Beschreibung Titel
Antennenanordnung für Fahrzeuge zum Senden und Empfangen Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Antennenanordnung für ein Fahrzeug zum Senden und Empfangen nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Aus DE10209060A1 ist eine Antennenanordnung für ein Fahrzeug zum
Empfangen für den GHz-Frequenzbereich bekannt. Die Antennenanordnung verwendet Empfangs- Diversity, um die Störwahrscheinlichkeit zu reduzieren.
Diversity-Systeme, Multiple-Input-Multiple-Output-Systeme und Orthogonal- Frequency-Division-Multiplexing sind bekannt beispielsweise aus Zhang et al., Future Transmitter/Receiver Diversity Schemes in Broadcast Wireless Networks, I EEE Communications Magazine 2008. Diversity-Systeme verwenden zwei oder mehrere Antennen, um Qualität und Zuverlässigkeit einer Funkverbindung zu verbessern. Bei Verzögerungs-Diversität wird das gleiche Signal von mindestens zwei Antennen sendeseitig gleichzeitig abgestrahlt, aber mit jeweils einer Verzögerung. Bei Schalt- Diversity wird jeweils nur eine Antenne empfangsseitig gewählt. Maximum- Ratio-Combining kombiniert die Signale im Empfänger einzelner Übertragungskanäle anhand eines gewählten Kriteriums. Multiple- Input-Multiple-Output bezeichnet die Verwendung von mehreren Antennen auf Sender- und Empfänger-Seite, um die Qualität der Übertragung zu verbessern sowie die Übertragungsdatenrate zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung
Eine erfindungsgemäße Antennenanordnung mit den Merkmalen des
unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass sie mit mindestens zwei Antennenstrahlern in einem nahezu omnidirektionalen Bereich um ein Fahrzeug herum sowohl Senden als auch Empfangen kann. Dies wird mittels eines Verfahrens zum Senden und/oder Empfangen erreicht. Die
Richtdiagramme eines Antennenstrahlers können dabei lediglich unidirektional sein. Ein omnidirektionaler Empfang und ein omnidirektionales Senden verbessert die Zuverlässigkeit der Funkverbindung zwischen Fahrzeugen und verringert damit die Paketfehlerrate.
Die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale ermöglichen vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserung der im unabhängigen Anspruch angegebenen Antennenanordnung.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Antennenstrahlern für eine Frequenz zwischen 0,5 GHz und 11 GHz, da dieser Frequenzbereich für den Mobilfunk freigegeben ist und damit eine etablierte Datenübertragung existiert. Das Senden und Empfangen mit einer Frequenz von beispielsweise 5,9 GHz ist für die Funkkommunikation zwischen Fahrzeugen wichtig, da der ETSI-Standard diese Frequenz vorsieht, damit Fahrzeuge ein Ad-hoc Netzwerk aufbauen und Informationen, wie beispielsweise Position, Geschwindigkeit oder
Warnmeldungen, austauschen können.
Zweckmäßiger Weise ist die Verwendung eines Diversity-Verfahrens oder Multiple-Input-Multiple-Output-Verfahrens zum Senden und/oder Empfangen, um die Funkübertragung zu verbessern.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Verzögerungs-Diversity oder zyklischen Verzögerungs-Diversity zur Sende- Diversity, um die Antennenstrahler räumlich nah zueinander anordnen zu können, ohne dass das omnidirektionale Senden gestört wird.
Zweckmäßiger Weise ist es, für die Empfangs- Diversity auf Schalt- Diversity oder Maximum Ratio Combining zurückzugreifen, damit ein zuverlässiger
omnidirektionaler Empfang erreicht wird.
Vorteilhaft für die Installation der Antennenanordnung auf bzw. in einem
Fahrzeug ist es, die Antennenstrahler zusammen mit Antennen für andere Zwecke, wie beispielsweise GPS oder Mobilfunk, in einem Gehäuse
unterzubringen. Damit wird der Platzbedarf eines Gehäuses für Antennen minimiert.
Um den Platzbedarf der Antennenstrahler für ein Fahrzeug weiter zu reduzieren, ist ein Einbau in eine oder mehrere Scheiben des Fahrzeugs von Vorteil.
Ein Verfahren entsprechend des nebengeordneten Verfahren-Anspruchs bietet entsprechende Vorteile.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Antennenanordnung.
Fig. 2 zeigt unidirektionale Richtdiagramme einzelner Antennenstrahler und Fig. 3 die Kombination der beiden unidirektionalen Richtdiagramme mittels Diversity zu einem nahezu omnidirektionalen Richtdiagramm.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Antennenanordnung direkt am Fahrzeug. Ausführungsformen der Erfindung
Die Ausführungsformen beschreiben Antennenstrahler, die für eine Frequenz oder mehrere Frequenzen im Bereich von 0,5 GHz bis 11 GHz geeignet sind.
Dabei können Antennenstrahler in einer Ausführungsform für eine Frequenz von 5,9 GHz geeignet sein, da der ETSI-Standard die Kommunikation zwischen Fahrzeugen auf dieser Frequenz vorsieht. In einer anderen Ausführungsform ist eine Verwendung von anderen Frequenzen mit entsprechend angepassten Antennen möglich.
In Fig. 1 ist eine Antennenanordnung 11 für ein Antennengehäuse eines
Fahrzeugs gezeigt. Ein erster Antennenstrahler 12 und ein zweiter
Antennenstrahler 13 sind an den beiden Enden eines Gehäuses 17 positioniert. Dabei ist der erste Antennenstrahler 12 vorne in dem Gehäuse 17 in Richtung Fahrzeugfront und der zweite Antennenstrahler 13 hinten in dem Gehäuse 17 in Richtung Fahrzeugheck angeordnet. Der erste Antennenstrahler 12 hat eine Vorzugsrichtung nach vorne ausgerichtet. Der zweite Antennenstrahler 13 hat eine Vorzugsrichtung nach hinten ausgerichtet. Das Gehäuse 17 hat
beispielsweise eine Größe von 5 cm bis 20 cm Länge, 1 cm bis 10 cm Breite und 1 cm bis 5 cm Höhe. Ein Antennenstrahler 12 bzw. 13 kann beispielsweise lern bis 2 cm hoch sein oder als λ/4 Monopol umgesetzt werden. Der Abstand zwischen dem ersten Antennenstrahler 12 und dem zweiten Antennenstrahler 13 beträgt dabei beispielsweise 5 cm bis 20 cm. Als Abstand zwischen dem ersten Antennenstrahler 12 und dem zweiten Antennenstrahler 13 sollte der maximal mögliche Abstand gewählt sein, den eine Verbauung im Gehäuse erlaubt. Damit erreicht ein Diversity-System 16, das den ersten Antennenstrahler 12 und zweiten Antennenstrahler 13 regelt, ein möglichst unkorreliertes Signal zu empfangen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Anordnung der Antennenstrahler 12 und 13 so gewählt sein, dass das Gehäuse 17 vorne und hinten geringer ist als in der Mitte, und eine GPS-Antenne 14 und eine Mobilfunk-Antenne 15 in der Mitte des Gehäuses angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt ein erstes Richtdiagramm 22 des ersten, vorderen Antennenstrahlers 12 und ein zweites Richtdiagramm 23 des zweiten, hinteren Antennenstrahlers 13. Das erste Richtdiagramm 22 stellt die Vorzugsrichtung des ersten
Antennenstrahlers 12 dar. Die Vorzugsrichtung im ersten Richtdiagramm 22 zeigt
in Richtung Fahrzeugfront. Das zweite Richtdiagramm 23 stellt die
Vorzugsrichtung des zweiten Antennenstrahlers 13 dar. Die Vorzugsrichtung im zweiten Richtdiagramm 23 zeigt in Richtung Fahrzeugheck.
Das Diversity-System 16 regelt Sende- und Empfangs- Diversity. Fig. 3 zeigt ein drittes Richtdiagramm 31, das als ein Ergebnis des Diversity-Systems 16 aus Kombination des ersten Richtdiagramms 22 und des zweiten Richtdiagramms 23 bzw. des ersten Antennenstrahlers 12 und des zweiten Antennenstrahlers 13 erreicht wird.
Das erste Richtdiagramm 22 zeigt eine Draufsicht auf die Intensität der
Energieabstrahlung eines ersten elektromagnetischen Feldes 24 des ersten Antennenstrahlers 12, dabei ist der erste Antennenstrahler 12 im Mittelpunkt des ersten Richtdiagramms 22 positioniert. Das erste Richtdiagramm 22 hat ein charakteristisches Muster in Form einer Niere mit einer Ausrichtung auf 0°.
Ebenso zeigt das zweite Richtdiagramm 23 eine Draufsicht auf die Intensität der Energieabstrahlung eines zweiten elektromagnetischen Feldes 25 des zweiten Antennenstrahlers 13, dabei ist der zweite Antennenstrahler 13 im Mittelpunkt des zweiten Richtdiagramms 23 positioniert. Das zweite Richtdiagramm 23hat ein charakteristisches Muster in Form einer Niere mit einer Ausrichtung auf 180°. Zwischen der Ausrichtung des ersten Antennenstrahler 12 und der Ausrichtung des zweiten Antennenstrahlers 13 ist jeweils ein Winkel mit einem Betrag 180° eingeschlossen. Die Ausrichtungen der Antennenstrahler 12 und 13 sind so gewählt, dass die Beträge der Winkel zwischen den Ausrichtungen gleich groß sind. Damit erreicht ein Diversity-Verfahren durch Verwendung und Kombination des ersten Antennenstrahlers 12 und des zweiten Antennenstrahlers 13 das dritte Richtdiagramm 31 mit einem nahezu omnidirektionalen Verlauf 32.
In einer Ausführungsform kann eine Empfangs- Diversity mittels Schalt- Diversity umgesetzt werden. Schalt- Diversity verwendet zum Empfang nur den
Antennenstrahler, welcher aktuell die größere Empfangsleistung bietet.
Eine weitere Ausführungsform kann Maximum- Ratio-Combining für die
Empfangs- Diversity verwenden. Dabei werden beide Antennenstrahler genutzt
und die Signale der Antennen gewichtet mittels analoger oder digitaler
Signalverarbeitung addiert.
Eine Sende- Diversity kann mittels Verzögerungs-Diversity oder zyklischer Verzögerungs-Diversity, cyclic delay diversity, erfolgen. Dabei wird das gleiche Sendesignal über beide Antennenstrahler abgestrahlt, und eines der beiden Signale zum anderen Signal verzögert. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex)-Systeme können auf Empfängerseite die Signale aufnehmen.
In einer weiteren Ausführungsform wird anstelle des Diversity-Systems 16 ein Multiple-Input-Multiple-Output-System verwendet.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung eines ersten Antennenstrahler 42 und eines zweiten Antennenstrahlers 43 in einer weiteren Ausführungsform. Der erste
Antennenstrahler 42 mit einer Vorzugsrichtung Fahrzeugfront und der zweite Antennenstrahler 43 mit einer Vorzugsrichtung Fahrzeugheck sind direkt am Fahrzeug 41 angebracht. Die Vorzugsrichtung des ersten Antennenstrahlers 42 ist in Richtung Fahrzeugfront vom Fahrzeug 41 weg gewählt, da das Fahrzeug 41 die Ausrichtung nach hinten abschattet. Ebenso ist die Vorzugsrichtung des zweiten Antennenstrahlers 43 nach hinten, da das Fahrzeug 41 die Ausrichtung nach vorne abschattet. Die Kombination der Richtdiagramme erfolgt wieder mit einem Diversity- oder Muliple-Input-Multiple-Output-System.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Antennenstrahler so ausgerichtet, dass ihre Vorzugsrichtung parallel zur Ebene verläuft, auf der sich das Fahrzeug befindet.
Eine weitere Ausführungsform hat die Antennenstrahler so ausgerichtet, dass ihre Vorzugsrichtungen diametral gegeneinander sind, d.h. es ist ein Winkel von 180 Grad zwischen den Vorzugsrichtungen.
Eine weitere Ausführungsform verwendet mehr als nur zwei Antennenstrahler.
In einer weiteren Ausführungsform mit mehr als zwei Antennenstrahlern sind die Antennenstrahler so ausgerichtet, dass ihre Vorzugsrichtungen parallel zur Ebene verlaufen, auf der sich das Fahrzeug befindet.
Eine weitere Ausführungsform hat mehr als zwei Antennenstrahler so ausgerichtet, dass ihre Vorzugsrichtungen gleich große Winkel zwischen den Vorzugsrichtungen aufweisen.