EP3918662B1

EP3918662B1 - Antennenhaltevorrichtung für ein kraftfahrzeug sowie kraftfahrzeug mit einer antennenhaltevorrichtung

Info

Publication number: EP3918662B1
Application number: EP19828231.1A
Authority: EP
Inventors: Lars Reichardt; Marcus Stech
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2022-06-01
Anticipated expiration: 2039-12-11
Also published as: EP3918662A1; US20220102848A1; WO2020156718A1; DE102019201029B3; CN113348592A; US11658400B2; CN113348592B

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenhaltevorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Antennenhaltevorrichtung.
Eine Antenne, insbesondere eine Monopolantenne, die auch als Viertelwellenstrahler bezeichnet wird, kann in einem Kraftfahrzeug im Stoßfängerbereich verbaut werden. Typischerweise wird hierfür die Monopolantenne auf einem Halter einer Antennenhaltevorrichtung positioniert und am Rohbau des Kraftfahrzeugs montiert. Die Antennenhaltevorrichtung kann hierbei als elektrisches Gegengewicht für die Monopolantenne dienen und gleichzeitig die Monopolantenne in einem geeigneten Raum platzieren. Die Antennenhaltevorrichtung sollte dabei einen Abstand zu anderen Komponenten für eine elektromagnetische Verträglichkeit sicherstellen.
Aus der DE 10 2015 225 756 A1 ist eine Antenne für ein Fahrzeug bekannt, die einen Träger aufweist, wobei auf dem Träger Antennenstrukturen zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale angeordnet sind.
Aus der DE 196 36 584 C1 ist ein Stoßfänger bekannt, der zur Aufnahme einer Antennenanordnung ausgebildet ist.
Aus der DE 199 24 349 A1 ist eine Mobilantenne bekannt, die eine zirkular polarisierte Antenne umfasst, welche oberhalb einer vertikal polarisierten Antenne an einer Rest-Gegengewichtsfläche angeordnet ist. An der Rest-Gegengewichtsfläche sind parasitäre Strahler- oder Abgleichelemente vorgesehen, die über den Rand der Rest-Gegengewichtsfläche überstehen.
Die Antennenhaltevorrichtung mündet gewöhnlich in einem Kompromiss zwischen einem Platzbedarf und einer Anforderung als elektrisches Gegengewicht für die Monopolantenne. Daher kann es zu Verstimmungen der Nutzfrequenz der Monopolantenne bedingt durch den Abstand und die Struktur der umliegenden leitfähigen Komponenten führen.
Die US 2016/164190 A1 offenbart eine ungerichtete Breitbandantenne, die eine Antenne mit einem Monopolradiator, der vertikal positioniert ist, umfasst. Die Antenne hat wenigstens zwei horizontal polarisierte Radiatoren, die versetzt kreisförmig zueinander um die zentrale Achse angeordnet sind.
Die WO 2012/124756 A1 offenbart eine Antenne, die aus einem Koaxialkabel, einem Stromleiter für die Resonanz und einem Stromleiter für eine Masse und einer elektrischen Spannungsquelle besteht. Ferner ist eine Haltevorrichtung vorgesehen, die die Antenne aufnimmt.
Die US 5 020 765 A offenbart eine U-förmige Antennenhaltevorrichtung, welche eine Klammer und eine Schelle, die in den Clip passt, aufweist, wobei eine Grundplatte der Klammer eine Nut aufweist, die eine Nut der Schelle aufnehmen kann.
Die US 6 191 751 B1 offenbart eine Multi-Element-Funkantennenvorrichtung, die eine Grundplatte mit leitenden Elementen aufweist, für einen Mehrbandhochfrequenztransreceiver, wie dieser in Mobiltelefonen genutzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung eines Übertragungsverhaltens einer Monopolantenne zu erreichen.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine laschenförmige Erweiterung des elektrischen Gegengewichts in eine entgegengesetzte Raumrichtung zu einer Monopolantenne ein Übertragungsverhalten der Monopolantenne verbessert.
Durch die Erfindung ist ein System mit einer Monopolantenne und einer Antennenhaltevorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Antennenhaltevorrichtung weist eine Antennenträgerplatte zum Halten der Monopolantenne in einer Abstrahlposition und eine Kraftfahrzeugkoppeleinrichtung zum Befestigen der Antennenträgerplatte an einer Fahrzeugkarosserie auf, wobei sich in der Abstrahlposition ein Abstand der gehaltenen Monopolantenne zur Fahrzeugkarosserie ergibt und wobei die Antennenträgerplatte elektrisch leitfähig ist und damit ein elektrisches Gegengewicht zu der Monopolantenne bildet. Mit anderen Worten umfasst die Antennenhaltevorrichtung eine Antennenträgerplatte, die eine Monopolantenne in einem Abstand zu einer Fahrzeugkarosserie halten kann, und eine Kraftfahrzeugkoppeleinrichtung, um die Antennenträgerplatte an der Fahrzeugkarosserie zu montieren. Hierbei kann die Antennenträgerplatte elektrisch leitfähig sein, beispielsweise indem diese aus einem Stahlblech gefertigt ist, um ein elektrisches Gegengewicht, das bedeutet einen Masseanschluss, zu der Monopolantenne, die auch als Groundplane-Antenne bezeichnet wird, zu bilden.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Antennenhaltevorrichtung ein elektrisch leitfähiges Laschenelement als eine Gegengewichtserweiterung aufweist, wobei die Antennenträgerplatte und die Gegengewichtserweiterung miteinander verbunden sind und hierbei bei in der Abstrahlposition gehaltener Monopolantenne diese und die Gegengewichtserweiterung an einander gegenüberliegenden Seiten der Antennenträgerplatte angeordnet sind und eine Oberfläche der Gegengewichtserweiterung einerseits und ein flächiger Abstrahlbereich oder eine Längsachse der Monopolantenne andererseits einen Winkel im Bereich von 90 Grad bis 180 Grad einschließen.
Mit anderen Worten ist ein elektrisch leitfähiges Laschenelement als eine Gegengewichtserweiterung für die Antennenhaltevorrichtung vorgesehen, die mit der Antennenträgerplatte verbunden ist, wobei diese auf einer gegenüberliegenden Seite zu einer in der Abstrahlposition gehaltenen Monopolantenne angeordnet ist. Das bedeutet, dass, wenn beispielsweise die Monopolantenne auf einer Oberseite der Antennenträgerplatte gehalten wird, die Gegengewichtserweiterung auf einer Unterseite der Antennenträgerplatte angeordnet ist und umgekehrt. Dabei ist zwischen der Oberfläche der Gegengewichtserweiterung und der Monopolantenne ein Winkel im Bereich von 90 bis 180 Grad vorgesehen. Das elektrisch leitfähige Laschenelement als Gegengewichtserweiterung kann beispielsweise eine runde, viereckige oder dreieckige Form aufweisen, oder eine Kombination aus mehreren Geometrischen Figuren umfassen, wie beispielsweise eine Kombination eines Rechtecks und eines Trapezes. Die Gegengewichtserweiterung kann beispielsweise an die Antennenträgerplatte geschraubt oder geschweißt sein. Der Winkel im Bereich von 90 bis 180 Grad kann beispielsweise ebenso wie die Form der Gegengewichtserweiterung an einen Bauraum der Antennenhaltevorrichtung angepasst sein, sodass die Antennenhaltevorrichtung entsprechend einem zu Verfügung stehenden Raum angepasst werden kann. Vorzugsweise kann die Länge der Gegengewichtserweiterung eine Länge der Monopolantenne aufweisen und der Winkel zwischen der Monopolantenne und der Oberfläche der Gegengewichtserweiterung kann 180 Grad sein, sodass die Gegengewichtserweiterung aus dem Viertelwellenstrahler der Monopolantenne einen Dipolstrahler erzeugt. Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine mögliche Verstimmung einer Nutzfrequenz ausgeglichen werden kann, so dass sich ein Übertragungsverhalten der Monopolantenne verbessert, und dass ein Platzbedarf der Antennenhaltevorrichtung entsprechend dem verfügbaren Raum, das heißt einem fahrzeugspezifischen Bauraum, eingestellt werden kann.
Ferner ist vorgesehen, dass an der Gegengewichtserweiterung Schlitze vorgesehen sind. Die Schlitze können beispielsweise dafür verwendet werden, dass bestimmte Frequenzen der Monopolantenne abgeschwächt oder herausgefiltert werden. Beispielsweise können gesetzliche Vorgaben eine maximale Intensität für bestimmte Frequenzbereiche an bestimmten Raumpositionen vorsehen. Mit Schlitzen in der Gegengewichtserweiterung kann erreicht werden, dass eine Intensität einer vorbestimmten Funkfrequenz in einer Raumposition einer Abstrahlrichtung der Monopolantenne unter einem Schwellenwert liegt, wobei der Schwellenwert eine gesetzliche Vorgabe sein kann. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass Leistungs- und Intensitätsvorgaben für vorbestimmte Funkfrequenzen eingehalten werden können.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Antennenträgerplatte eine Versteifungsrippe aufweist. Die Versteifungsrippe kann hierbei eine rinnenförmige Vertiefung in der Antennenträgerplatte sein, die eine Steifigkeit und eine Biegefestigkeit der Antennenträgerplatte erhöhen kann. Diese Versteifungsrippe kann jedoch auch als eine Erhöhung ausgebildet sein, die an einer Ober- oder Unterseite der Antennenträgerplatte angebracht ist.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Antennenträgerplatte und die Gegengewichtserweiterung aus dem gleichen elektrisch leitfähigen Material gefertigt sind. Als elektrisch leitfähiges Material kann beispielsweise Stahl oder Aluminium vorgesehen sein. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine Nutzfrequenz einer Monopolantenne verbessert eingestellt werden kann, da keine Störfrequenzen auftreten, die durch eine Wechselwirkung mit unterschiedlichen Materialien auftreten können.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Winkel bevorzugt in einem Bereich von 135 Grad bis 170 Grad ist. Das bedeutet, dass der Winkel zwischen der Monopolantenne und der Oberfläche der Gegengewichtserweiterung liegt in dem Bereich von 135 bis 170 Grad. In diesem Winkelbereich kann eine geeignete Einstellung der Nutzfrequenz vorgenommen werden und die Gegengewichtserweiterung kann an den fahrzeugspezifischen Bauraum geeignet angepasst werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass eine Länge der Gegengewichtserweiterung einer Länge der Monopolantenne entspricht oder mindestens 20 Prozent und höchstens 120 Prozent der Länge der Monopolantenne aufweist. Beispielsweise kann auch eine Breite der Gegengewichtserweiterung zumindest einer Breite der Monopolantenne entsprechen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass bei einer Länge der Gegengewichtserweiterung, die einer Länge der Monopolantenne entspricht, ein Dipol erzeugt werden kann. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Länge der Gegengewichtserweiterung mindestens 20 Prozent der Monopolantenne beträgt, da ab dieser Länge eine signifikante Verbesserung der Nutzfrequenz feststellbar ist, und höchstens 120 Prozent der Länge der Gegengewichtserweiterung aufweist, da ab dieser Länge ein Platzbedarf in einem Fahrzeug zu hoch wird.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Gegengewichtserweiterung eine trapezförmige Grundform aufweist. Das heißt, dass eine Grundfläche, beziehungsweise Basis, der Gegengewichtserweiterung, die mit der Antennenträgerplatte verbunden ist, eine größere Länge aufweist als die parallel dazu verlaufende Fläche an einer Spitze des Trapezes. Insbesondere bedeutet eine trapezförmige Grundform, dass ein Flächenunterschied zwischen der trapezförmigen Grundform und einem geometrischen Trapez höchstens 20 Prozent betragen kann. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass Material eingespart werden kann und außerdem Nebenkeulen der Abstrahlcharakteristik der Monopolantenne abgeschwächt werden können.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Antennenträgerplatte und die Gegengewichtserweiterung reversibel miteinander verbunden sind oder einteilig ausgebildet sind. Eine reversible Verbindung der Antennenträgerplatte und der Gegengewichtserweiterung kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung realisiert werden. Der Vorteil hiervon ist es, dass die Gegengewichtserweiterung nachjustiert werden kann und beispielsweise bei einem Wechsel des Standorts der Antennenhaltevorrichtung an den neuen Platzbedarf im Bauraum angepasst werden kann. Eine einteilige Ausbildung der Antennenträgerplatte und der Gegengewichtserweiterung kann beispielsweise mittels eines Stanzbiegeteils realisiert werden. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass bei der Herstellung Kosten eingespart werden können.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Kraftfahrzeugkoppeleinrichtung Schraublöcher aufweist, um die Antennenträgerplatte an einer Fahrzeugkarosserie zu befestigen. Beispielsweise kann hierbei ein Winkelelement mit Schraublöchern als Kraftfahrzeugkoppeleinrichtung verwendet werden, mit dem die Antennenträgerplatte an die Fahrzeugkarosserie befestigt werden kann. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass die Antennenträgerplatte kostengünstig, reversibel und zerstörungsfrei an die Fahrzeugkarosserie befestigt werden kann.
Erfindungsgemäß ist auch ein Kraftfahrzeug mit einer Antennenhaltevorrichtung nach einer der Ausführungsformen vorgesehen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur (Fig.) eine schematische Perspektivansicht einer Antennenhaltevorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In der einzigen Fig. ist eine schematische Perspektivansicht einer Antennenhaltevorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Auf der Antennenhaltevorrichtung 10 kann eine Monopolantenne 12, die von einer Antennenträgerplatte 14 gehalten wird, vorgesehen sein. Die Antennenträgerplatte 14 kann hierbei eine oder mehrere Versteifungsrippen 16 aufweisen, um eine Steifigkeit der Antennenträgerplatte 14 zu erhöhen und hierdurch beispielsweise Schwingungen der Antennenträgerplatte 14 zu reduzieren. Ferner kann die Antennenträgerplatte 14 mittels einer Kraftfahrzeugkoppeleinrichtung 18 an einer Fahrzeugkarosserie 20 befestigt werden. Hierzu können beispielsweise Schraublöcher 22 in der Kraftfahrzeugkoppeleinrichtung 18 vorhanden sein, um die Kraftfahrzeugkoppeleinrichtung 18 an die Fahrzeugkarosserie 20 zu montieren.
Die Antennenträgerplatte 14 kann hierbei aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, gefertigt sein, um ein elektrisches Gegengewicht zu der Monopolantenne zu bilden. Zusätzlich kann für eine Verbesserung der Nutzfrequenz der Monopolantenne ein elektrisch leitfähiges Laschenelement als eine Gegengewichtserweiterung 24 mit der Antennenträgerplatte 14 verbunden sein. Die Gegengewichtserweiterung 24 kann vorzugsweise reversibel mit der Antennenträgerplatte 14 verbunden sein, indem beispielsweise ein Bolzen durch einen Verbindungsraum zwischen der Antennenträgerplatte 14 und der Gegengewichtserweiterung 24 gesteckt wird, der anschließend verschraubt wird. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Antennenträgerplatte 14 und die Gegengewichtserweiterung 24 einteilig, beispielsweise als Stanzbiegeteil ausgebildet sind.
Die Gegengewichtserweiterung 24 ist besonders bevorzugt aus dem gleichen elektrisch leitfähigen Material gefertigt, wie die Antennenträgerplatte 14, damit keine Frequenzverschiebungen durch unterschiedliche Materialien des elektrischen Gegengewichts entstehen. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Gegengewichtserweiterung 24 auf einer Seite der Antennenträgerplatte 14 angebracht ist, die gegenüber der Monopolantenne 12 liegt, und ein Winkel zwischen der Monopolantenne und der Gegengewichtserweiterung 24 einen Winkel im Bereich von 90 bis 180 Grad einschließt.
Bevorzugt kann die Gegengewichtserweiterung 24 eine trapezförmige Grundform aufweisen, wobei sich die Schenkel des Trapezes zu der Spitze hin verjüngen und die Mitte der oberen Seite des Trapezes auf Höhe der Monopolantenne ist. Hiermit kann sichergestellt werden, dass eine Hauptkeule der Abstrahlung durch die Gegengewichtserweiterung 24 verstärkt wird und Nebenkeulen, die im Schenkelbereich der trapezförmigen Grundform der Gegengewichtserweiterung 24 abgestrahlt werden können, reduziert werden. Hierdurch kann eine Verbesserung der Nutzfrequenz erreicht werden.
Bevorzugt kann die Länge der Gegengewichtserweiterung, das heißt die Höhe des Trapezes, einer Länge der Monopolantenne entsprechend, es kann jedoch auch sein, dass ein Bauraum im Kraftfahrzeug beschränkt ist und deswegen die Gegengewichtserweiterung 24 eine reduzierte Länge und/oder einen angepassten Winkel aufweist.
Beispielsweise kann die Antennenhaltevorrichtung 10 über einer Abgasanlage (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs montiert sein, sodass ein Bauraum für die Antennenhaltevorrichtung 10 beschränkt sein kann. Hierbei kann die Gegengewichtserweiterung 24 bevorzugt in einem Längenbereich von mindestens 20 Prozent bis höchstens 120 Prozent der Länge der Monopolantenne ausgebildet sein und der Winkel zwischen der Oberfläche der Gegengewichtserweiterung und der Monopolantenne kann bevorzugt in einem Bereich von 135 Grad bis 170 Grad ausgebildet sein. Somit kann ein Nachstimmen der Nutzfrequenz und damit eine Abstimmung der Monopolantenne 12 an den fahrzeugspezifischen Bauraum erreicht werden.
Zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Gegengewichtserweiterung Schlitze aufweist (nicht gezeigt), um bestimmte Frequenzen abzudämpfen. In Abhängigkeit von der Form und der Länge der Schlitze kann beispielsweise erreicht werden, dass in eine Raumrichtung nur eine Leistung abgegeben wird, die gesetzlichen Vorgaben entspricht. Ohne die Schlitze könnte beispielsweise durch eine Reflektorwirkung der Fahrzeugkarosserie 20 ein erhöhter Intensitätswert in die Raumrichtung auftreten, der durch die Schlitze in der Gegengewichtserweiterung 24 vermieden werden kann.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Halterkonzept zum Nutzfrequenztuning einer Antenne bereitgestellt werden kann.

Claims

System mit einer Monopolantenne (12) und einer Antennenhaltevorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Antennenträgerplatte (14) zum Halten der Monopolantenne (12) in einer Abstrahlposition und eine Kraftfahrzeugkoppeleinrichtung (18) zum Befestigen der Antennenträgerplatte (14) an einer Fahrzeugkarosserie (20), wobei sich in der Abstrahlposition ein Abstand der gehaltenen Monopolantenne (12) zur Fahrzeugkarosserie (20) ergibt und wobei die Antennenträgerplatte (14) elektrisch leitfähig ist und damit ein elektrisches Gegengewicht zu der Monopolantenne (12) bildet,
wobei die Antennenhaltevorrichtung (10) ferner ein elektrisch leitfähiges Laschenelement als eine Gegengewichtserweiterung (24) aufweist, wobei die Antennenträgerplatte (14) und die Gegengewichtserweiterung (24) miteinander verbunden sind und hierbei bei in der Abstrahlposition gehaltener Monopolantenne (12) diese und die Gegengewichtserweiterung (24) an einander gegenüber liegenden Seiten der Antennenträgerplatte (14) angeordnet sind und eine Oberfläche der Gegengewichtserweiterung einerseits und ein flächiger Abstrahlbereich oder eine Längsachse der Monopolantenne andererseits einen Winkel im Bereich von 90° bis 180° einschließen, wobei in der Gegengewichtserweiterung (24) Schlitze vorgesehen sind,

wobei die Antennenträgerplatte (14) eine Versteifungsrippe (16) aufweist, um Schwingungen der Antennenträgerplatte (14) zu reduzieren.
System nach Anspruch 1, wobei die Antennenträgerplatte (14) und die Gegengewichtserweiterung (24) aus dem gleichen elektrisch leitfähigen Material gefertigt sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Winkel in einem Bereich von 135° bis 170° ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Länge der Gegengewichtserweiterung einer Länge der Monopolantenne entspricht oder mindestens 20 % und höchstens 120 % der Länge der Monopolantenne aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gegengewichtserweiterung (24) eine trapezförmige Grundform aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antennenträgerplatte (14) und die Gegengewichtserweiterung (24) reversibel miteinander verbunden sind oder einteilig ausgebildet sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kraftfahrzeugkoppeleinrichtung (18) Schraublöcher (22) aufweist, um die Antennenträgerplatte (14) an der Fahrzeugkarosserie (20) zu befestigen.
Kraftfahrzeug mit einem System nach einem der vorhergehenden Ansprüche.