DE20304126U1 - Kraftfahrzeug-Antennen - Google Patents

Description

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Kraftfahrzeug-Antennen

Die Erfindung betrifft Antennen an periphären Einrichtungen von Kraftfahrzeugen mit an das Gleichstrom-Bordnetz angeschlossenen Komponenten, wie Beleuchtungseinrichtungen, und, soweit dort Dielektrika Verwendung finden, an Teilen der Karosserie. Die Erfindung betrifft im speziellen die Nutzung solcher Einrichtungen für die Anordnung von Antennen bzw. direkt die Nutzung als Antennen als zusätzliche Funktion.

Die Ausbildung bestimmter Antennen in Gehäusen von Beleuchtungseinrichtungen an Fahrzeugen ist vorbeschrieben.

So ist im US-Patent 5 446 470 eine Abstandswarneinrichtung („anti-collision radar system") angegeben, deren Antenne im Frontscheinwerfer angeordnet ist. Dabei ist eine Dipol- oder eine Patch-Anordnung auf die innere Oberfläche des Scheinwerferglases bzw. auf ein dielektrisches Substrat aufgebracht, das optisch transparent ist und im Scheinwerfergehäuse hinter dem Glas angeordnet ist. Die separat angeordneten Strahler sind hinsichtlich ihrer Strukturierung und der Abmessungen gezielt auf die Betriebsfrequenz des Systems abgestimmt.

Über den Einfluß der HF-Störungen, die von der Bordelektronik erzeugt und vom Gleichstrom-Bordnetz übertragen werden und die über den Scheinwerfer in die Radar-Antenne eingekoppelt werden können, wird in der Patentschrift nichts gesagt. Es wäre sicherlich ungünstig, wenn solche Störungen gerade im Bereich der Betriebsfrequenz des Radars auftreten würden.

In der DE-OS 198 28 122 - und in dem ein viertel Jahr später angemeldeten DE-Patent 198 41 187 - werden Antennen für den Mobilfunk beschrieben, die innerhalb des Gehäuses einer dritten Bremsleuchte eines Pkw angeordnet sind. Die Antennen befinden sich unterhalb des Glases der Heckscheibe und beeinträchtigen die Leuchtwirkung der Lampen bei Bremsungen nicht.

Dies wird im Fall der älteren Anmeldung dadurch erreicht, daß eine Flachantenne vom „L"- bzw. „U"-Typ aus einem optisch ausreichend transparenten Drahtgewebe ausgeführt wird, und im zweiten Fall durch Verwendung eines abgeknickten und der Scheibenschräge folgenden kleinen Stabstrahlers.

Auch in diesen beiden Schriften wird nicht auf die bordeigenen Störungen eingegangen, die durch die in unmittelbarer Nähe der Antennen befindlichen Lampen eingekoppelt werden und den Antennenbetrieb beeinträchtigen können.

Des weiteren ist bekannt, in der Heckscheibe des Fahrzeugs oberhalb oder unterhalb der Heizfläche Leiterbahnen anzuordnen, die nicht vom Heizstrom durchflossen werden, und diese Leiterbahnen als Antennen, u.a. für Rundfünkempfang, zu verwenden. Diese Lösung ermöglicht z.B. vorteilhaft den Empfang in den niederen Frequenzen des AM-Bereichs, wird aber auch für den FM-Empfang genutzt. Speziell für AM tritt hier das Problem auf, daß die Antennenstruktur weder zu dicht an der metallenen Umrandung der Scheibe (Karosserie) noch zu nahe an den benachbarten äußeren Leiterbahnen des Heizfelds angeordnet werden darf. Ein freier Raum mit einem Abstand von etwa 15 cm zwischen Heizfeld und Karosserierand und Mittenanordnung des Antennenleiters wären nach aller Erfahrung optimal. Ein möglichst großer Abstand der Antenne zum Heizfeld soll auch hier verhindern, daß die bordeigenen HF-Störungen, die mit dem Gleichstrom in die Heizleiter gelangen, in die AM-Antenne eingekoppelt werden.

Die Anordnungen, die in den drei oben genannten Schutzrechten beschriebenen sind, werden im wesentlichen im GHz-Bereich betrieben. In diesen Bereichen ist der Anteil bordeigener HF-Störungen relativ gering, und sie unterliegen einer stärkeren Dämpfung auf den Übertragungswegen im Fahrzeug. In den Frequenzen des Hör-Rundfunks, beginnend mit kHz im AM-Bereich bis zu rund 100 MHz im FM-Bereich (und den Frequenzen des terrestrischen Fernsehens) fallen dagegen die meisten von der Bordelektronik erzeugten und vom Gleichstrom-Bordnetz übertragenen Störungen an.

Durch die Gefahr der Einkopplung dieser Störungen in das Empfangssystem ist also nach dem geschilderten Stand der Technik nicht jede Position am Fahrzeug für die Anbringung oder Integration einer Antenne geeignet bzw. sind bestimmte Anforderungen zu erfüllen, die sich in einem erhöhten Aufwand und damit höheren Kosten niederschlagen können.

Für den Antennenentwickler wäre es aber interessant, neue Wege zur Gewährleistung einer einwandfreien Funktion von Antennen am Kraftfahrzeug - und vielleicht neue Orte für die Antennen - zu definieren.

Man denke auch an die vielen Dienste, die heute eine wachsende Zahl Antennen erfordern, angefangen bei Mehrantennensystemen für Antennendiversity für den Rundfunkempfang. Andererseits ist die Aufnahmefähigkeit z.B. einer Heckscheibe für unterschiedliche Antennenstrukturen aus physikalischen und aus Platzgründen begrenzt, abgesehen davon, daß die Heckscheiben gegenwärtig vielfach immer kleiner werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe geht davon aus, daß Antennen, die in den Fahrzeugaufbau integriert werden sollen, das heißt nicht über die Fahrzeugkonturen hinausragen sollen, nur an, in oder hinter Teilen des Fahrzeugaufbaus positioniert werden können, die aus dielektrischem Material bestehen. Folglich war das Problem zu lösen, ob und unter welchen Bedingungen auch Baugruppen am Fahrzeug und Bereiche, die bisher für die Anordnung von Antennen noch nicht in Betracht gezogen wurden, für Empfangs- und vielleicht auch für Sendezwecke in Frequenzen unterhalb des GHz-Bereichs genutzt werden könnten. So soll die Zahl der möglichen Antennenpositionen am Fahrzeug und damit die Variabilität der Antennenkonfiguration erhöht werden.
Die Kosten sollen nicht höher als bei den herkömmlichen Lösungen sein.

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausfuhrungsdetails und -Varianten.

Die Erfindung erweitert in vorteilhafter Weise die Möglichkeiten des Antennenentwicklers für die Konfiguration von Antennen am Fahrzeug.

Die Bedeutung des Prinzips ist in dem Gedanken - und seiner konsequenten Realisierung begründet, mit einem einfachen, kostengünstigen Filtermodul wirkungsvoll bestimmte Bereiche bzw. Funktionsteile am Fahrzeug HF-mäßig zu „neutralisieren", die bisher gewissermaßen als „Antennen" mit Aussendung unerwünschter Störsignale funktionierten. Diese „Störsender" werden in ihrer Funktion eliminiert und dann entweder selbst als Antennen für Nutzsignale genutzt, bzw. es wird möglich, Antennen und Antennenstrukturen in unmittelbarer Nähe der vormaligen Störsender zu plazieren. Das Filtermodul sperrt den Gleichstrom-Verbraucher in seinen Anschlußleitungen gegen die bordeigenen Störungen in einem breiten Frequenzbereich. Gleichzeitig erfolgt die HF-mäßige Separierung, die die Eignung des Verbrauchers als Antenne begründet. Das Filtermodul wird in Varianten mit unterschiedlicher Bestückung, für einen oder mehrere Verbraucher - und dementsprechende Anschlußleitungen - und unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Betnebsfrequenzen des Nutzsignals gefertigt. Das Schaltungslayout und das Gehäuse können dabei weitgehend vereinheitlicht werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausfuhrungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnung zeigen

Figur 1: Schaltschemata des erfindungsgemäßen Filtermoduls in zwei unterschiedlichen

Varianten
Figur 2. Heckklappe aus Blech mit dritter Bremsleuchte und Türschloß mit Zentralverriegelung

Figur 3. Heckklappe aus Kunststoff mit Antennen
Figur 4. Bremsleuchte mit zusätzlicher Antennenfunktion

Figur 1 zeigt den vereinheitlichten Schaltungsaufbau des Filtermoduls FM mit den Gleichstromanschlüssen 1, 2 und 3 für ein Erzeugnis A und ein Erzeugnis B. Die Filter der Wege 1-1, 2-2 und 3-3 werden in Abhängigkeit von der Stromstärke der Verbraucher, dem zulässigen maximalen Widerstand und der geforderten Dämpfung dimensioniert. Die vier im Zweig 1-1 angegebenen Kondensatorplätze C3, C5, C6 und C7 werden wahlweise bestückt und dienen damit der Kodierung und auch der optischen Unterscheidung für unterschiedliche Erzeugnisse. Das Schaltungslayout kann dabei das gleiche bleiben und unterscheidet sich, wie gesagt, für unterschiedliche Produkte in der Belegung dieser Plätze. Die Erzeugnisse A und B des vorliegenden Beispiels unterscheiden sich auch noch in der Bestückung bzw. Nichtbestückung (nb) der Plätze in den anderen Zweigen. Das Erzeugnis A wird für eine Anordnung mit dritter Bremsleuchte DB und zentralverriegeltem Türschloß T (Weg 3-3) verwendet. Bei dem Erzeugnis B fehlt der Verbraucher T. In den beiden Schaltungen sind Beispiele für Werte der Bauelemente der drei Wege angegeben. Es folgen die entsprechenden Angaben über Strom, Widerstand und Dämpfung:

Weg Dauer- Wider- Dämpfung [dB] an 50 Ohm bei f

strom max. stand max. 100 kHz 1 MHz 100 MHz

Erzeugnis A	[mA]	[Ohm]	10	30	35
1-1	800	0,25	10	30	35
2-2	800	0,25	20	40	40
3-3	25	160
Erzeugnis B			40	60	38
1-1	300	2,5	40	60	38
2-2	300	2,5
3-3

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Diese Werte sind Beispiele für bestimmte Fahrzeuge (auf die Werte für die Erzeugnisse C und D wurde hier verzichtet). Die Verhältnisse und damit die Parameter können von Fahrzeug zu Fahrzeug differieren.

In Figur 2 ist die stählerne Heckklappe H eines Fahrzeugs mit Steilheck wiedergegeben.

In der Scheibe S sind am oberen Rand eine dritte Bremsleuchte DB und zusätzlich zur Scheibenheizung SH verschiedene Antennen angeordnet.

Oberhalb und unterhalb des Heizfelds SH steht für Antennenstrukturen wenig Platz zur Verfügung. Trotzdem wurde im oberen Bereich eine Antenne Pl für den Rundfunkempfang im AM-Bereich angeordnet. Sie verläuft außermittig, bezogen auf die vertikale Erstreckung der Scheibe.

Der Abstand der Antennenleiter zum Heizfeld wurde unter den gegebenen - angenommen unzureichenden Platzverhältnissen größtmöglich gewählt, d.h. größer als der Abstand zum oberen Scheibenrand. Die Antenne Pl verläuft damit direkt durch die Sichtfläche der Bremsleuchte DB.

Unterhalb der Heizfläche SH - in der Nähe des Türschlosses T - befinden sich Antennen P2 und P3 für Frequenzen im FM-Bereich.

Voraussetzung für die „nach allen Erfahrungen ungünstige" Anordnung der Antennen ist das erfindungsgemäße Filtermodul F entsprechend dem Produkt A nach Figur 1, das die Bremsleuchte und das Türschloß für die leitungsgebundenen Störungen auf den Betriebsfrequenzen der Antennen Pl bis P3 sperrt. Diese Störungen existieren dort, wo die Antennenstrukturen verlaufen - und in deren Betriebsfrequenzbereich - nicht mehr und können den Empfang des Nutzsignals nicht beeinträchtigen.

In Figur 3 ist die Erfindung für den Fall einer Kofferraumhaube K aus Kunststoff in Stufenheck-Ausführung wiedergegeben. Bei derartigen Hauben ist eine Entwicklung zu sehr einfachen, kostengünstigen Antennenkonfigurationen Pn festzustellen: Es wird einfach isolierter Draht oder Litze in vorbestimmter Position zwischen der Außenhaut und den inneren Versteifungen der Kunststoff-Haube verlegt und mit Klammern fixiert. Da an der Haube in aller Regel auch elektrische Verbraucher angebracht sind - Heck- und Bremsleuchten, die elektrische Verriegelung usw. - ist auch hier eine Entstörung sinnvoll, will man das zur Verfügung stehende Teil möglichst ganzflächig für die Anordnung von Antennen ausnutzen.

Auch hier laufen alle Gleichstromleitungen, die in die Kofferraumhaube fuhren, über ein Filtermodul FM.

Interessante Möglichkeiten in dieser Richtung ergeben sich aus der in Zukunft zu erwartenden Zunahme von Fahrzeug-Dächern aus dielektrischen Materialien. Auch die Dachelemente werden nicht frei von elektrischen Funktionselementen sein, wie Schiebedachbetätigung, Innenraumbeleuchtung, Kabel usw.. Die für Antennenkonfiguration zur Verfugung stehende Fläche wird aber insgesamt nicht so groß sein, wie man erwarten sollte. Die Erfindung wird auch hier eine bessere Ausnutzung ermöglichen.

Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer dritten Bremsleuchte DB, die gleichzeitig als Antenne dient.

Das meist längliche Gehäuse G umfaßt die Halterung H für die Leuchtelemente L.

Als Leuchtelemente werden herkömmliche Lampen bzw.Leuchtdioden verwendet.

In jedem Fall - gleich, ob als Halterung ein Reflektor oder eine Platine dient - bildet die Halterung H ein langgestrecktes Konstruktionselement, das aus Metall besteht oder mit leitenden Strukturen und Flächen versehen ist - und das als Antenne verwendbar wäre, wenn es frei von bordeigenen Störungen wäre. Dieses Teil hat heute bei vielen Fahrzeugen Abmessungen, die ähnlich der bekannten Kurzstab-Dachantenne für FM und AM-Empfang sind. Deren Länge beträgt etwa 40 cm.

Die Erfindung bietet die Möglichkeit, aus der dritten Bremsleuchte eine Antenne zu machen.

Im Bild ist der Anschluß einer zum Verstärker V führenden Leitung zwischen Bremsleuchte und Filtermodul zu sehen. Der Anschluß an die Plus- oder an die Minus-Leitung und die Einbindung eines Kondensators sind optional.

Die Antenne in der Bremsleuchte hat ganz nebenbei noch den Vorteil, daß sie sich mit der Leuchte meist in unmittelbarer Nähe der Antennenstrukturen in der Heckscheibe befindet und auch eine von mehreren Antennen für eine Diversity-Anordnung darstellen kann.

Die erfindungsgemäße Eignung einer Leuchte als Antenne ist nicht auf die dritte Bremsleuchte beschränkt. Messungen haben ergeben, daß mit dem Filtermodul gleiche Erfolge bei Scheinwerfern und Heckleuchten erzielt werden. Auch die HF-mäßige Separierung eines Leitungsabschnitts - der z.B. unter einer dielektrischen Dachschale verläuft - ist möglich und kann eine Antenne ergeben.

Last but not least sei hier noch die Anordnung parasitärer Strahlerelemente im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Anordnungen erwähnt. Das können z.B. dünne Leiterbahnen sein, die auf die transparente Abdeckung einer Beleuchtungseinrichtung aufgebracht sind, ähnlich den Leiterbahnen auf der Heckscheibe. Die leitenden Strukturen werden auf der Innenseite der Außenfläche etwa des Scheinwerfers angeordnet. Sie sind nicht galvanisch mit der Speiseleitung verbunden, können aber so gestaltet und dem Strahler zugeordnet sein, daß sie die Performance der Antenne, die der Scheinwerfer in zweiter Funktion darstellt, verbessern. Solche parasitären Strukturen sind ebenso in Kunststoff-Karosserieteilen größerer Flächenausdehnung denkbar

Claims (6)

1. Periphäres Funktionsteil (DB, H, K) an einem Kraftfahrzeug mit an das Gleichstrom- Bordnetz angeschlossenen Komponenten (L, T), gekennzeichnet durch die gleichzeitige Verwendung als Antenne für unterschiedliche Funkdienste und durch Anordnung von Antennen (P1. . .P3, Pn) in unmittelbarer Nähe des Funktionsteils, wobei die stromführenden elektrischen Komponenten HF-mäßig vom Gleichstrom-Bordnetz getrennt sind.

2. Periphäres Funktionsteil (DB, H, K) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Einbindung von breitbandigen HF-Filtern (F) in den Gleichstromanschlüssen, die insbesondere für die Frequenzen des Nutzsignals und Umgebung sperrend und für den Gleichstrom niederohmig sind.

3. Periphäres Funktionsteil (DB, H, K) nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Zusatzstrukturen in HF-wirksamer Nähe der elektrischen Komponenten des Funktionsteils, die elektrisch leitend, aber nicht mit dem Gleichstromnetz verbunden sind, und die in parasitärer Wirkung die Antennenfunktion unterstützen.

4. Periphäres Funktionsteil (DB, H, K) nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Anbindung von Verstärkern (V) für die jeweiligen Funkdienste und durch die Kombination des Filtermoduls (F) mit Schaltungen weiterführender Netzwerke.

5. Periphäres Funktionsteil nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung von Beleuchtungseinrichtungen (DB) am Fahrzeug als Antenne.

6. Periphäres Funktionsteil nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung bei leitenden Komponenten hinter oder in Karosserieelementen aus Kunststoff, wie einer Kofferraumhaube (K) und einem Dach.