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Die
Erfindung betrifft eine Antennenanordnung, die insbesondere dazu
dient, an der Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs installiert zu werden, um
Radiowellen zu empfangen.
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Kraftfahrzeuge
werden mit Antennen ausgerüstet, um Radiowellen von Funkfrequenzsignalen unterschiedlichster
Anwendungen zu empfangen, beispielsweise für Mobiltelefone,
FM-Radio, AM-Radio, Satellitennavigationssysteme oder Fernsehsignale.
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Bezüglich
FM-Radio ist eine spezielle Empfangstechnik bekannt, die nachstehend
erläutert wird und die Phasen-Verschiedenheit oder Phasen-Mannigfaltigkeit
(„phase deversity”) betrifft.
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Von
Sendestationen abgestrahlte Radiowellen erreichen die Empfangsantennen über
Strecken, die häufig viele Hindernisse haben, beispielsweise
in Form von Gebäuden oder Gebirgserhebungen wie Hügeln
oder Bergketten. Jedes dieser Hindernisse hat dabei die Wirkung,
dass die auftreffenden Radiowellen abgelenkt werden. Das Ergebnis
ist, dass auf die Empfangsantenne zahlreiche Radiowellen auftreffen,
die von derselben Quelle abgegeben werden und dieselben Informationen
enthalten, jedoch aus unterschiedlichen Richtungen und zu unterschiedlichen
Zeiten ankommen. Dieses Phänomen verursacht eine schlechte
Qualität der empfangenen Radiosignale.
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Um
diesen Nachteil zu vermeiden, wurde die bereits erwähnte
Technik der „Phase Diversity” entwickelt, bei
der zwei Empfangsantennen verwendet werden und eine Phasenablenkung
und Dämpfung zwischen zwei oder mehr empfangenen Signalen
anschließend dynamisch erzeugt wird, so dass das sich daraus
ergebende Signal qualitativ besser ist. Zu diesem Zweck dient der
Einsatz von zwei oder mehr voneinander beabstandeten Antennen, deren
Abstand gleich der Hälfte der Wellenlängen des
Radiowellenbandes ist, das die Antenne empfangen kann, um ein optimales
Ergebnis zu erzielen. Ein eigener Schaltkreis, der zu den elektronischen
Schaltungen zur Verarbeitung der empfangenen Radiosignale gehört,
sorgt dafür, dass die beiden Signale in geeigneter Weise
kombiniert werden, um ein Signal besserer Qualität zu erhalten.
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Daraus
ergibt sich, dass die Technik der Phasenmannigfaltigkeit gleichzeitig
mehrere Empfangsantennen benötigt, deren empfangene Radiofrequenzsignale
addiert werden, um ein Signal besserer Qualität zu erhalten.
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Diese
Technik unterscheidet sich daher von einer anderen Technik, die
unter den Begriff „Scan Diversity” bekannt ist
und beispielsweise in
JP 58
070 645 erläutert ist, bei der mehrere Antennen
eingesetzt werden, die jedoch nicht simultan arbeiten. Die Technik
der „Scan Diversity” hat eine eigene Elektronikschaltung,
um diejenige Antenne auszuwählen, welche das beste Radiofrequenzsignal
empfängt.
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Es
ist bekannt, dass eine bestimmte Art von Fahrzeugantennen des Standes
der Technik mehrere Leiter hat, die auf einer dielektrischen Oberfläche angebracht
sind, welche im Allgemeinen aus der Heckscheibe eines Fahrzeugs
besteht.
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Es
ist ferner bekannt, dass auf der Heckscheibe eines Fahrzeugs eine
Gruppe von Streifen aus leitendem Material angebracht wird, die
im Allgemeinen parallel zueinander verlaufen und mit ihren Enden
kurzgeschlossen und mit der Starterbatterie des Fahrzeugs verbunden
sind. Auf diese Weise wird eine Heizung gebildet, um die Heckscheibe
von Eis oder Reif zu befreien. Hierfür ist es notwendig,
dass die Scheibenheizung den größten Teil der
Fensterfläche der Heckscheibe einnimmt, so dass für
eine Antenne nur noch sehr wenig Platz zur Verfügung steht.
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Um
bei der Koexistenz von Antenne und Scheibenheizung auf derselben
Heckfensterfläche eine Lösung dieses Problems
herbeizuführen, ist es bekannt, die elektrisch leitenden
Elemente orthogonal zu den Heizleitern anzuordnen, wobei die leitenden
Elemente Äquipotentialpunkte miteinander verbinden, um
eine gleichmäßige Verteilung des Enteisungsstroms
zu gewährleisten. Dabei wird der Vorteil erzielt, dass
die geheizte Heckscheibe als metallische Fläche wirkt,
die Radiofrequenzwellen empfangen kann.
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Ein
Ausführungsbeispiel für eine derartige Antenne
ist in
US 6 693 597
B2 erläutert, wobei die Antenne aus mehreren Leitern
besteht, die zu den Heizleitern für die Heckscheibe orthogonal
angeordnet sind und eine im Wesentlichen polygonale Form haben.
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Die
Abnahme der empfangenen Radiowellen kann hierbei auf zweierlei Weise
erfolgen:
- – Verwendung eines zusätzlichen
Leiters, genannt Einsgeiser oder „Feeder”, der
kapazitiv mit der Scheibenheizung und galvanisch mit der dabei verwendeten
elektronischen Schaltung verbunden ist;
- – durch eine galvanoelektrische Verbindung mit der
Scheibenheizung, wobei diese Lösung im Allgemeinen zumindest
in der Technik der „Phase Diversity” eingesetzt
wird, und zwar wegen der Notwenigkeit eines Zwischenraums zwischen
den Abgriffspunkten für die empfangenen Radiowellen.
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Alle
Antennen des Standes der Technik gemäß der obigen
Beschreibung haben eine Reihe von Nachteilen.
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Insbesondere
verursacht die Heckscheibenheizung Niederfrequenzgeräusche
an der Antenne, die in manchen Fällen unvermeidlich den
korrekten Empfang von AM-Bandsignalen beeinträchtigen.
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Wie
bereits erwähnt, ist die Heckscheibenheizung elektrisch
mit der Starterbatterie des Fahrzeugs verbunden, so dass durch andere
Systeme im Fahrzeug Niederfrequenzgeräusche erzeugt werden. Dieser
Nachteil ist insbesondere erheblich beim Abgriff von Radiofrequenzsignalen
im AM-Band über eine direkte elektrische Verbindung mit
der Antenne. Um diesen Effekt zu verringern, sind Anordnungen bekannt,
bei denen Niederfrequenzfilter zwischen die Batterie und die Heckscheibenheizung
eingesetzt werden, wodurch jedoch die Herstellungskosten erhöht
werden.
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die erläuterten Nachteile
zu vermeiden und eine Antennenanordnung für die Heckscheibe
eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen, die auch
eine Scheibenheizung umfasst, ohne dass die Notwendigkeit besteht,
zwischen die Einspeiseschaltung für die Antenne und die
Scheibenheizung Filter einzubauen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Antennenanordnung
so auszulegen, dass die Technik der Phasenverschiedenheit („Phase
Diversity”) eingesetzt werden kann.
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Gemäß der
Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Antennenanordnung an einem
Kraftfahrzeug mit den im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmalen
gelöst.
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Bei
der Erfindung ist nach einem weiteren Merkmal vorgesehen, dass der
dielektrische Träger die Heckscheibe des Kraftfahrzeugs
ist und dass die leitenden Elemente der ersten Gruppe im Wesentlichen
parallel zueinander angeordnet sind, um eine Heizeinrichtung für
die Heckscheibe des Fahrzeugs zu bilden.
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In
Weiterbildung der Erfindung verläuft das Einspeiseelement
im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der ersten Gruppe
der leitenden Elemente und weist hierzu einen Abstand auf.
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Das
Einspeiseelement, das eine kapazitive Kopplung mit der Heckscheibenheizung
herstellt, und die Anordnung der Abgriffspunkte für die
empfangenen Radiofrequenzsignale auf dem Einspeiseelement erlauben
die Lösung des zuvor erläuterten Problems, das
durch die Niederfrequenzgeräusche verursacht wird, die
sich an den Signalabgriffspunkten ergeben, wenn diese galvanisch
mit der Heckscheibenheizung verbunden sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den übrigen
Schutzansprüchen und aus der folgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt
ist. Es zeigen:
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1 die
Ansicht einer Antennenanordnung gemäß der Erfindung
und
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2 die
schematische Ansicht einer Einsatzmöglichkeit an einem
Kraftfahrzeug.
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Die
insgesamt mit 1 bezeichnete Antennenanordnung gemäß der
Erfindung an einem Kraftfahrzeug A ist auf einem im Wesentlichen
flachen Träger 2 aus dielektrischem Material angeordnet
und besteht aus einer ersten Gruppe elektrisch leitender Elemente 3,
die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und mit
ihrem Enden an eine Versorgungsquelle 4 angeschlossen sind.
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Eine
zweite Gruppe elektrisch leitender Elemente 5 ist so angeordnet,
dass jedes von diesen zwischen einem Paar der leitenden Elemente 3 der ersten
Gruppe angeordnet ist.
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Eine
weitere Komponente der Antennenanordnung 1 gemäß der
Erfindung ist ein Einspeiseelement 6 („feeder”)
für Radiofrequenzsignale, die von der Antenne 1 kommen.
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Gemäß der
Erfindung hat das Einspeiseelement 6, welches kapazitiv
mit der ersten Gruppe 3 und der zweiten Gruppe 5 der
leitenden Elemente gekoppelt ist, zwei Abgriffspunkte 10 und 11 für
Radiofrequenzsignale, wobei die beiden Abgriffspunkte 10 und 11 einen
Abstand voneinander haben, der im Wesentlichen der Hälfte
einer Wellenlänge der Radiofrequenzsignale entspricht,
die die Antennenanordnung 1 empfangen kann.
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In
weiteren Anwendungsfällen, die hier nicht dargestellt sind,
können mehr als zwei Abgriffspunkte vorgesehen sein, deren
gegenseitiger Abstand unabhängig von der Wellenlänge
der Radiowellen der Radiofrequenzsignale ist, welche die Antenne
empfangen kann.
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Aus 2 ergibt
sich, dass der dielektrische Träger 2 durch die
Heckscheibe des Kraftfahrzeugs A gebildet wird.
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Nach
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen
die leitenden Elemente 3 der ersten Gruppe aus Streifen
aus leitendem Material, die auf der Oberfläche des dielektrischen
Trägers 2 (Heckscheibe) angebracht sind und die
Funktion einer Heckscheibenheizung übernehmen. Zu diesem
Zweck sind die Enden aller leitenden Elemente 3 der ersten
Gruppe kurzgeschlossen und elektrisch mit der Versorgungsquelle 4 verbunden, die
nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Starterbatterie
des Kraftfahrzeugs A ist.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen
auch die leitenden Elemente 5 der zweiten Gruppe aus Streifen
eines leitenden Materials, die auf der Oberfläche des Trägers 2 (Heckscheibe)
des Kraftfahrzeugs A angebracht sind.
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Jedes
dieser leitenden Elemente 5 der zweiten Gruppe ist zwischen
zwei leitenden Elemente 3 der ersten Gruppe angebracht,
so dass beide Gruppen zusammen eine Verbundstruktur 20 bilden,
in der polygonale Formen definiert sind.
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Es
ist hervorzuheben, dass das erläuterte Ausführungsbeispiel
keinerlei Einschränkung der Erfindung darstellt. So kann
in anderen Ausführungsbeispielen, die hier nicht dargestellt
sind, eine komplexe und asymmetrische Anordnung von polygonalen
Formen vorgesehen sein.
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Wie
bereits erwähnt, hat das Einspeiseelement 6 zwei
Abgriffspunkte 10 und 11, deren Abstand im Wesentlichen
gleich der Hälfte einer Wellenlänge der Radiowellen
der Radiofrequenzsignale ist, welche die Antennenanordnung 1 empfangen
kann. Das Einspeiseelement 6 besteht aus leitendem Material und
ist in bevorzugter Weise aus einem Leiterstreifen hergestellt, der
auf der Oberfläche des Trägers 2 (Heckscheibe)
angebracht ist.
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Alle
leitenden Streifen sind parallel zueinander angeordnet, wobei die
leitenden Elemente 5 der zweiten Gruppe eng zwischen den
leitenden Elementen 3 der ersten Gruppe liegen, um eine
kapazitive Kopplung herzustellen.
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Die
Abgriffspunkte 10 und 11 sind elektrisch mit einer
Steuerelektronik 15 verbunden, welche die Signale über
einen Verstärker 16 verarbeiten; beide Geräte 15 und 16 sind
innerhalb des Kraftfahrzeugs A untergebracht.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Steuerelektronik 15 eine
elektronische Schaltung für die Funktion der erwähnten
Phasenverschiedenheit (Phase Diversity).
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In
anderen Ausführungsmöglichkeiten ist kein Verstärker
vorgesehen, so dass die Abgriffspunkte 10 und 11 direkt
mit der Steuerelektronik 15 verbunden sind.
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Die
Steuerelektronik 15 kann ferner eine Schaltung zur Verarbeitung
von AM-Radiosignalen und eine Schaltung zur Verarbeitung von FM-Radiosignalen
aufweisen.
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In
weiteren Realisierungsmöglichkeiten sind elektronische
Steuerungen vorgesehen für Satellitennavigationssysteme,
Mobiltelefone, Fernsehsignale oder dergleichen, die mit der Antennenanordnung 1 gemäß der
Erfindung verbunden sein können.
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Ebenfalls
nicht dargestellt ist die Möglichkeit, die leitenden Elemente 3 und 5 sowie
das Einspeiseelement 6 aus Drähten aus leitendem
Material herzustellen, die in dem dielektrischen Träger 2 (Heckscheibe)
eingebettet sind.
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Wie
schon erläutert, kann die Antennenanordnung 1 gemäß der
Erfindung auf der Heckscheibe 2 eines Kraftfahrzeugs A
angebracht werden und übernimmt im Betrieb zusätzlich
zu der Funktion als Antenne auch die Funktion einer Heckscheibenheizung.
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Jede
Radiowelle, die auf die Oberfläche der Heckscheibe 2 und
damit auf die leitenden Elemente 3 und 5 auftrifft,
erzeugt in diesen einen Strom, der im Fall der elektromagnetischen
Wellen, deren Wellenlänge an die Antennenanordnung 1 angepasst
ist, eine erhebliche Stromstärke hat. Auf diese Weise wird
ein elektrisches Feld erzeugt, das von der Antennenanordnung 1 abgenommen
und über den Verstärker 16 an die Steuerelektronik 15 geleitet
wird, welche die empfangenen Signale verarbeiten. Der Abgriff erfolgt
dabei an dem Einspeiseelement 6.
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Da
das Einspeiseelement 6 von den leitenden Elementen 3 und 5 der
ersten und der zweiten Gruppe getrennt und mit diesen kapazitiv
gekoppelt ist, wird der Vorteil erzielt, dass die abgenommenen Radiosignale
nicht durch Niederfrequenzgeräusche beeinträchtigt
sind, die typisch sind bei Signalabgriffspunkten, welche galvanisch
mit der Heckscheibenheizung verbunden sind.
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Da
ferner die Abgriffspunkte 10 und 11 einen Abstand
voneinander haben, der der Hälfte einer Wellenlänge
der empfangenen FM-Bandsignale entspricht, gestattet die Antennenanordnung
gemäß der Erfindung, den Empfang dieser Signale über
die Technik der Phasenverschiedenheit zu optimieren.
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Die
von dem Einspeiseelement 6 abgegriffenen Signale werden
an die Steuerelektronik 15 weitergegeben, die sie mittels
der beiden Abgriffspunkte 10 und 11 verarbeitet,
da diese über den Verstärker 16 mit der
Steuerelektronik 15 verbunden sind.
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Aus
der obigen Beschreibung wird deutlich, dass eine Antennenanordnung
für die Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung
steht, welche mit der Heckscheibenheizung zusammenwirkt, ohne das hierbei
Niederfrequenzfilter zwischen den beiden Systemen eingesetzt werden
müssen. Ferner erlaubt die Erfindung den Einsatz der Technik
der „Phase Diversity”.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 58070645 [0007]
- - US 6693597 B2 [0011]