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Dokumentenidentifikation DE202007012467U1 27.12.2007
Titel Kraftfahrzeug-Antenne
Anmelder FUBA Automotive GmbH & Co. KG, 31162 Bad Salzdetfurth, DE
DE-Aktenzeichen 202007012467
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 27.12.2007
Registration date 22.11.2007
Application date from patent application 06.09.2007
IPC-Hauptklasse H01Q 1/32(2006.01)A, F, I, 20070906, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01Q 1/12(2006.01)A, L, I, 20070906, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Antenne für den Rundfunkempfang in Kraftfahrzeugen, insbesondere in den Bereichen UKW (FM) sowie LMK (AM), mit einer neuartigen, effektiven Positionierung.

Kfz-Antennen für Funkdienste bis zum 100-MHz-Bereich sind vor allem als Stab- und Kurzstabantennen und als Strukturen in den Sichtscheiben bekannt. Des weiteren werden Strahler in Teile der Karosserie integriert, die aus Kunststoff bestehen, oder innerhalb von aus solchen Teilen gebildeten peripheren Hohlräumen angeordnet, z.B. in oder an Spoiler oder in oder unter Kofferraumdeckeln.

Manche der letztgenannten Anordnungen haben den Nachteil einer ungünstigen, richtungsgeprägten Strahlungscharakteristik, z.B. Antennen, die in Stoßfänger eingebaut sind. Das Blech der Karosserie, das sich in aller Regel in geringem Abstand neben (hinter) dem Strahler befindet, verhindert die für den Rundfunkempfang erwünschte Rundumstrahlung und kann den Empfangspegel durch kapazitive Effekte verringern bzw. die Empfangsqualität durch Einkopplung bordeigener Störungen beeinträchtigen.

Eine Lösung für diese Probleme stellen Filteranordnungen und Mehrantennensysteme mit Raum- oder Frequenz-Diversity dar. Diese Maßnahmen sind aber mit erhöhten Kosten verbunden.

Andererseits werden bestimmte Antennenkonfigurationen, z.B. Strukturen in feststehenden Seitenscheiben, als störend empfunden. Darüber hinaus sind bei Scheiben, deren Abmessungen heute aus modischen Gründen verringert werden, z.B. Heckscheiben von Fahrzeugen mit betont sportlichem Design, der Zahl unterschiedlicher Antennenstrukturen aus physikalischen Gründen Grenzen gesetzt, bzw. es sind besondere Maßnahmen erforderlich, will man die Strukturen in gewohnter Weise für bestimmte Frequenzen nutzen – z.B. für den AM- und FM-Empfang.

Ein spezielles Problem stellt sich beim Cabriolet dar. Die Sichtscheiben – Heck und Seiten – verschwinden, wenn das Dach zusammengefaltet und verstaut wird. Dann muß eine „Alternativ"-Antenne her. Aber: Bei Fahrzeugen des gehobenen Bedarfs ist nicht immer eine Stabantenne erwünscht. Der Stand der Technik kennt für diese Aufgabe nur noch Kompromisslösungen.

Das besondere Cabrio-Problem und die derzeitigen, aus HF-Sicht ungünstigen Modetendenzen sind aber nur die „eine Seite der Medaille". Hinzu kommt, dass der Bedarf an Strahlern für immer mehr unterschiedliche Funkdienste steigt. Um dem gerecht zu werden, müssen neue Ideen für die Anordnung von Strahlern am Fahrzeug gefunden werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Strahlerpositionen zu definieren, die bis dato nicht ins Kalkül einbezogen bzw. für ungeeignet betrachtet wurden, und die möglichst günstige Empfangseigenschaften gewährleisten sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Kennzeichen des Hauptanspruchs gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsdetails und -beispiele.

Das erfindungsgemäße Prinzip der „Unterflur"-Antenne ist nicht lapidar eine weitere mögliche Allerweltsvariante der Auskopplung von Signalen aus dem durch die Metallteile des Fahrzeugkörpers deformierten elektromagnetischen Feld. Im Gegenteil – der unterhalb des Fahrzeugbodens im Randbereich der Karosse angeordnete Strahler stellt überraschenderweise eine Antenne mit äußerst guten Empfangseigenschaften dar

So haben Messungen Pegelwerte ergeben, die nur geringfügig unter denen einer 900-mm-Referenz-Stabantenne (auf einen Kotflügel montiert) liegen. Die Erfindung profitiert gleichermaßen für den FM- wie für den AM-Bereich von starken Feldkonzentrationen, die sich offenbar im unteren Randbereich der Karosse – zur Erde hin – ausbilden.

Die erfindungsgemäßen Strahler haben einen einfachen Aufbau. Sinnvoll – aber auch kein Problem – ist eine Anbindung an die weiterführende Anpassungs- und Verstärkerschaltung mit einer sehr kurzen Leitung. Der kostengünstige Aufbau begünstigt auch die Konfiguration von Mehrantennensystemen (mehrere Antennen in unterschiedlichen Positionen), etwa in Verbindung mit Diversityschaltungen. So lässt sich schon mit zwei erfindungsgemäßen Antennen eine exzellente Rundumstrahlung im horizontalen Strahlungsdiagramm, verbunden mit der hohen Empfangsleistung in der erfindungsgemäßen Position, erzielen.

Besonders günstige Bedingungen für die Anordnung und für die Funktion erfindungsgemäßer Strahler liegen bei Fahrzeugen mit erhöhter Bodenfreiheit vor, z.B. bei den geländegängigen Personenkraftwagen, aber auch bei Lkw und Omnibussen. Eine größere Bodenfreiheit verbessert auch als solche schon das Strahlungsdiagramm einer Einzelantenne in erfindungsgemäßer Position unterhalb des Fahrzeugbodens.

Last but not least ist darauf hinzuweisen, dass sich die Eignung des erfindungsgemäßen Prinzips nicht allein auf Antennen für Frequenzen bis 100 MHz beschränkt. Die Anwendung ist auch für höhere Frequenzen denkbar, vor allem soweit sie als Strahler für den terrestrischen Betrieb konzipiert werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

1. Anordnung erfindungsgemäßer Antennen an einem Pkw oder SUV

  • a) Seitenansicht des Fahrzeugs
  • b) abgewinkeltes Blechelement
  • c) Blechelement in perspektivischer Darstellung

2. Lastkraftwagen mit Antennenpositionen gemäß der Erfindung

Dabei sind:

1
Pkw-Karosserie
2
Sattelschlepper/Zugmaschine
3
Sattelanhänger
4
Seitenschild/Schutzschild
5
Schmutzfänger
6
Radhaus
7
Radhausschale
8
Bodenblech
9
Antenne plan
10
Antenne angewinkelt
11
Verbindungsleitung
12
Anschlußschaltung
13
Stoßfänger
A
Höhe der Antenne 9 bzw. 10
B
Breite der Antenne 9
C
Längsmaß der Antenne 10
D
Breite der Abwinkelung bei Antenne 10

In 1 sind zwei Varianten der erfindungsgemäßen Positionierung von Antennen 9, 10 für den Rundfunkempfang im FM- und im AM-Bereich an der Pkw-Karosse 1 dargestellt:

Im Beispiel a) sind Antennen 9 direkt an den Schmutzfängern 5 hinter den Radhäusern 6 befestigt, und mit b) ist die Anbringung einer Antenne 10 frei im Raum hinter und mit Abstand zur Radhausschale 7 bezeichnet. Für die Variante b) ist ein Blechteil geeignet, wie es unter c) in perspektivischer Ansicht gezeigt wird. Diese Ausführung kann natürlich ebenfalls an einem Schmutzfänger 5 befestigt werden.

Bei vielen Fahrzeugen endet die Unterkante Bodenblech 8 am Fahrzeugheck sehr hoch über der Unterkante des Stoßfängers 13. Dann wird das Strahlerblech bei erfindungsgemäßer Anordnung sogar noch vom Außenkörper des Stoßfängers verdeckt.

Es kann z.B. an der Radhausschale 7, die aus Kunststoff besteht, angeordnet werden.

Beiden Varianten – dem planen (9) wie dem abgewinkelten (10) Strahler – ist gemeinsam, dass zur Unterkante Bodenblech 8 ein vertikaler Abstand von mindestens 70 mm einzuhalten ist. Als optimale Abmessungen haben sich bei den Ausführungsbeispielen ergeben:

  • – für den Strahler 9
  • A = 110 mm
  • B = 280 mm
  • – für den Strahler 10
  • A = 110 mm
  • C = 140 mm
  • D = 140 mm

Es versteht sich von selbst, dass die Maßverhältnisse bei einem Fahrzeug mit erhöhter Bodenfreiheit – z.B. den modernen geländegängigen Pkw – günstiger für die erfindungsgemäße Positionierung der flächigen Strahler sind als bei einem normalen Pkw. Des weiteren ist zu berücksichtigen, dass die hier angegebenen Maße die für ein spezielles Fahrzeug gefundenen Werte darstellen. Für ein anderes Fahrzeug wird man – wie dem Antennenentwickler geläufig, immer auf empirischem Wege – Maße ermitteln, die im Ergebnis der Optimierung von den hier angeführten um ein Geringes abweichen können.

Die Maße der vorliegenden Beispiele sind jedoch als Richt- und Eingangswerte geeignet.

Die Messungen, die den Ausführungsbeispielen zugrunde liegen, haben generell – also auch bei den Fahrzeugen mit normaler Bodenfreiheit – hervorragende Empfangseigenschaften ergeben. Der Empfangspegel liegt nur geringfügig unterhalb der Leistung einer 900-mm-Referenzantenne (passiv, Stab auf Kotflügel).

In der Anschlussschaltung 12, die mit der Antenne 9, 10 über ein kurzes Leitungsstück 11 verbunden ist, wird die Impedanz für den FM-Bereich auf 50 &OHacgr; transformiert und das Signal im AM-Bereich verstärkt.

Der erfindungsgemäße Effekt wurde bisher nicht für möglich gehalten. Man ging im Gegenteil davon aus, dass die Empfangsverhältnisse für Antennen unterhalb der Unterkante Bodenblech 8 durch den vermeintlich geringen Abstand zur „Erde" und durch die vermutete Abschattung seitens anderer Fahrzeuge im Straßenverkehr sehr ungünstig sein müssten.

Dieses Vorurteil hat dazu geführt, dass bis dato keinerlei Versuche – geschweige denn Ergebnisse – in dieser Richtung bekannt geworden sind.

2 macht die Verhältnisse an einem Lastkraftwagen – Zugmaschine 2 mit Sattelanhänger 3 – deutlich. Hier können als erfindungsgemäße Antennenpositionen beispielhaft die Schmutzfänger 5 und der Seitenschild 4 genannt werden – d.h. der Seitenschild 4 dann, wenn er mit Kunststoff-Flächen ausgebildet ist.

Auch hier bietet die relativ große Bodenfreiheit dem Antennenentwickler einen besonders großen Spielraum für die Auswahl der optimalen Antennenposition.


Anspruch[de]
Kraftfahrzeug-Antenne für den Hörrundfunk im AM- und im FM-Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass im Außenbereich der Karosserie unterhalb des Niveaus des Bodenblechs (8) ein flächiges Element aus elektrisch leitendem Material als Strahler (9, 10) angeordnet ist. Kfz-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Strahler (9, 10) und Unterkante Bodenblech (8) mindestens 70 mm beträgt. Kfz-Antenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Strahler (9, 10) als Blechteil. Kfz-Antenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die flächige Ausbildung der Strahler (9, 10) aus einem Metallgewebe oder -gitter oder einem entsprechend metallisch beschichteten dielektrischen Substrat. Kfz-Antenne nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial eine Karosserie-Komponente (5, 7) aus Kunststoff dient. Kfz-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahler als winklig abgekantetes flächiges Element (10) ausgeführt ist. Kfz-Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahler mittels einer sehr kurzen Leitung (11) mit einer Anschlussschaltung (12) zur Anpassung und Verstärkung verbunden ist.






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