NO144944B - Flerbaandsantenne for vindusruter. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en flerbårids-antenne"

for radiomottagning og som er påført en vindusrute," særlig en sådan rute for et motorkjøretøy.

Med betegnelsen "vindusrute" menes i denne forbindelse

en rute av glass eller plastmaterial, mens vedkommende antenne kan utgjøres av elektriske ledere påført ruten ved hjelp av "silkeskjerm"-prosessen, fortrinnsvis på

den side av ruten som, når den er ferdig montert, vender innover. Hvis ruten består av to sammenføyde glass-

plater, kan antennen alternativt påføres på den side av den ene plate som kommer i kontakt med den annen plate.

I stédet for ledere påført ved hjelp av silkeskjerm-prosessen, kan naturligvis også vanlige ledende metall-

tråder anvendes.

En sådan antenne kan åpenbart påføres et hvilket som

helst vindu på et kjøretøy, skjønt frontruten vil "være det mest hensiktsmessige sted.

Antennen i henhold til foreliggende oppfinnelse er ut-

ført for å motta radiofrekvens-signaler i de forskjellige internasjonalt fastlagte senderbånd, slik aom lang-bølgebåndet, mellombølgebåndet, kortbølgebåndet samt meterbåndet eller frekvensmudulasjonsbåndet (VHF eller

FM), desimeterbåndet (UHF) og eventuelt andre frekvens-

bånd allokert for lyd- og/eller billed-informasjon,

inkludert de bånd som er reservert for radioamatører.

En sådan antenne som er påført en vindusrute, særlig frontruten for et kjøretøy, er å foretrekke for de kon-vensjonelle, fritt understøttede kjøretøyantenner, da disse sistnevnte medfører forskjellige ulemper, slik som f.eks.: a) be traktelige vibrasjoner under kjøring som gjør at de mottatte signaler fluktuerer, særlig når de mottas fra fjerne stasjoner og kjøretøyets mottager arbeider nær grensen av sin mottagningsevne; b) markert ustabile tekniske egenskaper, slik som økning av antennens motstand og følgelig økede tap, for-andringer i antennens kapasitet på grunn av elding, mulig-heter for inntrengning av vann i antennens nederste sylinderformede element, hvilket kan medføre korrosjon og oksydering av antennens rørformede elementer i for-urenset eller saltholdig atmosfære; c) når det gjelder stavantenner fører det forhold at de i høy grad rager ut fra kjøretøyets ytre flate, til at de ofte brytes, f.eks. ved innkjøring i en garage, undergang e.l., eller kan skade personer eller gjen-stander hvis de er dårlig montert; d) videre kan også stavantenner lett friste til å brytes med vilje av vandaler.

For å overvinne disse ulemper er frontruteantenner blitt utviklet.

Det er vel kjent at de fleste radiomottagere for motor-kjøretøyer bare er utstyrt med et eneste antenneinntak, til forskjell fra radiomottager for hjemmebruk, som er utstyrt med et inntak for mellombølge og et for meter-bølger (FM), og et problem som derfor må overvinnes i forbindelse med antenner innlagt i kjøretøyruter, er å oppnå god mottagning for mellombølge såvel som for meter-bølger ved hjelp av radiomottagerens eneste antenneinntak.

Det er tidligere foreslått forskjellige utformninger for antenner påført eller innlagt i frontruter, som forsøk på å sikre god mottagning i alle frekvensbånd. For dette formål ér det fremsatt forslag om antenner utstyrt med et sentralt vertikalt element formet som rett stavantenne eller med T-form, idet et sådant element gir god mottagning i meterbølgebånd, mens det også er forsøkt å anvende antenneelementer av større lengde og som er ført langs glassrutens kanter under dannelse av så-kalte "kant"-ledere, som gir god mottagning i mellom-bølgeområdet. Problemet ved disse antennetyper med klart avgrensede mottagerelementer for de forskjellige frekvensbånd, er at de signaler som mottas av de forskjellige elementer sammensettes tilsvarende til et enkelt inngangssignal for radiomottageren, og det er derfor vanskelig å oppnå en god mottagning over alle de forskjellige frekvensbånd,,idet en antenne som f.eks. er utført for å gi mottagning i mellpmbølgebåndet, vanlig-vis ikke er utstyrt med sådanne egenskaper som tilsvarer en god mottagning også i meterbølgebåndet, samt vice-versa. I henhold til kjent teknikk er det videre foreslått antennetyper for montering på et motorkjøre-tøys frontrute men utført slik at den del av antennen som er egnet for et visst frekvensbånd, utgjør en uønsket belastning når antennen må gjøre tjeneste i et annet frekvensbånd. Disse kjente antennetyper har meget vari-erende virkningsgrad i de forskjellige mottagerretninger særlig ved mottagning av meterbølger.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse

å komme frem til antennekonstruksjoner som er i stand til å motta signaler med optimal virkningsgrad både i mellombølgeområdet (550 - 1600 kHz) og i frekvensmodula-sjonsområdet (87,5 - 108 MHz).

Oppfinnelsen gjelder således en flerbånds-antenne for vindusruter og som omfatter en stavformet leder for mottagelse i et meterbølgebånd og med en fri øvre ende, samt minst en leder som forløper langs vindusrutens kanter for mottagelse av signaler i et mellombølgebånd, idet alle ledere er forbundet med en felles tilslutningsklemme anbragt nær vindusrutens nedre kant, og antennens særtrekk i henhold til oppfinnelsen består i at hver nevnte leder for mellombølgemottagning først forløper

hovedsakelig horisontalt over en viss strekning og der-

på er avbøyd tilbake langs seg selv for dannelse av en. første sløyfe, ved hvis ende lederen er avbøyd til et hovedsakelig vertikalt avsnitt, som forløper parallelt med den stavformede leder frem til nivå med den stavformede lederes frie ende, for deretter å bøye av fra stavlederen og fortsette langs i det minste en del av vindusrutens kant, idet det hele er dimensjonert og tilpasset slik at minst en av lederne for signalmottagning i mellombølgebåndet også bidrar til signalmottagning i meterbølgebåndet, og den stavformede leder også bidrar til signalmottagning i mellombølgebåndet.

De elektriske egenskaper for sådanne frontruteantenner

i henhold til foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller faktisk uten vanskelighet de fordringer som gjelder for størstedelen av de radiomottagere som nå er på markedet, hvilket gjør det påkrevet med en meget høy antennekapasitet på 70 - 100 pF (en kapasitetsverdi som sammen med kapasiteten i den koaksiale tilførselskabel og øvrige ledere tillater, ved hjelp av en trimmer anordnet i mottageren, å oppnå best mulig avstemning, mellom antenne og mottager ved en kapasitetsverdi omkring 1150 pF), samt en høy tapsmotstand (noen hudre kohm) i mellom-bølgebåndet og i meterbølgebåndet en antenneimpedans på omtrent 150 ohm som hovedsakelig er resistiv med en fasevinkel innenform - 30°.

For å oppnå god mottagning burde antennelederne fortrinnsvis ha en utstrekning tilsvarende en veldefinert andel av bølgelengden ( A/2•- A/4), alt ettersom antennen er av symmetrisk eller assymmetrisk type.

Da det er umulig, idet minste i mellombølgebåndet, å benytte ledningstråder med en utstrekning på minst A/4 (187/4 - 570/4 meter,) på grunn av den naturlige størrelses-begrensning for vinduer på et kjøretøy, er det utviklet en spesiell antenne som, skjønt den har reduserte dimensjoner, sikrer utmerket mottagningsvirkningsgrad både i mellombølgebåndet og i frekvensmodulasjonsbåndet.

Dette er i henhold til oppfinnelsen oppnådd ved at vedkommende antenne er utført på sådan måte at den omfatter en komponent som hovedsakelig bidrar til mottagning av signaler i et gitt frekvensbånd, mens en annen antennekomponent hovedsakelig bidrar til signalmottagning i et annet frekvensbånd. Hver komponent bidrar imidlertid herunder også i en viss grad til mottagning av signaler innenfor det frekvensbånd som fortrinnsvis mottas av den annen antennekompoent. I stedet for å arbeide med to antennekompanenter som hver utelukkende er aktiv innen-

for et visst frekvensbånd, hvor den annen komponent er uten enhver virkning eller også utgjør en parasitbelastning, slik som ved tidligere kjente antenner, gir i henhold til foreliggende oppfinnelse således begge komponenter et aktivt bidrag til mottagningen i flere frekvensbånd.

Denne antenne er derfor faktisk en sann flerbånds-antenne som er i stand til å virke optimalt i høyst forskjellige frekvensbånd, samt i tillegg til dette og i motsetning til kjente antennekonstruksjoner, gjør det mulig å oppnå hensiktsmessig og god mottagning i alle retninger.

Dette resultat er blitt oppnådd ved hjelp av en antenne med sådan geometrisk utformning at den tilfredsstiller meget strenge krav med hensyn til antennekretsens impedans, idet antennens ledere anbringes i bestemt forhold til vindusrutens kanter. Ved mottagning av meterbølger oppnås derved en praktisk talt rent reel antenneimpedans i. nærheten av den optimale verdi på 150 ohm.

For å oppnå dette resultat utgjøres den dominerende aktive del av antennen i meterbølgeområdet av en stavformet leder som fortrinnsvis er anbragt langs vindusrutens vertikale midtlinje.

Den del som er dominerende aktiv i mellombølgeområdet utgjøres av minst en leder som utgår fra samme antenne-klemme som den stavformede leder. Fortrinnsvis er to ledere ført på hver sin halvdel av vindusruten, hvilket

vil si på hver sin side av den stavformede leder, og danner herunder to periferiske lederformer som nær vindusrutens nedre kant omfatter en sløyfe eller hårnål-seksjon med en lengde lik et odde multipel av A/4, hvor er den bølgelengde som tilsvarer midtfrekvensen i meterbølgebåndet. Disse elementer tilpasser denne antennekomponent til•stavleder-komponenten og holder verdien av den karakteristiske impedans for antennen som helhet

i nærheten av 150 ohm i det ovenfor angitte frekvensbånd.

Det angitte arrangement i henhold til oppfinnelsen har

den fordel at det tillater kompensasjon av stavlederens reaktive komponent over et bredt område av ønskede frekvenser. De sløyfeavsnitt som forløper horisontalt langs vindusrutens nedre kant, har ocjså som formål å heve minimumpunktene i antennens retningskurve, således at disse seksjoner av antennen kan bidra til aktivt signal-opptak særlig i de retninger hvor stavlederens signal-opptak er minst.

Antennens totale impedans etter at den har blitt tilpasset på ovenfor angitt måte, vil i frekvensområdet fra 87,5 til 110 MHz variere mellom 100 og 200 ohm, og sørger således for gunstig signaloverføring til den tilsluttede bilradio, som optimalt krever en antenneimpedans på

15 0 ohm.

Uttrykket "tilpasset" betyr i denne forbindelse at det er sørget for at størst mulig effektoverføring finner sted fra antennen til mottagerinngangen under signalmottagningen, idet signalbidraget fra den dominerende antennekomponent for vedkommende område naturligvis er størst, men den annen antennekomponent likevel gir et signalbidrag av størrelsesorden 10 - 30%. I FM-området.er den dominerende signalmottagende komponent den sentrale stavantenne, mens den dominerende komponent i mellombølgeområdet utgjøres av resten av antennen som forløper i noen cm avstand langs kantene av glassruten.

Den optimale avstand fra rutekanten avhenger herunder av vindusrutens dimensjoner.

Det er funnet at den gunstigste lengdeutstrekning av antennens stav-komponent hovedsakelig avhenger av glassrutens størrelse,, men naturligvis under den tilleggsbet-ingelse at stavantennens lengde må utgjøre en veldefinert andel av vedkommende bølgelengde, f.eks. X/4.

Denne lengdeutstrekning av stavantenne-komponenten kan også være avhengig av om stavlederen utgjøres av et sølv-belegg påført ved hjelp av den velkjente "silkeskjerm"-prosess, eller stavantennen utgjøres av en meget tynn tråd, f.eks. av tykkelse 0,1 til 0,2 mm, plassert på en plastremse og klemt inn mellom de to glassplater som danner en sikkerhetsrute. De elektromagnetiske bølgers forplantningsegenskaper er nemlig avhengig av om mottagningen finner sted på glassets ytterside eller i mellomrommet mellom to glassplater.

Den gunstigste lengde av stavlederen beregnes for hvert enkelt tilfelle på grunnlag av de ovenfor angitte forhold med det formål å oppnå resonnans ved ønskede frekvenser, således at det ved mottagelse av meterbølger foreligger en hovedsakelig resistlv antenneimpedans omkring 150 ohm for å sikre maksimal overføring av signaleffekt til mottageren.

For den antennekomponent som hovedsakelig er beregnet for mottagelse i mellombølgeområdet er det funnet en form og konstruksjon som er i stand til å sikre størst mulig kapasitet (tilnærmet 100 picofarad) og høy tapsmotstand for å sikre gunstig fordeling av det signal som opptas av antennen, hvilket vil si at størst mulig andel av den mottatte signaleffekt overføres til mottageren.

Det er faktisk funnet at signalmottagningsevnen er bedre når vedkommende ledere er anbragt lengere bort fra vindusrutens kant, og det er derfor hensiktsmessig i. praksis å velge de ytre lederes avstand fra nevnte rutekant på sådan måte at det oppnås et hensiktsmessig kompromiss mellom gunstig antennekapasitet og høy sig-nalopptagningsevne.

I forbindelse med mottagning av, mellombølger ved hjelp

av oppfinnelsens antennekonstruksjon, er det funnet at en gunstig antennekapasitet oppnås når de periferiske ledere er anbragt i en optimal avstand på omkring. 7 cm fra vindusrutens kant, og for ytterligere å øke denne kapasitet kan endene av disse ledere føres tilbake i sløyfe for dannelse av to parallelle avsnitt langs rutens ytterområder.

Når frontrutens størrelse tillater det uten at sikten gjennom ruten nedsettes, kan det være fordelaktig å øke de periferiske lederes avstand fra rutekanten til omkring 9 - 10 cm.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet ved hjelp av utførelesseksempler og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 viser en første antenneutførelse i henhold til oppfinnelsen, Fig. 2 viser en antenneutførelse av samme art som vist i fig. 1, men med de ledere som befinner seg nær rutekanten ført tilbake for dannelse av en hårnål-sløyfe,

Fig. 3 viser en ytterligere antenneutførelse, og

Fig. 4 viser et retningsdiagram for en antenne i henhold til oppfinnelsen samt et tilsvarende diagram for en kjent antenne av T-type.

I fig. 1 er det vist at en klemme 1 for forbindelse av

antennen med vedkommende bilradiomottager er anbragt i frontrutens senterlinje noen få cm over rutens nedre kant. En stavformet leder 2, strekker seg oppover fra denne klemme og ender fritt noén få cm under den øvre rutekant. Denne antennekomponent tjener hovedsakelig til mottagelse av meterbølger.

Fra antenneklemmen 1 forgrener det seg i innbyrdes mot-

satte retninger to antenneledere 3 og 4, som til å be-

gynne med følger den nedre frontrutekant over et visst avsnitt og deretter er ført tilbake i sløyfe parallelt med seg selv over størstedelen av nevnte avsnitt, på innsiden av den'leder som utgår fra klemmen. I kort avstand fra den stavformede leder 2, avbøyes lederne 3 og 4 verti-

kalt oppover inntil de når omtrent samme nivå som den øvre ende av stavlederen 2. Deretter avbøyes lederne 3

henhv. 4 til venstre og høyre for stavlederen inn i hver sin bane parallelt med'rutekanten i en viss avstand fra denne, for å ende i kort avstand fra hver sin tilordnede sløyfe. Disse ledere 3 og 4 utgjør aktive antenneéle-

menter for mottagelse i mellombølgeområdet, mens sløyfe-avsnittene utgjør tilpasningslinjer til stavlederen 2,

som er dominerende aktiv ved mottagelse- av meterbølger.

I fig. 2 er lederne 3 og 4 forlenget og ført tilbake langs

seg selv for dannelse av paralleltløpende lederseksjoner langs frontrutens ytterkanter. Dette er gunstig hår frontruten har utilstrekkelig størrelse til at den på-^ krevede antennekapasitet kan oppnås på annen måte.

Det er f.eks. funnet at en optimal tilpasning oppnås når lengden av de dobbeltførte avsnitt av lederne 3 og 4 ligger mellom 28 og 35 cm.

Det er også funnet at de vertikale avsnitt av lederne 3

og 4 som forløper parallelt med stavlederen 2, medfører en forbedring av signalbpptaket i mellombølgeområdet.

For dette formål bør avstanden mellom de vertikale lengdeavsnitt av lederne 3 og 4 og stavlederen 2 være omkring 70 cm, men kan tillates å variere noe under for-utsetning at sikten gjennom frontruten ikke nedsettes.

I den utførelse som er vist i fig. 2 er det å foretrekke at lederavstanden i de dobbeltførte avsnitt av lederne 3 og 4 ligger mellom 1,2 og 0,2 cm.

Eksemgel 1

På en frontrute av størrelse 60 x 130 cm er det påført en antenne av den type som er vist i fig. 1, idet antenneklemmen 1 er anbragt omtrent 5 cm over frontrutens nedre kant og lengden av stavlederen 2 er 51 cm. Den hori-sontale lengdeutstrekning av sløyfe-avsnittet er 32 cm, mens de indre vertikale avsnitt av lederne 3 og 4 befinner seg i avstand på 70 cm fra stavlederen 2. Lederne 3 og 4 er anordnet for å følge frontrutens ytterkanter i en avstand på 7 cm og ender i en avstand på 1 cm fra ytterenden av hver sin sløyfe-seksjon.

Denne antenne ble funnet å ha en kapasitet på omtrent 80 picofarad, hvilket var optimalt for mottagelse i mellom-bølgeområdet, og stavlederen 2 ble dimensjonert til re-sonans ved 95 MHz, som er midtfrekvensen i meterbølge-båndet. Det ble på dette grunnlag oppnådd utmerket signal-opptak også i FM-båndet.

Eksempel 2

En antenne av den type som er vist i fig. 2, ble påført en frontrute av størrelse 60 x 130 cm og prøvet med hensyn på målt signalspenning på antenneklemmen 1, idet denne spenning ble sammenlignet med tilsvarende spenning ut-

ledet fra en konvensjonell T-formet antenne påført samme frontrute.

Resultatene er angitt i kurveform i fig. 4, hvor de spenn-ingsverdier som ble oppnådd med antennen i fig. 2 er sammenlignet med spenningsverdiene målt på en konven-

sjonell T-antenne.

Den klare forbedring i retningskarakteristikken som opp-

nås ved oppfinnelsens antennekonstruksjon, vil klart fremgå av diagrammet i fig. 4, hvor ordinatverdiene angir decibel og absisseverdiene retningsorientering i grader. Signalopptagelsesevnen for en antenne av den type som er

vist i fig. 2, er angitt ved kurve A i diagrammet, mens tilsvarende verdier for en konvensjonell T-anténne er angitt ved kurve B. Pilen F angir retningen til en sender som yter som stråler ut radiosignaler i et FM-bånd om-

kring 92,1 mHz.

Kurven B har minima ved omtrent 140 og 320, mens kurven

A har et betraktelig jevnere forløp, særlig rundt 300°,

hviklet tilsvarer at senderen ligger i kjøreretningen for vedkommende kjøretøy. Minimum-verdien omkring 140° tilsvarer en senderstasjon i retning bakover fra front-

ruten .

En annen utførelse av oppfinnelsens antennekonstruksjon

er vist i fig. 3, idet hele antennen, istedet for å ut-

gjøres av tre ledere som utgår fra klemmen 1, i dette tilfellet bare er dannet av to ledere nemlig en leder 5 som danner stavantenne-komponenten, og en leder 6 som

Claims (11)

1. utgjør den antennekomponent som er ført langs frontrutens ytterkanter. Som vist i figuren danner lederen 6 først en sløyfe, stiger deretter oppover og avbøyes i nivå med den øvre ende av lederen 5 skarpt bort fra denne for dannelse av et første avsnitt langs frontrutens ytterkant. Deretter utformes en annen sløyfe med utgangspunkt i nærheten av ytterenden av den første sløyfe,- ved at lederen føres tilbake langs seg selv og frontrutens ytterkanter over til motsatt side av stavlederen 5, .idet lederen her følger frontrutens kant til den når frem til et punkt i nærheten av antenneklemmen 1, hvorfra den danner en tredje sløyfe ved tilbakeføring langs seg selv og rutekanten. Også denne utførelsesvariant har de fordelaktige trekk som er omtalt i forbindelse med ut-førelsene i fig. 1 og fig. 2. 1. Flerbånds-antenne for vindusruter og som omfatter en stavformet leder (2, 5) for mottagelse i et meterbølge-bånd og med en fri øvre ende samt minst en leder (3, 4, 6)som forløper langs vindusrutens kanter for mottagelse av signaler i et mellombølgebånd, idet alle ledere er forbundet med en felles tilslutningsklemme (1) anbragt nær vindusrutens nedre kant,karakterisert ved at hver nevnte leder (3, 4, 6) for mellombølge-mottagning først forløper hovedsakelig horisontalt over en viss strekning og derpå er avbøyd tilbake langs seg selv for dannelse av en første sløyfe, ved hvis ende lederen er avbøyd til et hovedsakelig vertikalt avsnitt, som forløper parallelt med den stavformede leder (2, 5) frem til nivå med den stavformede leders frie ende, for deretter å bøye ut fra stavlederen og fortsette langs i det minste en del av vindusrutens kant, idet det hele er dimensjonert og tilpasset slik at minst en av lederne (3, 4, 6) for signal

   mottagning i mellombølgebåndet også bidrar til signalmottagning i meterbølgebåndet, og den stavformede leder (2, 5) også bidrar til signalmottagning i mellombølge-båndet .
2. 2. Antenne som angitt i krav 1,

   karakterisert ved at nevnte sløyfe har en lengdeutstrekning tilsvarende en fjerdedel av midt-bølgelengden i meterbølgebåndet.
3. 3. Antenne som angitt i krav 1,

   karakterisert ved at to ledere (3, 4) for mottagning i mellombølgebåndet er ført på hver sin side av den stavformede leder (2) og ender nær ytterenden av hver sin tilordnede sløyfe.
4. 4. Antenne som angitt i krav 3,

   karakterisert ved at hver leder (3, 4) er forlenget ved føring tilbake parallelt med seg selv over en viss strekning, for dannelse av en annen sløyfe.
5. 5. Antenne som angitt i krav 4,

   karakterisert ved at lederne (3, 4) er ført tilbake parallelt med seg selv omtrent til det sted hvor de er avbøyd bort fra den stavformede leder (2).
6. 6. Antenne som angitt i krav 1,

   karakterisert ved at en enkelt leder (6) er anordnet for mottagning i mellombølgebåndet, idet denne leder, etter dannelse av den første sløyfe og nevnte avbøyning bort fra den stavformede leder (5), forløper langs rutens kant på den ene side av stavlederen frem til et punkt nær ytterenden av den første sløyfe og derpå tilbake langs seg selv i en annen sløyfe av parallell-førte ledere, hvorpå lederen (6) fortsetter forbi av-bøyningen bort fra stavlederen (5) og parallelt med rutekanten på motsatt side av stavlederen frem til et punkt i kort avstand fra antenneklemmen (1) samt derfra tilbake langs seg selv for dannelse av en tredje sløyfe av parallellførte ledere frem til et endepunkt nær den fri ende av den stavformede leder (5).
7. 7. Antenne som angitt i krav 1,karakterisert ved at avstanden mellom den stavformede leder (2, 5) og det opprettstående avsnitt av hver leder (3, 5, 6) for mottagning i mellom-bølgebåndet, er mellom 60 og 70 mm.
8. 8. Antenne som angitt i krav 4,karakterisert vedat avstanden mellom første og annen sløyfe er 0,2 - 1,2 cm.
9. 9. Antenne som angitt i krav 6,karakterisert ved at avstanden mellom første og annen sløyfe er 0,2 - 1,2 cm.
10. 10. Antenne som angitt i krav 4,karakterisert ved at avstanden mellom parallellførte ledere er 0,2 - 1,2 cm.
11. 11. Antenne som angitt i krav 6,karakterisert ved at avstanden mellom parallellførte ledere er 0,2 - 1,2 cm.