentially normal to the surface of the pane.
- the others Antenna elements 8 are arranged in the plane of the disk and e.g. printed on the inside.
- FIG. 10 a shows this arrangement as a section
- FIG. 10 b shows a perspective view.
- FIG. 11a and b show an antenna arrangement according to the invention (Fig.11a as a section, 11b as a perspective view), in which all antenna elements in the plane of Disc surface are arranged. This arrangement then leads to satisfactory radiation characteristics, if the disc is steep and the antenna elements 3 and 8 are therefore oriented essentially vertically in space.
- FIG. 12 and 13 show.
- the advantage of these arrangements results from the fact that no components of the radio antenna arrangement on the outside of the vehicle body are arranged.
- a metallic cavity 31 is used, which leads to the disk is open towards and for the antenna elements 3 and 8 as a ground plane and as the rear Shielding.
- the antenna elements 3 and 8 are in the example of Figure 12 in oriented essentially normal to the surface of the pane and normal to the rear of the cavity 31 and are fed by the network 4, which advantageously on the disk facing Back of the cavity 31 is attached.
- the distance from the back of the cavity In the interest of a low installation height, the pane should be chosen as low as possible.
- antenna elements are advantageous used with roof capacity and extension coil, with which the length the antenna elements can be made as small as possible.
- the lower limit for the height of the cavity is a value of about 1/20 of the free space wavelength, since otherwise the transmission efficiency is known to be too low.
- Fig. 13 shows a similar arrangement in which all antenna elements 3 and 8 in the Plane of the disc are arranged.
- each of the diagrams has strong intolerable indentations or shading areas.
- the antenna elements used are each rotationally symmetrical slim and normal elements mounted to the pane surface result from the coupling of radiation the non-roundness of the diagrams shown with the conductive vehicle body.
- a suitable network 4 which the antenna elements feeds in the correct phase and amplitude and its characteristics through application mathematical optimization process specifically for those on the particular vehicle measured antenna elements have been calculated, this is shown in FIG. 14d Directional diagram reached, which has much smaller indents.
- a group antenna according to the invention is intended for several radio systems, e.g. the D network and the E network are designed equally, so the antenna elements be designed so that they are functional in both frequency ranges.
- the network 4 designed so that it is in the two frequency ranges, each for this ensures the required phase and amplitude conditions for the individual radiators, so the group antenna can be used in both frequency ranges.
- One more way consists of at least partially separate antenna elements for both frequency ranges to use.
- the radio antenna should always work according to the object of the invention.
- the network 4 can be designed in this way be that with the help of switching diodes different signal combinations of the Beam received individual signals are formed at the antenna connection point 6.
- the switching diodes can be controlled in such a way that that the signal combination appears at the antenna connection point at any moment, which results in the best possible reception.
- the execution of the radio antenna as Group antenna thus offers the advantage of being usable simultaneously as a diversity antenna.
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Description
Derartige Antennen sind aus der täglichen Funkpraxis bekannt und sind in der Regel stabförmige Antennen mit dem Charakter eines elektrischen Monopols oder Dipols und werden entweder auf dem Fahrzeugdach, auf einem der Kotflügel oder, wenn kein Montageloch in der Fahrzeugkarosserie angebracht werden soll, auch im oberen Bereich der Fahrzeugheckscheibe aufgebracht, wobei das Antennenelement dann außen auf der Glasscheibe befestigt wird und häufig kapazitiv durch die Glasscheibe hindurch gespeist wird. Eine derartige Antenne ist aus der Druckschrift USA-A-4 764 773 ..... bekannt.
- im Mittel eine erhöhte Bündelung der Strahlung in vertikaler Richtung zu gunsten kleiner Elevationswinkel entsteht und
- dabei möglichst geringe Einzüge des horizontalen Strahlungsdiagramms auftreten, wodurch bewirkt wird, daß die geringste, im gesamten Horizontalbereich auftretende Flachstrahlungsdichte so groß wie möglich ist.
- Fig. 1:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne an der hinteren Dachkante mit einem weiteren Antennenelement 8 und einem Netzwerk 4 unterhalb des Daches mit konzentrierten Blindelementen.
- Fig.2:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne an der hinteren Dachkante mit einem weiteren Antennenelement 8 und einem Netzwerk 4 auf dem Dach, das mit Streifenleitungsschaltungen realisiert ist.
- Fig.3a:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne an der hinteren Dachkante mit einem weiteren Antennenelement 8, das mit dem ersten Antennenelement 3 nur strahlungserregt und mit einem Blindelement geeignet beschaltet ist.
- Fig.3b:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne an der hinteren Dachkante mit einem weiteren Antennenelement 8, das mit dem ersten Antennenelement nur strahlungserregt und dessen Länge geeignet gewählt ist.
- Fig.4:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne an der hinteren Dachkante mit einem weiteren Antennenelement 8 und Antennenelementen jeweils mit Dachkapazitäten und Verlängerungsspulen unter einem Radom und mit einer Verlegung des Verbindungskabel entlang des Dachs und im Bereich der Scheibenklebung nach innen.
- Fig.5:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne im Bereich der hinteren Dachkante mit einem ersten Antennenelement 3 knapp oberhalb der Scheibe und einem weiteren strahlungserregten Antennenelement 8 auf dem Dach.
- Fig.6:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne im Bereich der hinteren Dachkante und dem oberen Bereich der Heckscheibe mit einem ersten Antennenelement 3 auf der Scheibe und zwei weiteren nur strahlungserregten Antennenelement 8 auf der Metallfläche oberhalb der Scheibe und auf dem Dach.
- Fig.7:
- Bekannte Gruppenantenne auf der Fahrzeugscheibe 1 mit einem weiteren Antennenelement 8 und einem Netzwerk 4 mit Streifenleitungsschaltungen.
- Fig.8:
- Bekannte Gruppenantenne auf der Fahrzeugscheibe ähnlich Fig.7, jedoch mit einem aufgedruckten Schirm 29 auf der Scheibe zur Bildung eines Gegengewichts und zur Reduktion der HF-Strahlung im Fahrgastraum.
- Fig.9:
- Bekannte Gruppenantenne auf der Fahrzeugscheibe u.a. mit radial und ringförmig angebrachten drahtförmigen Leitern auf der Scheibe zur Ausbildung einer transparenten größeren Massefläche
- Fig.10a:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne auf der Fahrzeugscheibe mit einem von der Scheibe näherungsweise normal wegstehenden ersten Antennenelement 3 und drei in der Scheibenebene angeordneten weiteren Antennenelementen 8: Schnittansicht.
- Fig.10b:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne wie Fig.10a, aber in einer perspektivischen Darstellung.
- Fig. 11a:
- Schnittdarstellung einer erfindungsgemäße Gruppenantenne auf der Fahrzeugscheibe mit einem in der Scheibenebene liegenden ersten Antennenelement 3 und zwei in der Scheibenebene angeordneten weiteren Antennenelementen 8.
- Fig. 11b:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne wie Fig. 11a, aber in einer perspektivischen Darstellung.
- Fig.12:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne, vollständig im Inneren des Fahrzeugs angebracht, und mit drahtförmigem ersten Antennenelement 3 und einem weiteren Antennenelement 8, jeweils mit Dachkapazität, und einer metallischen zur Scheibe hin offenen Kavität 31.
- Fig.13:
- Erfindungsgemäße Gruppenantenne, vollständig im Inneren des Fahrzeugs angebracht, und mit einem erstem Antennenelement 3 und einem weiteren Antennenelement 8, beide in der Scheibenebene angebracht, und mit einer metallischen Kavität 31.
- Fig.14:
- Gemessene Richtdiagramme mit den drei Antennenelementen und gemessenes Richtdiagramm der optimierten Gruppenantenne.
Claims (26)
- Funkantennen-Anordnung für Fahrzeuge für Funkververbindungen mit terrestrischen Funkstellen im Frequenzbereich des Dezimeterwellenbereichs, insbesondere oberhalb 600 MHz, mit einem ersten Antennenelement mit dem Charakter eines elektrischen Monopols bzw. Dipols mit im wesentlichen vertikalem Polarisationsanteil, welches auf einer ersten Teilfläche aus jeweils im wesentlichen homogenem Material einer Fahrzeugkarosserie angebracht ist, dessen azimutale Rundstrahleigenschaft durch die umgebende Fahrzeugkarosserie wesentlich gestört ist, wobei,
zusätzlich zum ersten Antennenelement (3) mindestens ein weiteres Antennenelement (8) mit Monopol- bzw. Dipolcharakter vorhanden ist und jedes weitere Antennenelement entweder auf der ersten (11) oder einer weiteren Teilfläche (12) angebracht ist und die Antennenelemente bezüglich der Antennenanschlußstelle (6) zusammen eine Gruppenantenne bilden, von denen mindestens eines gespeist ist und das andere oder die anderen entweder gespeist oder strahlungserregt ist oder sind und die Gruppenantenne derart gestaltet ist, daß sich geeignete Beziehungen zwischen den Strömen auf den einzelnen Antennenelementen betrags- und phasenmäßig einstellen und der lichte Abstand (9) zwischen zwei benachbarten Antennenelementen kleiner gewählt ist als eine Freiraumwellenlänge, wobei im Falle von normal zu einer Fensterscheibe des Fahrzeugs orientierten Antennenelementen nicht alle Antennenelementen auf dieser Fensterscheibe angebracht sind. - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
alle Antennenelemente derart bemessen sind, daß sie nicht über einen senkrechten Abstand, welcher nennenswert kleiner ist als eine halbe Freiraumwellenlänge, über die Fahrzeugkarosserie hinausragen. - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Antennenelement (3) und das weitere Antennenelement (8) oder die weiteren Antennenelemente (8) in der Nähe der Grenzlinie (13) bzw. der Grenzlinien zweier oder mehrerer aufeinandertreffender erster (11) und angrenzender Teilflächen (12) der Fahrzeugkarosserie (5) angebracht sind. - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzlinie (13) durch eine der Dachkanten gebildet ist. - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Teilfläche (11) durch die Dachfläche des Fahrzeugs gebildet ist. - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste Antennenelement (3) und das oder die weiteren Antennenelemente (8) sämtlich auf der gleichen ersten Teilfläche (11) angebracht sind (Fig.1,2,3a,3b,4). - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Antennenelement (3) auf der ersten Teilfläche (11) und das weitere Antennenelement (8) oder zumindest eins der weiteren Antennenelemente (8) auf einer angrenzenden Teilfläche (12) angebracht ist (Fig.5). - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Netzwerk (4) vorhanden ist und das erste (3) und mindestens ein weiteres Antennenelement (8) über das Netzwerk (4) gespeist und mit der Antennenanschlußstelle (6) hochfrequent verbunden sind und das Netzwerk so ausgeführt ist, daß sich die erforderlichen Ströme nach Betrag und Phase auf dem ersten Antennenelement (3) und auf den weiteren durch das Netzwerk (4) gespeisten Antennenelementen (8) einstellen (Fig.1,2,4). - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
nur das erste Antennenelement (3) über das Netzwerk (4) mit der Antennenanschlußstelle (6) verbunden ist und die weiteren Antennenelemente (8) strahlungserregt sind, derart, daß die erforderlichen Ströme nach Betrag und Phase auf dem weiteren Antennenelement oder den weiteren Antennenelementen (8) durch Strahlungskopplung und durch geeignete Wahl der Länge der weiteren Antennenelemente (8) und/oder durch eine geeignete Beschaltung im Fußpunkt eingestellt sind (Fig.3a,3b,5,6). - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Teilfläche (11) durch die Fahrzeugheckscheibe (1) gebildet ist und daß das erste Antennenelement (3) und sämtliche weiteren Antennenelemente (8) auf dieser Fahrzeugheckscheibe (1) angebracht sind (Fig.7,8,9,10a,10b,11a,11b). - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Netzwerk (4) auf der Innenseite der Fahrzeugscheibe (1) angebracht ist (Fig.7). - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Netzwerk (4) auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe (1) angebracht ist (Fig.8). - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf der Scheibenfläche innen oder außen ein für die Frequenzen des Funkdienstes weitgehend undurchlässiger flächiger Schirm (29) zur Verminderung der elektromagnetischen Felder im Fahrzeuginnenraum aufgedampft oder aufgedruckt ist, der optisch transparent ist (Fig.8). - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
der für die Frequenzen des Funkdienstes weitgehend undurchlässige flächige Schirm (29) aus radialen und konzentrischen aufgedruckten Leitern (20) besteht (Fig.9). - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich zu Strukturen des flächigen Schirms (29) andere Antennenstrukturen (30), z.B. für Scheibenantennen für andere Funkdienste, auf der Scheibe angebracht sind und der für die Frequenzen des Funkdienstes im Dezimeterwellenbereich weitgehend undurchlässige flächige Schirm (29) zum Teil auch aus diesen Antennenstrukturen (30) besteht und diese Antennenstrukturen (30) für die Frequenzen des Funkdienstes im Dezimeterwellenbereich der Funkantennen-Anordnung selektiv mit den Strukturen des flächigen Schirms (29) hochfrequent niederohmig verkoppelt sind. - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Antennenelement (3) im wesentlichen normal zur Scheibenoberfläche (1) auf der Scheibe angeordnet ist und das bzw. die weiteren Antennenelemente (8) entlang der Scheibenoberfäche oder zwischen den beiden Scheiben einer Verbundglasscheibe angebracht ist bzw. sind (Fig.10a,10b). - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl das erste Antennenelement (3) als auch das bzw. die weiteren Antennenelemente (8) entlang der Scheibenoberfäche oder zwischen den beiden Scheiben einer Verbundglasscheibe angebracht sind (Fig.13). - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Bereich der Strukturen für das erste Antennenelement (3) und für das bzw. für die weiteren Antennenelemente (8) eine Kavität (31) mit elektrisch leitender Berandung, deren Öffnung zur Glasscheibe weist und auf das Innere der Scheibe aufgesetzt und ihre Berandung hochfrequent leitend mit der metallischen Karosserie (5) und gegebenenfalls auch mit dem flächigen Schirm (29) auf der Scheibe (1) verbunden ist (Fig.12,13). - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen der leitenden Rückwand der Kavität (31) und der Glasscheibe als Monopole ausgeführte Antennenelemente angebracht sind, wobei die Rückwand der Kavität mit dem gegebenenfalls auf ihr angebrachten Netzwerk (4) in Streifenleitungstechnik als elektrisches Gegengewicht dient (Fig.12). - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Monopole zur Verkürzung ihrer Bauform als kapazitiv belastete und gegebenfalls mit Verlängerungsspulen versehene Antennenelemente ausgeführt sind (Fig.12). - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 18, 19 oder 20,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kavität (31) eine lichte Höhe von mindestens 1/20 der Freiraumwellenlänge aufweist. - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Antennenelemente auf der Waagrechten eines Kotflügels angebracht sind und die Grenzlinie (13) durch eine der Kotflügelkanten gebildet ist. - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Funkantennen-Anordnung für mehrere Funksysteme im Dezimeterwellenbereich mit relativ schmalbandigen Frequenzbereichen unterschiedlicher Frequenzen ausgelegt ist und die Antennenelemente (3) bzw. (8) sowie ggfs. das Netzwerk (4) und die übrigen frequenzabhängigen Teile der Funkantennen-Anordnung mehrfrequent gestaltet sind. - Funkantennen-Anordnung nach Anspruch 23,
adurch gekennzeichnet, daß
zur Abdeckung der verschiedenen Frequenzbereiche auch gesonderte - oder nur gesonderte Antennenelemente (3) bzw. (8) verwendet sind. - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß
in den Antennenelementen (3) bzw. (8) Anschlußtore gebildet sind, deren komplexe Gesamtmatrix zur Beschreibung der Zusammenhänge zwischen den elektrischen Größen an diesen Anschlußtoren (27) des Netzwerks (4) betrags-und phasenmäßig ermittelt ist und deren Erregung z.B. im Empfangsfall durch eine horizontal einfallende vertikal polarisierte Empfangswelle für alle Azimutalwinkel nach Betrag und Phase zueinander erfaßt ist, so daß die Parameter zur Beschreibung der elektrischen Größen an den Anschlußtoren (27), bezogen auf die einfallende Empfangswelle für alle Azimutwinkel bekannt sind und durch Variationsrechnung im Sinne der Lösung der Aufgabe der Erfindung günstige Amplituden-und Phasenwerte für die Ansteuerung der Matrix ermittelt sind und diese Werte durch Beschaltung mit dem Netzwerk (4) und/oder ggfs. durch Beschaltung der Tore mit Blindwiderständen (14) in der Gruppenantenne eingestellt sind. - Funkantennen-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Netzwerk (4) derart gestaltet ist, daß mit Hilfe elektronischer Schalter, welche durch eine Antennendiversityeinrichtung angesteuert sind, im Empfangsfall die Signale der Antennenelemente (3) bzw. (8) in unterschiedlicher Kombination für die Bildung von Antennendiversitysignalen zur Weiterleitung zum Empfänger verwendet sind.
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