EP4471984A1

EP4471984A1 - Antennenmodul für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: EP4471984A1
Application number: EP24189492.2A
Authority: EP
Inventors: Guy-Aymar Chakam; Benjamin Becker
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Aumovio Germany GmbH
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2024-12-04
Also published as: US20240213661A1; EP4327406A1; CN117223170A; WO2022223078A1; DE102021203836A1; EP4327406B1; DE102021203836B4; US12597702B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antennenmodul (10) für ein Kraftfahrzeug (2), wobei das Antennenmodul (10) mindestens eine elektrisch kleine AM-FM-Antenne (7) und eine DAB-Antenne umfasst. Die Erfindung sieht vor, dass das Antennenmodul (10) eine Antenneneinheit (5) aufweist, die die kombinierte AM-FM-Antenne (7) und die DAB-Antenne (6) aufweist, wobei die Antenneneinheit (5) zumindest eine erste Platine (24) mit einer ersten Höhe in einer ersten Richtung (z) und einer ersten Breite in einer zur ersten Richtung (z) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweist, wobei auf der mindestens einen ersten Platine (24) Helix-Antennenwindungen (7a, 6a) der zumindest zum Teil als planare Helixantenne ausgebildeten AM-FM-Antenne (7) und/oder DAB-Antenne (6) angeordnet sind, wobei die Helix-Antennenwindungen (7a, 6a) zumindest zum Großteil in der zweiten Richtung (x) verlaufen, wobei die mindestens eine erste Telefon-LTE-5G-Antenne (8) auf einer zweiten Platine (33) mit einer zweiten Höhe in der ersten Richtung (z) und einer zweiten Breite in einer dritten Richtung (y) angeordnet ist, die von der ersten und zweiten Richtung (x) verschieden ist. Des Weiteren können Tuner, Transceiver, Empfänger und Bussysteme sowie die Anpassnetzwerke und Verstärker für die Antennen integriert sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antennenmodul für ein Kraftfahrzeug, wobei das Antennenmodul mindestens eine AM-Antenne, FM-Antenne und -DAB-Antenne aufweist.
Die Vernetzung von Kraftfahrzeugen nimmt immer weiter zu. Während früher Antennen von Kraftfahrzeugen hauptsächlich zum Radioempfang vorgesehen waren, sind heute zusätzlich Antennen zu integrieren. Solche zusätzlichen Antennen sind zum Beispiel WLAN-Antennen, V-to-X-Antennen, Antennen zur Bereitstellung einer Mobilfunk- oder Internetanbindung, die gleichzeitig auch als E-Call-Antenne genutzt werden können, oder auch Antennen zu Bereitstellung von Ortungsdiensten, wie zum Beispiel eine GNSS-Antenne. Für den Radioempfang vorteilhaft sind vor allem wiederum mehrere Antennen, zum Beispiel eine AM-Antenne, eine FM-Antenne, sowie eine DAB-Antenne. Wünschenswert wäre es dabei, möglichst viele Antennen auf möglichst kompakte Weise einerseits, und zudem zusammen auf möglichst kleinem Bauraum als Modul unterbringen zu können. Dabei besteht jedoch das Problem, dass Antennen selbst ausreichend groß gestaltet werden müssen, um einen ausreichend guten Empfang in dem ihnen zugeordneten Frequenzbereich zu ermöglichen, und andererseits besteht das Problem, dass sich Antennen je nach Sende- bzw. Empfangsfrequenzbereich auch gegenseitig stören können, wenn diese zu nahe beieinander angeordnet werden. Weiterhin besteht gerade bei Antennenmodulen für Kraftfahrzeuge das weitere Problem, dass diese in einem Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnet werden sollten, in welchem der Antennenempfang nicht durch die Kraftfahrzeughülle zu stark abgeschirmt wird. Vorteilhaft wäre daher eine Positionierung der Antennen im Außenbereich des Kraftfahrzeugs. Hier ist jedoch die Bauraumsituation vorschriftsbedingt oder designbedingt noch angespannter. Als Dachantennen ausgeführte Telefon-LTE-5G-Antennen sind dabei bereits bekannt. Die übrigen oben genannten Antennen sind jedoch üblicherweise an anderen Stellen positioniert. Beispielsweise sind Antennen für den Radioempfang aufgrund ihrer Länge oftmals in Scheiben, zum Beispiel die Heckscheibe des Fahrzeugs integriert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Antennenmodul für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches es ermöglicht, möglichst viele verschiedene Funktionen auf möglichst kleinem Bauraum bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Antennenmodul mit den Merkmalen gemäß dem Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Antennenmodul für ein Kraftfahrzeug weist eine Antenneneinheit mit mindestens einer AM-Antenne, FM-Antenne und -DAB-Antenne auf, wobei die AM-Antenne und die FM-Antenne als eine kombinierte AM-FM-Antenne ausgebildet ist, wobei die Antenneneinheit zumindest eine erste Platine mit einer ersten Höhe in einer ersten Richtung und einer ersten Breite in einer zur ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung aufweist, wobei auf der mindestens einen ersten Platine Helix-Antennenwindungen der zumindest zum Teil als planare Helix-Antenne ausgebildeten AM-FM-Antenne und/oder DAB-Antenne angeordnet sind, und wobei die Helix-Windungen zum Großteil in der zweiten Richtung verlaufen. , und wobei die Telefon-LTE-5G-Antenne auf einer zweiten Platine mit einer zweiten Höhe in der ersten Richtung und in einer zweiten Breite in einer dritten Richtung angeordnet ist, die von der ersten und zweiten Richtung verschieden ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es diese Ausbildung der AM-FM-Antenne und der DAB-Antenne zum einen erlaubt, eine elektrisch sehr kleine AM-FM-Antenne und DAB-Antenne bereitzustellen, und diese beschreibene Ausbildung es zudem erlaubt, weitere Antennen, zum Beispiel eine Telefon-LTE-5G-Antenne, im Wesentlichen senkrecht zu den Helix-Windungen der AM-FM-Antenne beziehungsweise der DAB-Antenne anzuordnen, wodurch eine maximale Entkopplung zwischen einer solchen Telefon-LTE-5G-Antenne und der Antenneneinheit bereitgestellt werden kann. Dies erlaubt es wiederum, dass eine andere Antenne, wie vorzugsweise eine solche Telefon-LTE-5G-Antenne, äußerst nah an der Antenneneinheit angeordnet werden kann, zum Beispiel im Bereich weniger Zentimeter, oder sogar weniger Millimeter. Zudem kann sowohl die AM-FM-Antenne als auch die DAB-Antenne durch eine Ausbildung zumindest als Teil als planare Helix-Antenne äußerst kompakt bereitgestellt werden, was wiederum eine äußerst kompakte Bereitstellung der Antenneneinheit ermöglicht. So lässt sich erstmals ein Antennenmodul bereitstellen, in welches mindestens eine erste Telefon-LTE-5G-Antenne und eine Radio-Antenneneinheit mit einer AM-Antenne, FM-Antenne und einer DAB-Antenne integriert sein kann, und zwar auf äußerst kleinem Bauraum.
Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar , wenn das Antennenmodul weiterhin mindestens eine Telefon-LTE-5G-Antenne aufweist, die auf einer zweiten Platine mit einer zweiten Höhe in der ersten Richtung und in einer zweiten Breite in einer dritten Richtung angeordnet ist, die von der ersten und zweiten Richtung verschieden ist.
Unter einer Telefon-LTE-5G-Antenne soll dabei eine Antenne zu verstehen sein, die zum Senden und Empfangen von Signalen gemäß einem Mobilfunkstandard, insbesondere gemäß dem LTE(Long Term Evolution)-Standard und 5G-Standard und optional auch dem 4G-Standard und/oder GSM-Standard, ausgebildet ist. Je mehr solcher Telefon-LTE-5G-Antennen bereitgestellt sind, desto höhere Datenübertragungsraten können erreicht werden. Dies wird auch als MIMO (Multiple In Multiple Out) bezeichnet, da zu übertragende Informationen anteilig parallel durch mehrere Antennen ausgesandt bzw. empfangen werden können. Dadurch kann durch mehr Antennen auch eine Kommunikation gemäß einem Funkstandard mit höheren Übertragungsraten, z.B. 5G, bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann sich durch zwei solcher Antennen eine Kommunikation gemäß dem 4G-Standard bereitstellen lassen, und durch vier solcher Antennen eine Kommunikation gemäß dem 5G-Standard. Die Bezeichnung Telefon-LTE-5G-Antenne soll also vorliegend so verstanden werden, dass diese Telefon-LTE-5G-Antennen zu einer Kommunikation gemäß dem 5G-Standard genutzt werden kann, nicht jedoch dass eine einzelne solche Antenne bereits hierfür ausreichend wäre. Eine Mobilfunkkommunikation mit geringeren Datenübertragungsraten als gemäß dem 5G-Standard lässt sich aber bereits mit einer einzelnen solchen Telefon-LTE-5G-Antenne bereitstellen.
Unter einer AM (Amplituden Modulations)-Antenne ist dabei insbesondere eine Antenne zu verstehen, die zum Senden und Empfangen von Signalen im Mittelwellenbereich, insbesondere bei ca. 0,5 Megahertz bis ca. 2MHz, ausgelegt ist. Entsprechend ist eine FM (Frequenz Modultations)-Antenne dazu ausgelegt, Signale im Bereich zwischen 87,5 Megahertz und 108 Megahertz zu empfangen und/oder zu senden, und eine DAB(Digital Audio Broadcasting)-Antenne Signale im Bereich zwischen 174 Megahertz bis ca. 240 Megahertz zu empfangen und/oder zu senden. Weiterhin soll unter einer kombinierten AM-FM-Antenne eine Antenne verstanden werden, bei welcher die AM-Antenne und die FM-Antenne einen gemeinsamen Fußpunkt besitzen. Zudem können sich die AM-Antenne und die FM-Antenne auch die entsprechenden auf der mindestens einen ersten Platine angeordneten Helix-Antennenwindungen teilen. Aufgrund der verschiedenen Frequenzbereiche von AM und FM besteht hierbei nicht die Gefahr einer negativen Beeinflussung der Empfangsqualität. Dies kann vorteilhafterweise zur Ausgestaltung einer äußerst kompakten und gleichzeitig effizienten Antenne genutzt werden. Eine weitere Möglichkeit zur Steigerung oder Sicherung der guten Empfangsqualität von AM und FM von einem gemeinsamen Fußpunkt aus, ist eine entsprechende Auslegung der Frequenzweiche bzw. Filter mit SMD(Surface Mounted Device)-Komponenten auf der Hauptplatine in den jeweiligen Verstärkern.
Durch eine zusätzliche Dachkapazität als Teil der AM-FM-Antenne beziehungsweise der DAB-Antenne kann die Bauform der Antenneneinheit zusätzlich verkleinert werden, wie dies später näher beschrieben wird. Mit anderen Worten kann die AM-FM-Antenne beziehungsweise die DAB-Antenne auch zweiteilig ausgeführt sein, wobei ein Teil durch die Dachkapazität und der andere Teil durch die entsprechenden Helix-Antennenwindungen bereitgestellt sind.
Dabei können sowohl die kombinierte AM-FM-Antenne als auch die DAB-Antenne als jeweilige planare Helix-Antennen, das heißt bis auf die jeweiligen Dachkapazitäten, bereitgestellt sein. Dabei kann die AM-FM-Antenne auf einer anderen Platine wie die DAB-Antenne realisiert sein, oder auch auf der gleichen Platine. Der zweite Fall ist besonders bevorzugt, da dies eine deutlich kompaktere Ausbildung der Antenneneinheit ermöglicht. Entsprechend stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Helix-Antennenwindungen der DAB-Antenne und der AM-FM-Antenne auf der gemeinsamen ersten Platine angeordnet sind. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Helix-Antennenwindungen der DAB-Antenne und der AM-FM-Antenne in der zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass diese in der ersten Richtung übereinander angeordnet sind. In diesem Fall wäre es erforderlich, eine elektrisch leitende Verbindung von der höher angeordneten Antenne zu dem ihr zugeordneten Fußpunkt an der Unterseite der Platine entgegen der ersten Richtung vorzusehen. Dadurch ist eine elektrisch leitende Fläche bereitgestellt, die sich im Wesentlichen entgegen der ersten Richtung erstreckt, was Nachteile in Bezug auf die Entkopplung von der Telefon-LTE-5G-Antenne hat, die Großteils in die erste Richtung verlaufend ausgerichtet ist. Entsprechend ist es sehr vorteilhaft, wenn die DAB-Antenne und die AM-FM-Antenne, zumindest deren Helix-Antennenwindungen, in der zweiten Richtung nebeneinander angeordnet sind. Dadurch lässt sich die Entkopplung von der Telefon-LTE-5G-Antenne zusätzlich verbessern, da die parallel zur ersten Richtung verlaufenden Antennenkomponenten der DAB- und AM-FM-Antenne auf ein Minimum reduziert werden können.
Des Weiteren sehr vorteilhaft für die Ausgestaltung der Helix-Antennenwindungen ist die Berücksichtigung der Drehrichtung der Helix-Antennenwindungen, da diese Drehrichtung die Verkopplung zwischen den einzelnen Antennen und damit den Effizienzverlauf der Antennen beeinflusst. Bevorzugt ist die gleiche Drehrichtung der Helix-Antennenwindungen für die AM-FM-Antenne und die DAB-Antenne. Eine zueinander entgegensetzte Drehrichtung ist aber auch vorstellbar.
Wie bereits erwähnt, stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die AM-FM-Antenne eine erste Dachkapazität aufweist, die in der ersten Richtung über der ersten Platine angeordnet ist und die mit den Helix-Antennenwindungen der AM-FM-Antenne galvanisch gekoppelt ist, insbesondere wobei die DAB-Antenne eine zweite Dachkapazität aufweist, die auf einer Platinenkante der ersten Platine in der ersten Richtung oberhalb der Helix-Antennenwindungen der DAB-Antenne angeordnet ist und galvanisch mit den Helix-Antennenwindungen der DAB-Antenne verbunden ist. Grundsätzlich könnten die DAB-Antenne und die AM-FM-Antenne auch eine gemeinsame Dachkapazität nutzen, das heißt an eine gemeinsame Dachkapazität galvanisch angebunden sein. Dadurch, dass der DAB-Antenne jedoch eine separate zweite Dachkapazität zugeordnet ist, kann wiederum eine verbesserte Entkopplung bereitgestellt werden. Zusätzlich ist es möglich, durch die Ausführung der zweiten Dachkapazität auf der Platinenkante eine kapazitive Kopplung dieser zweiten Dachkapazität zur ersten Dachkapazität bereitzustellen. Die zweite Dachkapazität kann daher selbst sehr klein ausgeführt werden und zum Beispiel auf die genannte Platinenkante beschränkt sein, die zumindest einen Teil einer Seitenkante der ersten Platine darstellt. Die erste Dachkapazität befindet sich vorzugsweise nicht auf der ersten Platine selbst, sondern ist zum Beispiel durch eine separate Fläche oberhalb dieser ersten Platine bereitgestellt. Um die erste Dachkapazität mit der ersten Platine zu koppeln, gibt es mehrere Möglichkeiten. Vorzugsweise erfolgt die Kopplung über ein elektrisch leitfähiges Element, welches vorzugsweise einen Toleranzausgleich in der ersten Richtung ermöglicht. Dies bietet die Möglichkeit, die erste Dachkapazität einfacher an einem von der ersten Platine verschiedenen Bauteil anzuordnen. Beispielsweise kann die Kopplung über eine Feder oder einen Kontaktschaum erfolgen. Ein solcher Kontaktschaum umfasst dann zum Beispiel metallische Partikel, um elektrisch leitfähig zu sein. Die Kontaktierung der ersten Dachkapazität der AM-FM-DAB-Antenne kann aber auch anders erfolgen, zum Beispiel durch Klemmung. Zur Ausbildung der ersten Dachkapazität gibt es darüber hinaus wiederum vielzählige Möglichkeiten. Diese Dachkapazität kann zum Beispiel als montiertes, zum Beispiel gestanztes oder tiefgezogenes, Metallblech oder als geklebte Folie auf einem Träger realisiert sein. Sie kann auch auf einem Träger gedruckt sein. Dieser Träger kann zum Beispiel eine Schutzkappe darstellen, in der die Modulkomponenten des Antennenmoduls angeordnet sind.
Da es durch die Erfindung und ihre Ausführungsformen vorteilhafterweise möglich ist, ein Antennenmodul auf äußerst geringem Bauraum mit vielzähligen Antennen bereitzustellen, ist es bevorzugt, dieses Antennenmodul in einem Dachbereich eines Kraftfahrzeugs unter einer Außenhaube des Kraftfahrzeugs unterzubringen, welche auch als Haifischflosse bezeichnet wird. Die besagte Schutzkappe befindet sich dann entsprechend unterhalb dieser Außenhaube. Die Dachkapazität, insbesondere die erste Dachkapazität, kann dann zum Beispiel auf der Schutzkappe angeordnet sein oder auch in der Außenhaube, das heißt der Haifischflosse selbst, integriert sein. Die Dachkapazität kann auch nur als Folie bereitgestellt sein, die auf einem entsprechenden Träger angeordnet ist. In diesem Fall kann die Folie auch mit einer Leiterbahnstruktur versehen sein. Eine solche Leiterbahnstruktur kann als resonante Leiterbahnstruktur ausgeführt sein und die Entkopplung verbessern.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die AM-FM-Antenne in einem ersten bestimmten Frequenzbereich eine höhere Effizienz auf als in einem bestimmten zweiten Frequenzbereich, insbesondere wobei der erste bestimmte Frequenzbereich zum FM-Frequenzbereich korrespondiert und der zweite Frequenzbereich zum DAB-Frequenzbereich. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die DAB-Antenne im ersten Frequenzbereich eine niedrigere Effizienz aufweist, als die AM-FM-Antenne und eine niedrigere Effizienz als in dem zweiten Effizienzbereich, in welchem die DAB-Antenne zudem eine höhere Effizienz als die AM-FM-Antenne aufweist. Dies lässt sich durch eine geometrische Auslegung der AM-FM-Antenne und der DAB-Antennen bereitstellen. Durch diese unterschiedlichen Effizienzbereiche kann eine natürliche Entkopplung der DAB-Antenne zu AM-FM-Antenne bereitgestellt werden. Die DAB-Antenne ist dabei vorzugsweise so ausgelegt, dass diese eine Serien- und Parallelresonanz innerhalb des DAB-Frequenzbandes, das heißt des zweiten Frequenzbereichs, aufweist, während die AM-FM-Antenne so ausgelegt ist, dass diese ausschließlich eine Serienresonanz innerhalb des FM-Frequenzbandes, das heißt des ersten Frequenzbereichs, aufweist. Die FM-Antenne hat zusätzlich am Fußpunkt eine deutlich niedrigere Effizienz mindestens in einem Teilbereich des DAB-Bandes, wodurch eine natürliche Entkopplung zu der DAB-Antenne mindestens in einem Teilbereich des DAB-Bands bereitgestellt werden kann. Dies bedingt ihre Auslegung, indem die Parallelresonanz dieser AM-FM-Antenne nah zu Beginn des DAB-Bands platziert wird. Die DAB-Antenne dagegen hat eine geringere Effizienz im FM-Band. Diese wird durch ihre Größe und optionalen Entkopplungsmaßnahmen auf der gemeinsamen Leiterplatte, wie zum Beispiel mindestens einem Schlitz, vorzugsweise in der ersten Richtung zwischen den Helix-Antennenwindungen der AM-FM-Antenne und der DAB-Antenne, ermöglicht.
Darüber hinaus können die mindestens eine erste Telefon-LTE-5G-Antenne und die Antenneneinheit mit einer gemeinsamen Hauptplatine beziehungsweise Hauptleiterplatte verbunden sein. Diese kann zum Beispiel bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Antennenmoduls am Kraftfahrzeug im Wesentlichen parallel zum Fahrzeugdach ausgerichtet sein. Die nachfolgend ebenfalls verwendeten Richtungsangaben wie Fahrzeuglängsrichtung, Fahrzeughochrichtung und Fahrzeugquerrichtung beziehen sich dabei ebenfalls auf die bestimmungsgemäße Einbaulage des Antennenmoduls im Kraftfahrzeug.
Hierbei soll noch angemerkt sein, dass das erfindungsgemäße Antennenmodul und seine Ausgestaltungen vorzugsweise an einem Kraftfahrzeug Anwendung findet, die Verwendung des Antennenmoduls jedoch nicht auf den Kraftfahrzeugbereich beschränkt sein soll. Ein solches Antennenmodul lässt sich überall einsetzten und ist gerade dort von Vorteil, wo viele Antennenfunktionen auf möglichst geringem Bauraum bereitgestellt werden sollen.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die jeweiligen Platinen der Antenneneinheit und der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne im Wesentlichen senkrecht zu dieser Hauptleiterplatte angeordnet sind. Dadurch kann eine optimale Abstrahlcharakteristik der jeweiligen Antennen erreicht werden.
Wie oben bereits erwähnt, ist es besonders vorteilhaft, wenn die erste Telefon-LTE-5G-Antenne, bzw. ihre Leiterbahnstruktur, im Wesentlichen senkrecht zum Verlauf der Helix-Antennenwindungen der DAB-Antenne und der AM-FM-Antenne angeordnet ist. Entsprechend stellt es eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die dritte Richtung, in welcher sich die Breite der zweiten Platine der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne erstreckt, einen Winkel zur ersten und zweiten Richtung aufweist, der zwischen 80 Grad und 100 Grad liegt, und vorzugsweise zirka 90 Grad beträgt. Bei 90 Grad ist die Entkopplung zwischen der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne und der Antenneneinheit maximiert. Zur besseren Veranschaulichung soll bezogen auf die bestimmungsgemäße Einbaulage des Antennenmoduls am Kraftfahrzeug die erste Richtung in Fahrzeughochrichtung verlaufen, die zweite Richtung in Fahrzeuglängsrichtung, und die dritte Richtung in Fahrzeugquerrichtung. Die erste Telefon-LTE-5G-Antenne erstreckt sich also im Wesentlichen in Fahrzeughochrichtung und in Fahrzeugquerrichtung, während die Helix-Antennenwindungen der DAB-Antenne und der AM-FM-Antenne im Wesentlichen in der Horizontalen umfassend die Fahrzeuglängstrichtung verlaufen und in der ersten Richtung übereinander angeordnet sind. Die Steigungen der jeweiligen Helix-Antennenwindungen sind vorzugsweise so gering wie möglich gehalten, da hierdurch der Anteil in z-Richtung auf ein Minimum beschränkt werden kann. Dadurch ist die Entkopplung zur Telefon-LTE-5G-Antenne maximiert, was eine äußerst kompakte Anordnung ermöglicht. Vorzugsweise weisen die Helix-Antennenwindungen eine Steigung gegenüber der Horizontalen auf, die kleiner ist als 5 Grad, vorzugsweise kleiner als 3 Grad, zum Beispiel 2,2 Grad beträgt.
Durch weitere Besonderheiten der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne kann die Entkopplung zur AM-FM-DAB-Antenneneinheit noch gesteigert werden. Beispielsweise stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die mindestens eine erste Telefon-LTE-5G-Antenne einen ersten Antennenarm aufweist, welcher einem ersten Frequenzbereich, insbesondere für Frequenzen größer als 1 Gigahertz, zugeordnet ist, und einen zweiten Antennenarm aufweist, welcher einem zweiten Frequenzbereich, insbesondere für Frequenzen kleiner als 1 Gigahertz, zugeordnet ist, wobei der erste und der zweite Antennenarm kapazitiv miteinander gekoppelt sind und galvanisch voneinander getrennt sind. Durch diese Ausgestaltung kann vor allem eine zu starke Kopplung mit der AM-Antenne der Antenneneinheit auf besonders effiziente Weise vermieden werden. Wären diese beiden Arme galvanisch miteinander verbunden, so würde hierdurch wiederum eine sehr große, vor allem mit der AM-Antenne, koppelnde Kapazität bereitgestellt werden. Diese Ausgestaltung basiert auf der Idee, dass sich die Gesamtkapazität durch Serienschaltung zweier einzelner Kapazitäten, reduzieren lässt, im Vergleich zu einer Parallelschaltung dieser Kapazitäten. Dies kann durch die kapazitive Kopplung der beiden Antennenarme erreicht werden, insbesondere im Gegensatz zu einer galvanischen Verbindung, die im AM-Bereich eine hohe Kapazität darstellt. Zudem kann auch eine induktive Verlängerung für den zweiten Antennenarm bereitgestellt sein. Diese kann als eine schneckenförmig verlaufende Leitung ausgebildet sein, die galvanisch mit dem zweiten Arm verbunden ist. Der erste Arm für die höheren Frequenzen größer 1 Gigahertz kann damit den zweiten Arm beziehungsweise die Verlängerung für die unteren Frequenzen kleiner 1 Gigahertz kapazitiv anregen. Somit existiert also eine Kapazität zwischen dem Arm für die höheren Frequenzen und dem Arm für die unteren Frequenzen. Die kapazitive Koppelfläche ist dabei für die Effizienz und die Impedanz bestimmend. Dies kann vorteilhafterweise zur Entkopplung von der AM-Antenne genutzt werden. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Arm für die unteren Frequenzen, das heißt der zweite Antennenarm, über eine eigene kapazitive Belastung auf der Antennenplatine, das heißt der zweiten Platine, verfügt. Diese zweite Antennenplatine kann also eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Platinenseite aufweisen. Beispielsweise kann der erste Antennenarm für die größeren Frequenzen auf der ersten Platinenseite angeordnet sein, und der zweite Arm für die kleinen Frequenzen auf der zweiten Platinenseite, wobei eine Dachkapazität für den zweiten Arm sich ebenfalls auf der ersten Platinenseite befinden kann und über eine Durchkontaktierung durch die Platine hindurch mit dem zweiten Antennenarm galvanisch verbunden sein kann. Somit kann eine besonders effiziente erste Telefon-LTE-5G-Antenne mit maximaler Entkopplung zur Antenneneinheit bereitgestellt werden.
Zusätzlich kann die erste Telefon-LTE-5G-Antenne zur Antennendetektion über eine hochohmige Verbindung zur Masse verfügen. Diese hochohmige Verbindung kann über eine Spule bereitgestellt werden, die dafür sorgt, dass hochfrequente Signalanteile in die Telefon-LTE-5G-Antenne eingekoppelt werden und nicht zur Masse abfliessen. Hierdurch kann ein Defekt oder Ausfall der Antenne detektiert werden, was zum Beispiel für die E-Call-Funktion von Bedeutung ist.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Antennenmodul mindestens eine zweite Telefon-LTE-5G-Antenne auf, wobei die AM-FM-DAB-Antenneneinheit zwischen der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne und der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne angeordnet ist, insbesondere wobei die zweite Telefon-LTE-5G-Antenne auf einer dritten Platine angeordnet ist, die senkrecht zur zweiten Platine der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne ausgerichtet ist. Durch eine weitere Telefon-LTE-5G-Antenne kann die mit dem Antennenmodul über ein Mobilfunknetz bereitstellbare Datenübertragungsrate gesteigert werden. Gleichzeitig lässt sich eine solche zweite Telefon-LTE-5G-Antenne zusammen mit der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne auf äußerst geringem Bauraum mit maximaler Entkopplung bereitstellen. Dies lässt sich einerseits dadurch bewerkstelligen, indem die beiden Telefon-LTE-5G-Antennen möglichst weit voneinander entfernt angeordnet sind, zum Beispiel die in Bezug auf die zweite Richtung am weitesten entfernten Antennen des Antennenmoduls darstellen, sodass also die Antenneneinheit und optional auch weitere Antennen zwischen diesen beiden ersten und zweiten Telefon-LTE-5G-Antennen angeordnet sind, und andererseits dadurch, dass zudem die dritte Platine der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne senkrecht zur zweiten Platine der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne ausgerichtet ist. Zusätzlich steht die dritte Platine auch im Wesentlichen senkrecht zur oben genannten Hauptleiterplatte und ist damit vorzugsweise senkrecht zur Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet.
Auch die zweite Telefon-LTE-5G-Antenne kann für einen Frequenzbereich kleiner als ein Gigahertz ausgelegt sein. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die zweite Telefon-LTE-5G-Antenne genauso wie die erste Telefon-LTE-5G-Antenne ausgebildet ist. Denkbar ist es jedoch auch, dass zum Beispiel der genannte erste und zweite Antennenarm der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne im vorliegenden Fall jedoch nicht kapazitiv voneinander getrennt sind, da die zweite Telefon-LTE-5G-Antenne einen größeren Abstand zur Antenneneinheit aufweisen kann, als die erste Telefon-LTE-5G-Antenne.
Darüber hinaus ist es sehr vorteilhaft, wie dies gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, wenn das Antennenmodul eine GNSS (Globales Navigationssatellitensystem)-Antenne aufweist. Grundsätzlich kann auch diese an beliebiger Stelle innerhalb des Antennenmoduls angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn eine solche GNSS-Antenne zwischen der AM-FM-DAB-Antenneneinheit und der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne angeordnet ist. Eine GNSS-Antenne kann aber auch unabhängig vom Vorhandensein der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne Teil des Antennenmoduls sein. Wenn jedoch die zweite Telefon-LTE-5G-Antenne im Antennenmodul vorhanden ist, wie oben beschrieben, so ist es vorteilhaft, wenn sich die GNSS-Antenne zwischen dieser zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne und der Antenneneinheit befindet. Dadurch kann der Abstand zwischen den beiden Telefon-LTE-5G-Antennen maximiert werden. Diese GNSS-Antenne empfängt ihre Signale von Satelliten und ist daher zur Signalabstrahlung in der ersten Richtung ausgelegt beziehungsweise in Bezug auf diese Abstrahlrichtung hin optimiert. Besonders vorteilhaft ist es dabei weiterhin, wenn die GNSS-Antenne als eine Patchantenne ausgebildet ist. Dadurch lässt sich die GNSS-Antenne auf besonders kompakte Weise in das Antennenmodul integrieren. Gleichzeitig kann so eine Abstrahlrichtung in der ersten Richtung bereitgestellt werden. Zudem ist eine Patchantenne äußerst effizient.
Alternativ kann die GNSS-Antenne aber auch als eine gekrümmte Dipol-Antenne mit kapazitiver Anregung auf einer Platine senkrecht zu der zweiten 5G-LTE-GSM-Antenne, d.h. der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne, und parallel zu der ersten 5G-LTE-GSM-Antenne, d.h. der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne, ausgebildet sein. Dies beruht auf folgender Erkenntnis: Bei der Ausbildung der GNSS-Antenne als Patchantenne insbesondere unmittelbar neben der Antenneneinheit mit der sehr großen ersten Dachkapazität, hat sich gezeigt, dass die erste Dachkapazität eine sehr stark schirmende Wirkung auf die Patchantenne, die sehr flach in Bezug auf die erste Richtung ist, hat. Diese abschirmende Wirkung lässt sich deutlich verringern, wenn die GNSS-Antenne stattdessen als eine gekrümmte Dipolantenne auf einer Platine senkrecht zu der zweiten 5G-LTE-GSM-Antenne und parallel zu der ersten 5G-LTE-GSM-Antenne mit kapazitiver Anregung ausgebildet ist. Die GNSS-Antenne hat dabei im Wesentlichen die Form einer nach unten geöffneten Parabel, wobei die Richtung nach unten hier entgegen der ersten Richtung zu verstehen ist. Dadurch kann eine verstärkte Abstrahlung in der ersten Richtung erreicht werden. Zudem erstreckt sich die so ausgebildete GNSS-Antenne deutlich höher in der ersten Richtung, wodurch die beschriebene abschirmende Wirkung der ersten Dachkapazität reduziert werden kann. Im Gegensatz zur oben genannten Patchantenne strahlt eine solche gekrümmte Dipol-Antenne jedoch keine zirkular polarisierten Signale, sondern lediglich linear-polarisierte Signale ab. Dies ist für die gewünschte Signalstärke jedoch vollkommen ausreichend, obwohl ein Verlust von 3dB im Vergleich zu der optimalen zirkularen Polarisation zu beklagen ist.
Es können aber auch auf der ersten Seite der Hauptleiterplatte noch weitere noch nicht beschriebene Antennen angeordnet sein. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine V-to-X-Antenne auf der ersten Seite der Hauptleiterplatte angeordnet ist. Eine V-to-X-Antenne, oder auch Car-to-X-Antenne genannt, dient dabei der Kommunikation des Fahrzeugs mit einem anderen Fahrzeug oder einer beliebigen anderen kommunikationsfähigen Einrichtung, zum Beispiel gemäß dem WLANp-Standard. Aufgrund ihrer typischen Bandbreite besteht kein großes Kopplungsrisiko zu den anderen Antennen. Besonders effizient ist es dabei, wenn eine solche V-to-X-Antenne zum Beispiel auf der gleichen zweiten Platine wie die erste Telefon-LTE-5G-Antenne und/oder der gleichen dritten Platine wie die zweite Telefon-LTE-5G-Antenne angeordnet ist. Beispielsweise können auch zwei solcher V-to-X-Antennen vorgesehen sein, eine auf der zweiten Platine und eine auf der dritten Platine. Die vordere V-to-X-Antenne, die z.B. der Fahrzeugfront näher ist, kann statt auf der dritten Platine auch seitlich in Bezug auf die zweite Richtung neben der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne angeordnet sein. Die V-to-X-Antennen emittieren beziehungsweise empfangen in einem Frequenzbereich von zirka 5 Gigahertz und können damit sehr klein ausgebildet sein.
Auch ist es vorteilhaft, wenn auf der ersten Seite der Hauptleiterplatte zwei weitere Telefon-LTE-5G-Antennen angeordnet sind. Diese können in einem Bereich zwischen der Antenneneinheit und der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne bezogen auf die zweite Richtung angeordnet sein, und zum Beispiel in der dritten Richtung neben der GNSS-Antenne, insbesondere beidseitig neben dieser, angeordnet sein. Diese dritte und vierte Telefon-LTE-5G-Antennen sind dabei vorzugsweise nur für höhere Frequenzen größer als 1 Gigahertz ausgelegt, sodass diese deutlich näher aneinander und an der ersten beziehungsweise zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne angeordnet sein können. Im Fall eines E-Calls kann dieser im Allgemeinen über eine beliebige Telefon-LTE-5G-Antenne ausgegeben werden. Die innenseitig und damit auf der zweiten Seite der Hauptleiterplatine zusätzlich angeordnete E-Call-Antenne dient damit lediglich als gut geschützte Backup-Antenne, die zum Beispiel im Falle eines Unfalls und im Falle eines Defekts der übrigen Telefon-LTE-5G-Antennen für den E-Call genutzt werden kann. Auch durch die übrigen genannten, im Innenraum angeordneten, Antennen, wie die WLAN(Wireless Local Area Network)-Antenne und/oder UWB(Ultrabreitband)-Antennen, muss keine sonderlich große Reichweite bereitgestellt werden, wodurch auch hier eine besonders einfache Integration auf der anderen Seite der Hauptleiterplatine und damit dem Fahrzeuginnenraum zugewandt möglich ist, ohne die Signalqualität unangemessen zu beeinträchtigen.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Antennenmodul eine Hauptleiterplatte auf, wobei die erste Telefon-LTE-5G-Antenne und die Antenneneinheit auf einer ersten Seite der Hauptleiterplatte angeordnet sind, wobei das Antennenmodul mindestens eine Antenne aufweist, die auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Hauptleiterplatte angeordnet ist, insbesondere wobei die mindestens eine Antenne eine E-Call-Antenne und/oder eine UWB-Antenne und/oder eine WLAN-Antenne und/oder eine weitere Telefon-LTE-5G-Antenne darstellt. Somit können vorteilhafterweise zahlreiche weitere Antennen sozusagen unterhalb der Hauptleiterplatte und damit in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs beziehungsweise dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugewandt angeordnet werden. Die internen Antennen und Komponenten, wie zum Beispiel die genannte Backup-Antenne für den E-Call oder die WLAN-Antennen sowie weitere Antennen für andere Dienste wie 5G können dabei unter dem Fahrzeugdach innerhalb einer Box angeordnet sein.
Insgesamt lassen sich so vielzählige unterschiedliche Antennen für vielzählige unterschiedliche Funktionen in einem kompakten Antennenmodul auf engstem Bauraum bereitstellen. Optional können in einem solchen Antennenmodul, insbesondere auf der zweiten Seite der Hauptleiterplatte, zum Beispiel auch weitere elektrische und/oder elektronische Komponenten, wie zum Beispiel Tuner, Transceiver, Empfänger, Steuereinheiten oder ähnliches bereitgestellt und integriert sein. Mit anderen Worten kann das Antennenmodul einen integrierten Tuner und/oder Transceiver und/oder Empfänger und/oder ein Bussystem umfassen. Dies muss aber nicht notwendigerweise der Fall sein. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Antennenmodul keinen integrierten Tuner oder Transceiver oder Empfänger oder ein Bussystem auf. In diesem Fall ist es jedoch bevorzugt, dass das Antennenmodul ein Anpassnetzwerk und/oder einen Verstärker für zumindest eine vom Antennenmodul umfassten Antenne aufweist, wobei an dem Anpassnetzwerk und/oder einen Verstärker ein Koaxialkabel zur Kopplung mit einem modulexternen Tuner oder Transceiver oder Empfänger angeschlossen ist.
Das Antennenmodul kann weiterhin auf verschiedenste Arten und Weisen mit einem Fahrzeugdach gekoppelt werden. Dabei ist es bevorzugt, dass das Antennenmodul eine gute galvanische Verbindung zum Dach hat, die ohne Schrauben oder mithilfe von einer oder mehreren Schrauben erreicht werden kann. Durch diese galvanische Verbindung kann eine Masseverbindung zum Dach hergestellt werden. Das Dachantennenmodul kann zudem einteilig ausgeführt sein oder auch zweiteilig, wie dies später näher anhand der Figuren erläutert wird. In allen Fällen weisen jedoch die Antennen mindestens einen elektrischen Kontakt mit der Hauptleiterplatte auf, um eine Verbindung zu den Empfängern und Transceivern zu ermöglichen. Diese können dabei ebenfalls in das Antennenmodul integriert sein oder aber auch entfernt angeordnet sein.
Des Weiteren soll auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antennenmodul oder einer seiner Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Das Antennenmodul ist dann vorzugsweise an einem Dach des Fahrzeugs, insbesondere unterhalb einer Haube bzw. Haifischflosse angeordnet, wie bereits beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines Antennenmoduls für ein Kraftfahrzeug zur Anordnung auf einem Fahrzeugdach ohne Receiver- und Tunerintegration gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine erste Seite der ersten Platine der Antenneneinheit, auf welcher die Helix-Antennenwindungen der AM-FM-Antenne und der DAB-Antenne aufgebracht sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine zweite Seite der ersten Platine der Antenneneinheit mit der AM-FM-Antenne und der DAB-Antenne, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4: eine schematische Darstellung der Effizienz der AM-FM-Antenne und der DAB-Antenne gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5: eine schematische Darstellung der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne in einer Draufsicht auf eine erste Seite gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6: eine schematische Darstellung der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne in einer Draufsicht auf eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 7: eine schematische Darstellung der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne in einer Schnittansicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 8: eine schematische Darstellung eines Antennenmoduls für ein Kraftfahrzeug zur Montage auf einem Fahrzeugdach gemäß einem einteiligen Montagekonzept mit integrierten Transceivern und Tunern, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 9: eine schematische Darstellung eines Antennenmoduls gemäße einem zweiteiligen Montagekonzept gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antennenmoduls 1 für ein Kraftfahrzeug 2, von welchem lediglich exemplarisch das Fahrzeugdach 3 und die auf dem Fahrzeugdach 3 montierte Außenhaube 4, die auch als Haifischflosse bezeichnet wird, dargestellt sind. Das Antennenmodul 1 ist hierbei als multifunktionales und multibandiges Antennenmodul 1 auf kleinstem Bauraum ausgeführt. Das Antennenmodul 1 umfasst dabei eine Antenneneinheit 5, die auch als AM-FM-DAB-Antenne 5 bezeichnet sein kann, da sie sowohl eine DAB-Antenne 6 sowie eine kombinierte AM-FM-Antenne 7 umfasst. Weiterhin weist das Antennenmodul 1 zumindest eine erste Telefon-LTE-5G-Antenne 8 auf, welche sehr nah an der Antenneneinheit 5 angeordnet ist. Zudem sind in diesem Beispiel vom Antennenmodul 1 noch eine zweite Telefon-LTE-5G-Antenne 9 umfasst, eine dritte und vierte Telefon-LTE-5G-Antenne 10, 11, eine GNSS-Antenne 12, sowie zwei V-to-X-Antennen 13, 14. Diese Antennenmodulkomponenten sind dabei weiterhin auf einer Hauptleiterplatte 15 angeordnet, die wiederum auf einem Träger 16, der auch als Chassis bezeichnet werden kann, angeordnet ist. Weiterhin ist zumindest über den meisten dieser Antennenmodulkomponenten eine Schutzhaube 17 angeordnet. Bis auf eine der Antenneneinheit 5 zugeordnete
Dachkapazität 18 sind alle übrigen Antennen unter dieser Schutzhaube 17 angeordnet. Weiterhin kann dieses Antennenmodul 1 über eine Schraubverbindung 20 am Dach 3 des Kraftfahrzeugs 2 montiert sein. In diesem Beispiel ist in das Antennenmodul 1 kein Tuner oder Transceiver integriert, aber benötigte Verstärker und Anpassnetzwerke mit angeschlossenen Koaxialkabeln sind integriert. Weitere Beispiele mit integrierten Receivern und Tunern werden später näher erläutert.
Die Erfindung bzw. ihre Ausführungsformen ermöglichen vorteilhafterweise eine Bereitstellung eines äußerst kompakten Antennenmoduls 1, bei welchem beispielsweise die höchste Antenne, die vorliegend durch die Antenneneinheit 5 bereitgestellt ist, in der ersten Richtung, die zur hier dargestellten z-Richtung korrespondiert, kleiner ist als 10 Zentimeter, insbesondere lediglich zirka 7 Zentimeter in der ersten Richtung misst. Bezogen auf die bestimmungsgemäße Einbaulage dieses Antennenmoduls 1 in Bezug auf das Kraftfahrzeug 2 korrespondiert dabei im Übrigen die z-Richtung zur Fahrzeughochrichtung, die hier dargestellte x-Richtung zur Fahrzeuglängsrichtung, wobei die x-Richtung insbesondere in Richtung Fahrzeugfront weist, und die y-Richtung zur Fahrzeugquerrichtung. Die z-Richtung wird unter anderem auch als erste Richtung bezeichnet, die y-Richtung als dritte Richtung und die x-Richtung als zweite Richtung. Die Schwierigkeit bei der Bereitstellung eines solch kompakten Antennenmoduls 1 besteht vor allem darin, nicht nur die einzelnen Antennen selbst möglichst klein und kompakt ausbilden zu können, sondern vor allem auch darin, diese ausreichend voneinander zu entkoppeln, um eine gegenseitige Störung oder Beeinflussung zu vermeiden. Dies betrifft vor allem die Anordnung der Antenneneinheit 5 in Bezug auf die erste Telefon-LTE-5G-Antenne 8. Um insbesondere über das Mobilfunknetz eine möglichst hohe Datenrate, zum Beispiel gemäß dem 4G-Standard oder auch 5G-Standard, bereitzustellen, ist es vorteilhaft, wenn das Antennenmodul vier möglichst viele Telefon-LTE-5G-Antennen 8, 9, 10, 11 aufweist. Durch zwei solcher Antennen 8, 9, 10, 11 lässt sich eine Kommunikation gemäß dem 4G-Standard bereitstellen, wenn zur Kommunikation gemäß dem 5G-Standard vier solcher Antennen 8, 9, 10, 11 vorgesehen werden. Die Bezeichnung Telefon-LTE-5G-Antenne 8, 9, 10, 11 soll also vorliegend so verstanden werden, dass diese Telefon-LTE-5G-Antennen 8, 9, 10, 11 zu einer Kommunikation gemäß dem 5G-Standard genutzt werden können, nicht jedoch dass eine einzelne solche Antenne 8, 9, 10, 11 bereits hierfür ausreichend wäre. Eine Mobilfunkkommunikation mit geringeren Datenübertragungsraten als gemäß dem 5G-Standard lässt sich aber bereits mit einer einzelnen solchen Telefon-LTE-5G-Antenne 8, 9, 10, 11 bereitstellen. Sowohl die erste als auch die zweite Telefon-LTE-5G-Antenne 8, 9 können dabei Daten in einem Frequenzbereich kleiner als 1 Gigahertz als auch größer als 1 Gigahertz übermitteln beziehungsweise empfangen. Um eine möglichst gute Entkopplung dieser beiden Telefon-LTE-5G-Antennen 8, 9 bereitzustellen, ist es vorteilhaft, diese möglichst weit entfernt voneinander anzuordnen, wie dies beispielsweise auch in Fig. 1 dargestellt ist. Dies wurde dadurch bewerkstelligt, indem diese beiden Antennen 8, 9 die in der x-Richtung am weitesten auseinanderliegenden Antennen des Antennenmoduls 1 darstellen. Aufgrund der Größe der Antenneneinheit 5 ist es jedoch erforderlich, diese sehr nah an der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne 8 anzuordnen. Die Herausforderung hierbei besteht wiederum darin, für eine ausreichende Entkopplung zwischen dieser ersten Telefon-LTE-5G-Antenne 8 und der Antenneneinheit 5 zu sorgen, sowie andererseits auch darin, für eine ausreichende Entkopplung der in der Antenneneinheit 5 integrierten Antennen, nämlich der DAB-Antenne 6 und der AM-FM-Antenne 7, zu sorgen. Wie sich dies bewerkstelligen lässt, wird nun nachfolgend näher erläutert.
Zusätzlich ist diese AM-FM-DAB-Antenne 5 im höchsten Bereich des Dachmoduls 1 platziert und zudem ist die AM-FM-DAB-Antenne zweiteilig realisiert. Ein erster Teil 5a befindet sich unterhalb der Schutzkappe 17 und der zweite Teil 5b stellt die bereits erwähnte Dachkapazität 18 dar. Die Dachkapazität 18 der AM-FM-DAB-Antenne 5 kann dabei, wie dargestellt, auf der Schutzkappe 17 angeordnet sein oder auch in der Außenhaube 4, das heißt der Haifischflosse, integriert sein. Die Dachkapazität kontaktiert mittels eines Kontaktelements 21, welches vorzugsweise eine Feder oder ein elektrisch leitendes Schaummaterial darstellt, den ersten Teil 5a der AM-FM-DAB-Antenne 5. Die Kontaktierung, das heißt das Kontaktelement 21, des ersten Teils 5a der AM-FM-DAB-Antenne 5 kann auch anders erfolgen, zum Beispiel durch Klemmung. Weiterhin kann diese Dachkapazität 18 als montiertes, zum Beispiel gestanztes oder tiefgezogenes, Metallblech oder geklebte Folie realisiert sein. Sie kann auch auf der Schutzkappe 14 gedruckt sein. Für den Fall, dass die Dachkapazität 18 eine Folie ist, kann diese eine Leiterbahnstruktur aufweisen beziehungsweise als resonante Leiterbahnstruktur ausgeführt sein.
Der erste Teil 5a ist als vertikal stehende PCB (Printed Circuit Board)-Antenne realisiert. Der erste Teil 5a dieser AM-FM-DAB-Antenne 5 ist im Detail nochmal in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt. Diverse andere Varianten dieser Anordnung, d.h. des dargestellten Antennenmoduls 1 können existieren, indem z.B. die V-to-X-Antennen nicht vorhanden sind. Ein großer Vorteil der Erfindung ist jedoch die Bereitstellung und Präsenz der AM-FM-DAB-Antenneneinheit, insbesondere in ihrer beschriebenen Realisierungsweise.
Fig. 2 zeigt dabei eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf eine erste Seite 22 des ersten Teils 5a und Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf die der ersten Seite 22 gegenüberliegende zweite Seite 23. Sowohl die DAB-Antenne 6 als auch die AM-FM-Antenne 7 umfassen dabei einen Teil 6a, 7a, der als planare Helix-Antenne ausgeführt ist. Diese Teile 6a, 7a sind also in Form von planaren Helix-Windungen 6a, 7a ausgeführt, die auf einer Platine, im vorliegenden Beispiel einer gemeinsamen ersten Platine 24, angeordnet sind. Die Dicke dieser Platine in y-Richtung kann zwischen 0,5 Millimeter und 2 Millimeter betragen und beträgt im vorliegenden Beispiel 1 Millimeter. Die einzelnen Helix-Antennenwindungen 6a, 7a können dabei als Leiterbahnen auf dieser Platine 24 aufgebracht sein, wobei die einzelnen vorder- und rückseitigen Leiterbahnabschnitte durch entsprechende Durchkontaktierungen 25 miteinander verbunden sind, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit in Fig. 2 und Fig. 3 lediglich eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Diese planaren Helix-Antennen 6a, 7a sind also gewissermaßen in Form einer flachgedrückten Spule mit mehreren in z-Richtung übereinander angeordneten Windungen bereitgestellt. Weiterhin sind die Helix-Antennenwindungen 7a der AM-FM-Antenne 7 galvanisch über das Kopplungselement 21 mit der ersten Dachkapazität 18 verbunden, wobei diese galvanische Verbindung vorliegend mit 26 bezeichnet ist. Die DAB-Antenne 6 weist ihre eigene Dachkapazität 27 auf, die ebenfalls auf der Platine 24 angeordnet ist, insbesondere auf einer Kante der Platine, vorzugsweise einer oberen Kante der Platine 24. Die DAB-Antenne 6 hat also vorzugsweise keinen galvanischen Kontakt zur ersten Dachkapazität 18, kann aber über ihre eigene kapazitive Belastung, die als zweite Dachkapazität 27 auf der Platinenkante ausgeführt ist, kapazitiv mit der ersten Dachkapazität 18 gekoppelt sein. Dies ermöglicht eine bessere Entkopplung zwischen der DAB-Antenne 6 und der AM-FM-Antenne 7. Um diese Entkopplung zusätzlich noch zu verstärken, ist vorliegend auch noch ein Schlitz 28 parallel zur z-Richtung zwischen der DAB-Antenne 6 und der AM-FM-Antenne 7 beziehungsweise deren betreffenden Helix-Antennenwindungen 6a, 7a bereitgestellt.
Die AM-Antenne und die FM-Antenne, die vorliegend als kombinierte AM-FM-Antenne 7 bereitgestellt sind, weisen entsprechend einen gemeinsamen Antennenfußpunkt 29 auf. Die DAB-Antenne 6 weist ihren eigenen Fußpunkt 30 auf. Diese Fußpunkte 29, 30 sind elektrisch mit der Hauptleiterplatte 15 verbunden. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die DAB-Antenne 6 und die AM-FM-Antenne 7 auf separaten Platinen bereitgestellt sind, die Anordnung auf einer gemeinsamen Platine 24 hat jedoch enorme Bauteilevorteile. Weiterhin wäre es auch denkbar, die DAB-Antenne 6 und die AM-FM-Antenne 7 als kombinierte Antenne, dennoch mit zwei Fußpunkten 29, 30, aber gemeinsam genutzten Windungen 6a, 7a, bereitzustellen, indem diese jeweiligen Antennenteile 6a, 7a nicht, wie hier dargestellt, in x-Richtung nebeneinander angeordnet sind, sondern beispielsweise in z-Richtung übereinander. Beispielsweise können die Antennenwindungen 6a der DAB-Antenne 6 in z-Richtung auch oberhalb der Antennenwindungen 7a der AM-FM-Antenne 7 angeordnet sein und zudem mit diesen galvanisch verbunden sein. Die einzelnen Windungen 6a, 7a können sich dann über nahezu die gesamte Breite in x-Richtung der Platine 24 erstrecken, was deren Effizienz steigert. Der der DAB-Antenne 6 zugeordnete Fußpunkt 30 kann über eine Anzapfung realisiert sein. Eine solche Anzapfung kann durch eine in z-Richtung verlaufende Leiterbahn realisiert sein. Um jedoch eine Kopplung zur äußerst nah benachbart angeordneten ersten Telefon-LTE-5G-Antenne 8 weitestgehend zu reduzieren, ist es bevorzugt, den ersten Teil 5a der Antenneneinheit 5, wie in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt, auszubilden, indem nämlich die DAB-Antenne 6 und die AM-FM-Antenne 7 mit jeweils separaten Antennenwindungen 6a, 7a in x-Richtung nebeneinander bereitgestellt werden. Dies hat den Hintergrund, dass so die in z-Richtung verlaufenden elektrisch leitenden Komponenten der Antenneneinheit 5 auf ein Minimum reduziert werden können. Dadurch kann vorteilhafterweise eine maximale Entkopplung von der benachbart angeordneten Telefon-LTE-5G-Antenne 8 bereitgestellt werden, die, wie dies später näher erläutert wird, auf einer Platine angeordnet ist, die sich in ihrer Höhe in z-Richtung und in ihrer Breite in y-Richtung erstreckt und somit senkrecht zur ersten Platine 24 des ersten Teils 5a der Antenneneinheit 5 ausgerichtet ist. Durch die Ausbildung der Antennenteile 6a, 7a als planare Helix-Windungen 6a, 7a weisen diese Windungen 6a, 7a auch zudem kaum eine Ausdehnung in y-Richtung auf. Entsprechend kann auch in diese Richtung eine maximale Entkopplung zur Telefon-LTE-5G-Antenne 8 bereitgestellt werden. Die einzelnen Windungen 6a, 7a sind dabei vorzugsweise möglichst horizontal, das heißt parallel zur x-y-Ebene, ausgerichtet. Dies ist im vorliegenden Beispiel dadurch realisiert, dass die Windungen 6a, 7a auf der ersten Seite 22 der Platine 24 als horizontal verlaufend ausgebildet sind, und auf der zweiten Seite 23 mit einer möglichst geringen Steigung gegenüber der Horizontalen, die vorzugsweise nicht größer ist als 5 Grad, besonders bevorzugt kleiner als 3 Grad, zum Beispiel 2,2 Grad.
Um zudem auch noch für eine möglichst gute Entkopplung zwischen der DAB-Antenne 6 und der AM-FM-Antenne 7 zu sorgen, weisen diese in unterschiedlichen Frequenzbereichen unterschiedliche Effizienzen auf, die auch als Antennengewinn bezeichnet werden können, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist. Hierbei sind in Fig. 4 exemplarisch drei Verläufe 7b der Effizienz E für die FM-Antenne7 dargestellt, und exemplarisch zwei mögliche Verläufe 6b der Effizienz E für die DAB-Antenne 6, jeweils in Abhängigkeit von der Frequenz f. Wie zu sehen ist, weist die FM-Antenne 7 vorzugsweise in einem ersten Frequenzbereich F1 eine deutlich höhere Effizienz E auf als einerseits die DAB-Antenne 6 und andererseits als die FM-Antenne 7 in einem zweiten Frequenzbereich F2, in welchem ihre Effizienz E vorzugsweise deutlich geringer ist als die der DAB-Antenne 6. Der erste Frequenzbereich F1 korrespondiert dabei zum FM-Frequenzbereich und ist zum Beispiel durch die untere Grenzfrequenz f1 und die obere Grenzfrequenz f2 begrenzt. f1 kann zum Beispiel 87,5 Megahertz betragen und f2 zum Beispiel 108 Megahertz. Der zweite Frequenzbereich F2 stellt den DAB-Frequenzbereich dar und erstreckt sich von einer dritten Frequenz f3 bis zu einer vierten Frequenz f4. Die dritte Frequenz f3 kann zum Beispiel 174 Megahertz betragen und die vierte Frequenz f4 zum Beispiel 240 Megahertz. Um dies zu bewerkstelligen, können die entsprechenden Antennen 6, 7 hinsichtlich ihrer Geometrie geeignet gestaltet sein. Durch die geometrischen Eigenschaften einer Antenne lassen sich insbesondere Serien- und Parallelresonanz der entsprechenden Antenne beeinflussen. Die DAB-Antenne 6 ist dabei vorzugsweise so ausgestaltet, dass diese eine Serien- und Parallelresonanz innerhalb des DAB-Frequenzbandes F2 aufweist. Die Parallelresonanz der AM-FM-Antenne 7 ist vorzugsweise nahe zu Beginn des DAB-Bands F2 platziert. Dadurch kann eine natürliche Entkopplung bereitgestellt werden. Dass die DAB-Antenne 6 eine geringere Effizienz im FM-Band F1 aufweist, wird, durch geometrische Eigenschaften einerseits wie ihre Länge, bereitgestellt sowie andererseits zusätzlich durch das Vorsehen von Schlitzen, wie zum Beispiel des bereits zu Fig. 2 und Fig. 3 beschriebenen Schlitzes 28.
Um eine gute Entkopplung zur ersten Telefon-LTE-5G-Antenne 8 bereitzustellen, können weitere Entkopplungsmaßnahmen auch durch diese erste Telefon-LTE-5G-Antenne 8 selbst realisiert sein, wie dies nun nachfolgend näher zur Fig. 5 und Fig. 6 beschrieben wird.
Fig. 5 zeigt dabei eine schematische Darstellung der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne 8 in einer Draufsicht auf eine erste Seite 31 und Fig. 6 eine schematische Darstellung dieser Antenne 8 in einer Draufsicht auf eine der ersten Seite 31 gegenüberliegende zweite Seite 32. Auch diese Antenne 8 ist als PCB-Antenne 8 realisiert. Entsprechend sind die Antennenteile auf einer korrespondierenden zweiten Platine 33 angeordnet. Fig. 7 zeigt zudem noch eine schematische Veranschaulichung dieser ersten Telefon-LTE-5G-Antenne 8 in einer Seitenansicht beziehungsweise Schnittansicht in einem Schnitt senkrecht zur y-Achse. Diese Telefon-LTE-5G-Antenne 8 weist zwei Antennenarme 34, 35 auf, die auf unterschiedlichen Platinenseiten 31, 32 der Platine 33 angeordnet sind. Der erste Antennenarm 34 ist für hohe Frequenzen, insbesondere größer als 1 Gigahertz, und der zweite Arm 35 für kleine Frequenzen, insbesondere kleiner als ein Gigahertz. Diese beiden Antennenarme 34, 35 sind nun vorteilhafterweise nicht miteinander galvanisch verbunden, sondern lediglich kapazitiv miteinander gekoppelt. Dadurch ist eine kapazitive Anregung für die erste Telefon-LTE-5G-Antenne 8 bereitgestellt, indem der erste Arm 34 für die höheren Frequenzen den zweiten Arm 35 beziehungsweise dessen Verlängerung 36 für die unteren Frequenzen kapazitiv anregt. Diese Verlängerung 36 kann wiederum auf der zweiten Seite 32 der Platine 33 angeordnet sein, auf welcher sich auch der erste Arm 34 befindet, wobei diese Verlängerung 36 über eine Durchkontaktierung 37 durch die Platine 33 mit dem zweiten Arm 35 galvanisch verbunden ist. Somit existiert also eine Kapazität zwischen dem Arm 34 für die höheren Frequenzen und dem Arm 35 für die unteren Frequenzen. Die kapazitive Koppelfläche ist für die Effizienz und die Impedanz der Antenne 8 bestimmen. Des Weiteren verfügt der Arm 35 für die unteren Frequenzen über eine eigene kapazitive Belastung 36, die besagte Verlängerung 36, auf der Antennenplatine 33. Durch diese Ausbildung kann vorteilhafterweise eine besonders gute Entkopplung zur AM-Antenne 7 bereitgestellt werden. Weiterhin verfügt die erste Telefon-LTE-5G-Antenne 8 zwecks Detektion über eine hochohmige Verbindung in Form einer Spule 38 zur Masse 39 beziehungsweise zum auf der Platine 33 vorgesehenen Massekontaktanschluss 39. Der Fußpunkt der Antenne 8 ist mit 40 bezeichnet. Durch diese hochohmige Spule 39 werden hohe Frequenzen vorteilhafterweise in die Antenne 8 geleitet. Über einen Spannungsabgriff dieser Spule 38 kann detektiert werden, wenn die Antenne 8, zum Beispiel aufgrund eines Defekts oder Unfalls des Fahrzeugs 2, ausfällt. Dann kann zum Beispiel die Backup-Antenne, die später näher erläutert wird, zur Aussendung eines E-Calls verwendet werden. Weiterhin weist auch der Arm 35 für die kleinen Frequenzen eine induktive Verlängerung 41 auf.
Auch durch diese Ausbildung der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne 8 ist es vorteilhafterweise möglich, diese äußerst nah zur Antenneneinheit 5 anzuordnen, wie dies zum Beispiel auch in Fig. 1 oder auch in Fig. 8 und Fig. 9 veranschaulicht ist.
Fig. 8 zeigt dabei ein Antennenmodul 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Übrigen kann dieses Antennenmodul 1, wie zuvor beschrieben, bis auf die nachfolgend erläuterten Unterschiede ausgebildet sein. Insbesondere kann dieses Antennenmodul 1 ebenfalls die zu Fig. 1 erläuterten Antennen aufweisen, wenn gleich hier exemplarisch die dritte und vierte Telefon-LTE-5G-Antenne 10, 11 nicht dargestellt ist. Ebensowenig sind hierbei die beiden V-to-X-Antennen 13, 14 dargestellt, die jedoch dennoch Teil dieses Antennenmoduls 1 sein können. Die zu Fig. 1 bereits genannten Antennen sind hierbei auf einer ersten Seite 15a der Hauptleiterplatte 15 angeordnet, wobei auf der gegenüberliegenden Seite 15b dieser Hauptleiterplatte 15 ebenfalls später noch näher erläuterte Komponenten angeordnet sein können. Das Antennenmodul 1 ist in diesem Beispiel gemäß einem einteiligen Montagekonzept ausgebildet, gemäß welchem dieses zusammengebaute Antennenmodul 1 als Ganzes von unten durch ein Loch beziehungsweise eine Durchgangsöffnung 42 im Fahrzeugdach 3 durchgesteckt und montiert werden kann. Mit anderen Worten ist in diesem Beispiel das Dachantennenmodul 1 nur vom Fahrzeuginneren montierbar realisiert. Durch die Aussparung 42 wird dabei nur der externe Teil des Moduls 1 durchgesteckt, das heißt diejenigen Komponenten, die sich auf der ersten Seite 15a der Hauptleiterplatte 15 befinden und oberhalb des Chassis sind. Die einzelnen Antennen und Komponenten des Antennenmoduls 1 auf der ersten Seite 15a der Hauptleiterplatte 15 können dabei nochmal über ein separates Trägerelement 16a montiert sein, ein Chassis, welches mit dem inneren Teil des Antennenmoduls 1 fest verbunden ist. Dieses Trägerelement 16a besitzt für jede Antenne eine entsprechende Öffnung 43, durch welche der oder die Fußpunkte 29, 30, 39, 40 und die der übrigen Antennen gehen, um den elektrischen Kontakt jeder Antenne mit der Hauptleiterplatte 15 zu gewährleisten. Dabei bezeichnet 44 den Fußpunkt der GNSS-Antenne 12 und 45 den Fußpunkt der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne 9. Die Anbindung dieses Antennenmoduls 1 an das Dach 3 des Fahrzeugs 2 kann dabei über einen metallisierten Schaum 46 erfolgen. Dieser kann wiederum gleichzeitig einen Toleranzausgleich in z-Richtung bereitstellen. Zumindest die auf der ersten Seite 15a der Hauptleiterplatte 15 befindlichen Antennen sind dabei alle, insbesondere wie in diesem Beispiel die GNSS-Antennen 12, senkrecht zur Hauptleiterplatte 15 ausgerichtet und als jeweilige PCB-Antennen ausgebildet.
Besonders vorteilhaft ist es dabei zudem, dass die erste Platine 24 der Antenneneinheit 5 senkrecht zur zweiten Platine 33 der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne ausgebildet ist.
Die Befestigung der Hauptleiterplatte 15 am Trägerelement 16a kann wiederum über entsprechende Verschraubungen 20 erfolgen.
Die zweite Telefon-LTE-5G-Antenne 9 ist weiterhin vorzugsweise wiederum senkrecht zur ersten Telefon-LTE-5G-Antenne 8 ausgerichtet, um eine maximale Entkopplung für diese bereitzustellen. Sind weitere Telefon-LTE-5G-Antennen 10, 11 vorgesehen, wie zum Beispiel in Fig. 1 dargestellt, so sind diese vorzugsweise wiederum parallel zur ersten Telefon-LTE-5G-Antenne 8 ausgerichtet.
Die GNSS-Antenne 12 ist in diesem Beispiel als Patchantenne ausgebildet. Damit ist diese in Bezug auf die z-Richtung sehr flach und weist eine zirkulare Abstrahlcharakteristik auf, die zum Großteil senkrecht nach oben, das heißt in z-Richtung, gerichtet ist. Um eine mögliche Abschirmung durch die Dachkapazität 18 zu reduzieren, kann es aber auch vorgesehen sein, diese GNSS-Antenne 12 stattdessen ebenfalls als PCB-Antenne auszubilden, das heißt mit einer Platine, die wiederum vorzugsweise senkrecht zur Hauptleiterplatte 15 ausgerichtet ist. Auf einer solchen Platine kann die GNSS-Antenne 12 als dipolartige Antenne auf einer Platine senkrecht zu der zweiten 5G-LTE-GSM-Antenne und parallel zu der ersten 5G-LTE-GSM-Antenne, zum Beispiel in Form eines nach unten geöffneten Bogens oder einer nach unten geöffneten Parabel, mit kapazitiver Einspeisung ausgebildet sein. Dabei kann die maximal in z-Richtung zur Verfügung stehende Höhe unterhalb der Schutzkappe 17 zur Realisierung dieser GNSS-Antenne 12 ausgenutzt werden. Durch eine solche dipolartige Antennenlösung lässt sich vorteilhafterweise ebenfalls eine Hauptabstrahlrichtung in z-Richtung bereitstellen, beziehungsweise eine entsprechende Empfangscharakteristik. Im Gegensatz zur hier dargestellten Patchantenne 12 ist eine solche dipolartige Antennenlösung lediglich zur Aussendung linear polarisierter Signale ausgelegt. Durch eine solche dipolartige Antennenlösung mit kapazitiver Einspeisung auf einer Platine senkrecht zu der zweiten 5G-LTE-GSM-Antenne und parallel zu der ersten 5G-LTE-GSM-Antenne kann eine Entkopplung dieser Antenne im GNSS-Band und eine Funktion von AM erreicht werden.
In diesem Beispiel weist das Antennenmodul 1 zusätzlich auch Empfänger beziehungsweise Transceiver 47 sowie einen Tuner 48 auf. Weiterhin kann das Antennenmodul auch eine Steuereinheit 49 und eine Stromversorgung 50 umfassen. Diese Komponenten können direkt auf der Hauptleiterplatte 15, insbesondere auf deren zweiter Seite 15b, aber zum Teil auch auf der ersten Seite 15a, angeordnet sein. Weiterhin sind auf der zweiten Seite 15b der Hauptleiterplatte 15 noch weitere Antennen vorgesehen, wie zum Beispiel eine WLAN-Antenne 51 und eine Backup-E-Call-Antenne 52. Wenngleich hier nur ein Empfänger 47 exemplarisch dargestellt ist, so können hiervon jedoch mehrere auf der Hauptleiterplatte 15 angeordnet sein. Vorteilhaft sind vor allem die folgenden Komponenten: Ein Telefon-LTE-5G-Transceiver, ein Radiotuner, ein GNSS-Empfänger, ein WLAN-Transceiver und ein V-to-X-Empfänger, insbesondere pro V-to-X-Antenne 13, 14, falls vorhanden. Alle diese Empfänger und Transceiver sind vorzugsweise in der unteren Box 53 auf der Hauptleiterplatte 15 integriert. Auch weisen alle Antennen mindestens einen elektrischen Kontakt mit der Hauptleiterplatte 15 auf, um eine Verbindung zu den Empfängern und Transceivern sicherzustellen. Auch kann das Antennenmodul über mindestens eine oder mehrere digitale Schnittstellen beziehungsweise mindestens einen Konnektor 54 verfügen, über welche das Antennenmodul 1 mit einem Fahrzeugbus, zum Beispiel einem CAN-Bus, Ethernet, einen Flexbus und so weiter, gekoppelt werden kann.
Weiterhin kann das Antennenmodul 1 auch gemäß einem zweiteiligen Konzept ausgebildet sein, wie dies exemplarisch in Fig. 9 veranschaulicht ist.
Fig. 9 zeigt dabei eine schematische Darstellung des Antennenmoduls 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch hier kann das Antennenmodul 1 wiederum, wie zuvor beschrieben, ausgebildet sein und auch die entsprechenden Komponenten und Antennen wie zu Fig. 1 und/oder Fig. 8 beschrieben oder dargestellt aufweisen. Der Unterschied besteht vorliegend in Fig. 9 lediglich in der Art und Weise, wie das Antennenmodul 1 am Dach 3 des Kraftfahrzeugs 2 montiert wird. Das Antennenmodul 1 ist gemäß einem zweiteiligen Konzept gestaltet und weist in diesem Beispiel entsprechend zwei Hauptleiterplatten 15, 55 auf. Eine erste Hauptleiterplatte 15 ist dabei den oberhalb des Dachs 3 angeordneten Antennen zugeordnet und eine zweite Leiterplatte 55 den unterhalb des Dachs 3 angeordneten Antennenkomponenten. Die beiden Hauptleiterplatten 15, 55 können durch einen entsprechenden Konnektor 56 elektrisch leitend miteinander durch das Dach 3 des Kraftfahrzeugs hindurch verbunden sein. Durch ein solches zweiteiliges Antennenmodul 1 kann dessen externer Teil von außen montiert werden und der interne Teil von innen montiert werden.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein multifunktionales und multibandiges intelligentes Dachantennenmodul mit einer integrierten elektrischen sehr kleinen AM-FM-DAB-Antenne bereitgestellt werden kann, welches es ermöglicht, zahlreiche Antennen, insbesondere eine erste Telefon-LTE-5G-Antenne, eine AM-, FM-, DAB-Antenne, eine GNSS-Antenne und mindestens eine zweite Telefon-LTE-5G-Antenne fahrzeugextern in ein sehr kleines Bauraumvolumen zu integrieren und zu montieren. Die Anzahl der externen Antennen kann bis auf 12 erhöht werden, in dem zwei V-to-X-Antennen, zwei weitere Telefon-LTE-5G-Antennen und zwei UWB-Antennen im gleichen Volumen integriert werden. Dieses Volumen ist das gleiche, wie das für heutige Dachantennen mit deutlich weniger darin untergebrachten Antennen. Darüber hinaus können mindestens zwei Antennen, insbesondere eine E-Call-Back-up-Antenne und eine WLAN-Antenne, fahrzeugintern montiert werden. Die Anzahl der internen Antennen kann bis auf sechs erhöht werden, indem zwei UWB-Antennen, eine weitere WLAN-Antenne und eine weitere Telefon-LTE-5G-Antenne hinzukommen.

Bezugszeichenliste

1: Antennenmodul
2: Kraftfahrzeug
3: Fahrzeugdach
4: Außenhaube
5: Antenneneinheit
5a: erster Teil der Antenneneinheit
5b: zweiter Teil der Antenneneinheit
6: DAB-Antenne
6a: Helix-Antennenwindungen der DAB-Antenne
6b: Effizienzverlauf der DAB-Antenne
7: AM-FM-Antenne
7a: Helix-Antennenwindungen der AM-FM-Antenne
7b: Effizienzverlauf der AM-FM-Antenne
8: erste Telefon-LTE-5G-Antenne
9: zweite Telefon-LTE-5G-Antenne
10: dritte Telefon-LTE-5G-Antenne
11: vierte Telefon-LTE-5G-Antenne
12: GNSS-Antenne
13: V2X-Antenne
14: V2X-Antenne
15: Hauptleiterplatte
15a: erste Seite der Hauptleiterplatte
15b: zweite Seite der Hauptleiterplatte
16: Träger
16a: Trägerelement
17: Schutzhaube
18: erste Dachkapazität
20: Verschraubung
21: Kontaktelement
22: erste Platinenseite der Antenneneinheit
23: zwetie Platinenseite der Antenneneinheit
24: erste Platine
25: Durchkontaktierung
26: galvanische Verbindung
27: zweite Dachkapazität
28: Schlitz
29: Fußpunkt der AM-FM-Antenne
30: Fußpunkt der DAB-Antenne
31: erste Platinenseite der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne
32: zweite Platinenseite der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne
33: zweite Platine
34: erster Antennenarm
35: zweiter Antennenarm
36: Verlängerung
37: Durchkontaktierung
38: Spule
39: Massekontakt
40: Fußpunkt der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne
41: Verlängerung
42: Durchgangsöffnung
43: Öffnung
44: Fußpunkt der GNSS-Antenne
45: Fußpunkt der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne
46: metallisierter Schaum
47: Transceiver
48: Tuner
49: Steuereinheit
50: Stromversorgung
51: WLAN-Antenne
52: E-Call-Backup-Antenne
53: Box
54: Konnektor
55: zweite Hauptleiterplatte
56: Konnektor

E: Effizienz
F: Frequenz
F1: erster Frequenzbereich
F2: zweiter Frequenzbereich
f1: erste Frequenz
f2: zweite Frequenz
f3: dritte Frequenz
f4: vierte Frequenz

Claims

Antennenmodul (10) für ein Kraftfahrzeug (2), wobei das Antennenmodul (10) mindestens eine AM-FM-Antenne (7) und eine DAB-Antenne (6) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antennenmodul (10) eine Antenneneinheit (5) aufweist, die die kombinierte AM-FM-Antenne (7) und die DAB-Antenne (6) aufweist, wobei die Antenneneinheit (5) zumindest eine erste Platine (24) mit einer ersten Höhe in einer ersten Richtung (z) und einer ersten Breite in einer zur ersten Richtung (z) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweist, wobei auf der mindestens einen ersten Platine (24) Helix-Antennenwindungen (7a, 6a) der zumindest zum Teil als planare Helixantenne ausgebildeten AM-FM-Antenne (7) und/oder DAB-Antenne (6) angeordnet sind, wobei die Helix-Antennenwindungen (7a, 6a) zumindest zum Großteil in der zweiten Richtung (x) verlaufen,

wobei durch die Ausführung der zweiten Dachkapazität (27) auf der Platinenkante der ersten Platine eine kapazitive Kopplung dieser zweiten Dachkapazität zur ersten Dachkapazität (18) bereitgestellt ist.
Antennenmodul (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antennenmodul (10) mindestens eine erste Telefon-LTE-5G-Antenne (8) aufweist, die auf einer zweiten Platine (33) mit einer zweiten Höhe in der ersten Richtung (z) und einer zweiten Breite in einer dritten Richtung (y) angeordnet ist, die von der ersten und zweiten Richtung (x) verschieden ist, insbesondere wobei die dritte Richtung (y) einen Winkel zur ersten und zweiten Richtung (z, x) aufweist, der zwischen 80° und 100° liegt, und der vorzugsweise 90° beträgt.
Antennenmodul (10) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die mindestens eine erste Telefon-LTE-5G-Antenne (8) einen ersten Antennenarm (34), welcher einem ersten Frequenzbereich, insbesondere für Frequenzen größer als 1 GHz, zugeordnet ist, und einen zweiten Antennenarm (35), welcher einem zweiten Frequenzbereich, insbesondere für Frequenzen kleiner als 1 GHz, zugeordnet ist, aufweist, wobei der erste und der zweite Antennenarm (34, 35) kapazitiv miteinander gekoppelt sind und galvanisch voneinander getrennt sind.
Antennenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
Antennenmodul (10) mindestens eine zweite Telefon-LTE-5G-Antenne (9) aufweist, wobei die Antenneneinheit (5) zwischen der erste Telefon-LTE-5G-Antenne (8) und der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne (9) angeordnet ist, insbesondere wobei die zweite Telefon-LTE-5G-Antenne (9) auf einer dritten Platine angeordnet ist, die senkrecht zur zweiten Platine (33) der ersten Telefon-LTE-5G-Antenne (8) ausgerichtet ist.
Antennenmodul (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antennenmodul (10) eine GNSS-Antenne (12) aufweist, die zwischen der Antenneneinheit (5) und der zweiten Telefon-LTE-5G-Antenne (9) angeordnet ist.
Antennenmodul (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die GNSS-Antenne (12) als eine Patchantenne ausgebildet ist.
Antennenmodul (10) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die GNSS-Antenne (12) als eine gekrümmte Dipolantenne mit kapazitiver Anregung auf einer Platine senkrecht zu der zweiten 5G-LTE-GSM-Antenne (9) und parallel zu der ersten 5G-LTE-GSM-Antenne (8) ausgebildet ist.
Antennenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Helix-Antennenwindungen (6a, 7a) der DAB-Antenne (6) und der AM-FM-Antenne (7) auf der gemeinsamen ersten Platine (24) in der zweiten Richtung (x) nebeneinander angeordnet sind, wobei die AM-FM-Antenne (7) eine erste Dachkapazität (18) aufweist, die in der ersten Richtung (z) über der ersten Platine (24) angeordnet ist, und die mit den Helix-Antennenwindungen (7a) der AM-FM-Antenne (7) galvanisch gekoppelt ist, insbesondere wobei die DAB-Antenne (6) eine zweite Dachkapazität (27) aufweist, die auf einer Platinenkante der ersten Platine (24) in der ersten Richtung (z) oberhalb der Helix-Antennenwindungen (6a) der DAB-Antenne (6) angeordnet ist und galvanisch mit den Helix-Antennenwindungen (6a) der DAB-Antenne (6) verbunden ist.
Antennenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die AM-FM-Antenne (7) in einem ersten bestimmten ersten Frequenzbereich (F1) eine höhere Effizienz (E) aufweist als in einem bestimmten zweiten Frequenzbereich (F2) und wobei die DAB-Antenne (6) im ersten Frequenzbereich (F1) eine niedrigere Effizienz (E) aufweist als die AM-FM-Antenne (7) und eine niedrigere Effizienz (E) als in dem zweiten Effizienzbereich (F2), in welchem die DAB-Antenne (6) zudem eine höhere Effizienz (E) als die AM-FM-Antenne (7) aufweist.
Antennenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antennenmodul (10) eine Hauptleiterplatte (15, 55) aufweist, wobei die erste Telefon-LTE-5G-Antenne (8) und die Antenneneinheit (5) auf einer ersten Seite (15a) der Hauptleiterplatte (15, 55) angeordnet sind, wobei das Antennenmodul (10) mindestens eine Antenne (51, 52) aufweist, die auf einer der ersten Seite (15a) gegenüberliegenden zweiten Seite (15b) der Hauptleiterplatte (15, 55) angeordnet ist, insbesondere wobei die mindestens eine Antenne (51, 52) eine E-Call-Antenne (52) und/oder eine UWB-Antenne und/oder eine WLAN-Antenne (51) und/oder eine weitere Telefon-LTE-5G-Antenne darstellt.
Antennenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antennenmodul (10) einen integrierten Tuner und/oder Transceiver und /oder Empfänger und/oder ein Bussystem umfasst.
Antennenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Antennenmodul (10) keinen integrierten Tuner oder Transceiver oder Empfänger oder ein Bussystem umfasst, wobei das Antennenmodul (10) ein Anpassnetzwerk und/oder einen Verstärker für zumindest eine vom Antennenmodul (10) umfassten Antenne aufweist, wobei an dem Anpassnetzwerk und/oder einen Verstärker ein Koaxialkabel zur Kopplung mit einem modulexternen Tuner oder Transceiver oder Empfänger angeschlossen ist.
Antennenmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Dachkapazität sich nicht auf der ersten Platine selbst befindet, sondern durch eine separate Fläche oberhalb dieser ersten Platine bereitgestellt ist.