WO1995003640A1 - Antennenanordnung - Google Patents

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WO1995003640A1 PCT/EP1994/001753 EP9401753W WO9503640A1 WO 1995003640 A1 WO1995003640 A1 WO 1995003640A1 EP 9401753 W EP9401753 W EP 9401753W WO 9503640 A1 WO9503640 A1 WO 9503640A1
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antenna
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Dieter Schenkyr
Thomas Vogel
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Richard Hirschmann Gmbh & Co.
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3283—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle side-mounted antennas, e.g. bumper-mounted, door-mounted

Definitions

  • the invention relates to an antenna arrangement with a monopole antenna, which has an antenna radiator and an electrical counterweight, the radiator and counterweight being connected at opposite feed points to a conductor of a feed line.
  • Such antenna arrangements are known for example from DE 42 20 654-A1.
  • Antenna arrangements of this type are provided for attachment to one of the window panes of a motor vehicle.
  • Antenna arrangements of this type have the disadvantage that, inter alia, they radiate into or through the passenger compartment of the motor vehicle in order to obtain an approximately round azimuthal antenna characteristic. This results in a significant increase in the electromagnetic field strength inside the vehicle. If there is such an antenna arrangement, for example on the rear window, then electric field strengths of over 100 V / m are measured in the rear area of the passenger compartment of the motor vehicle. According to the recommendations of the VDE, however, 40 V / m should not be exceeded.
  • the object of the invention is therefore to create an antenna arrangement of the type mentioned at the outset, which has an approximately round azimuthal antenna characteristic, without radiating through the passenger compartment.
  • this object is achieved by providing at least two monopole antennas connected in parallel, which are connected to one another via a power transformer.
  • Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
  • a largely round azimuth diagram can also be generated if the antennas are attached below the window height of the passenger compartment.
  • the provision of a plurality of monopole antennas connected in parallel enables the antennas to be able to produce a largely round azimuth diagram even when attached to the lower peripheral chassis area, although the antennas are arranged in front of metallic chassis parts which reflect the electromagnetic antenna radiation. In this way, the passenger compartment is shielded from the antenna radiation by the metallic chassis parts of the vehicle.
  • the antenna arrangement according to the invention preferably has a line transformer which is designed using stripline technology.
  • the line transformer fulfills the task of matching the characteristic impedance, which is changed by connecting a plurality of monopole antennas in parallel, to the characteristic impedance of the supply line.
  • the supply cable and the connection line (s) between the monopole antennas are advantageously designed in the form of a coaxial cable.
  • the implementation of the line transformer using stripline technology enables a simple, inexpensive to produce, robust and space-saving type of transformation.
  • the line transformer is arranged on the electrical counterweight of an antenna. This has the advantage that the line transformer is particularly space-saving and robust.
  • the radiator has the shape of an isosceles triangle. This has the advantage that the radiator has a frequency range which is larger by a factor of 1.5 to 2 than that of a rectangular radiator, as is known from the prior art.
  • the edges of the radiator and of the counterweight are rounded.
  • Such a shape of the radiator and the counterweight also causes a broadening of the frequency range of a monopole antenna.
  • the antennas are accommodated in at least one of the plastic bumpers of a motor vehicle.
  • the antennas are arranged on opposite sides of the motor vehicle.
  • a largely round azimuth diagram is achieved regardless of the individual shape of the chassis of the motor vehicle.
  • the radiators essentially have the length lambda / 4 in the operating frequency range. This ensures that the length of the Is optimally matched to the operating frequency range.
  • the operating frequency range largely corresponds to the frequency range assigned to the electromagnetic decimeter waves.
  • the antennas are arranged at a distance from the chassis of the motor vehicle which corresponds to Lambda / 4 of the operating frequency range. It is thereby achieved that the metallic chassis parts of the motor vehicle located behind an antenna act as reflectors for the electromagnetic waves emitted by the antenna. To this
  • the individual antennas are designed as metal foils welded into plastic foils. This has the advantage that the antennas can be manufactured particularly inexpensively and at the same time robustly.
  • the individual antennas are designed as printed circuit boards in printing technology. This has the advantage that the individual antennas and the line transformer can be manufactured very inexpensively and very reproducibly
  • more than two antennas are interconnected in a tree structure. This ensures that the antennas perform optimally.
  • more than two antennas are interconnected in a line. With this type of interconnection of the antennas, a very good power output is achieved. In addition, the simpler cable routing in the automobile is advantageous.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of the antenna arrangement according to the invention.
  • the antenna radiator 1 shows an antenna radiator 1 according to the invention, which has the shape of an isosceles triangle with rounded base edges 2 and 3.
  • the base edge 4 of the radiator 1 is arranged parallel to the upper edge 5 of the electrical counterweight 6.
  • the electrical counterweight 6 is essentially rectangular, its edges 7, 7 ', 7 "and 7" • being rounded.
  • the longitudinal edge 5 of the electrical counterweight 6 is longer than the base edge 4 of the antenna radiator 1.
  • the antenna radiator 1 and the electrical counterweight 6 are connected at opposite feed points 8 and 9 to a feed line 10 designed as a coaxial cable.
  • the antenna radiator 1 and the electrical counterweight 6 are designed as a metal foil which is welded between two plastic foils.
  • FIG. 2 there is a first antenna antenna 1 and an electrical counterweight 6 existing monopole antenna is electrically connected via a feed line 10 to a second monopole antenna consisting of an antenna radiator 11 and an electrical counterweight 12.
  • the antenna radiator 11 and the electrical counterweight 12 are electrically connected to a stripline 16, which takes into account the wave resistance and is attached to the electrical counterweight 12, at opposite feed points 13 and 14.
  • a line transformer 15 designed in stripline technology is electrically connected to the supply line 10 via the contact point 17 and to the supply line 19 via the contact point 18.
  • the line transformer 15 is also arranged on the electrical counterweight 12 of the second monopole antenna.

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Abstract

Bei einer Antennenanordnung mit einer Monopolantenne, die einen Strahler und ein Gegengewicht aufweist, wobei Strahler und Gegengewicht an sich gegenüberliegenden Speisepunkten mit jeweils einem Leiter einer Zuleitung verbunden sind, wird ein weitgehend rundes Azimultaldiagramm bei Vermeidung von Durchstrahlung des Fahrgastraums dadurch erzeugt, daß mindestens zwei parallel geschaltete Monopolantennen vorgesehen sind, die über einen Leitungstransformator miteinander verbunden sind.

Description

Antennenanordnung
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung mit einer Monopolantenne, die einen Antennenstrahler und ein elek¬ trisches Gegengewicht aufweist, wobei Strahler und Gegen¬ gewicht an sich gegenüberliegenden Speisepunkten mit je¬ weils einem Leiter einer Zuleitung verbunden sind.
Derartige Antennenanordnungen sind beispielsweise aus der DE 42 20 654-A1 bekannt. Antennenanordnungen dieser Art sind für die Anbringung auf einer der Fensterscheiben ei¬ nes Kraftfahrzeuges vorgesehen. Derartige Antennenan¬ ordnungen haben den Nachteil, daß sie unter anderem in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges hinein, bzw. durch diesen hindurch strahlen, um eine annähernd runde azimu¬ tale Antennencharakteristik zu bekommen. Dies hat eine nennenswerte Erhöhung der elektromagnetischen Feldstärke im Fahrzeuginneren zur Folge. Befindet sich eine derar- tige Antennenanordnung beispielsweise auf der Heckschei¬ be, so werden im rückwärtigen Bereich des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeuges elektrische Feldstärken von über 100 V/m gemessen. Nach Empfehlungen des VDE sind jedoch 40 V/m nicht zu überschreiten.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Antennenan¬ ordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine annähernd runde azimutale Antennencharakteristik auf¬ weist, ohne dabei durch den Fahrgastraum hindurch zu strahlen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens zwei parallel geschaltete Monopolantennen vor¬ gesehen sind, die über einen Leistungstransformator mit- einander verbunden sind. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Antennenanordnung wird er- reicht, daß ein weitgehend rundes Azimutaldiagramm auch dann erzeugt werden kann, wenn die Antennen unterhalb der Fensterhöhe des Fahrgastraumes angebracht werden. Durch die Bereitstellung einer Mehrzahl parallel geschalteter Monopolantennen wird ermöglicht, daß die Antennen bei An- bringung auch im unteren peripheren Chassisbereich ein weitgehend rundes Azimutaldiagramm erzeugen können, ob¬ wohl die Antennen vor metallischen Chassisteilen ange¬ ordnet sind, die die elektromagnetische Antennenstrahlung reflektieren. Auf diese Weise wird der Fahrgastraum durch die metallischen Chassisteile des Fahrzeugs von der An¬ tennenstrahlung abgeschirmt.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Antennenanordnung einen Leitungstransformator auf, der in Stripline-Technik ausgeführt ist. Der Leitungstransformator erfüllt die Aufgabe, den durch die Parallelschaltung einer Mehrzahl von Monopolantennen veränderten Wellenwiderstand auf den Wellenwiderstand der Zuleitung abzustimmen. Das Zulei¬ tungskabel und das/die Verbindungsleitungen zwischen den Monopolantennen ist dabei vorteilhafterweise in Form ei¬ nes Koaxialkabels ausgeführt. Die Ausführung des Lei¬ tungstransformators in Stripline-Technik ermöglicht dabei eine einfache, kostengünstig herzustellende, robuste und raumsparende Art der Transformation.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der er¬ findungsgemäßen Antennenanordnung ist der Leitungstrans¬ formator auf dem elektrischen Gegengewicht einer Antenne angeorndet. Dies hat den Vorteil, daß der Leitungstrans- formator besonders raumsparend und robust ausgeführt ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der er¬ findungsgemäßen Antennenanordnung weist der Strahler die Form eines gleichschenkligen Dreiecks auf. Dies hat den Vorteil, daß der Strahler gegenüber einem rechteckig aus- geführten Strahler, wie er aus dem Stand der Technik be¬ kannt ist, einen um den Faktor 1,5 bis 2 größeren Fre¬ quenzbereich aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der erfin- dungsgemäßen Antennenanordnung sind die Kanten des Strah¬ lers und des Gegengewichtes abgerundet. Eine derartige Formgebung des Strahlers und des Gegengewichtes bewirkt ebenfalls eine Verbreiterung des Frequenzbereichs einer Monopolantenne.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der er¬ findungsgemäßen Antennanordnung sind die Antennen in min¬ destens einem der Kunststoffstoßfänger eines Kraftfahr¬ zeuges untergebracht. Dadurch wird zum einen erreicht, daß die Antennen in definiertem Abstand von der Karos¬ serie angebracht werden können, und zum anderen wird da¬ durch erreicht, daß die Antennen vor der Endmontage des Kraftfahrzeuges fest installiert und getestet werden kön¬ nen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der er¬ findungsgemäßen Antennenanordnung sind die Antennen auf sich gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeuges ange¬ ordnet. Dadurch wird ein weitgehend rundes Azimutaldia- gramm unabhängig von der individuellen Formgestaltung des Chassis des Kraftfahrzeuges erreicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der er¬ findungsgemäßen Antennenanordnung weisen die Strahler im wesentlichen die Länge Lambda/4 im Betriebsfrequenzbe¬ reich auf. Dadurch wird erreicht, daß die Länge der Strahler optimal auf den Betriebsfrequenzbereich abge¬ stimmt ist.
Der Betriebsfrequenzbereich entspricht dabei weitgehend dem Frequenzbereich, der den elektromagnetischen Dezi¬ meterwellen zugeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der er¬ findungsgemäßen Antennenanordnung sind die Antennen in einem Abstand zu dem Chassis des Kraftfahrzeuges ange¬ ordnet, der Lambda/4 des Betriebsfrequenzbereiches ent¬ spricht. Dadurch wird erreicht, daß die sich hinter einer Antenne befindlichen metallischen Chassisteile des Kraft¬ fahrzeugs als Reflektor für die von der Antenne abge- strahlten elektromagnetischen Wellen wirken. Auf diese
Weise wird die Leistung der einzelnen Antennen optimiert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der er¬ findungsgemäßen Antennenanordnung sind die Einzelantennen als in Kunststoff-Folien eingeschweißte Metallfolien aus¬ geführt. Dies hat den Vorteil, daß die Antennen besonders kostengünstig und gleichzeitig robust hergestellt werden können.
Einer vorteilhaften Ausführungsform entsprechend sind die Einzelantennen als Leiterplatten in Drucktechnik ausge¬ führt. Das hat den Vorteil, daß die Einzelantennen und der Leitungstransformator sehr kostengünstig und sehr gut reproduzierbar gerfertigt werden können
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der er¬ findungsgemäßen Antennenanordnung sind mehr als zwei An¬ tennen in einer Baumstruktur zusammengeschaltet. Dadurch wird eine optimale Leistungsabgabe der Antennen erreicht. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der er¬ findungsgemäßen Antennenanordnung sind mehr als zwei An¬ tennen in einer Linie zusammengeschaltet. Auch bei dieser Art der Zusammenschaltung der Antennen wird eine sehr gute Leistungsabgabe erzielt. Zusätzlich ist die einfa¬ chere Kabelführung im Automobil von Vorteil.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer vorteilhaften Ausführungsform erläutert, die in den Figuren der Zeich- nung dargestellt ist.
Es zeigt:
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Antennenstrahlers,
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs¬ gemäßen Antennenanordnung.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Antennenstrahler 1, der die Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit abge¬ rundeten Basiskanten 2 und 3 aufweist. Die Basiskante 4 des Strahlers 1 ist parallel zu der oberen Kante 5 des elektrischen Gegengewichtes 6 angeordnet. Das elektrische Gegengewicht 6 ist im wesentlichen rechteckig ausgeführt, wobei seine Kanten 7, 7', 7" und 7"• abgerundet sind. Die Längskante 5 des elektrischen Gegengewichtes 6 ist dabei länger ausgeführt als die Basiskante 4 des Antennenstrah¬ lers 1. Der Antennenstrahler 1 und das elektriscbe Gegen¬ gewicht 6 sind an gegenüberliegenden Speisepunkten 8 und 9 mit einer als Koaxialkabel ausgeführten Zuleitung 10 verbunden. Der Antennenstrahler 1 und das elektrische Ge¬ gengewicht 6 sind als Metallfolie ausgebildet, die zwi¬ schen zwei Kunststoff-Folien eingeschweißt ist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Anten¬ nenanordnung ist eine erste, aus einem Antennenstrahler 1 und einem elektrischen Gegengewicht 6 bestehende Mono¬ polantenne über eine Zuleitung 10 mit einer zweiten, aus einem Antennenstrahler 11 und einem elektrischen Gegen¬ gewicht 12 bestehenden Monopolantenne elektrisch verbun- den. Dabei sind der Antennenstrahler 11 und das elek¬ trische Gegengewicht 12 mit einer den Wellenwiderstand berücksichtigenden Stripline 16, die auf dem elektrischen Gegengewicht 12 angebracht ist, an gegenüberliegenden Speisepunkten 13 und 14 elektrisch verbunden. Ein in Stripline-Technik ausgebildeter Leitungstransformator 15 ist über die Kontaktstelle 17 mit der Zuleitung 10 und über die Kontaktstelle 18 mit der Zuleitung 19 elektrisch verbunden. Der Leitungstransformator 15 ist ebenfalls auf dem elektrischen Gegengewicht 12 der zweiten Monopolan- tenne angeordnet.

Claims

Patentansprüche
1. Antennenanordnung mit einer Monopolantenne, die einen Antennenstrahler (1) und ein elektrisches Gegenge¬ wicht (6) aufweist, wobei Strahler (1) und Gegenge¬ wicht (6) an sich gegenüberliegenden Speisepunkten (8, 9) mit jeweils einem Leiter einer Zuleitung (10) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß minde- stens zwei parallel geschaltete Monopolantennen (1, 6, 11, 12) vorgesehen sind, die über einen Leitungs¬ transformator (15) miteinander verbunden sind.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Leitungstransformator (15) in
Stripline-Technik ausgeführt ist.
3. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leistungstransforma- tor (15) auf dem Gegengewicht (12) einer Monopolan¬ tenne (11,12) angeordnet ist.
4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahler (1, 11) die Form eines gleichschenkligen Dreiecks aufweist.
5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten eines Strah¬ lers (1,11) und eines Gegengewichtes (6, 12) abge- rundet sind.
6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Monopolantennen in mindestens einem der Kunststoffstoßfänger eines Kraftfahrzeugs untergebracht sind.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzueichnet, daß die Monopolantennen auf sich gegenüberliegenden Seiten des Kraftfahrzeugs angeordnet sind.
Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahler (1, 11) im wesentlichen die Länge Lambda/4 im Betriebsfrequenz¬ bereich aufweist.
Antennenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Betriebsfrequenzbereich derjenige der elektromagnetischen Dezimeterwellen ist.
10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Monopolantennen (1,6; 11,12) im Betriebsfrequenzbereich einen Ab¬ stand von Lambda/4 zur Karosserie aufweisen.
11. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Monopolantennen (1,6; 11,12) als in Kunststoff-Folien eingeschweißte Metallfolien ausgeführt sind.
12. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Monopolantennten (1,6; 11,12) als Leiterplatten in Drucktechnik ausgeführt sind.
13. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Monopolan¬ tennen (1,6; 11,12) in einer Baumstruktur zusammen- geschaltet sind.
14. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Monopolan- tennen (1,6; 11,12) in einer Linie zusammengeschal¬ tet sind.
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