EP0866514B1

EP0866514B1 - Antenna for radio and television broadcast reception in motor vehicles

Info

Publication number: EP0866514B1
Application number: EP98104845A
Authority: EP
Inventors: Heinz Lindenmeier; Jochen Hopf; Leopold Reiter; Rainer Kronberger
Original assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Priority date: 1997-03-22
Filing date: 1998-03-17
Publication date: 2001-05-02
Anticipated expiration: 2018-03-17
Also published as: ES2157100T3; EP0866514A1; CN1195339C; DE59800657D1; US6236372B1; DE19806834A1; CN1195904A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne in Kraftfahrzeugen im Meter-und Dezimeterwellenbereich z.B. für den Hör- bzw. Fernsehrundfunkempfang. Sie geht aus von einem Mehrantennensystem, wie es z.B. für die Gestaltung eines Antennen-Diversitysystems verwendet wird. Solche Mehrantennensysteme sind z. B. beschrieben in EP 0 269 723, DE 36 18 452, DE 39 14 424, Fig. 14, DE 37 19 692, P 36 19 704 und können unterschiedliche Antennenarten, wie Stabantennen, Windschutzscheibenantennen o.ä. verwenden. Bei hinreichender HF-mäßiger Entkopplung der Antennen treten Empfangsstörungen, welche im Zusammenhang mit zeitlichen Pegeleinbrüchen aufgrund der Mehrwegeausbreitung der elektromagnetischen Wellen erfolgen, bei unterschiedlicher Positionierung des Fahrzeugs im Empfangsfeld auf. Dieser Effekt ist beispielhaft anhand der Figuren 3 und 4 in EP 0 269 723 erläutert.The invention relates to an antenna in motor vehicles in the meter and decimeter wave range e.g. for radio and television reception. It starts from one Multi-antenna system, e.g. used for the design of an antenna diversity system becomes. Such multi-antenna systems are e.g. B. described in EP 0 269 723, DE 36 18 452, DE 39 14 424, Fig. 14, DE 37 19 692, P 36 19 704 and can have different types of antennas, such as rod antennas, windshield antennas or similar use. With sufficient RF decoupling of the antennas causes reception interference, which is related with level drops due to the multipath propagation of the electromagnetic Waves occur when the vehicle is positioned differently in the reception area on. This effect is explained by way of example with reference to FIGS. 3 and 4 in EP 0 269 723.

Die Wirkungsweise eines Scanning-Antennen-Diversitysystems besteht darin, bei Auftreten einer Empfangsstörung im Signal der aufgeschalteten Antenne auf eine andere Antenne umzuschalten und in einem vorgegebenem Empfangsfeld die Zahl der zu Empfangsstörungen führenden Pegelunterschreitungen am Empfängereingang so klein wie möglich zu gestalten. Dieses Verfahren ist äußerst wirkungsvoll, benötigt jedoch einen Indikator für die auftretende Störung und eine Einrichtung zur Umschaltung der Antennen und die Antennen selbst. Insbesondere der mit dem Störungsindikator und der Umschalteinrichtung in Verbindung mit dem im Empfänger nötigen Aufwand kann in manchen Fällen nicht geleistet werden. Andererseits ist es gerade auch bei Einsatz eines Antennen-Diversitysystems wünschenswert, die Empfangsqualität so groß wie möglich zu gestalten.The operation of a scanning antenna diversity system is to occur a reception disturbance in the signal of the connected antenna to switch to another antenna and in a given reception field the number of reception disturbances Make the leading level underruns at the receiver input as small as possible. This method is extremely effective, but needs an indicator of the one that is occurring Disturbance and a device for switching the antennas and the antennas themselves. In particular the one with the fault indicator and the switching device in connection with the In some cases, the effort required in the recipient cannot be made. On the other hand it is particularly desirable when using an antenna diversity system, the reception quality to be as big as possible.

Aufgrund der statistischen Überlagerung der am Fahrzeug einfallenden elektromagnetischen Wellen, welche nach Rayleigh aus allen azimutalen Raumrichtungen mit statistisch verteilten Amplituden und Phasen vorliegen, ergeben sich bekanntlich örtlich begrenzte Pegeleinbrüche des Empfangssignals jeder am Fahrzeug befindlichen Antenne. Bei der Fahrt entstehen dadurch die bekannten kurzzeitigen Empfangssförungen, welche beim Empfang mit nur einer Antenne als äußerst lästig empfunden werden.Due to the statistical overlay of the electromagnetic incident on the vehicle Waves which, according to Rayleigh, were statistically distributed from all azimuthal spatial directions As is known, there are amplitudes and phases, there are locally limited level drops the reception signal of each antenna on the vehicle. This creates during the journey the known short-term reception errors, which when receiving with only one Antenna can be perceived as extremely annoying.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb, mit einer Antennenanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in einem Fahrzeug, welches in einem Empfangsfeld mit statistisch einfallenden und überlagerten Teilwellen auf üblichen Verkehrswegen bewegt wird, im statistischen zeitlichen Mittel ohne zeitliche Veränderung der Antennenanlage durch Schalt- oder Einstellelemente eine möglichst große Empfangsqualität zu erreichen bzw. bei Einsatz eines Antennen-Diversitysystems während der Ruhephasen - d.i. während der Aufschaltzeit eines der verfügbaren Empfangssignale - die Empfangsqualität zu verbessern.The object of the invention is therefore, with an antenna system according to the preamble of the claim 1 in a vehicle which is in a reception field with statistically incident and superimposed partial waves is moved on usual traffic routes, in the statistical temporal Means without changing the time of the antenna system by switching or adjusting elements to achieve the highest possible reception quality or when using an antenna diversity system during the rest phases - i.e. during the activation time one of the available Receive signals - to improve the reception quality.

Diese Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 der Erfindung gelöst.This object is solved by the characterizing part of claim 1 of the invention.

Insbesondere in urbanen Gebieten und in hügeligen und bergigen Gebieten fallen die elektromagnetischen Wellen eines Hörfunk- bzw. Fernsehsenders aus allen azimutalen Raumrichtungen mit gleicher Wahrscheinlichkeit ein. Hieraus resultiert, daß der während einer Fahrt über der Zeit aufgezeichnete Verlauf des Empfangspegel jeder der Antennen gleiches statistisches Verhalten zeigt, welches praktisch unabhängig ist von der Form des relativen azimutalen Richtdiagramms. Aufgrund der unterschiedlichen Richtdiagramme der einzelnen Antennen und aufgrund ihrer unterschiedlichen räumlichen Position und unterschiedlichen Gestaltung am Fahrzeug treten die Empfangspegeleinbrüche der einzelnen Antennen, aufgetragen über der Fahrstrecke und somit auch über der Zeit nicht deckungsgleich auf (sh. Fig. 1b).Electromagnetic fields fall particularly in urban areas and in hilly and mountainous areas Waves from a radio or television station from all azimuthal spatial directions with the same probability. The result of this is that during a trip Statistical curve of the reception level of each of the antennas recorded over time Behavior shows which is practically independent of the form of the relative azimuthal Directional diagram. Due to the different directional diagrams of the individual antennas and because of their different spatial position and different design the reception level drops of the individual antennas appear on the vehicle not congruent over the route and therefore also over time (see Fig. 1b).

Im Gegensatz hierzu sind jedoch die Kurven der Pegelüberschreitungswahrscheinlichkeiten praktisch deckungsgleich, wenn sich die zeitlichen Mittelwerte der Empfangspegel nicht voneinander unterscheiden, und unabhängig von der Form der verschiedenen Richtdiagramme (sh. Fig.1a). Ein Unterschied der zeitlichen Mittelwerte der logarithmischen Empfangspegel zweier Antennen (S_meddB2-S_meddB1) zeigt sich somit als eine gegenseitige Verschiebung der beiden ansonsten deckungsgleichen Kurven der Pegelüberschreitungswahrscheinlichkeiten der zugehörigen Antennen. (sh. Fig.1a). Die Empfindlichkeit einer Empfangsanlage mißt sich an ihrem Eigenrauschen und der aktuelle Signal-Rauschabstand S/N ist durch das Verhältnis des empfangenen Effektivwerts des Nutzpegels am Antennenausgang zu dem auf den Empfängereingang bezogenen Effektivwert des Eigenrauschpegels der Empfangsanlage bestimmt. Fordert man für ungestörten Empfang das Überschreiten eines bestimmten Mindestwerts SNR_min, so kann die Wahrscheinlichkeit p.für das Unterschreiten dieses Werts bei einer Fahrt in einem Gebiet mit einem Medianwert S_med des Empfangspegels und einem Rauschpegel N, woraus ein Medianwert S_med/N resultiert, wie folgt angegeben werden: p = 1 - exp(-SNR2 min /(Smed/N)2) In contrast to this, however, the curves of the level exceedance probabilities are practically congruent if the temporal mean values of the reception levels do not differ from one another, and regardless of the form of the different directional diagrams (see Fig. 1a). A difference in the temporal mean _{values of} the logarithmic reception _{levels of} two antennas (S _meddB2 -S _meddB1 ) thus shows up as a mutual shift of the two otherwise congruent curves of the level _{exceedance probabilities of} the associated antennas. (see Fig.1a). The sensitivity of a receiving system is measured by its intrinsic noise, and the current signal-to-noise ratio S / N is determined by the ratio of the effective value of the useful level received at the antenna output to the effective value of the intrinsic noise level of the receiving system related to the receiver input. If one demands for a undisturbed reception to exceed a certain minimum value SNR _min , then the probability p. For falling below this value when driving in an area with a median value S _{med of} the reception level and a noise level N, which results in a median value S _med / N , as follows: p = 1 - exp (-SNR 2 min / (P med / N) 2 )

Drückt man beide Werte, wie üblich im logarithmischen Maß in dB aus, so erhält man: SNRmindB = 20*log(SNRmin) und (Smed /N)dB = 20*log(Smed / N) If you express both values, as usual in logarithmic measure in dB, you get: SNR at least = 20 * log (SNR min ) and (p med / N) dB = 20 * log (p med / N)

Für die Wahrscheinlichkeit p für das Unterschreiten dieses SNR_min in dB bei einer Fahrt in einem Gebiet ergibt sich somit: p = 1 - exp(-10(SNR mmdB -(S med /N) dB )/10) The probability p for falling below this SNR _min in dB when driving in an area is thus: p = 1 - exp (-10 ( SNR mm dB - ( S med / N ) dB ) / 10 )

Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Störung im Sinne der Unterschreitung des minimal geforderten Signal-Rauschverhältnisses ist gleichbedeutend mit der relativen Störzeit mit der Maßgabe, daß sich die prozentuale Störzeit zu p% = p*100 ergibt. Zur Veranschaulichung der Empfangsqualität wurde in der Vergangenheit der Wert Q = 1/p definiert, welcher sich als Q_dB prägnant auch im logarithmischen Maß ausdrücken läßt mit: QdB = -20*log[1-exp(-10(SNR mindB -(S med /N) dB )/10)] The probability of a disturbance occurring in the sense of falling below the minimum required signal-to-noise ratio is synonymous with the relative disturbance time with the proviso that the percentage disturbance time is p% = p * 100. In the past, the value was used to illustrate the reception quality Q = 1 / p defines which can be expressed as Q _dB in a logarithmic way with: Q dB = -20 * log [1-exp (-10 ( SNR min dB - ( S med / N ) dB ) / 10 )]

Für ein vollkommen statistisches Wellenfeld nach Rayleigh gilt diese Gesetzmäßigkeit für die Empfangsqualität, die in Fig. 1c dargestellt ist, streng und ist von der Form des Richtdiagramms der Antenne unabhängig. Reale Ausbreitungsverhältnisse führen lediglich zu geringen Abweichungen hiervon. Auch hier zeigen die Untersuchungen, daß aufgrund der begrenzten Anzahl von Wellen nur extrem bündelnde Antennenrichtdiagramme mit sehr kleinen Öffnungswinkeln der Hauptkeulen zu einem Einfluß der Antennenrichtdiagramme auf die Empfangsqualtität in einem bestimmten Fahrgebiet führen.For a completely statistical wave field according to Rayleigh, this law applies to the reception quality, which is shown in Fig. 1c, is strict and is of the form of the directional diagram independent of the antenna. Real spreading conditions only lead to low ones Deviations from this. Here too, the studies show that due to the limited Number of waves only extremely focused antenna directional diagrams with very small opening angles of the main lobes on the influence of the antenna directional diagrams on the reception quality lead in a certain driving area.

Mit Stabantennen, Fensterscheibenantennen und den weiteren Typen derzeit bekannter Autoantennen, welche derartige Richtdiagramme nicht besitzen, zeigen von der beschriebenen Gesetzmäßigkeit praktisch keine Abweichung. Insbesondere die typischen Einzüge des azimutalen Richtdiagramms über einen Winkelbereich von bis zu 30 Grad, wie sie häufig bei Antennen auftreten, haben in der Praxis aufgrund des Rayleigh-Wellenfelds kaum eine herausragende negative Wirkung. Im Gegensatz hierzu werden beim gegenwärtigen Stand der Technik häufig erhöhte Anstrengungen unternommen, um zu omnidirektionalen Azimutdiagrammen zu kommen, obwohl dieses Kriterium nicht zur Beurteilung der Empfangsqualität geeignet ist. Als Beispiel hierfür sei die Patentschrift US 4,260,989 genannt, worin in den Figuren 28a bis 29e azimutale Richtdiagramme ohne nennenswerte Einzüge dargestellt sind, welche mit den dort angegebenen bizarren Antennenstrukturen erreicht werden können.With rod antennas, window glass antennas and the other types of currently known car antennas, which do not have such directional diagrams are shown by the described one Lawfulness practically no deviation. In particular the typical indents of the azimuthal Directional diagram over an angular range of up to 30 degrees, as is often the case with Antennas appear in practice have hardly any outstanding due to the Rayleigh wave field negative effect. In contrast, the current state of the Technique often made increased efforts to go to omnidirectional azimuth diagrams to come, although this criterion does not help assess the reception quality suitable is. An example of this is the US Pat. No. 4,260,989, in which in the FIGS. 28a to 29e show azimuthal directional diagrams without any noteworthy indents, which can be achieved with the bizarre antenna structures given there.

Aufgrund der Rayleigh-Verteilung treten jedoch bei der Fahrt mit solchen Antennen ebenso die bekannten Pegeleinbrüche auf, weil sich die statistisch einfallenden Wellen an verschiedenen Orten auslöschen und bei Bewertung all dieser Wellen mit einem azimutalen Runddiagramm an diesen Orten zu Pegeleinbrüchen führen. Damit ist gezeigt, daß die Forderung nach einem Diagramm ohne Einzüge wenig hilfreich ist. Vielmehr hat es sich gezeigt, daß eine solche Forderung der Optimierung der Empfangsqualität- wie sie oben beschrieben ist- insbesondere bei der Gestaltung von Antennen für einen gesamten Rundfunkfrequenzbereich entgegensteht. Die Optimierungsmöglichkeit wird dadurch unzulässig eingeengt.However, due to the Rayleigh distribution, driving with such antennas also occurs the known level drops because the statistically incident waves on different Wipe out locations and when evaluating all of these waves with an azimuthal round chart lead to level drops in these locations. This shows that the demand for a chart without indents is not very helpful. Rather, it has been shown that a such a requirement of optimizing the reception quality - as described above - in particular in the design of antennas for an entire radio frequency range. The optimization possibility is thereby restricted inadmissibly.

Im Gegensatz zu dieser häufig anzutreffenden Meinung, daß die azimutale Rundheit des Antennendiagramms für den UKW-Rundfunkempfang die einzig wichtige Antenneneigenschaft sei, zeigt sich also, daß - in weiten Grenzen unabhängig von der Form des azimutalen Richtdiagramms - der Ausdruck (Smed / Smin)dB = (Smed / N)dB - SNRmindB, welcher, eingesetzt in Gleichung 5 für die Empfangsqualität QdB = -20*log[1 - exp(-10-(Smed /Smin ) dB /10)] ergibt, als maßgebliches Merkmal für die Empfangsqualtät steht. Hierin ist S_min der Minimalwert des geforderten Signalpegels, um die Forderung nach einem bestimmten Wert für das Signal-Störverhältnis SNR_mindB zu erfüllen. Der Zusammenhang zwischen der Empfangsqualität Q_dB und dem Mittelwert des logarithmischen Signalschutzabstands (S_med/S_min)_dB ist in Fig. 1c aufgetragen und zeigt, daß in Bereichen mit empfangswürdiger Signalqualität Q_dB diese bei einem Anstieg von (S_med/S_min)_dB um den doppelten Wert dieses Zuwachses ansteigt.Contrary to this frequently encountered opinion that the azimuthal roundness of the antenna diagram is the only important antenna property for FM radio reception, it is shown that - within wide limits regardless of the form of the azimuthal directional diagram - the expression (P med / S min ) dB = (P med / N) dB - SNR at least , which, used in equation 5 for the reception quality Q dB = -20 * log [1 - exp (-10 - ( S med / S min ) dB / 10 )] results, stands as a decisive characteristic for the quality of reception. S _{min is} the minimum value of the required signal level in order to meet the requirement for a specific value for the signal-to- _{noise ratio} SNR at _least . The relationship between the reception quality Q _dB and the mean value of the logarithmic signal protection distance (S _med / S _min ) _dB is plotted in FIG. 1c and shows that in areas with a signal quality worth receiving Q _dB this increases with an increase of (S _med / S _min ) _dB increases by twice the value of this increase.

Geht man davon aus, daß sich mit dem passiv gestalteten Teil einer Empfangsantenne am Fahrzeug - sei die Antenne passiv oder mit integriertem Verstärker aktiv gestaltet - im Empfangssystem ein Eigenrauschpegel N ergibt, so ist diejenige passive Antennenstruktur optimal, mit der sich in einem Empfangsgebiet ein größtmöglicher Wert von (S_med/S_min)_dB ergibt. If one assumes that the passively designed part of a receiving antenna on the vehicle - whether the antenna is passive or actively designed with an integrated amplifier - results in an intrinsic noise level N in the receiving system, the passive antenna structure with which there is the greatest possible in a receiving area is optimal Value of (S _med / S _min ) _dB results.

Dies bedeutet, daß der verfügbare Mittelwert der Empfangsleistung einer Antennenstruktur in einem Empfangsgebiet mit Rayleigh-Verteilung möglichst groß sein soll. Dieses Optimierungskriterium stellt sicher, daß in allen urbanen Gebieten und auch im hügeligen Land der Empfang optimal ist.This means that the available mean value of the reception power of an antenna structure in a reception area with a Rayleigh distribution should be as large as possible. This optimization criterion ensures that in all urban areas and also in the hilly country the Reception is optimal.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Findung einer aus einer Mehrzahl von Einzelantennen optimal gebildeten Antennenanlage am Fahrzeug vorgestellt. Die beim Rundfunkempfang mit einer Antenne zu erwartende Signalqualität kann im Vergleich zu einer Referenzantenne - wie z.B. der bekannten Stabantenne - aus der Differenz der mittleren logarithmischen Werte der verfügbaren Empfangspegel (S_meddB) beider Antennen aus den Werten für alle azimutalen Einfallswinkel ermittelt werden. Dieser Wert kann auf besonders effektive Weise durch rechnergestützte vergleichende Messungen an den auf dem Fahrzeug angebrachten Antennen erfaßt werden, wobei das Fahrzeug auf einem Drehstand in definierten und in hinreichend kleinen Winkelschritten gegenüber der Einfallsrichtung einer definierten Welle gedreht wird.According to the invention, a method for finding an antenna system optimally formed from a plurality of individual antennas is presented on the vehicle. The signal quality to be expected for radio reception with an antenna can be determined in comparison to a reference antenna - such as the known rod antenna - from the difference of the mean logarithmic values of the available reception levels (S _meddB ) of both antennas from the values for all azimuthal angles of incidence. This value can be detected in a particularly effective manner by computer-aided comparative measurements on the antennas mounted on the vehicle, the vehicle being rotated on a rotating stand in defined and sufficiently small angular steps with respect to the direction of incidence of a defined shaft.

Der über alle azimutalen Winkelwerte gemittelte Wert S_meddB (z.B. in dBµV) des um den gesamten Azimutbereich von 360 Grad gedrehten Fahrzeugs ermöglicht mit Hilfe der in Fig.1c angegebenen Kurve eine Abschätzung der Unterschiede der Empfangsqualitäten des auf normalen Verkehrswegen bewegten Fahrzeugs. In der Praxis hat sich gezeigt, daß sich in fast allen Gebieten - sei es durch Beugung und Reflexion an natürlichen Unebenheiten des Geländes oder an installierten Einrichtungen bedingt, in der Umgebung des Fahrzeugs eine Rayleigh -Feldverteilung ausbildet, welche die Betrachtung des Medianwerts S_meddB als einen für die Bewertung der Antennenleistung relevanten Wert bedingt. Abgesehen von wenigen Ausnahmen einer vollkommen ebenen Topographie des Geländes mit einem naturgemäß niedrigen Verkehrsaufkommen weitab von urbanen Gebieten, für welche diese Aussage relativiert werden müßte, liefert eine Antenne mit optimiertem S_meddB somit schwerpunktmäßig den bestmöglichen Empfang für alle Anwender, auch wenn das azimutale Richtdiagramm tiefe, jedoch nicht zu breite Einzüge besitzt.The value S _meddB averaged over all azimuthal angle _values (eg in dBµV) of the vehicle rotated around the entire azimuth range of 360 degrees enables the differences in the reception qualities of the vehicle moving on normal traffic routes to be estimated using the curve shown in FIG. 1c. In practice, it has been shown that in almost all areas - be it due to diffraction and reflection from natural unevenness in the terrain or from installed facilities - a Rayleigh field distribution forms in the area surrounding the vehicle, which considers the median value S _meddB as a value relevant for the evaluation of the antenna performance. Apart from a few exceptions of a completely flat topography of the area with a naturally low traffic volume far from urban areas, for which this statement would have to be put into perspective, an antenna with optimized S _meddB focuses on _providing the best possible reception for all users, even if the azimuthal directional diagram is deep , but not too wide indents.

Neben dieser besonders effektiven Methode, welche es erlaubt, mit Hilfe von rechnergesteuerten und schnell arbeitenden Meßgeräten in Verbindung mit einer im Computer durchgeführten Variationsrechnung in äußerst kurzer Zeit die Phasen- und Amplitudenwerte der Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder zu ermitteln, wäre es denkbar, daß die Phasen- und Amplitudenwerte auch empirisch anhand von Meßfahrten in einem Empfangsfeld mit statistisch einfallenden und überlagerten Teilwellen ermittelt werden. Der damit verbundene große Zeitaufwand und die mangelhafte Treffsicherheit lassen diese Methode jedoch als in der Praxis kaum durchführbar erscheinen.In addition to this particularly effective method, which allows it with the help of computer-controlled and fast-working measuring devices in connection with one carried out in the computer Calculation of variations in an extremely short time the phase and amplitude values of the phase elements and amplitude evaluation elements, it would be conceivable that the phase and amplitude values also empirically based on measurement runs in a reception field statistically incident and superimposed partial waves can be determined. The related great expenditure of time and the inadequate accuracy make this method in hardly seem practicable in practice.

Eine Meßfahrt dieser Art kann jedoch ebenso rechnerisch durch Vorgabe eines durch statistisch aus allen azimutalen Richtungen mit statistisch gewählten Amplituden einfallende und sich überlagernde Teilwellen gebildeten Empfangsfelds simuliert werden. Abhängig vom Empfangsort des in diesem Wellenfeld bewegten Fahrzeugs führen die Teilwellen entsprechend der komplexen Richtcharakteristiken der einzelnen Antennen und der Phasen- und Amplitudenwerte der Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 zu Beiträgen, welche sich an der Sammelanschlußstelle 5 nach Betrag und Phase überlagern und das Empfangssignal bilden. Der Medianwert der Empfangspegel kann dann anhand einer im Computer durchgeführten Variation der Einstellung der Phasen- und Amplitudenwerte rechnerisch optimiert werden. Bei hinreichend großer Anzahl und gleichförmiger azimutaler Verteilung der einfallenden Teilwellen führt die so durchgeführte Optimierung des Medianwerts in der Praxis zum gleichen Ergebnis wie die Optimierung des Medianwerts S_meddB aus der Auswertung der azimutalen Richtdiagramme. Für die Optimierung des Empfangsverhaltens in einem nach Rayleigh verteilten Wellenfeld genügt es also, die Antenne durch Variation der Phasen- und Amplitudenwerte der Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 im Hinblick auf den Medianwert S_meddB an der Sammelanschlußstelle 5 zu optimieren, der sich aus der Auswertung des azimutalen Richtdiagramms ergibt.A measurement trip of this type can, however, also be simulated arithmetically by specifying a reception field formed by partial waves which are statistically selected from all azimuthal directions with statistically selected amplitudes and which overlap. Depending on the receiving location of the vehicle moving in this wave field, the partial waves corresponding to the complex directional characteristics of the individual antennas and the phase and amplitude values of the phase elements and amplitude evaluation elements 12 lead to contributions which are superimposed on amount and phase at the collecting connection point 5 and form the received signal. The median value of the reception level can then be mathematically optimized on the basis of a variation of the setting of the phase and amplitude values carried out in the computer. With a sufficiently large number and uniform azimuthal distribution of the incident partial waves, the optimization of the median value carried out in this way leads in practice to the same result as the optimization of the median value S _meddB from the evaluation of the azimuthal directional diagrams. To optimize the reception behavior in a wave field distributed according to Rayleigh, it is therefore sufficient to optimize the antenna by varying the phase and amplitude _{values of} the phase _elements and amplitude _{evaluation elements} 12 with regard to the median value S _meddB at the common connection point 5, which is derived from the evaluation of the azimuthal Directional diagram results.

Als Grundlage für die Optimierung der Empfangsqualität einer nach dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs optimierten Antennenanlage können Messungen der komplexen Streuparameter der Übertragungsstrecke Sendeantenne-Testantenne für alle azimutalen Winkelwerte dienen. Hierzu werden die Antennenanschlußstellen 4 für die Messung als Anschlußtore im Sinne der Theorie elektrischer Schaltungen betrachtet und deren komplexe Gesamtmatrix zur Beschreibung der Zusammenhänge zwischen den elektrischen Größen an diesen Anschlußtoren, an welche später die Leitungen 11 und das Leitungs- und Sammelnetzwerk 9 mit Sammelanschlußstelle 5 angeschlossen werden, ermittelt. Ferner wird die Erregung im Empfangsfall durch eine im wesentlichen horizontal einfallende Welle für alle Azimutalwinkel nach Betrag und Phase zueinander erfaßt. Damit sind die Parameter einer Matrix, welche die fern abliegende Sendeantenne beinhaltet, zur Beschreibung der elektrischen Größen an den Anschlußtoren 4, bezogen auf die einfallende Welle, für alle Azimutalwinkel bekannt.As the basis for optimizing the quality of reception one after the other Part of the main claim optimized antenna system can measure the complex Scattering parameters of the transmission path test antenna for all azimuthal angle values serve. For this purpose, the antenna connection points 4 for the measurement as connection gates considered in terms of the theory of electrical circuits and their complex overall matrix to describe the relationships between the electrical quantities at these Connection gates, to which later the lines 11 and the line and collecting network 9th to be connected with collective connection point 5. Furthermore, the excitement in the Receive case by an essentially horizontally incident wave for all azimuthal angles according to amount and phase to each other. So the parameters of a matrix are what which contains the remote transmitter antenna to describe the electrical quantities the connecting gates 4, based on the incident wave, known for all azimuthal angles.

Hierbei erweist sich die Anwendung der gängigen Meßtechnik zur Erfassung von Streuparametern zur Beschreibung der elektrischen Kenngrößen insbesondere auch aus Gründen der Verfügbarkeit solcher Meßsysteme als besonders vorteilhaft. Mit Hilfe dieser Parameter können die Empfangssignale der einzelnen Antennen 1 über ein rechnerisch angesetztes Leitungs-und Sammelnetzwerk 9 mit Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 zu einem Gesamtempfangssignal 10 zusammengefaßt werden.Here, the application of common measurement technology for the detection of scattering parameters has been proven to describe the electrical parameters, in particular for the sake of Availability of such measuring systems is particularly advantageous. With the help of these parameters the received signals of the individual antennas 1 via a calculated line and Collection network 9 with phase elements and amplitude evaluation elements 12 a total received signal 10 can be summarized.

Durch Anwendung rechnerischer Optimierungsmethoden, wie z.B. der Variationsrechnung, lassen sich daraus die optimalen Phasenwerte und die Amplitudenbewertungsfaktoren des Leitungs-und Sammelnetzwerks 9 im Hinblick auf einem maximalen Wert von (S_med/S_min)_dB in kurzer Rechenzeit ermitteln. Die Realisierung der Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 im Leitungs-und Sammelnetzwerk 9 kann nach bekannten Methoden der Schaltungstechnik erfolgen. Beispiele hierfür sind in Fig. 9 dargestellt. Für die Optimierung können unterschiedliche Ziele verfolgt werden. Bei Schmalbandoptimierung wird man den Medianwert (S_med/S_min)_dB bezüglich einer vollen azimutalen Umdrehung rechnerisch darstellen und diesen Wert durch Variationsrechnung optimieren. Bei Optimierung eines vorgegebenen Frequenzbereichs, ( z.B. UKW-Bereich) wird man den Medianwert (S_med/S_min)_dB über alle vollen azimutalen Umdrehungen bei allen möglichen Empfangskanälen rechnerisch darstellen und diesen Wert durch Variationsrechnung optimieren.By using computational optimization methods, such as, for example, the variation calculation, the optimum phase values and the amplitude evaluation factors of the line and collecting network 9 can be determined in a short computing time with regard to a maximum value of (S _med / S _min ) _dB . The phase elements and amplitude evaluation elements 12 can be implemented in the line and collecting network 9 using known circuit technology methods. Examples of this are shown in FIG. 9. Different goals can be pursued for optimization. In the case of narrowband optimization, the median value (S _med / S _min ) _{dB will be} represented mathematically with respect to a full azimuthal revolution and this value will be optimized by variation calculation. When optimizing a given frequency range (e.g. VHF range), the median value (S _med / S _min ) _dB over all full azimuthal revolutions for all possible reception channels will be represented arithmetically and this value will be optimized by variation calculation.

Erläuterungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen der Figuren 1 bis 10 dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.Explanations and exemplary embodiments of the invention are in the drawings of the figures 1 to 10 and are described in more detail below.

Es zeigen:

Fig. 1a:: Überschreitungswahrscheinlichkeit der Empfangspegel von zwei Antennen mit unterschiedlichen Medianwerten ( S_meddB) der Empfangspegel.
Fig. 1b:: Typischer Verlauf der Empfangspegel von zwei Antennen an einem Fahrzeug längs eines Fahrwegs.
Fig. 1c:: Zusammenhang zwischen der Empfangsqualität Q_dB und dem Mittelwert des Signalschutzabstands (S_med/S_min)_dB..
Fig. 2:: Antennenanlage mit Antennen auf dem Rückfenster und Antennen auf den dem Rückfenster benachbarten Seitenfenstern.
Fig. 3:: Fensterscheiben-Antennenanlage mit an der Glasscheibe aufgebrachten flächenhaft verlegten bzw. aufgedruckten drahtförmigen elektrischen Heizleitern zur Bildung von vier Antennen mit Hilfe von Leitern quer zu den Heizleitern 20, mit Antennenanschlußstellen 4. Zur Erläuterung der hochfrequenztechnisch entkoppelnden Wirkungsweise der Heizleiter zwischen den Antennen sind die induktive und die resistive Wirkung der Heizleiter durch Induktivitäten und Widerstände dargestellt. Die gestrichelten Kreisabschnitte kennzeichnen qualitativ die als kapazitive Flächen wirkenden Regionen der einzelnen Antennen.
Fig. 4a:: Fensterscheiben-Antennenanlage mit an der Glasscheibe aufgebrachter flächiger leitfähiger Schicht als leitende Fläche 7 zur Bildung von vier Antennen mit Antennenanschlußstellen 4. Aufgrund der unterschiedlichen Positionen der Antennenanschlußstellen 4 am Rand der im Vergleich zur Wellenlänge nicht kleinen Fensteröffnung ist die mit der Antennenanlage erreichbare Empfangsqualität größer als mit jeder der Fenster-Einzelantennen.
Fig. 4b:: Fensterscheiben-Antennenanlage nach der Erfindung mit an der Glasscheibe aufgebrachten flächenhaft verlegten bzw. aufgedruckten drahtförmigen elektrischen Heizleitern zur Bildung von vier Antennen mit Antennenanschlußstellen 4, Verbindungsleitungen 11, Leitungs-und Sammelnetzwerk 9 mit Phasen- und Amplitudenbewertungsgliedern 12, Verbindungsstelle 14 und Sammelanschlußstelle 5.
Fig. 5:: Auf die Fensterscheibe gedruckte Verbindungsleitung.11 im Randbereich des Fensters a: Koplanare Ausführungsform der Verbindungsleitung 11 auf einer Seite der Glasfläche. b: Verbindungsleitung 11 aus mit aufeinander gegenüberliegenden Flächen des Glases aufgedruckten Leitern. Der breite Leiter 7 ist als Masseleiter ausgeführt und ist mindestens hochfrequent kapazitiv mit dem leitenden Fensterrahmen 25 verbunden.
Fig. 6:: Antennenanlage nach der Erfindung mit Antennen auf einer Fensterfläche zur Bildung eines Antennendiversitysystems mit Schaltnetzwerken 15 zur Abschaltung einer Antenne bei Vorliegen eines gestörten Gesamtsignals 10 an der Sammelanschlußstelle 5.
Fig. 7:: Antennenanlage nach der Erfindung mit einem Vielfach von Phasen- und Amplitudenbewertungsgliedern 12 mit Schaltnetzwerken 15 zur Bildung von mehreren Gesamtempfangssignalen 10, welche zur Bildung einer Antennendiversityanlage mit einem Schalter 16 der Sammelanschlußstelle 5 alternativ zugeführt sind.
Fig. 8:: Antennenanlage nach der Erfindung mit einem Vielfach von Phasen- und Amplitudenbewertungsgliedern 12 mit Verstärkern 26 zur Bildung von mehreren Gesamtempfangssignalen 10, welche zur Bildung einer Antennendiversityanlage mit einem Schalter 16 der Sammelanschlußstelle 5 alternativ zugeführt sind.
Fig. 9:: Beispielhafte Ausführungsformen von Leitungs- und Sammelnetzwerken 9
a) Erfindungsgemäße Anordnung mit Verbindungsleitungen 11, Phasen- und Amplitudenbewertungsglieder 12, Verbindungsstelle 14 und Sammelanschlußstelle 5.

b) Vorteilhafte Ausführungsform der Verbindungsleitungen 11 und der Phasen- und Amplitudenbewertungsglieder 12 als Leitungen mit passenden Wellenwiderständen und elektrischen Längen mit nachgeschalteter Verbindungsstelle 14 mit ImpedanzAnpaßelementen und der Sammelanschlußstelle 5 am Ausgang.

c) Beispielhafte Dimensionierung einer Anordnung nach b) für eine realisierte Antennenanlage mit drei Antennen.
Fig. 10:: Beispiel einer Antennenanlage nach der Erfindung ohne Antennendiversity mit drei aktiven Antennen für den UKW-Empfang und einer aktiven Antenne (AM) für den LMK-Empfang.

Show it:

Fig. 1a:: _{Probability of} exceeding the reception level of two antennas with different median _values (S _meddB ) of the reception level.
Fig. 1b:: Typical course of the reception level of two antennas on a vehicle along a route.
Fig. 1c:: Relationship between the reception quality Q _dB and the mean value of the signal protection distance (S _med / S _min ) _{dB ..}
Fig. 2:: Antenna system with antennas on the rear window and antennas on the side windows adjacent to the rear window.
Fig. 3:: Window pane antenna system with surface-mounted or printed wire-shaped electrical heating conductors to form four antennas with the help of conductors transverse to the heating conductors 20, with antenna connection points 4. To explain the high-frequency decoupling operation of the heating conductors between the antennas are the inductive and the resistive effect of the heating conductor is represented by inductances and resistors. The dashed circle sections qualitatively identify the regions of the individual antennas that act as capacitive areas.
Fig. 4a:: Window antenna system with a flat conductive layer applied to the glass pane as a conductive surface 7 to form four antennas with antenna connection points 4. Due to the different positions of the antenna connection points 4 at the edge of the window opening, which is not small in comparison to the wavelength, the reception quality achievable with the antenna system is greater than with each of the individual window antennas.
Fig. 4b:: Window pane antenna system according to the invention with areally laid or printed wire-shaped electrical heating conductors applied to the glass pane to form four antennas with antenna connection points 4, connecting lines 11, line and collecting network 9 with phase and amplitude evaluation elements 12, connection point 14 and collective connection point 5.
Fig. 5:: Connection line 11 printed on the window pane in the edge region of window a: coplanar embodiment of the connection line 11 on one side of the glass surface. b: connecting line 11 made of conductors printed with opposing surfaces of the glass. The wide conductor 7 is designed as a ground conductor and is at least high-frequency capacitively connected to the conductive window frame 25.
Fig. 6:: Antenna system according to the invention with antennas on a window surface to form an antenna diversity system with switching networks 15 for switching off an antenna in the presence of a disturbed overall signal 10 at the common connection point 5.
Fig. 7:: Antenna system according to the invention with a multiplicity of phase and amplitude evaluation elements 12 with switching networks 15 to form a plurality of total received signals 10, which are alternatively fed to the collective connection point 5 to form an antenna diversity system with a switch 16.
Fig. 8:: Antenna system according to the invention with a multiplicity of phase and amplitude evaluation elements 12 with amplifiers 26 for forming a plurality of total received signals 10, which are alternatively fed to the collective connection point 5 to form an antenna diversity system with a switch 16.
Fig. 9:: Exemplary embodiments of line and collecting networks 9
a) Arrangement according to the invention with connecting lines 11, phase and amplitude evaluation elements 12, connecting point 14 and collective connection point 5.

b) Advantageous embodiment of the connecting lines 11 and the phase and amplitude evaluation elements 12 as lines with suitable wave resistances and electrical lengths with a downstream connection point 14 with impedance matching elements and the common connection point 5 at the output.

c) Exemplary dimensioning of an arrangement according to b) for a realized antenna system with three antennas.
Fig. 10:: Example of an antenna system according to the invention without antenna diversity with three active antennas for FM reception and an active antenna (AM) for LMK reception.

Mit einer Antennenanlage nach der Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß die Empfangsqualität im zeitlichen Mittel stets größer ist, als sie jeweils mit einer der Einzelantennen erreicht werden kann. Dieser Vorteil kann einerseits in einer Antennenanlage verwendet werden, in der keine Diversitymaßnahmen vorgesehen sind. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn keine Einzelantenne verfügbar ist, welche die geforderte Empfangsqualität liefert. Durch Bildung mehrerer Einzelantennen, wie z. B. in Fig.2, kann dann mit Hilfe der Erfindung die geforderte Empfangsqualität erreicht werden. Vielfach ist eine Verbesserung der Empfangsqualität jedoch auch gewünscht, wenn jede der Einzelantennen die Empfangsqualität bekannter qualitativ hochwertiger Antennen besitzt. Dieses Bestreben wird durch die in der Praxis häufig angewandte Technik des Antennendiversity bestätigt.With an antenna system according to the invention, the advantage is achieved that the reception quality is always larger on average than is achieved with one of the individual antennas can be. This advantage can be used on the one hand in an antenna system, in which no diversity measures are planned. This is particularly important if no single antenna is available, which has the required reception quality supplies. By forming several individual antennas, such as. B. in Fig.2, can then with the help of Invention the required reception quality can be achieved. Often there is an improvement However, the reception quality is also desirable if each of the individual antennas detects the reception quality known high quality antennas. This endeavor is supported by the technology of antenna diversity frequently used in practice is confirmed.

Die vorliegende Erfindung läßt sich jedoch auch zur Steigerung der Empfangsqualität bei Einsatz von Antennendiversity anwenden. Eine Anordnung dieser Art ist beispielhaft in Fig. 6 dargestellt und Elemente zur Abschaltung von Signalen sind als Schaltnetzwerke 15 gekennzeichnet. In diesem Fall werden z.B. die Einzelantennen unter Anwendung des Erfindungsgedankens zur Bildung einer Antennenanlage zusammengefaßt und für leitend geschaltete Schaltnetzwerke 15 (Dioden) die Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 entsprechend gestaltet. In dieser besonders wenig aufwendigen Ausführungsform der Erfindung werden in Situationen, in denen sich die Empfangsbeiträge zu Null ergeben und somit Pegeleinbrüche im Gesamtsignal auftreten, alternierend Signale einzelner Antennen abgeschaltet, so daß diese nicht mehr zum Gesamtsignal beitragen und der Pegeleinbruch im Gesamtsignal verschwindet. Somit liefert auch bei Anwendung der Erfindung in Diversitytechniken das Gesamtsignal im zeitlichen Mittel eine bessere Signalqualität, weil während der Ruhephasen des Diversitysystems eine bessere Signalqualität erzielt ist, wie es in der Aufgabe der Erfindung gefordert ist.However, the present invention can also be used to increase the reception quality Use antenna diversity. An arrangement of this type is exemplified in Fig. 6 and elements for switching off signals are identified as switching networks 15. In this case e.g. the individual antennas using the inventive concept summarized to form an antenna system and for switched Switching networks 15 (diodes) the phase elements and amplitude evaluation elements 12 designed accordingly. In this particularly inexpensive embodiment of the invention become in situations in which the reception contributions result in zero and thus Level drops in the overall signal occur, alternating signals of individual antennas switched off, so that they no longer contribute to the overall signal and the level dip in the overall signal disappears. Thus it delivers even when the invention is applied in diversity techniques the overall signal on average better signal quality because during the Rest phases of the diversity system a better signal quality is achieved, as in the task the invention is required.

Hinsichtlich des erreichbaren Maßes an Verbesserung der Empfangsqualtität ist festzustellen, daß es vorteilhaft ist, wenn die einzelnen Antennen unterschiedliche azimutale Richtdiagramme bei möglichst großem azimutalem mittleren Gewinn bei niedriger Elevation der einfallenden Wellen besitzen und wenn sie bezüglich ihrer Strahlungszentren nicht zu nahe benachbart sind derart, daß ein hinreichender Gangunterschied von mehr als 1/10 der Betriebswellenlänge der die Antenne erregenden Wellen wirksam ist. Andererseits ist es vorteilhaft, den Gangunterschied nicht groß gegen die Betriebswellenlänge zu gestalten, um ein zu großes Auffächern des an der Sammelanschlußstelle 5 meßbaren azimutalen Richtdiagramms zu vermeiden. Dies wäre zwar in einem vollkommenen Rayleigh-Empfangsfeld mit in sehr großer Zahl einfallender Wellen nicht problematisch, kann jedoch in ebenen Empfangsgebieten, in denen häufig eine Rice-Verteilung mit einem starken Bündel aus einem Winkelbereich einfallender Wellen vorliegt, störend sein.Regarding the achievable degree of improvement in reception quality, it should be noted that that it is advantageous if the individual antennas have different azimuthal directional diagrams with the greatest possible azimuthal average gain with low elevation of the incident Have waves and if they are not too close in terms of their radiation centers are such that a sufficient path difference of more than 1/10 of the operating wavelength of waves that excite the antenna. On the other hand, it is advantageous not to make the path difference large compared to the operating wavelength, to make one too large Fan out the azimuthal directional diagram measurable at the common connection point 5 avoid. In a perfect Rayleigh reception field, this would be very large Number of incoming waves is not problematic, but can occur in flat reception areas, in which often a rice distribution with a strong bundle from an angular range incident waves, be disturbing.

Bei einer Fenster-Antennenanlage ist es deshalb günstig, auch Antennen auf benachbarten Fenstern zur Bildung der Anlage heranzuziehen. Dies ist in Fig. 2 beispielhaft gezeigt. Hierbei ist es zweckmäßig, die Antennen 1 nicht in zu großem räumlichen Abständen voneinander anzuordnen, damit die an der Sammelanschlußstelle 5 meßbaren azimutalen Richtdiagramme nicht zu sehr auffächern. Es zeigt sich, daß der geometrische Abstand aller Antennen 1 voneinander in einer günstigen Ausführungsform der Erfindung nicht größer sein soll als die Betriebswellenlänge. In der äußerst bedeutsamen Anwendung des UKW-Rundfunkempfangs ist diese Bedingung für eine Antennenanlage nach Fig. 2 in der Regel erfüllt.In the case of a window antenna system, it is therefore favorable to also use antennas on neighboring ones Use windows to form the system. This is shown by way of example in FIG. 2. Here it is expedient not to place the antennas 1 too far apart from one another to be arranged so that the azimuthal directional diagrams measurable at the common connection point 5 don't fan too much. It can be seen that the geometrical distance of all antennas 1 from one another in a favorable embodiment of the invention should not be greater than the operating wavelength. In the extremely significant application of FM radio reception is this condition for an antenna system according to FIG. 2 is generally fulfilled.

Eine für die Anwendung besonders wichtige Ausführungsform der Erfindung ist die Anbringung mehrerer Antennen 1 auf einer Fensterscheibe. Die Bildung solcher Antennen 1 aus einem Heizfeld auf der Heckfensterscheibe eines Autos ist beispielhaft in Fig.3 dargestellt. Hierzu sind auf der Glasscheibe flächenhaft verlegte bzw. aufgedruckte drahtförmige elektrische Heizleiter zur Bildung von vier Antennen 1 mit Hilfe von Leitern quer zu den Heizleitern 20 aufgebracht. Zur Erläuterung der hochfrequenztechnisch entkoppelnden Wirkungsweise der Heizleiter zwischen den Antennen 1 sind die induktive und die resistive Wirkung der Heizleiter durch Induktivitäten und Widerstände dargestellt. Die gestrichelten Kreisabschnitte kennzeichnen qualitativ die als kapazitive Flächen wirkenden Regionen der einzelnen Antennen 1. An die Antennenanschlußstellen 4 werden die Verbindungsleitungen 11 angeschlossen, wie dies für eine Antennenanlage nach der Erfindung in Fig.4a oder in Fig.4b dargestellt ist. Die über die geeignet dimensionierten Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 bewerteten Empfangssignale am Ende der Verbindungsleitungen 11 werden im Leitungs-und Sammelnetzwerk 9 in der Verbindungsstelle 14 zusammengefaßt und bilden das an der Sammelanschlußstelle 5 vorliegende Gesamtempfangssignal 10 mit der verbesserten Empfangsqualität.A particularly important embodiment of the invention for the application is the attachment several antennas 1 on a window pane. The formation of such antennas 1 from A heating field on the rear window pane of a car is shown by way of example in FIG. 3. For this purpose, wire-shaped electrical ones are laid or printed on the glass pane Heating conductor to form four antennas 1 with the help of conductors across the heating conductors 20 applied. To explain the high frequency decoupling mode of action the heating conductor between the antennas 1 are the inductive and the resistive effect the heating conductor is represented by inductors and resistors. The dashed circle sections qualitatively characterize the regions of the individual that act as capacitive areas Antennas 1. The connecting lines 11 are connected to the antenna connection points 4, as shown for an antenna system according to the invention in Fig.4a or in Fig.4b is. The via the appropriately dimensioned phase elements and amplitude evaluation elements 12 evaluated received signals at the end of the connecting lines 11 summarized in the line and collecting network 9 in the connection point 14 and form the total received signal 10 present at the collective connection point 5 with the improved Reception quality.

Eine Antennenanordnung wie in Fig. 3, die bezüglich der Tore 4 in ihrem Gesamtverhalten durch Streuparameter beschrieben ist, kann auf ähnliche Weise wie die Antennen 1 in Fig. 2 zu einer Antenne mit Sammelanschlußstelle 5 gestaltet werden. Hierzu können die Tore 4 über Verbindungsleitungen, ähnlich wie in Fig. 2, mit einem Leitungs- und Sammelnetzwerk 9 verbunden werden, welches Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 beinhaltet. Zusätzlich können im Leitungs- und Sammelnetzwerk 9 auch Verstärkerschaltungen 26 enthalten sein. Wesentlich für die Erfindung ist, daß das in der Aufgabe der Erfindung beschriebene Kriterium im Signal an der Sammelanschlußstelle 5 erfüllt ist. Der wirksame relative Abstand der Antennen 1 voneinander soll jedoch groß gewählt werden, damit eine Beeinflussung der Richtcharakterisik durch Zusammenfassung der Antennensignale an der Antennenanschlußstelle gegeben istAn antenna arrangement as in Fig. 3, with respect to the gates 4 in their overall behavior is described by scattering parameters, in a similar manner to the antennas 1 in FIG. 2 be designed to an antenna with collective connection point 5. For this purpose, the gates 4 via connecting lines, similar to that in FIG. 2, with a line and collecting network 9 are connected, which includes phase elements and amplitude evaluation elements 12. In addition, amplifier circuits 26 can also be contained in the line and collecting network 9 his. It is essential for the invention that that described in the object of the invention Criterion in the signal at the collective connection point 5 is met. The effective relative The spacing of the antennas 1 from one another should, however, be chosen to be large, so that an influence the directional characteristics by combining the antenna signals at the antenna connection point given is

Neuere Technologien ermöglichen es, mit Hilfe extrem dünner leitender Schichten auf Fensterscheiben die Infrarottransmission des Lichtes zu mindern. In einer vorteilhaften Anwendung der Erfindung kann eine derartige Schicht, welche eine nur begrenzt leitende Fläche 7 darstellt, als Antennenanlage mit guten Eigenschaften gestaltet werden. Eine solche Antennenanlage ist in Fig. 4a beschrieben. Mit Hilfe niederohmiger längsgestreckter Elektroden entlang der abgedeckten Fensterscheibenberandung werden mit in der Nähe befindlichen Karosserie-Massepunkten 3 mehrere Tore 4 vorzugsweise an der oberen und unteren Berandung sowie an den Seitenberandungen des Fensters gebildet Mit Zuleitungen 11 zum Leitungs-und Sammelnetzwerk 9 werden die Antennensignale über Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 an der Verbindungsstelle 14 zusammengefaßt und stehen an der Sammelanschlußstelle 5 zur Weiterleitung zum Empfänger zur Verfügung. Durch geeignete Wahl der Phasen- und Amplitudenwerte in den Gliedern 12 mit Hilfe des oben angegebenen Optimierungsverfahrens läßt sich die Empfangsqualität einer so gebildeten Antennenanlage soweit steigern, daß sie z.B. im UKW-Bereich einer bekannten Stabantenne ebenbürtig ist, obgleich der Oberflächenwiderstand der dünnen Schicht zwischen 5 und 10 Ohm liegt. Die schraffierten Halbkreise um die Elektroden 2 in Bild 4a kennzeichnen qualitativ die diesen Elektroden jeweils zugeordneten Zonen, welche in der Hauptsache das Verhalten der Antennen 1 bezüglich des jeweiligen Tores 4 bestimmen.Newer technologies make it possible with the help of extremely thin conductive layers on window panes to reduce the infrared transmission of light. In an advantageous application Such a layer, which has only a limitedly conductive surface 7, represents, can be designed as an antenna system with good properties. Such an antenna system is described in Fig. 4a. With the help of low-resistance, elongated electrodes along the covered edge of the window panes with body mass points located nearby 3 several gates 4 preferably on the upper and lower edges and formed on the side edges of the window With leads 11 to the line and Collecting network 9, the antenna signals via phase elements and amplitude evaluation elements 12 summarized at the connection point 14 and are at the collective connection point 5 available for forwarding to the recipient. By suitable choice the phase and amplitude values in the links 12 using the optimization method specified above can the reception quality of an antenna system thus formed so far increase that they e.g. is on par with a known rod antenna in the FM range, although the surface resistance of the thin layer is between 5 and 10 ohms. The hatched semicircles around the electrodes 2 in Figure 4a qualitatively identify them Electrodes each assigned zones, which are mainly the behavior of the antennas 1 determine with respect to the respective gate 4.

Als weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Antennenanlage ist ein entsprechend gestaltetes Heizfeld einer Rückfensterscheibe mit parallelen gedruckten Heizleitern in Fig. 4b dargestellt. Hier sind die Tore 4 jeweils am Scheibenrand durch Bildung von Anschlußpunkten 2 am Scheibenrand realisiert. Die Ankopplung an das Heizfeld erfolgt entweder über die Sammelschiene oder über Leiter quer zu den Heizleitern 20. Am Ende jeder der Verbindungsleitungen 11 ist am Eingang des Leitungs- und Sammelnetzwerks 9 ein rauscharmer Leitungsverstärker 26 geschaltet, dessen Ausgangssignal jeweils einem Phasenglied und Amplitudenbewertungsglied 12 zugeführt ist. Die über die Verbindungsstelle 14 zusammengeführten Signale liegen dann an der Sammelanschlußstelle 5 nach Optimierung der Phasen- und Amplitudenwerte mit günstigstem Signal-Rauschverhältnis im Sinne des erfindungsgemäß zu erfüllenden Kriteriums vor. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind unmittelbar an die Tore rauscharme Antennenverstärkerschaltungen 13 nach dem Prinzip der aktiven Antenne angebracht. Durch wellenwiderstandsrichtige Gestaltung des Ausgangswiderstands dieser Verstärker gemäß dem Wellenwiderstand der Verbindungsleitungen 11, kann das oft störende frequenzabhängige Verhalten dieser Leitungen weitgehend eliminiert werden und die Leitungsverstärker 26 in Fig. 4b können entfallen.Another example of an antenna system according to the invention is a correspondingly designed one Heating field of a rear window pane with parallel printed heating conductors shown in Fig. 4b. Here the gates 4 are each on the edge of the pane by forming connection points 2 realized on the edge of the pane. It is connected to the heating field either via the busbar or via conductors across the heating conductors 20. At the end of each of the connecting lines 11 is a low-noise line amplifier at the input of the line and collecting network 9 26 switched, the output signal of a phase element and amplitude evaluation element 12 is supplied. The merged via the junction 14 Signals are then at the common connection point 5 after optimization of the phase and Amplitude values with the most favorable signal-to-noise ratio in the sense of the invention fulfilling criterion. In a further advantageous embodiment of the invention low-noise antenna amplifier circuits 13 directly to the gates according to the principle of active antenna attached. By designing the output resistance with the correct wave resistance this amplifier according to the characteristic impedance of the connecting lines 11 can the often disruptive frequency-dependent behavior of these lines can be largely eliminated and the line amplifiers 26 in FIG. 4b can be omitted.

Eine besonders kostengünstige Ausführungsform der Leitungen 11 bei einer Antenne gemäß Fig. 4a sind gedruckte Leitungen, wie sie in den Figuren 5a und 5b entlang dem Rand der Glasscheibe 6 dargestellt sind. Fig. 5a zeigt eine koplanare Ausführungsform der Verbindungsleitung 11, wobei der am Rand befindliche Leiter vorzugsweise als Masseleiter verwendet ist. Der Anschlußpunkt 2 kann als kapazitive Fläche ausgeführt werden, welche auf der gegenüberliegenden Glasfläche aufgebracht ist und kapazitiv mit dem spannungsführenden Leiter der Verbindungsleitung 11 verbunden ist. In Fig. 5b liegen der Masseleiter 7 und der spannungsführende Leiter 11 auf beiden Seiten der Glasfläche einander gegenüber.A particularly inexpensive embodiment of the lines 11 in an antenna according to 4a are printed lines as shown in FIGS. 5a and 5b along the edge of the Glass pane 6 are shown. 5a shows a coplanar embodiment of the connecting line 11, wherein the conductor located on the edge is preferably used as a ground conductor is. The connection point 2 can be designed as a capacitive surface, which on the opposite glass surface is applied and capacitive with the live Head of the connecting line 11 is connected. In Fig. 5b are the ground conductor 7 and Live conductors 11 on both sides of the glass surface opposite each other.

In Fig. 6 ist eine vorteilhaft ausgestaltete Antenne nach der Erfindung für die Anwendung in einem Diversitysystem gezeigt. Die Anschlußpunkte 2 der Antennen 1 werden mit Hilfe von Schaltnetzwerken, welche als Dioden dargestellt sind und vom Diversityprozessor 21 gesteuert werden, an das Leitungs- und Sammelnetzwerk 9 über die Verbindungsleitungen 11 angeschlossen. Die Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 sind in einer beispielhaften Ausführungsform dahingehend optimiert, daß bei Durchlässigkeit aller Schaltnetzwerke 15 an der Sammelanschlußstelle 5 ein Signal verfügbar ist, welches den erfindungsgemäßen Kriterien genügt. In diesem Schaltungszustand wirkt die Gesamtanordnung wie eine Antenne, bei der sich im Falle des Auftretens eines Pegeleinbruchs die Signale an den Toren 4 im Gesamtsignal weitgehend aufheben. Durch sukzessives Öffnen eines oder mehrerer der Schaltnetzwerke 15 werden Beiträge, welche zur Kompensation des Gesamtsignals führen, weggenommen, so daß der Pegeleinbruch verschwindet. Dem Empfänger wird somit in der Stellung des Diversityprozessors, in welcher die Dioden 15 leitend sind, ein verbessertes Signal gemäß der Erfindung angeboten und im Falle des Auftretens eines Pegeleinbruchs, letzterer durch die Diversitywirkung aufgehoben. 6 shows an advantageously designed antenna according to the invention for use in shown a diversity system. The connection points 2 of the antennas 1 are by means of Switching networks, which are shown as diodes and controlled by the diversity processor 21 are connected to the line and collecting network 9 via the connecting lines 11. The phase elements and amplitude evaluation elements 12 are in one example Embodiment optimized so that all switching networks are permeable 15 a signal is available at the common connection point 5, which signal is the inventive Criteria suffice. In this circuit state, the overall arrangement acts like an antenna, in which, in the event of a level dip, the signals at the gates 4 in the overall signal largely repeal. By successively opening one or more of the switching networks 15 contributions which lead to compensation of the overall signal are removed, so that the level dip disappears. The receiver is thus in the position of the diversity processor, in which the diodes 15 are conductive, according to an improved signal offered the invention and in the event of a dip, the latter by the diversity effect canceled.

In einer weiterführenden Diversityanordnung mit Antennenanlagen nach der Erfindung, werden in Fig. 7 die Ausgangssignale der Tore 4 die Schaltnetzwerke 15 derart geschaltet, daß in jeder Stellung der Schaltnetzwerke mit Hilfe der Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 günstigere Signale an einem Antennenauswahlschalter 16 vorliegen, als sie die einzelnen Tore 4 zur Verfügung stellen. Es lassen sich somit unterschiedliche Richtdiagramme mit hohem azimutalen Medianwert für den Diversitybetrieb am Antennenauswahlschalter bilden, aus denen mit Hilfe des Diversityprozessors 21 das zum jeweiligen Zeitpunkt am wenigsten gestörte Signal an der Sammelanschlußstelle 5 ausgewählt ist. In einer weiterführenden Diversityanordnung dieser Art wird, wie in Fig. 8, am Ende jeder Verbindungsleitung 11 ein Leitungsverstärker 26 eingesetzt, dessen Ausgang es erlaubt, jeweils ein Vielfach von Phasengliedern und Amplitudenbewertungsgliedern 19 anzuschalten, so daß wiederum über die Verbindung der entsprechenden Ausgänge der Phasenglieder und Amplitudenbewertungsglieder 12 am Antennenauswahlschalter 16 mehrere Signale mit Richtdiagrammen von hohem Medianwert verfügbar sind und vom Diversityprozessor 21 für die Fortleitung zum Empfänger an der Sammelanschlußstelle 5 ausgewählt werden.In a further diversity arrangement with antenna systems according to the invention in Fig. 7, the output signals of the gates 4, the switching networks 15 switched such that in each position of the switching networks with the help of the phase elements and amplitude evaluation elements There are 12 cheaper signals at an antenna selection switch 16 than they are provide individual gates 4. Different directional diagrams can thus be created with high azimuthal median value for diversity operation at the antenna selection switch form, from which with the help of the diversity processor 21 the least at the respective time disturbed signal is selected at the collective connection point 5. In a continuing Diversity arrangement of this type is, as in FIG. 8, at the end of each connecting line 11 a line amplifier 26 is used, the output of which allows a multiple of each Phase elements and amplitude evaluation elements 19 to turn on, so that again the connection of the corresponding outputs of the phase elements and amplitude evaluation elements 12 on the antenna selection switch 16 several signals with directional diagrams from high median are available and from the diversity processor 21 for forwarding to Recipients at the collective connection point 5 can be selected.

Fig. 9 zeigt Ausführungsformen von Leitungs- und Sammelnetzwerken 9. Hierin zeigt Fig. 9a) eine erfindungsgemäße Anordnung mit Verbindungsleitungen 11, Phasen- und Amplitudenbewertungsglieder 12, einer Verbindungsstelle 14, in der die Signale zum Gesamtsignal an der Sammelanschlußstelle 5 zusammengefaßt sind. Für die Einstellung der Phasen- und Amplitudenwerte in 12 sind die durch die Verbindungsleitungen 11 bedingten Phasenverschiebungen naturgemäß zu berücksichtigen. In Fig. 9b) sind die Verbindungsleitungen 11 und die Phasen- und Amplitudenbewertungsglieder 12 vorteilhaft als Leitungen mit passenden Wellenwiderständen und elektrischen Längen mit nachgeschalteter Verbindungsstelle 14 und mit Impedanzanpaßelementen X_P1, X_P2 und X_S ausgeführt. In Fig. 9c) ist die beispielhafte Dimensionierung einer Anordnung nach Fig. 9b) für eine realisierte Antennenanlage mit drei Antennen 1 gezeigt. Zur ergänzenden Optimierung kann das in Fig. 10 links unten gezeigte Tor mit in die Gesamtmatrix und in die Variationsrechnung mit einbezogen werden und durch Beschaltung mit einer optimalen Impedanz - meist eines Blindwiderstands - auf diese Weise den Empfang im Sinne der Erfindung verbessern. Dieser Blindwiderstand X ist somit Teil des zu optimierenden Leitungs- und Sammelnetzwerkes 9, ohne in diesem gegenständlich enthalten zu sein. FIG. 9 shows embodiments of line and collecting networks 9. Here, FIG. 9a) shows an arrangement according to the invention with connecting lines 11, phase and amplitude evaluation elements 12, a connecting point 14, in which the signals for the overall signal at the collecting connection point 5 are combined. For the setting of the phase and amplitude values in FIG. 12, the phase shifts caused by the connecting lines 11 are naturally to be taken into account. In Fig. 9b) the connecting lines 11 and the phase and amplitude evaluation elements 12 are advantageously designed as lines with suitable wave resistances and electrical lengths with a downstream connection point 14 and with impedance matching elements X _P1 , X _P2 and X _S. FIG. 9 c) shows the exemplary dimensioning of an arrangement according to FIG. 9 b) for an implemented antenna system with three antennas 1. For additional optimization, the gate shown at the bottom left in FIG. 10 can also be included in the overall matrix and in the variation calculation and in this way improve the reception in the sense of the invention by connecting it to an optimal impedance - usually a reactance. This reactance X is therefore part of the line and collecting network 9 to be optimized, without being contained in this objectively.

Schließlich ist in Fig. 10 eine Rundfunkempfangsantenne nach der Erfindung drei Antennen ohne Antennendiversity gezeigt, wobei in einer Komponente ein Antennenverstärker 13, zwei Leitungsverstärker 26, ein Leitungs- und Sammelnetzwerk 9 zur Bildung einer erfindungsgemäßen Antenne für den FM-Bereich sowie ein AM-Verstärker und eine AM/FM-Frequenzweiche 22 untergebracht sind.Finally, in Fig. 10 a broadcast receiving antenna according to the invention is three antennas shown without antenna diversity, an antenna amplifier 13, two line amplifiers 26, a line and collecting network 9 to form an inventive Antenna for the FM range as well as an AM amplifier and an AM / FM crossover 22 are housed.

Claims

An antenna system for radio and television transmission reception in motor vehicles within the VHF and microwave range, having more than one antenna on the vehicle with one connection point in each case, characterised in that the reception signals present at the connection points (2) of the antennae (1) are each supplied via a supply and collection network to a collective connection position (5) which is contained in a collection network where they are combined into a joint reception signal (10) wherein the contribution of the individual reception signals to the joint signal is fixed by phase members and amplitude evaluation members contained in the supply and collection network, and the values of the phase members and amplitude evaluation members (12) are selected so that if the vehicle moves through a wave field which comprises overlaid partial waves and which is incident from all azimuthal directions with equal probability, i.e. a Rayleigh reception field, on a statistical average a maximum of reception quality is present, wherein the values of the phase members and the amplitude evaluation members (12) which are necessary for this purpose are determined with regard to a median value S_meddB - determined over all azimuthal angles and with as high a value as possible - measured at the collective connection position (5) of an antenna disposed on the vehicle, or obtained by calculation from the computer simulation of the named measuring process, given statistically-selected amplitudes of a reception field which is incident from all azimuthal angles.
An antenna system according to claim 1,
characterised in that the geometrical spacing between all antennae (1) is not greater than the operating wavelength.
An antenna system according to claim 1 to 2,
characterised in that the antennae (1) are configured as window pane antennae with in each case one connection point (2) in the vicinity of an electrically-conductive frame which surrounds the glass pane (6) on which the earth point (3) which forms the HF reference earth is formed on the frame and this earth point (3), together with the connection point (2), forms the antenna connection position (4) and all antennae (1) are either all disposed on the same window or one or more antennae (1) is/are disposed on one and/or a second window adjacent to the first window of the motor vehicle.
An antenna system according to claim 3,
characterised in that wire-shaped electrical conductors are disposed on the glass pane (6) and these wire-shaped electrical conductors are laid thereon in a laminar fashion over a larger area of the glass surface so that at least a one-dimensional conductive surface (7) is produced and antennae (1) are formed in that a coupling point (8) is present at the edge of the conductive surface for each antenna (1), this coupling point being at high-frequency with a connection point (2) in each case in the vicinity of one of the electrically-conductive frames which surround the glass pane (6) with an earth point (3) which forms the HF reference earth and that the earth point (3) and the connection point (2) form the antenna connection position (4).
An-antenna system according to claim 3 to 4,
characterised in that the wire-shaped electrical conductors laid out or printed in a laminar fashion on the glass surface (6) are formed by the heating field and that in order to improve the coupling to the heating field for the formation of at least one of the antennae (1) one or more transverse conductors (20) is/are guided substantially perpendicular to the heating conductors and the coupling point (8) is formed in the vicinity of the meeting point of the transverse conductor (20), or a transverse conductor (20), on the outermost heating conductor at the edge of the conductive surface.
An antenna system according to claim 3 to 5,
characterised in that a low-impedance, conductive layer is applied or attached in a laminar manner to the glass pane (6) in such a way that a two-dimensional conductive surface (7) is formed, and antennae (1) are formed in that a coupling point (8) is present at the edge of the conductive surface for each antenna (1), this coupling point being at high-frequency with a connection point (2) in each case in the vicinity of one of the electrically-conductive frames which surround the glass pane (6) with an earth point (3) which forms the HF reference earth and that the earth point (3) and the connection point (2) form the antenna connection position (4).
An antenna system according to claim 3 to 6,
characterised in that the spacing between the coupling points (8) is at least 1/10 of the wavelength and the supply and collection network (9) contains phase and amplitude evaluation members (12) and the reception signals present at the connection points (2) are combined correspondingly according to certain phase positions and amplitudes and the phase members and amplitude evaluation members (12) are set for a Rayleigh reception field.
An antenna system according to claim 3 to 7,
characterised in that a window pane antenna is disposed on a window which is surrounded by horizontal and substantially vertical window frame parts and, in each case, at least one connection point (2) is present both in the vicinity of the upper horizontal window frame part and also on one of the substantially vertical window frame parts.
An antenna system according to claim 3 to 8,
characterised in that at least one connection point (2) is also present in the vicinity of the lower horizontal frame part.
An antenna system according to claim 3 to 9,
characterised in that at least one connection point (2) is also present in the vicinity of the further substantially vertical window frame part.
An antenna system according to claim 3 to 10,
characterised in that an electrical connection line (11) is guided from each antenna connection position (4), outside of the window pane's viewing field, to a common network which contains phase members and amplitude evaluation members (12) and the collective connection position (5), and the phase rotation characteristics of the connection lines (11) are included in each case in setting the phase values of the phase rotation members.
An antenna system according to claim 11,
characterised in that the intrinsic impedance of the connection lines (11) is selected so that it comes as close as possible to the impedance present on the conductive frame between the connection points and the adjacent earth point (3).
An antenna system according to claim 11,
characterised in that in the case of at least one antenna connection position (4), a passive adaptive network (21) is connected between this on the one hand and the associated connection line (11) on the other hand, the phase characteristics of which are included in the shaping of the associated phase rotation member in the network.
An antenna system according to claim 11,
characterised in that the connection lines (11) are printed along the edge of the window pane as a coplanar line on the glass, or are attached to a non-conductive foil on the glass, outside of the window pane's viewing field (24).
An antenna system according to claim 11,
characterised in that outside of the window pane's viewing field the connection lines (11) are printed along the edge of the window pane as a strip line on opposing surfaces of the glass, or are attached to the glass as conductors, the earth line of which is configured capacitatively with the conductive surface (7) which is in contact with the conductive window frame.
An antenna system according to claim 3 to 15,
characterised in that the conductive frame is printed, or is attached to the glass, as a conductive strip outside of the window pane's viewing field along the edge of the window pane.
An antenna system according to claim 1 to 2,
characterised in that at least one of the antennae (1) is configured as a rod antenna and at least one of the antennae (1) is configured as a window pane antenna and that all antennae (1) are disposed either in the front or the rear half of the vehicle.
An antenna system according to claim 1 to 2,
characterised in that all antennae (1) are configured as rod antennae and are disposed either in the front or the rear half of the vehicle.
An antenna system according to claim 1 to 18,
characterised in that in order to form an antenna. diversity system of at least one antenna (1), a combination circuit (15) is connected to the connection point (2) which effects a shut-down of the associated antenna signal in the event of interference in a joint signal.
An antenna system according to one of claims 1 to 18, characterised in that in order to form a diversity antenna, the reception signals present at the connection points (2) of the antennae (1) are fed in each case via at least one further supply and collection network to a further collective connection position (5) contained in the collective network and are combined herein into a further joint reception signal (10), that a combination circuit (15) with downstream phase member and amplitude evaluation member is inserted in each supply and collection network and in each case one of the combination circuits (15) in a multiple (18) is set open, that furthermore, all collective connection positions (5) are connected with an antenna selection switch (16) of the antenna diversity system, which is connected synchronously with the combination circuits (15) of the antenna diversity system in such a way that a differently-combined antenna joint signal is available in each switch position which is more favourable than that provided by the individual antennae.
An antenna system according to one of claims 1 to 18, characterised in that in order to form a diversity antenna, the reception signals present at the connection points (2) of the antennae (1) are supplied in each case to an antenna amplifier (26) and its output signals are fed in each case via at least one further supply and collection network, in each case to a further collective connection position (5) which is contained in a collection network and are combined in this into a further joint reception signal (10), that furthermore all collective connection positions (5) are connected to an antenna selection switch (16) which is switched by the antenna diversity system in such a way that a differently-combined antenna joint signal is available in each switch position which is more favourable than that provided by the individual antennae.
An antenna system according to claim 1 to 21, characterised in that connection gates (4) are formed at the connection points (2) of the antennae (1), the complex total matrix of which is determined to describe the connection between the electrical variables at these connection gates on which the lines of the supply and collection network (9) are connected to the antenna connection position (4), and the excitations of which in the event of receiving are recorded by a wave, which is substantially horizontally incident, for all azimuthal angles according to amount and phase to one another so that the parameters are known for describing the electrical variables at the connection gates (4), based on the incident wave for all azimuthal angles, and are combined into a joint reception signal (10) by variation calculation of the phase and amplitude contributions of the individual voltages and the supply and collection network (9) is configured in such a way that a maximum of reception quality is present, on statistical average, if the vehicle moves through a wave field which comprises overlaid partial waves and which is incident from all azimuthal directions with equal probability, i.e. a Rayleigh reception field.