DE20003422U1 - Antennenmodul - Google Patents

Description

Antennenmodul

Die Erfindung betrifft ein Bauelement zur modularen Aufnahme mehrerer Antennen für mobilen Empfangs- und auch Sendebetrieb in unterschiedlichen Frequenzbereichen, das insbesondere für den Einsatz bei Fahrzeugen konzipiert wurde.

Antennen für Empfang und Kommunikation sowie für die Steuerung von technischen Funktionen in Kraftfahrzeugen werden heute überwiegend so in den Fahrzeugaufbau integriert, daß sie die Fahrzeugsilhuette nicht beeinträchtigen. Dafür stehen vor allem die Heckscheibe, feststehende Seitenscheiben (soweit vorhanden) und, unter bestimmten Voraussetzungen, auch die Frontscheibe zur Verfugung.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, Antennenleiter-Strukturen, wie sie bei den Scheiben üblich sind, an Karosserieteilen aus Kunststoff anzuordnen. Realisiert wird dieser Ansatz zunächst bei Kofferhauben. Die Kofferhauben gehören mit zu den ersten Karosserieteilen, die bei Fahrzeugen mit Ganzmetall-Karosserie in Metall-Kunststoff-Bauweise oder gänzlich aus Kunststoff ausgeführt werden.

Allen bekannten Lösungen ist gemeinsam, daß dem Antennenentwickler von seinem Kunden ein fertiges, in allen konstruktiven und gestalterischen Details festgelegtes Fahrzeug vorgegeben wird. Er muß sich bei der Ausfuhrung der Antennen und der Anschlußpunkte, der Schaltungsmodule für Anpaß- und Verstärkungsschaltungen sowie der Masseanbindung diesen Gegebenheiten unterordnen. Das geht bis zur Schaltungsplatine und zum Schaltungsgehäuse, die bei jedem Fahrzeug, entsprechend den oft beengten Platzverhältnissen und unterschiedlichen Einbauorten, anders auszubilden sind.

Eine gewisse Vereinheitlichung ergibt sich daraus, daß die Strahlerstrukturen sich in unterschiedliche Typen einordnen lassen und daß der Schaltungsaufbau der aktiven Komponenten vom Layout her meist gleichartig ist, unabhängig von der jeweiligen angepaßten äußeren Platinenform. Trotzdem stellt jeder Fahrzeugtyp in bezug auf seine Antennenausstattung ein Unikat dar. Der Entwicklungs- und Fertigungsaufwand ist entsprechend hoch, weil bei der Konfiguration der Empfangssysteme gewissermaßen jedesmal bei Null angefangen wird.

Die Erfindung bezweckt nun, einen Weg zu konfektionierten, möglichst weitgehend von Fahrzeugspezifika unabhängigen Antennenanordnungen zu finden. Dazu wird versucht, die Wichtung der für ein bestimmtes Fahrzeug typischen Einflußfaktoren, die die Freiheitsgrade der Konfiguration des Empfangssystems limitieren, zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitgehend autonome Antennenbaugruppe zu konzipieren, die ohne aufwendige Anpassungsarbeiten als Empfangssystem für unterschiedliche Fahrzeuge und darüber hinaus auch für andere variable Einsatzorte wahlweise verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsdetails und -Varianten.

Das erfindungsgemäße Modul stellt sich dar als vorzugsweise mehrschichtiges Plattenelement aus dielektrischem Material mit einer elektrisch leitenden Umrandung. Die Betriebsposjtion ist vorzugsweise waagerecht, wodurch günstige Bedingungen für eine Rundumstrahlung der in das Modul integrierten Antennen, aber auch für den Satellitenempfang gegeben sind. Aus der bevorzugten weitgehend waagerechten Betriebsposition resultiert, daß das Modul speziell für die Verwendung in und an Teilen einer Fahrzeugkarosserie geeignet ist, die ebenfalls im wesentlichen waagerecht sind, z.B. das Dach eines Pkw.

Das Modul wird als separates Element aufgebaut und eingesetzt. Der Massebezug ist für die jeweilige Antennenkombination durch die metallische Umrandung und den zusätzlichen, geteilten orthogonalen Metallstreifen gegeben. Beim Einbau des Moduls in die Fahrzeugkarosserie werden die metallische Umrandung und der orthogonale Metallstreifen mit Masseleitungen oder direkt mit metallischen Komponenten des Fahrzeugaufbaus verbunden. Dabei wird die elektrische und HF-Konfiguration des Moduls wie bekannt davon beeinflußt, ob die Einbauumgebung metallisch ist (Metallkarosse) oder aus Plastikelementen besteht.

Andererseits wird bei Einbau des Moduls in eine metallische Dachhaut - also bei Vorhandensein einer metallischen Umrandung - auch die Bedeutung der metallischen Umrandung für die Funktion der Antennen im Modul geringer. Wenn ein geeigneter Massebezug der Antennen gewährleistet ist, könnte im Extremfall der Karosserierand die moduleigene Umrandung ersetzen.

Allgemein gesehen, bietet die Erfindung jedoch die Möglichkeit, das Modul als weitgehend autonomes Element in einigen wenigen Typen vorzufertigen. Zu dem einbaufertigen Modul würde das komplette Empfangs- und -sendesystem, eventuell in unterschiedlichem Komplettierungsgrad, gehören. Für den Einbau und für die Berücksichtigung der Fahrzeugspezifika können variable „Abstimmelemente" zur Impedanzanpassung verwendet werden, so daß sich die Einfügung in den Fahrzeugaufbau auf mechanische und auf Designfragen beschränken kann. Variationsmöglichkeiten der Antennenkombination und der Antennenzahl ergeben sich, indem man z.B. zwei erfindungsgemäße Module nebeneinander anordnet oder sie in unterschiedliche Elemente und Ebenen der Karosserie einfügt, z.B. eines in das Dach und das andere in die KofFerhaube. Eine solche getrennte, in bezug auf den Verlauf des elektromagnetischen Felds weitgehend entkoppelte Anordnung unterstützt wirkungsvoll die Bildung von Mehrantennensystemen für Antennendiversity. Eine Kombination mit effektiver feldmäßiger Entkopplung erhält man jedoch auch, wenn man das Antennenmodul mit einem Empfangssystem in der Heckscheibe kombiniert, indem man das Modul dachseitig an den hinteren Dachhohn anfügt, an dessen anderer Seite sich die Heckscheibe befindet.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausfiihrungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Figur 1. Erfindungsgemäßes Antennenmodul in schematischer Darstellung in Draufsicht Figur 2. Maßbenennung des Metallstreifens

Das Modul nach Figur 1 besteht aus den - hier transparent dargestellten - Platten oder Folien 1 und dem Metallrahmen 2. Das Modul mißt z.B. 900 &khgr; 300 &khgr; 40 mm. Die beiden Längsseiten des metallischen Rahmens 2 sind durch den Metallstreifen 3 verbunden. Der Metallstreifen besteht aus zwei Segmenten, die durch den Spalt 3.1 getrennt sind. Der Metallstreifen 3 ist bei dem vorliegenden Beispiel mittig, bezogen auf die Längsseite des Moduls, angeordnet.

Auf die Oberflächen der Platten oder Folien 1 sind metallische Leiterstrukturen aufgebracht. Es sind dies bei dem Alisführungsbeispiel:

4 kapazitives Auskoppelelement für Hörrundfunk / AM, 150 kHz bis 2 MHz, gleichzeitig: erste Antenne für Hörrundfunk / FMl, 76 bis 108 MHz,

5 zweite Antenne für Hörrundfunk / FM2, 76 bis 108 MHz, alternativ: Antenne fur DAB, 170 bis 240 MHz,

6 TV-Antenne-TVl, 170 bis 900 MHz,

7 TV-Antenne-TV2,170 bis 900 MHz,

8 TV-Antenne-TV3, 47 bis 800 MHz (Optimum 100 bis 700 MHz),

9 TV-Antenne-TV4, 47 bis 800 MHz (Optimum 100 bis 700 MHz),

10 Mobilfunk-Antenne, 820 bis 960 MHz sowie 1,7 bis 2.0 GHz,

11 GPS-Antenne, 1575 MHz,

12 DAB L-Band, 1452 bis 1492 MHz.

Selbst die schematische Darstellung zeigt deutlich, daß weitgehende Gestaltungsfreiheit für die einzelnen Strukturen und in bezug auf die Zahl der Antennen besteht. Sie ist zum einen durch die relativ großen Abmessungen der Modulfläche gegeben, die noch dazu nicht auf das hier beispielhaft angegebene Maß begrenzt sind. Weitere Optionen ergeben sich aus der Schichtung mehrerer antennentragender Flächen und aus der Möglichkeit, z.B. zwei derartige Module nebeneinander anzuordnen.

Die Flächen 4.1 und 5.1 stellen Beispiele für passive Mittel zur Impedanzanpassung der Strahlerstrukturen dar, hier für die Antennen 4 und 5. Die Flächen 4.1 und 5.1 können auch in Skelettierung ausgeführt sein.

Ein wesentliches Element und Merkmal der Erfindung ist der Metallstreifen Bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 1 ist er A = 100 mm breit, und der Abstand zur Ebene der Strahlerstrukturen beträgt B = 40 mm. Der Spalt 3.1 ist C = 4 mm breit. Das Maß D des kurzen Segments des Metallstreifens beträgt 70 mm.

Mit dem Metallstreifen können die Empfangseigenschaften und die Anpassung der FM-Antennen beeinflußt werden. Die Einflußgrößen sind im wesentlichen der Abstand B zur Ebene der Strahler, die Position und die Breite des Spalts 3.1, die Breite A des Metallstreifens sowie

die Position des Metallstreifens entlang der Längsachse des Antennenmoduls. Der Metallstreifen kann gleichzeitig als Massebezugsfläche fur Strahler für hohe Frequenzen dienen. Bei dem Ausfuhrungsbeispiel sind dies die Antennen 10,11 und

Claims (7)

1. Antennenmodul, insbesondere geeignet als komplexe, einbaufertige Antennenbaugruppe für Kraftfahrzeuge, mit den folgenden Merkmalen:

- das Modul besteht aus einem traversenartigen, vorzugsweise mehrschichtigen Plattenelement (1) aus dielektrischem Material, das mit metallischen Leiterstrukturen (4 bis 12) versehen ist, die Antennenkonfigurationen bilden,

- die metallischen Strukturen (4 bis 12) sind vorzugsweise in unterschiedlichen Ebenen angeordnet,

- das Modul ist vorzugsweise von einer metallischen Umrandung (2) umgeben, die primär den Massebezug für die Antennen bildet,

- das Modul ist vorzugsweise in einen im wesentlichen waagerechten Bereich der Karosserie eingefügt,

- das Modul nimmt neben den passiven Antennenkomponenten auch die Mittel zur Impedanzanpassung und aktive Schaltungskomponenten auf,

- für den Empfang im Meterwellenbereich ist mindestens eine Leiterbahn (4) vorgesehen, die sich vorzugsweise in Längsrichtung des Moduls erstreckt und deren Strahlung durch einen Metallstreifen (3) unterstützt wird, der unterhalb der Leiterbahn und mit Abstand zu ihr, vorzugsweise im Mittenbereich des Moduls angeordnet ist,

- der Metallstreifen (3) verläuft orthogonal zur Richtung der Leiterbahn (4) und erstreckt sich von einem Rand des Moduls zum gegenüberliegenden Rand,

- der Metallstreifen (3) ist durch einen Spalt (3.1) unterbrochen, wobei die Empfangseigenschaften im Meterwellenbereich durch die Breite (C) des Spalts und seine Position und außerdem durch den Abstand (B) des Metallstreifens zur Ebene der Strahler sowie durch die Position des Metallstreifens entlang der Längsachse des Moduls und durch die Breite (A) des Metallstreifens, beeinflußbar sind.

2. Antennenmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung des Moduls im Dachbereich des Fahrzeugs.

3. Antennenmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung des Moduls im waagerechten Bereich der Kofferhaube.

4. Antennenmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination mit Antennen in einer Heckscheibe und gegebenenfalls in feststehenden hinteren Seitenscheiben, wobei das Modul direkt an die Heckscheibe angrenzend angeordnet ist, von ihr durch den Dachholm oberhalb der Heckscheibe getrennt.

5. Antennenmodul nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Modul neben den Schaltungskomponenten der eigenen Strahler (4 bis 12) vorzugsweise auch Schaltungskomponenten der Antennen in den Scheiben aufnimmt.

6. Antennenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Leiterstrukturen (4 bis 12) vorzugsweise auf Kunststoffolie aufgetragen sind, und daß die nötigen unterschiedlichen Abstände zwischen den Folien vorzugsweise mit Hilfe von Schaumstoffplatten erzielt werden.

7. Antennenmodul nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch transparente Ausbildung der gesamten Anordnung, wobei glasartige Plattenelemente (1) mit Leiterstrukturen (4 bis 12) Verwendung finden, die vorzugsweise durch Luft als Dielektrikum getrennt sind.