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Dokumentenidentifikation DE60311913T2 08.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001365475
Titel Mehrbandantenne mit elektrisch kurzem Hohlraumreflektor
Anmelder M/A-COM, Inc., Lowell, Mass., US
Erfinder Jordan, David Frederick, Danville, NH 03819, US;
Laubner, Thomas Sherman, Merrimac, MA 01860, US
Vertreter derzeit kein Vertreter bestellt
DE-Aktenzeichen 60311913
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 04.03.2003
EP-Aktenzeichen 032512840
EP-Offenlegungsdatum 26.11.2003
EP date of grant 21.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse H01Q 13/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01Q 1/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01Q 1/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft Antennen und insbesondere Mehrbandantennen zur Verwendung in der Automobilindustrie.

Antennen werden seit vielen Jahren an Automobilen verwendet. Ursprünglich wurden Antennen an Automobilen installiert, um den Empfang von Signalen für das Autoradio zu gestatten. Eine Peitschenantenne für Radioempfang, die von einem der Fahrzeugkotflügel hervorragte, war Standard an den meisten Automobilen. Später wurden Antennen entwickelt, die entweder an der Innenseite der Windschutzscheibe des Automobils eingebettet oder daran angebracht waren. Diese In-Glas- oder Auf-Glas-Antennen verliefen um den Umfang der Windschutzscheibe und waren weniger sichtbar als die Peitschenantennen und weniger anfällig für Beschädigung durch externe Elemente wie Wetter oder Vandalismus.

Heute werden komplizierte Bord-Kommunikationssysteme in der Automobilindustrie verwendet. Fahrzeughersteller bieten Systeme mit Merkmalen wie eingebauten Telefonkommunikations- und globalen Positionierungssatelliten-(GPS)-Systemen an. Mit der Einführung dieser komplexen Systeme erfolgte eine korrespondierende Steigerung bei der Komplexität der erforderlichen Antennen. Diese Systeme erfordern Antennen, die Signale in mehreren Frequenzbändern sowohl empfangen als auch übertragen können. Das persönliche Kommunikationsdienst-(PCS)-Band und das erweiterte Mobiltelefondienst-(AMPS)-Band sind die häufigsten Frequenzbänder, die bei zellularer Telefonkommunikation verwendet werden, wobei das PCS-Band primär für digitale Übertragungen und das AMPS-Band primär für analoge Übertragungen verwendet werden. Globale Positionierungssatellitensysteme operieren in einem dritten bestimmten Frequenzband, das als das GPS-Band bekannt ist.

Mehrere Arten von Antennen wurden in Verbindung mit diesen Arten von Kommunikationssystemen verwendet. Einpol-, Dipol- und Schlitzantennen sind Beispiele für gut bekannte Arten von verwendeten Antennen. Das vorherrschende Empfangsverfahren für diese Systeme ist vertikale Polarisation. Einpol- und Dipolantennen bieten Polarisation in derselben Richtung wie die Ausrichtung der Antenne, während Schlitzantennen Polarisation senkrecht zur Ausrichtung der Antenne bieten. Beispielsweise müsste eine standardmäßige Einpol- oder Dipolantenne vertikal ausgerichtet sein, um die gewünschte vertikale Polarisation zu erreichen. Eine Schlitzantenne müsste horizontal ausgerichtet sein, um die gewünschte vertikale Polarisation zu bieten. Vertikal ausgerichtete Peitschenantennen wurden auf dem Dach, den Kotflügeln und der Heckscheibe von Fahrzeugen für Mobiltelefonempfang seit mehreren Jahren verwendet.

Während der primäre Polarisationsmodus von PCS- und AMPS-Signalen naturgemäß vertikal ist, bieten viele Anbieter auch Diversity-Polarisation an. Diversity-Polarisation bedeutet, dass das Signal zwischen vertikaler, horizontaler und einer Form von schräger Polarisation (schräge Polarisation ist in einem Winkel zwischen den beiden) umgeschaltet werden kann, um die beste Versorgung in Gebieten mit schwieriger Versorgung zu bieten. Diversity-Polarisation gestattet es dem System, die Änderung der Polarisation zu berücksichtigen, die daraus resultiert, dass das Signal von Gebäuden und der Landschaft reflektiert wird.

Externe vertikale Peitschenantennen haben mehrere Nachteile. Erstens sind sie ästhetisch nicht wünschenswert. Außerdem sind sie sehr anfällig gegenüber Beschädigung durch externe Kräfte wie Wetter, Vandalismus und automatische Fahrzeugwaschanlagen. Unter Fahrzeugdesignern besteht ein Wunsch, die externen Peitschenantennen zu entfernen und sie durch Auf-Glas-Antennen in einer Weise ähnlich der, die vorher für Radioempfang verwendet wurde, zu ersetzen.

Auf-Glas-Antennen für die heute verwendeten komplexen Kommunikationssysteme brachten neue Probleme hervor. Erstens musste, um die gewünschte vertikale Polarisation zu erreichen, die Antenne vertikal auf der Windschutzscheibe ausgerichtet sein. Vertikale Ausrichtung dieser Antennenart auf der vorderen Windschutzscheibe ist ein Problem, weil sie ein Hindernis in der Sicht des Fahrzeugfahrers darstellt. Außerdem strahlen Dipolantennen ungerichtet in der Ebene senkrecht zur Antennenachse aus, einschließlich nach hinten in den Fahrgastraum. Damit sind die Fahrzeuginsassen der von der Antenne ausgestrahlten Signalenergie ausgesetzt. In letzter Zeit herrschte eine weit verbreitete Besorgnis über die möglicherweise negativen Auswirkungen derartiger Strahlung auf Menschen. Hinzufügen einer Art von Reflektorabschirmung, um zu verhindern, dass HF-Signale nach hinten in den Fahrgastraum ausgestrahlt werden, ist aufgrund der Größe der Abschirmung und der Behinderung der Fahrersicht, die durch Hinzufügen einer derartigen Abschirmung resultieren würde, nicht praktikabel. Schließlich bieten vertikal ausgerichtete Dipolantennen keinen Empfang für Signale mit Diversity-Polarisation.

Flachantennen mit Reflektoren wurden aufgrund ihrer geringen Größe und Richtungseigenschaften verwendet; aber während es wünschenswert ist, den Verlauf von Ausstrahlung in den Fahrgastraum zu vermeiden, wird außerhalb des Fahrzeugs eine ungerichtete Ausstrahlung für eine optimale Antennenleistung bevorzugt. Beispielsweise haben Flachantennen von Natur aus eine enge Strahlenbreite und bieten deshalb nicht die gewünschte Leistung für Fahrzeuganwendungen.

US-A-3312976 beschreibt eine tragbare Mikrowellenantenne zur Übertragung von zwei einseitig gerichteten breiten Strahlen von Hochfrequenzenergie entlang einer gemeinsamen Achse. Jeder Strahl wird erzeugt durch Hochfrequenzenergie, die in einen halbzylindrischen Hohlraumresonator eingeführt wird, und durch einen Halbwellenschlitz ausgestrahlt, der entlang eines Durchmessers des assoziierten Hohlraums angeordnet ist.

DE-A-19740254 beschreibt eine Mehrband-Radioantennenanordnung zur Verwendung in Zweiweg-Funkkommunikation unter Verwendung von UHF- und SHF-Frequenzen. Die Antennenanordnung ist zur Montage an der Außenseite eines Motorfahrzeugs angrenzend an einer oberen Kante der Fahrzeug-Windschutzscheibe nahe seinem Dach ausgelegt und kombiniert eine Emitterantenne und eine Flachantenne. DE-A-10034547 offenbart eine Schlitzantenne mit einem Reflektor, der eine maximale Distanz zu der Antenne von einem Sechstel von einer Wellenlänge der verwendeten Signalfrequenz hat.

Es ist wünschenswert, eine Antenne zu haben, die überlegene Leistung ohne die Einschränkungen von existierenden Antennen bietet. Es ist wünschenswert, eine Antenneneinheit zu haben, die aus ästhetischen Gründen und zur Gewährleistung, dass keine Sichtbehinderung des Fahrzeugfahrers besteht, kompakt in der Größe ist. Es ist wünschenswert, dass die Antenne eine vollständige Abdeckung sowohl vor dem Fahrzeug als auch vertikal nach oben und hinter dem Fahrzeug hat, um hohe Pegel bei Signalübertragung und -empfang zu gewährleisten. Schließlich ist es wünschenswert, dass der Betrag der Strahlung von der Antenne in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs minimiert ist, damit die Fahrzeuginsassen nicht der Signalenergie ausgesetzt werden.

Dementsprechend besteht die vorliegende Erfindung in einer Mehrbandantenne zur Verwendung in Verbindung mit einem Kommunikationssystem, wie in Anspruch 1 hiervon dargelegt. Sie kann eine kompakte Mehrbandantenne für Bord-Fahrzeugkommunikationssysteme bereitstellen, die an der vorderen Windschutzscheibe des Fahrzeugs montiert werden kann. Die physikalischen Abmessungen der Antenne können klein sein, beispielsweise ungefähr 20 cm (8 Zoll) lang mal 5 cm (2 Zoll) breit mal 2,54 cm (1 Zoll) tief. Die Antenneneinheit kann an der Oberseite der vorderen Windschutzscheibe eines Automobils angrenzend an der Dachverkleidung und damit außerhalb der normalen Sicht des Fahrers montiert werden.

Die Antenne der Erfindung ist imstande, in mehreren Frequenzbändern zu operieren, d. h. AMPS, PCS und GPS, so dass die Antenne für die komplexen Kommunikationssysteme verwendet werden kann, die in heutigen Fahrzeugen eingesetzt werden und Mehrband-Zellularkommunikation oder Kommunikation mit dem globalen Positionierungssatellitennetz erfordern. Die Antenne ist überwiegend vertikal polarisiert, eine signifikante horizontale Komponente ist jedoch auch vorhanden, um bei Diversity-Polarisation zu helfen. Sie kann eine Flachantenne zur Verwendung mit dem GPS-Band enthalten.

Die Antenne kann einen Reflektorhohlraum nutzen, um die Rückseite der Antenneneinheit zu bilden. Der Hohlraum wird gebildet, indem der Reflektor an die Rückseite des Strahlungselements der Antenne gekoppelt wird. Der Reflektor dient zwei Zwecken. Erstens fokussiert der Reflektor die ausgestrahlten Signale in die Vorwärtsrichtung, wodurch die von der Antenne erreichte Verstärkung verbessert wird. Außerdem reflektiert der Reflektor die in den Fahrgastraum gerichteten Signale, wodurch die Signale nach außerhalb des Fahrzeugs umgeleitet werden. Dies verhindert, dass die Fahrzeuginsassen den ausgestrahlten Signalen ausgesetzt werden.

Die Hohlraumtiefe ist im Vergleich zum bekannten Stand der Technik elektrisch extrem kurz. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Hohlraumtiefe nur 2,54 cm (ein Zoll). Die Rückwand des Reflektors ist 2,54 cm (ein Zoll) entfernt von den Schlitzantennen, die auf dem Strahlungselement vorhanden sind, angeordnet.

Damit die vorliegende Erfindung einfacher verstanden wird, wird jetzt Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, von denen:

1 eine Vorderansicht einer Antenneneinheit nach der vorliegenden Erfindung zeigt, die die Elemente und ihre jeweiligen Positionen auf der Vorderfläche der Leiterplatte der Antenneneinheit darstellt.

2 eine Schnittansicht einer Antenneneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung in ihrem montierten Zustand zeigt.

3 eine Zeichnung zeigt, die die Position einer Antenneneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung nach der Installation in einem Fahrzeug darstellt.

4 eine technische Zeichnung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt, die alle ausführbaren Abmessungen zur Konstruktion der besten Ausführung der Erfindung offenbart.

Die vorliegende Erfindung ist eine kleine, verdeckte Auf-Glas-Antenne zur Verwendung in der Automobilindustrie. Die Antenne gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung operiert in mehreren Frequenzbändern. In der bevorzugten Ausführungsform umfasst sie zwei Schlitzantennen und eine GPS-Flachantenne, die auf einer Leiterplatten-Vorderfläche ausgebildet sind. Die Vorderfläche ist an einen Reflektor gekoppelt, um eine rechteckige Antenneneinheit mit einem elektrisch kurzen Hohlraum, der innerhalb der Wände der Antenneneinheit enthalten ist, zu bilden.

In der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Strahlungselement der Antenne 101 ein leitendes Leiterplattenmaterial wie FR4-Material. Die Schlitze 103, 105 sind in das Leiterplattenmaterial geätzt. Andere Materialien können verwendet werden, um das Antennen-Strahlungselement zu bilden, in dem Schlitze gebildet werden. Alternative Ausführungsformen können verschiedene leitende Metalle verwenden, wobei Schlitze in das Material gestanzt werden. Ein Leiterplattenmaterial wie FR4 wird jedoch aus zwei Gründen bevorzugt. Erstens ist das FR4-Basismaterial ein sehr preisgünstiges Material und ist einfach zu verarbeiten, wodurch FR4 eine kostengünstige Wahl wird. Zweites gestattet Leiterplattenmaterial, zusätzliche elektrische Komponenten wie Übertragungsleitungen oder zusätzliche Schaltkreise direkt auf dem Leiterplattenmaterial zu bilden. Dies ermöglicht es, zusätzliche Antennen wie eine GPS-Flachantenne 109 der Einheit auf einfache Weise hinzuzufügen.

Die bevorzugte Ausführungsform verwendet zwei Schlitzantennen, die in dem Leiterplattenmaterial unter Verwendung eines Ätzprozesses, um die Metallisierung von der Vorderfläche des Platte in den gewünschten Bereichen zu entfernen, gebildet sind. Eine erste Schlitzantenne 103 ist vorgesehen für Übertragung und Empfang in dem PCS-Band. Eine zweite Schlitzantenne 105 ist vorgesehen für Übertragung und Empfang in dem AMPS-Band. Form und Konstruktion von Schlitzantennen sind im Fachgebiet gut bekannt, daher ist hier keine ausführliche Diskussion der Form des Schlitzes enthalten.

Die Schlitzantennen 103 und 105 sind so ausgerichtet, dass sie in einer horizontalen Position sein werden, wenn die Antenne in dem Fahrzeug montiert ist. Als ein Ergebnis einer derartigen Ausrichtung wird die gewünschte vertikale Polarisation erhalten. Außerdem ist eine horizontale Komponente vorhanden, die Diversity-Abdeckung bereitstellt. Diese Komponente wird als ein Ergebnis der Interaktion mit dem Reflektor und der Nähe zu der Metalldachoberfläche erhalten.

Die Schlitzantennen werden über eine Übertragungsleitung 107 gespeist. Diese einzelne Übertragungsleitung kann in zwei Wege geteilt werden, um beide Antennen zu speisen, oder eine einzelne Übertragungsleitung kann eine Schlitzantenne ansteuern, wobei die zweite Schlitzantenne parasitär an die erste Schlitzantenne gekoppelt ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine einzelne Übertragungsleitung 107 gebildet, um die PCS-Band-Schlitzantenne 103 zu speisen. Die AMPS-Band-Schlitzantenne 105 ist parasitär an die PCS-Band-Schlitzantenne 103 gekoppelt, indem die AMPS-Band-Schlitzantenne 105 in enger Nähe zu der PCS-Band-Schlitzantenne 103 angeordnet ist. Durch Verwendung von parasitärer Kopplung können beide Schlitzantennen von einer einzelnen Übertragungsleitung angesteuert werden. Dieses Verfahren wird bevorzugt, weil es gestattet, die Antennen näher zusammen auf der Leiterplatte anzuordnen, als es möglich wäre, wenn zwei Übertragungsleitungen oder eine einzelne Leitung mit zwei Zweigen verwendet würde. Dies gestattet wiederum die Minimierung der Gesamtbreite der Antenneneinheit. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Gesamtbreitenabmessung der Antenneneinheit (definiert als die Abmessung des Rands der Antenneneinheit, der an der Oberseite der Windschutzscheibe beginnt und auf der Windschutzscheibe abwärts zum Armaturenbrett verläuft, wenn die Einheit auf der Fahrzeug-Windschutzscheibe montiert ist) weniger als 5,7 cm (2,25 Zoll). In einer alternativen Ausführungsform, in der eine Übertragungsleitung mit zwei Zweigen zum Speisen der Schlitzantennen verwendet wird, müssen die Schlitze weiter voneinander entfernt angeordnet werden, und die Breite der Einheit steigt auf etwa 7,6 cm (3 Zoll).

Die Übertragungsleitung 107 ist direkt auf dem Leiterplattenmaterial gedruckt. Alternative Ausführungsformen können einen Draht oder ein Kabel verwenden, um diese Funktion zu erreichen, in der vorerwähnten bevorzugten Ausführungsform sind jedoch keine zusätzlichen diskreten Teile erforderlich. Die Übertragungsleitung 107 ist direkt auf der Leiterplatte gebildet, indem ein leitender Weg gedruckt wird, der von einem Anschlusskontakt 113 zu der PCS-Schlitzantenne 103 führt. Diese Konfiguration gestattet es, die PCS-Schlitzantenne 103 und die AMPS-Schlitzantenne 105 mit dem System, mit dem sie verwendet werden sollen, zu verbinden, indem einfach das Kabel von dem System in einen Anschlusskontakt 113, der in der Antenneneinheit enthalten ist, gesteckt wird.

Zusätzlich zu den zwei Schlitzantennen enthält die bevorzugte Ausführungsform eine dritte Antenne zur Verwendung mit dem GPS-Band. Eine GPS-Flachantenne 109 befindet sich auf dem Leiterplattenmaterial. Diese Art von Flachantenne ist im Fachgebiet gut bekannt, daher ist hierin keine ausführliche Diskussion der Flachantenne enthalten. Die GPS-Flachantenne 109 gestattet der Antenneneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung, in einem dritten Frequenzband zu operieren. Dies erlaubt es, die Antenneneinheit für Systeme zu verwenden, die die häufigsten digitalen und analogen Zellularbänder nutzen, und sie außerdem zur Kommunikation mit dem Netz von globalen Positionierungssatelliten zu verwenden.

In der bevorzugten Ausführungsform sind die GPS-Flachantenne 109 und die Schlitzantennen 103, 105 zur gleichzeitigen Operation imstande. Dies bedeutet, dass die GPS-Flachantenne 109 zur gleichen Zeit wie die Schlitzantennen 103, 105 ohne irgendwelche gegenseitigen Störungen operieren kann.

Die GPS-Flachantenne 109 erfordert zusätzliche Schaltkreise für die Operation. Ein Verstärkerkreis ist als Teil der Komponente der GPS-Flachantenne 109 enthalten. Wie vorher diskutiert, besteht ein Vorteil in der Verwendung von Leiterplattenmaterial wie FR4 als Basis zum Bilden der Schlitzantennen 103, 105 darin, dass zusätzliche Schaltkreise wie der GPS-Verstärker direkt auf der Leiterplatte gebildet werden können. Zusätzlich nutzt die GPS-Flachantenne 109 einen zweiten Anschluss 111, um den Anschluss des GPS-Systems des Fahrzeugs zu gestatten.

Die Antennenvorderfläche, die die Leiterplatte umfasst, ist an einen Reflektor 203 montiert, um die vollständige Antenneneinheit 200 zu bilden, wie in 2 dargestellt. Der Reflektor 203 kann unter Verwendung verschiedener Arten von Materialien gebildet werden, die Ausstrahlung reflektieren. In der bevorzugten Ausführungsform wird metallisierter Kunststoff zur Bildung des Reflektors 203 verwendet. Der Reflektor 203 ist in der Form eines U-Kanals gebildet. Er ist derart geformt, dass, wenn er an der Leiterplatte angebracht ist, die Form der Einheit in einer Schnittansicht im Allgemeinen rechteckig ist. Der U-Kanal-Reflektor bildet kombiniert mit der Leiterplatte einen Kasten mit offenem Ende, wobei die Leiterplatte die Vorderfläche oder nach vorn gerichtete Oberfläche des Kastens umfasst und der Reflektor die oberen, unteren und hinteren Wände des Kastens umfasst. Ein im Allgemeinen rechtwinkliger Hohlraum 205 wird im Inneren der Antenneneinheit gebildet. Durch Verwendung eines rechtwinklig geformten Reflektors wird das Volumen des Hohlraums 205 für eine gegebene Hohlraumtiefe im Vergleich zur Verwendung eines gebogenen Reflektors zur Vervollständigung der Antenneneinheit maximiert. Außerdem wird durch Verwendung eines rechtwinklig geformten Reflektors die senkrechte Distanz von jedem Punkt der Schlitzantennen zur Rückwand des Reflektors für eine gegebene Hohlraumtiefe maximiert. Jeder Punkt auf der hinteren Oberfläche des Reflektors ist von der Leiterplatte gleich weit entfernt.

In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Tiefe des reflektierenden Hohlraums 205 2,54 cm (ein Zoll). Damit befindet sich die Rückwand des Reflektors 203 in einer Distanz von ungefähr 2,54 cm (1 Zoll) innerhalb des Bereichs von 1,90 bis 3,17 cm (0,75 bis 1,25 Zoll) von den Schlitzantennen. Diese enge Nähe der Rückwand 204 des Reflektors 203 relativ zu den ersten und zweiten Schlitzantennen 103, 105 erzeugt einen elektrisch kurzen Hohlraum. Eine Wellenlänge für ein PCS-Signal beträgt ungefähr 15 cm (6'') in der Länge, während eine Wellenlänge für ein AMPS-Signal ungefähr 33 cm (13'') in der Länge beträgt. Durch Erzeugen eines Hohlraums, der nur ungefähr 2,54 cm (ein Zoll) in der Tiefe beträgt, befindet sich die Basis des Reflektors innerhalb 1/6 einer PCS-Signal-Wellenlänge von der PCS-Schlitzantenne und 1/13 einer AMPS-Signal-Wellenlänge von der AMPS-Antenne. Der in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugte Hohlraum ist elektrisch beträchtlich kürzer als jeder, der nach dem Stand der Technik vorkommt.

Der Reflektor 203 erfüllt zwei kritische Funktionen. Erstens trägt der Reflektor zu den von der Antenne erreichten Verstärkungsmustern bei. Der Reflektor reflektiert die Ausstrahlung, die ursprünglich direkt in das Fahrzeug gerichtet war, derart, dass sie jetzt nach außen abgestrahlt wird. Durch Formung oder Fokussierung des ausgestrahlten Signals in eine Richtung wird die von der Antenne erzielte Verstärkung erhöht. Durch Verwendung der Schlitzantennen 103, 105 in Verbindung mit dem Reflektor 203 erreicht die Antenneneinheit eine Verstärkung von –3 dB über die AMPS- und PCS-Bänder, während sie +3 dBic im Zenit im GPS-Band erreicht.

Außerdem verhindert der Reflektor 203, dass die ausgestrahlten Signale in den Fahrgastraum ausgestrahlt werden. Während etwas des ausgestrahlten Signals in den Fahrgastraum lecken kann, werden ungefähr 90% des Signals, das nach hinten ausgestrahlt wird, nach vorne und außerhalb des Fahrzeugs reflektiert. Dadurch wird die Menge des ausgestrahlten Signals, dem die Insassen des Fahrzeugs ausgesetzt werden, stark reduziert und praktisch eliminiert. Dieses Phänomen ist heute wichtig, da die FCC begonnen hat, Vorrichtungen gemäß ihrer spezifischen Absorptionsrate (SAR) zu überwachen und einzustufen. Eine günstige SAR-Einstufung ist angesichts der potenziellen Gesundheitsbedenken, die in den letzten Jahren hinsichtlich der Gefährdung durch ausgestrahlte Energie aufgekommen sind, wünschenswert.

In der bevorzugten Ausführungsform ist die Antenneneinheit 200 zu ästhetischen Zwecken in einem Kunststoffmaterial eingeschlossen und an die obere Mitte der Windschutzscheibe 207 des Fahrzeugs montiert, wie in 3 dargestellt. Die Einheit ist im Inneren des Fahrgastraums mit der Seite der Antenne, die das Strahlungselement 101 enthält, nach vorne gegen das Glas der Windschutzscheibe platziert an der Windschutzscheibe 207 montiert. Die dielektrische Konstante des Glases der Windschutzscheibe bewirkt, dass die Windschutzscheibe 207 eine Ladewirkung auf die Antenne hat. Aufgrund der Ladewirkung, die von dem Glas der Windschutzscheibe erzielt wird, kann die Antenneneinheit geringfügig kleiner sein, als es erforderlich wäre, wenn die Antenneneinheit im freien Raum operieren müsste.

Die Antenneneinheit ist nach der Installation außerdem leitend an das Dachblech 211 des Fahrzeugs gekoppelt. Es ist gut bekannt, dass diese Kopplung die GPS-Flachantenne mir einem größeren Empfangsbereich versieht. Bei der Installation der Antenne kann ein leitender Träger wie ein Metallstreifen oder ein leitendes Band von dem Dachblech 211 zu der Oberfläche verlaufen, an der die Antennen montiert wird, um einen Kontakt zwischen der Antenne und dem Dachblech 211 bereitzustellen. In der bevorzugten Ausführungsform hat die Antenneneinheit eine leitende Dichtung 115, die es gestattet, den leitenden Träger zu berühren. Ein bevorzugtes Verfahren der Installation ist vollständig in unserer verwandten Anmeldung EP-A-1343221 beschrieben.

Nach der Installation wird die bevorzugte Ausführungsform der Antenneneinheit unter Verwendung der Anschlüsse, die sich an der Antennenvorderfläche 101 befinden, mit den Fahrzeugkommunikationssystemen verbunden. Ein erster Anschluss 113 gestattet die Verbindung mit der Übertragungsleistung 107, die die Schlitzantennen ansteuert, und ein zweiter Anschluss 111 gestattet die Verbindung mit der GPS-Flachantenne 109. Die Verwendung dieser Anschlüsse gestattet eine schnelle, einfache Verbindung der Antenneneinheit. Die Verbindungskabel 209 werden unter der Dachverkleidung des Fahrzeugs geführt, um sie zu verbergen. Wenn das Fahrzeug gebaut wird, kann die Antenne an der Windschutzscheibe installiert werden, bevor die Windschutzscheibe in das Fahrzeug eingebaut wird. Nach dem Einbau der Windschutzscheibe in das Fahrzeug können die Verbindungskabel 209 einfach in die Antenne eingesteckt werden.

Eine alternative Ausführungsform besteht darin, den ersten Anschluss 111 und den zweiten Anschluss 113 zu eliminieren. Die Verbindung zwischen der Antenneneinheit und den Verbindungskabeln erfolgt unter Verwendung einer Anschlusslitzen-Konfiguration. Dies ist grundsätzlich eine direkte Lötverbindung zwischen einem Koaxialkabel und der Leiterplatte. Dies würde die Montagezeit zum Einbauen der Einheit beträchtlich verlängern, würde jedoch gestatten, die Gesamtlängenabmessung der Einheit (definiert als die Abmessung der Antenneneinheit, die sich entlang der Windschutzscheibe von links nach rechts oder rechts nach links parallel zum Boden erstreckt, wenn die Antenne an der Fahrzeug-Windschutzscheibe montiert ist) um die Länge der Anschlussverbinder zu reduzieren. Für gewisse Anwendungen, die extrem platzkritisch sind, kann dies wünschenswert sein.

Eine Antenneneinheit gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Antenne für verschiedene Fahrzeugkommunikationssysteme, die die PCS-, AMPS- oder GPS-Bänder nutzen, bereit. Die Antenneneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung bietet eine hohe Verstärkung (–3 dB über die AMPS- und PCS-Bänder, +3 dBic im Zenit in dem GPS-Band), wodurch sie eine effiziente Antenne zur Verwendung für heutige Kommunikationssysteme ist.

Außerdem ist die Antenneneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung kompakt und verborgen und vorgesehen zur Montage an die vordere Windschutzscheibe des Fahrzeugs oder alternativ an jede andere Glas- oder nicht metallisierte Oberfläche des Fahrzeugs. Die geringe Größe der Einheit verhindert, dass sie die Sicht des Fahrzeugfahrers behindert, und die Innenmontage der Einheit trägt zur Ästhetik des Fahrzeugs bei, während die Antenne dadurch gleichzeitig vor Schäden aufgrund äußerer Elemente wie Wetter oder Vandalismus geschützt wird.

Die Antenneneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung eliminiert fast alles des Signals, das von Antennen nach dem Stand der Technik in den Fahrgastraum ausgestrahlt wurde. Folglich sind die Fahrzeuginsassen nicht der Signalausstrahlung ausgesetzt, wodurch das Risiko einer potenziellen Gesundheitsgefährdung durch Aussetzen einer drahtlosen Kommunikationsstrahlung reduziert wird.


Anspruch[de]
Mehrbandantenne (101) zur Verwendung in Verbindung mit einem Kommunikationssystem, umfassend ein im Allgemeinen ebenes Strahlungselement, das eine erste Schlitzantenne (103) hat, der in dem PCS-Frequenzband operiert, und eine zweite Schlitzantenne (105), der in dem AMPS-Frequenzband operiert, und einen Reflektor (203), der mit dem Strahlungselement gekoppelt ist, gekennzeichnet durch eine einzelne Übertragungsleitung (107) zum Speisen der ersten und zweiten Schlitzantennen (103, 105), und dadurch, dass der Reflektor (203) einen U-förmigen Kanal umfasst, der sich über die ersten und zweiten Schlitzantennen erstreckt und zusammen mit dem Strahlungselement einen Hohlraum (205) bildet, der im Allgemeinen rechtwinklig im Querschnitt ist, wobei die Tiefe des Hohlraums ein Maximum von einem Dreizehntel einer Wellenlänge für ein Signal in dem AMPS-Band beträgt. Antenne nach Anspruch 1, wobei das Strahlungselement aus FR4 oder einem anderen Leiterplattenmaterial besteht. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Strahlungselement eine GPS-Flachantenne (109) enthält. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Tiefe des Hohlraums (205) zwischen 1,90 cm und 3,17 cm (0,75 Zoll und 1,25 Zoll) beträgt. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Tiefe des Hohlraums (205) ein Maximum von einem Sechstel einer Wellenlänge für ein Signal in dem PCS-Band beträgt. Antenne nach Anspruch 2 oder einem der vorstehenden Ansprüche als Anhang zu Anspruch 2, wobei die Übertragungsleitung (107) direkt auf das Leiterplattenmaterial gedruckt ist. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Schlitzantenne (103) und die zweite Schlitzantenne (105) parasitär gekoppelt sind. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Breite der Antenne weniger als 5,7 cm (2,25 Zoll) beträgt. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Übertragungsleitung (107) einen Steckanschluss (113) für Verbindung mit den Kommunikationssystemen hat. Antenne nach Anspruch 3 oder einem der vorstehenden Ansprüche als Anhang dazu, wobei die GPS-Flachantenne (109) einen Steckanschluss (111) für Verbindung mit den Kommunikationssystemen hat. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Länge der Antenne weniger als 21 cm (8,25 Zoll) beträgt. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei die Übertragungsleitung (107) für Verbindung mit dem Kommunikationssystem unter Verwendung einer Anschlusslitze angepasst ist. Antenne nach Anspruch 11, wobei die Länge der Antenne weniger als 17 cm (6,75 Zoll) beträgt. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Komponente für horizontale Polarisation enthält. Antenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, wenn sie an eine vordere Windschutzscheibe (207) eines Fahrzeugs montiert ist. Antenne nach Anspruch 15, wobei das Fahrzeug einen Dachabschnitt (211) hat und die Antenne elektrisch mit dem Dachabschnitt gekoppelt ist.






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