DE4116232A1 - Antennenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zum Empfang von Signalen in einem ersten und einem zweiten Frequenzband mit zueinander im wesentlichen orthogonalen Wellenfeldern.

In der nicht vorveröffentlichten DE 40 03 385 A1 derselben Anmelderin ist eine Antennenanordnung beschrieben, bei der wenigstens zwei Einzelantennen oder -sonden für eine Antenne vorgesehen sind, die über eine λ/2 lange Leitung phasenrich­ tig zusammengeschaltet und so positioniert sind, daß sie an den Verschiebungsstrom desselben resonanten Stromkreises eines metallischen Gebildes, beispielsweise eines Karosserieteils, ankoppeln. Dadurch ergibt sich ein hoher Antennenwirkungsgrad. Wird eine derartige Antenne mit wenigstens zwei Einzelantennen als Stoßstangenantenne konzipiert, befinden sich die beiden Einzelantennen vorzugsweise an der linken und rechten Kante der Fahrzeugkarosserie und sind zu diesen Kanten orthogonal ausgerichtet, so daß sie auf Grund der Verdichtung der elek­ trischen Feldlinien optimal an den Verschiebungsstrom an­ koppeln. Diese aus zwei Einzelantennen bestehende Antenne ist in diesem Falle für den Empfang im UKW-Bereich mit horizontal polarisierten Wellenfeldern vorgesehen. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird hinsichtlich weiterer Einzelheiten und der Funktionsweise auf die DE 40 03 385 A1 verwiesen.

Grundsätzlich ist es zwar möglich, eine der beiden Einzel­ sonden auch als aktive Antenne für den Lang-, Mittel- und/oder Kurzwellen (LMK)-Empfang zu verwenden und gegebenenfalls dafür anzupassen, um die für den UKW-Empfang vorgesehene Antenne mit zwei Einzelsonden auch für den LMK-Empfang ausnützen zu können. Um dies zu ermöglichen, ist jedoch eine kapazitive Trennung einer der Einzelantennen von der übrigen Antennen­ anordnung erforderlich. Die kapazitive Trennung bewirkt jedoch, daß sowohl der UKW- als auch der LMK-Empfang nicht optimal ist. Darüber hinaus müßten Kompromisse hinsichtlich der Ausrichtung der Einzelantennen in Bezug auf die vertikal- und horizontalpolarisierten Wellenfelder eingegangen werden, die den Wirkungsgrad sowohl des UKW- als auch des LMK-Empfangs nachteilig beeinflussen würden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antennen­ anordnung anzugeben, die für den Empfang von Signalen in ver­ schiedenen Frequenzbändern und mit in unterschiedlichen Rich­ tungen polarisierten Wellenfeldern eine optimale Empfangs­ qualität ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste Antenne zum Empfang von Signalen im ersten Frequenzband zwei Einzelsonden aufweist, die an den Verschiebungsstrom des gleichen auf einem leitenden Gebilde auftretenden, im wesent­ lichen resonanten Stromkreises ankoppeln, und daß eine zweite Antenne zum Empfang von Signalen im zweiten Frequenzband mit zum Wellenfeld des ersten Frequenzbandes unterschiedlich polarisiertem, vorzugsweise orthogonalem Wellenfeld vorgesehen ist.

Die erfindungsgemäße Antennenanordnung ermöglicht einen opti­ malen Empfang von Signalen in beiden Frequenzbändern und mit unterschiedlich polarisierten Wellenfeldern, ohne daß ein für den Wirkungsgrad unbefriedigender Kompromiß eingegangen zu werden braucht.

Vorzugsweise wird die erste Antenne zum Empfang von im wesent­ lichen horizontalpolarisierten Wellenfeldern und die zweite Antenne zum Empfang von im wesentlichen vertikal-polarisierten Wellenfeldern eingesetzt. Diese zusätzliche Maßnahme ermög­ licht eine weitere optimale Anpassung der Antennen an den Empfang von unterschiedlich polarisierten Wellenfeldern ohne Rücksicht auf Kompromisse. Die Empfangseigenschaften der Antennen werden dadurch weiter verbessert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Einzelsonden der ersten Antenne orthogonal zu vertikalen Außenkanten des leitenden Gebildes angeordnet sind, da dadurch die an diesen Außenkanten auftretenden Verdichtungen der Feldlinien für einen optimalen Empfang ausgenutzt werden, wie dies im einzelnen in der DE 40 03 385 A1 beschrieben ist und auf die insofern verwiesen wird.

Der Wirkungsgrad der zweiten Antenne wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch zusätzlich verbessert, daß die zweite Antenne orthogonal zu einer horizontalen Außenkante des leitenden Gebildes angeordnet ist. Der Kanteneffekt mit einer Verdichtung der Feldlinien kann auf diese Weise auch zur Verbesserung der Empfangseigenschaften der zweiten Antenne ausgenutzt werden.

Sowohl für die Empfangseigenschaften als auch für eine kom­ pakte, integrierte Anordnung der Antennen ist es besonders vorteilhaft, wenn die zweite Antenne zwischen den Einzelsonden der ersten Antenne und insbesondere in der Mitte zwischen den Einzelsonden der ersten Antenne angeordnet ist.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die Einzelsonden der ersten Antenne über eine λ/2-Leitung miteinander verbun­ den sind, wie dies in der DE 40 03 385 A1 ausgeführt ist, auf die zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird.

Um die erste Antenne bzw. deren Einzelsonden besser abstimmen und optimieren zu können, sind zu Anpaßzwecken Dachkapazitäten und/oder Verlängerungsinduktivitäten zusätzlich vorgesehen. Auch hinsichtlich dieser Ausführungsmöglichkeiten wird auf die DE 40 03 385 A1 verwiesen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Antenne mit den wenigstens zwei Einzelsonden zum Empfang im UKW-Frequenzbe­ reich und die zweite Antenne zum Empfang im LMK-Frequenzbe­ reich vorgesehen ist bzw. sind.

Die erfindungsgemäße Antennenanordnung ist besonders vorteil­ haft im Zusammenhang mit mobilem Empfang einsetzbar. Vorzugs­ weise ist bzw. sind das leitende Gebilde, auf dem ein im wesentlichen resonanter Stromkreis auftritt, die Metall­ karosserie oder elektrisch leitende Teile eines Kraftfahr­ zeugs.

Vorzugsweise können die Einzelsonden der ersten Antenne und/oder der zweiten Antenne kurze Antennen sein, die eine kompakte Anordnung insbesondere im Hinblick auf integrierte Antennenanordnungen für mobilen Empfang ermöglichen. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erste und/oder die zweite Antenne eine aktive Antenne ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die in den beiden Frequenzbändern empfangenen Signale hinter den aktiven Antennenelementen zusammenzuschalten. Auch dadurch ist eine Entkopplung der beiden Antennen möglich und eine Trennkapazität mit ihrer für den UKW- und/oder LMK-Empfang schädlichen Wirkung kann vermieden werden.

Die erste und die zweite Antenne können vorzugsweise in einer Kunststoff-Stoßstange am Bug oder am Heck des Fahrzeugs, aber auch in einem Spoiler am Fahrzeugheck oder am Fahrzeugdach integriert werden.

Die erfindungsgemäße Antennenanordnung kann mit Vorteil im Zusammenhang mit einem Diversity-Empfangssystem eingesetzt werden, da die erste und zweite Antenne entkoppelt sind und optimal für unterschiedlich polarisierte Wellenfelder ausge­ bildet werden können.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel einer Stoßstangen-An­ tennenanordnung unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Antennenanordnung am Beispiel einer integrierten Stoßstangen-Antenne für den UKW- und LMK-Empfang und

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild zur Erläuterung der Funktionsweise und Vorteile der erfindungsgemäßen Antennenanordnung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Antennenanordnung im Zusammenhang mit einer integrierten Stoßstangen-Antenne 16 dargestellt. Eine erste Antenne weist Antennensonden 1, 2 mit Dachkapazitäten 3, 4, eine die Antennensonden 1 und 2 mit­ einander verbindende λ/2-Leitung 5, die als Umwegleitung nahe einem auf Massepotential liegenden Karosserieblech 6 ange­ ordnet ist, sowie Verlängerungsinduktivitäten 7, 8 in Form von Spulen auf.

Da die Einzelantennen der ersten Antenne zwar nicht notwen­ dig, jedoch vorzugsweise kurze Antennen, als Sonden sind, werden sie deshalb auch als Antennensonden bezeichnet.

Die Antennensonden 1, 2 stehen im wesentlichen orthogonal auf der Karosseriekante. Eine der beiden Achsen, die die Flächen der Dachkapazitäten 3, 4 aufspannen, liegt im wesentlichen parallel zur Karosseriekante. Der Normalvektor dieser Fläche steht damit orthogonal auf der Karosseriekante und zeigt in Richtung der verlängerten Antenne.

Das Antennensignal wird in einem Verstärker 9 verstärkt und über ein Koaxialkabel 10 einer nicht dargestellten Empfangs­ schaltung zugeleitet. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird hinsichtlich weiterer Einzelheiten oder der Funktionsweise dieser die genannten Antennenelemente umfassenden ersten Antenne auf die nicht vorveröffentlichte DE 40 03 386 A1 verwiesen.

In Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild dargestellt, wobei die Antennen- und Schaltungselemente, die denen in Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind und nicht nochmals erläutert werden sollten.

Grundsätzlich ist es möglich, die Antennenkomponenten 1 bis 9, wie sie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, und für den Empfang vorzugsweise im UKW-Frequenzbereich vorgesehen sind, auch als LMK-Antenne zu verwenden, nämlich dadurch, daß eine der Anten­ nensonden 1, 2 als aktive LMK-Antenne ausgebildet wird. Dazu ist es jedoch erforderlich, daß eine Antennensonde, beispiels­ weise die Antennensonde 2, von der übrigen Antennenanordnung bzw. der übrigen Antennenstruktur kapazitiv getrennt wird. Diese Trennkapazität, die in Fig. 2 schematisch eingezeichnet und mit dem Bezugszeichen 11 versehen ist, verursacht jedoch eine Unsymmetrie in der ersten, für den UKW-Empfang vorge­ sehenen Antennenanordnung mit den beiden Antennensonden 1 und 2. Gleichzeitig liegt die Trennkapazität 11 für die für den LMK-Empfang vorgesehene Antennensonde 2 in Reihe mit einer durch die λ/2-Leitung vorhandenen Kapazität 12, und stellt so eine schädliche Parallelkapazität zur wirksamen Antennen­ kapazität 13 dar. Auf Grund dieser dadurch auftretenden Spannungsteilung wird der Wirkungsgrad der auch für den LMK-Empfang verwendeten Antennensonde 2 erheblich verkleinert. Bei Verwendung einer der beiden Antennensonden 1 oder 2 der ersten, für den UKW-Empfang vorgesehenen Antenne auch für den Empfang in einem anderen Frequenzbereich, etwa dem LMK-Fre­ quenzband, beeinflussen sich daher die beiden Antennen für den Empfang von Signalen in den unterschiedlichen Empfangsberei­ chen gegenseitig, so daß ein optimaler Empfang weder im UKW- noch im LMK-Frequenzbereich möglich ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Empfangs- bzw. Antennenelemente daher für den UKW- und LMK-Empfang gesondert vorgesehen, so daß eine Auftrennung der UKW- und LMK-Empfangs­ komponenten erfolgt und damit eine gegenseitige negative Beeinflussung der UKW- und LMK-Empfangsanordnung bzw. das Eingehen unbefriedigender Kompromisse vermieden wird. Zu diesem Zwecke ist eine zusätzliche mit dem Verstärker 9 verbundene Antenne 14 mit einer Dachkapazität 15 vorgesehen (vgl. Fig. 1).

Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Vorteilen getrennter Antennenanordnungen für den UKW- und den LMK-Empfang hat die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere auch folgende Vorzüge: In Fig. 1 ist die horizontale Polarisationsrichtung des UKW-Wellenfeldes mit dem Pfeil E_UKW angedeutet, und mit einem zur horizontalen Richtung des UKW-Wellenfeldes orthogonalen Pfeil ist die, vertikale Polarisationsrichtung des LMK-Wellen­ feldes E_LMK schematisch eingezeichnet. Die horizontale Anord­ nung der ersten Antenne, bestehend aus den Antennensonden 1 und 2 weist eine optimale Kopplung an den elektrischen Feld­ vektor des horizontalpolarisierten UKW-Wellenfeldes auf. Würde die erste Antenne mit den Antennensonden 1 und 2 daher auch für den Empfang des LMK-Wellenfeldes eingesetzt, wäre der Wirkungsgrad sehr gering, da die erste Antenne mit den Antennensonden 1 und 2 nur mit einer kleinen Komponente an den vertikalen E-Feldvektor des LMK-Wellenfeldes ankoppeln würde. Es ließe sich zwar auch die erste Antenne mit den Antennen­ sonden 1 und 2 so anordnen, daß das LMK-Wellenfeld besser empfangen werden könnte. In jedem Falle müßten jedoch hinsichtlich der Anordnung der Antennen Kompromisse einge­ gangen werden, so daß sowohl der UKW- als auch der LMK-Empfang unbefriedigend ist.

Durch die Verwendung einer zweiten Antenne 14 für den LMK-Empfang ist erfindungsgemäß eine Auftrennung und damit eine optimale Positionierung und Orientierung jeder Antenne entsprechend der jeweiligen Polarisationsrichtung möglich. Durch die Zusammenführung der in beiden Frequenzbereichen empfangenen Signale hinter den aktiven Elementen der jewei­ ligen Antenne ist also nicht nur die Trennkapazität 11 mit ihrer für den UKW- und LMK-Empfang nachteiligen Folgen eliminiert, sondern es ist auch möglich, eine optimale Anpassung, Anordnung und Positionierung der beiden Antennen zu wählen.

Vorzugsweise kann auf diese Weise die erste Antenne, d. h. es können die Antennensonden 1 und 2 an vertikalen Kanten des Fahrzeugs, etwa an vertikalen Kanten des Fahrzeugshecks oder der Fahrzeugfront bei Verwendung beispielsweise einer Stoß­ stangenantenne optimal angeordnet werden, um einen guten Wirkungsgrad für den UKW-Empfang zu erreichen. Die Antennen­ sonden 1 und 2 der ersten Antenne für den UKW-Empfang befinden sich daher an Stellen größter Feldstärke des Verschiebungs­ stroms der resonanten Karosserieanregung durch das horizontal polarisierte UKW-Wellenfeld.

Die zweite Antenne 14 für den LMK-Empfang ist insbesondere orthogonal zu einer Fahrzeugkante ausgerichtet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich die zweite Antenne 14 für den LMK-Empfang in der Mitte zwischen den Einzelsonden 1 und 2 der ersten, für den UKW-Empfang vorgesehenen Antenne, und zwar in geringem Abstand bzw. einer kleinen Antennenhöhe (« λ bei 100 MHz) vor der leitenden Karossieriefläche. Die zweite, für den LMK-Empfang vorgesehene Antenne 14 koppelt daher in optimaler Weise an den Verschiebungsstrom zwischen der elektrisch leitenden Karosserie 6 und dem Erdboden 18 an, vorzugsweise an eine horizontale Kante des Kraftfahrzeugs. Gleichzeitig weist das horizontal-polarisierte UKW-Wellenfeld in dieser Anordnung der für den LMK-Empfang vorgesehenen zweiten Antenne 14 sehr kleine Feldstärken auf, so daß die zweite, für den LMK-Empfang vorgesehene Antennensonde 14 die Funktion der ersten, für den UKW-Empfang vorgesehenen Antenne mit den Antennensonden 1 und 2 nicht beeinflußt.

Die erfindungsgemäße Antennenanordnung sowie die Ausrichtung und Anordnung der ersten und zweiten Antenne für den UKW- bzw. LMK-Empfang ermöglicht eine weitgehende elektrische Ent­ kopplung dieser ersten und zweiten Antenne, weil die orthogo­ nal zueinander polarisierten UKW- und LMK-Wellenfelder als auch die resonante Anregung der Fahrzeugkarosserie für die UKW-Frequenzen optimal ausgenutzt wird. Dadurch ist es auch möglich geworden, die beiden Dachkapazitäten 3, 4 und die Anpassungsspulen 7, 8 der ersten Antenne für den UKW-Empfang getrennt von der Dachkapazität 15 der Antennensonde 14 für den LMK-Empfang zu optimieren. Vorteilhafterweise wird die Dach­ kapazität 15 der LMK-Antennensonde etwa mit der dreifachen Fläche der Dachkapazität 3 bzw. 4 einer UKW-Antennensonde 1 bzw. 2 ausgeführt.

Die Erfindung und deren Vorteile wurden am Ausführungsbeispiel einer Stoßstangenantenne erläutert. Dem Fachmann sind jedoch zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise können sämtliche Antennenelemente und -komponenten der erfindungsgemäßen Antennenanordnung in einem Schaumstoffkern 17 eingeschäumt sein, oder es kann ein Dielektrikum zur Erhöhung der Dachkapazitäten 3 und 4 der ersten, für den UKW-Empfang vorgesehenen Antenne verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, die erfindungsgemäße Antennenanordnung nicht nur in einer Stoßstange 16 an der Front oder am Heck des Fahrzeugs, sondern auch in einem Heckspoiler zu integrieren. In diesem Falle wird die zweite, für den LMK-Empfang vorgesehene Antenne 14 orthogonal zu einer oben liegenden horizontalen Karosseriekante angebracht.

Claims (19)

1. Antennenanordnung zum Empfang von Signalen in einem ersten und einem zweiten Frequenzband mit zueinander im wesent­ lichen orthogonalen Wellenfeldern, dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine erste Antenne zum Empfang von Signalen im ersten Frequenzband wenigstens zwei Einzelsonden (1, 2) aufweist, die an den Verschiebungsstrom des gleichen, auf einem leitenden Gebilde (6) auftretenden, im wesentlichen resonanten Stromkreises ankoppeln und
• - eine zweite Antenne (14) zum Empfang von Signalen im zweiten Frequenzband mit einer zum Wellenfeld des ersten Frequenzbandes unterschiedlichen Polarisationsrichtung vorgesehen ist.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antenne zum Empfang von im wesentlichen horizontalpolarisierten Wellenfeldern und die zweite Antenne (14) zum Empfang von im wesentlichen vertikal­ polarisierten Wellenfeldern vorgesehen ist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsonden (1, 2) der ersten Antenne orthogonal zu vertikalen Kanten des leitenden Gebildes (6) angeordnet sind.

4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Antenne (14) ortho­ gonal zu einer horizontalen Außenkante des leitenden Ge­ bildes (6) angeordnet ist.

5. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Antenne (14) zwischen den Einzelsonden (1, 2) der ersten Antenne angeordnet ist.

6. Antennenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Antenne (14) in der Mitte zwischen den Einzelsonden (1, 2) der ersten Antenne angeordnet ist.

7. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsonden (1, 2) der ersten Antenne über eine λ/2-Leitung miteinander verbunden sind.

8. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Antenne zum Empfang von Signalen im UKW-Frequenzband und die zweite Antenne (14) zum Empfang von Signalen im LMK-Frequenzband vorge­ sehen ist bzw. sind.

9. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das leitende Gebilde (6) die Metallkarosserie oder elektrisch leitende Teile eines Kraftfahrzeugs ist bzw. sind.

10. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsonden (1, 2) der ersten Antenne und/oder die zweite Antenne (14) kurze Antennen sind.

11. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsonden (1, 2) der ersten Antenne und/oder die zweite Antenne (14) Dachkapa­ zitäten (3, 4; 15) aufweisen.

12. Antennenordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachkapazität (15) der zweiten Antenne (14) etwa die dreifache Fläche der Dachkapazität (3 bzw. 4) einer der Einzelsonden (1, 2) der ersten Antenne aufweist.

13. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelsonden (1, 2) der ersten Antenne und/oder die zweite Antenne (14) Verlänge­ rungsinduktivitäten (7, 8) aufweisen.

14. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Dielektrika zur Erhöhung der Dachkapazitäten vorgesehen sind.

15. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Antenne eine aktive Antenne ist.

16. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in den beiden Frequenz­ bändern empfangenen Signale hinter den aktiven Antennen­ elementen zusammengeschaltet sind.

17. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder die zweite Antenne in einer Stoßstange (16) integriert ist bzw. sind.

18. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite An­ tenne in einem am Fahrzeugheck oder am Fahrzeugdach angeordneten Spoiler integriert ist bzw. sind.

19. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Teil eines Diversity-Empfangssystems.