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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antenneneinheit zum Empfangen
elektromagnetischer Signale in einem Fahrzeug. Die Einheit umfasst
zwei oder mehr Antennen und zwei oder mehr Abstimmeinheiten, die
jeweils mit wenigstens einer Antenne verbunden sind.
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Stand der
Technik
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Im
Zuge der schnellen Entwicklung der Kommunikationstechnik ergibt
sich fortwährend
ein zunehmender Bedarf am Empfangen oder Übertragen von verschiedenartigen
elektromagnetischen Signalen in einem Fahrzeug. Diese beinhalten
beispielsweise analogen oder digitalen Rundfunk, analoges oder digitales
Fernsehen, Mobilfunk, Navigation oder Sicherheitsinformation.
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Um
diese und ähnliche
Signale zu empfangen, wird eine steigende Anzahl an Antennen in
die Fahrzeuge eingebaut, in der Regel eine Antenne für jede Funktion.
Jede Antenne wird gewöhnlich
in einer für
die spezielle Antenne geeigneten Position platziert: So werden beispielsweise
einfache Stabantennen an dem Körper
des Fahrzeugs befestigt, Drahtantennen werden in die Fensterscheibe
eingeformt und Mono polantennen in Form von Platten werden in den
Stoßstangen
des Fahrzeugs montiert.
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Um
eine Mehrzahl an verschiedenen Antennen in einem Fahrzeug anzuordnen,
ist daher eine Vielzahl an Montageschritten erforderlich, was sowohl
zeitaufwändig
als auch teuer ist.
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Werden
Antennen in Fensterscheiben montiert, besteht ein Widerspruch zwischen
einerseits der Wirkung des Glases auf die Empfangseigenschaften
der Antenne und andererseits den Klimaschutzeigenschaften des Glases.
Hier können
aufgrund einer in die Fensterscheibe eingeformten Radioantenne z.B.
Einschränkungen
hinsichtlich der Dicke des Glases gegeben sein.
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Überdies
ist jede Antenne mit dem zugehörigen
Empfänger,
(Abstimmer bzw. Tuner), verbunden, was beispielsweise mittels eines
Koaxialkabels geschehen kann. Dies führt zu dem Nachteil, dass die Signalqualität abnimmt,
wenn die Entfernung zu groß wird.
Um diesem Nachteil zu begegnen, werden Antennenverstärker entlang
der Erstreckung des Koaxialkabels angeordnet, doch ist dies kompliziert
und macht die Installation teuer und behebt ferner den Nachteil
nicht hundertprozentig.
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Um
lange Kable zwischen der Antenne und dem Abstimmer (Tuner) zu vermeiden,
können
Abstimmer in unmittelbarer Verbindung mit der Antenne angeordnet
werden. Dies ist z.B. der
EP
0 806 851 A2 entnehmbar, die eine Antennenanordnung für ein Fahrzeug
beschreibt. Indes besteht auch hier der Nachteil von in verschiedenen
Positionen in dem Fahrzeug angeordneten Antennen.
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Ein
Problem besteht ferner darin, dass die Signalanforderungen stets
wechseln, je nach dem, in welchem Teil der Welt das Fahrzeug benutzt
wird und welche Anforderungen der individuelle Fahrer/Mitfahrer
jeweils hat. Gemäß dem Stand
der Technik ist es verhältnismäßig kompliziert,
eine zusätzliche
Antenne, z.B. für
GPS-Navigationssysteme, in einem fertigen Fahrzeug zu installieren,
da sowohl für
die Montage der Antenne als auch für ihre Verbindung mittels eines
Kabels mit einem Abstimmer (Tuner), der am anderen Ende des Fahrzeugs
angeordnet sein kann, Veränderungen
erforderlich sind.
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Bei
Antennen, die in der Fensterscheibe des Fahrzeugs montiert werden,
kann der Bedarf an einer zusätzlichen
Antenne einen Austausch der Fensterscheibe erfordern.
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Die
WO 99/66595 A1 und die
EP
0 952 674 A2 beschreiben jeweils Systeme mit Antennen und Abstimmern
(Tunern), die an einer gemeinsamen integrierten Einheit angeordnet
sind, und mit einem optoelektronischen Wandler, der zur Übertragung
von Signalen aus den verschiedenen Abstimmern an einen fahrzeuginternen
Kommunikationspfad ausgebildet ist. Beide Dokumente stellen einen
Stand der Technik gemäß Art. 54(3)
EPÜ dar.
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Ziele der
Erfindung
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Ein
erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung der
vorgenannten Probleme unter Schaffung einer Anschlusseinheit von
mehreren Antennen und Abstimmern (Tunern).
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Ein
zweites Ziel der Erfindung besteht darin, den Bedarf an langen Koaxialkabeln
zur Verbindung der Antennen mit den Abstimmern (Tunern) und folglich
den Bedarf an Antennenverstärkern
entbehrlich zu machen.
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Ein
drittes Ziel der Erfindung besteht darin, für eine kostengünstige Montage
der Antennen zu sorgen, wenn eine große Anzahl an Antennen erforderlich
ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden diese Ziele mit einer Antenneneinheit der eingangs genannten
Art gelöst,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Ausgangssignale der Empfänger mit
einem Multiplexer verbunden sind, wobei ein Ausgangssignal des Multiplexers über eine
Kommunikationsschnittstelle mit einem fahrzeuginternen Kommunikationspfad
verbindbar ist, und dass die Antennen, Abstimmeinheiten (Tunereinheiten)
und Koordinationsmittel derart auf einem gemeinsamen Tragelement
angeordnet sind, dass sie eine integrierte Einheit bilden, wobei
wenigstens eine Antenne oder wenigstens ein Empfänger zur abnehmbaren Anordnung
an dem Tragelement ausgebildet ist.
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Auf
diese Weise lassen sich mehrere Antennen an einem gemeinsamen Tragelement
anordnen, welches dann in dem Fahrzeug angeordnet wird. Dadurch
dass die Empfänger
(Abstimmer bzw. Tuner) in Verbindung mit den Antennen an demselben
Tragelement angeordnet sind, besteht kein Bedarf mehr an langen
Verbindungsleitungen zwischen der Antenne und dem Abstimmer (Tuner).
Zugleich wird die Montage der Antennen und Abstimmer (Tuner) weiter
vereinfacht. Indem die Ausgangssignale von mehreren Abstimmern (Tunern)
durch ein Koordinationsmittel gemultiplext werden, lässt sich
ein gemultiplextes Signal auf dem fahrzeuginternen Kommunikationspfad zur
Verfügung
stellen. Ist die Antenneneinheit in dem Fahrzeug montiert worden,
ist folglich nur eine Verbin dung mit dem Kommunikationspfad erforderlich, so
dass eine Mehrzahl an empfangenen Signalen überall in dem Fahrzeug zugänglich ist.
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Weil
sich die Antennen und/oder Empfänger abnehmbar
an dem Tragelement anordnen lassen, wird die Montage und der Austausch
von Antennen und Empfängern
vereinfacht, während
zugleich die Anpassung des Antennenmoduls an verschiedene Wirtschaftsräume vereinfacht
wird.
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Der
Kommunikationspfad ist zweckmäßig in herkömmlicher
Weise von einem Datenbus gebildet, der z.B. ein optisches Kabel
aufweisen kann.
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Eine
Antenne kann mit mehreren Abstimmern (Tunern) verbunden sein, während ein
Abstimmer (Tuner) auch mit mehreren Antennen verbunden sein kann.
Die geeignetste Verbindung wird durch die Eigenschaften der Antennen
und der zu empfangenden Signale bestimmt.
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Jede
Antenne und jeder Abstimmer (Tuner), welche(r) auf der Leiterplatte
angeordnet ist, kann folglich im Rahmen eines einfachen Arbeitsvorgangs entfernt
oder ausgetauscht werden. Ein Fahrzeug, das bei Lieferung nicht
mit einer Antenne zum Empfangen eines Signals bestimmter Art ausgestattet worden
ist, kann im Rahmen eines einfachen Arbeitsvorgangs mit einer solchen
Antenne und dem zugehörigen
Abstimmer (Tuner) bestückt
werden. Folglich wird das Signal in dem internen Datenbus des Fahrzeugs
zugänglich
gemacht und lässt
sich dieses in einer geeigneten Position abrufen, z.B. dort wo die
Betriebseinrichtung des in Frage stehenden Signals montiert ist.
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Die
modularisierte Antenneneinheit ist insbesondere geeignet, wenn die
jeweilige Antenne verhältnismäßig teuer
ist, wie es z.B. bei GPS-Antennen und Satellitenrundfunk-Antennen der Fall
ist.
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Da
viele Arten von Antennen, wie Rundfunk- oder Fernseh- bzw. TV-Antennen,
eine relativ große Erstreckung
in wenigstens zwei Raumrichtungen erfordern, sind Antennen dieser
Art zweckmäßig fest an
dem Tragelement angeordnet.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
vorgesehen, dass das Tragelement eine flächige Lage aus einem nicht
leitfähigen
Material, wie Kunststoff, aufweist, um den Empfang so wenig wie
möglich
zu beeinträchtigen.
Die Lage kann in der Ebene des Körpers
an der Oberseite des Fahrzeugs anordbar ist. Diese Anordnung der
Antenneneinheit ist aufgrund deren großen Abstandes sowohl von der
Straße
als auch vom Motor, die beide eine Beeinträchtigung des Empfangs bewirken
können,
vorteilhaft. Bei einer solchen Ausgestaltung der Erfindung wird
eine einwandfreie oder gar bessere Alternative der Anordnung von
Antennen gegenüber
einer solchen in Fensterscheiben des Fahrzeugs erreicht.
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Ist
der Körper
des Fahrzeugs aus einem leitfähigen
Material gefertigt, so ist die Antenneneinheit zweckmäßig in einer
Ausnehmung in dem Körper anordbar.
Dies verhindert das Auftreten einer Kapazitanz zwischen den Antennen
und dem leitfähigen Fahrzeugkörper.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Nachstehend
ist die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in
welchen zum Zwecke der Veranschaulichung bevorzugte Aus führungsformen
der Erfindung wiedergegeben sind. Dabei zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Antenneneinheit,
die in einem Kombi montiert ist;
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2 eine
Explosionsdarstellung der Antenneneinheit gemäß 1;
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3 einen
schematischen Schaltplan der Antenneneinheit gemäß 2; und
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4 eine
Querschnittsansicht eines Teils des Fahrzeugs gemäß 1.
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Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
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In 1 ist
dargestellt, wie eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenneneinheit 1 am
hinteren Ende des Dachs eines Kombis 2 angeordnet ist.
In diesem Fall ist in dem Körper 4 eine
Ausnehmung 3 gebildet, in welcher die Antenneneinheit 1 montiert
ist.
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Die
Antenneneinheit 1 ist in der Ausnehmung 3 mittels
eines Klebers 5, z.B. eines Polyurethan-Klebers, befestigt
(vgl. 4), der zwischen den Verbindungsstellen aufgebracht
ist.
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Insbesondere
wenn der Körper 4 aus
einem leitfähigen
Material, wie Metallblech, gefertigt ist, ist es erforderlich, dass
in dem Körper 4 eine
Ausnehmung 3 ausgebildet ist, um das Auftreten einer Kapazitanz
zwischen dem Körper 4 und
den Antennen in der Antenneneinheit 1 zu verhindern. Ist
der Körper 4 statt
dessen aus einem nicht leitfähigen
Material, wie Kunststoff oder faserverstärkten Materien, gefertigt, so
ist es nicht erforderlich, eine Ausnehmung vorzusehen. Die Antenneneinheit
kann in diesem Fall von un ten, unmittelbar an der Innenseite des
Körpers 4 montiert
sein.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist
die Ausnehmung 3 im Wesentlichen dieselbe Breite wie das
gesamte Fahrzeug und etwa ein Drittel seiner Länge auf. Vor und hinter der
Ausnehmung 3 ist der Körper 4 mit
Verstärkungsmitteln 6 versehen (vgl. 4),
um die Stabilitätseigenschaften
des Fahrzeugs nicht zu beeinträchtigen.
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Wie
aus 2 ersichtlich, umfasst die Antenneneinheit 1 ein
Tragelement 10, vorzugsweise in Form einer Lage aus einem
geeigneten nicht leitfähigen
Material, wie Kunststoff, mit derselben Form und Größe wie die
Ausnehmung 3.
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An
einem Bereich 11 der Unterseite des Tragelementes 10 ist
eine Mehrzahl an Antennen 12 angeordnet, vorzugsweise fest
angeordnet, was z.B. mittels eines Klebers oder durch Einformen
in das Tragelement 10 geschehen kann. Die an diesem Bereich 11 angeordneten
Antennen 12 weisen folglich eine im Wesentlichen zweidimensionale
Erstreckung in der Ebene des Tragelementes 10 auf und sind
an erster Stelle von Monopol- und Dipolantennen gebildet, die einen
beliebigen Krümmungsverlauf
in der durch das Tragelement 10 vorgegebenen Ebene besitzen
können.
Beispiele geeigneter Antennen sind Drahtantennen und Folienantennen,
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Die
Antennen 12 wirken in bekannter Weise zum Empfangen elektromagnetischer
Wellen, vorzugsweise in Frequenzbereichen von einer Größenordnung
von 100 kHz bis zu einer Größenordnung von
1 GHz. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung sind an dem Tragelement 10 auf diese Weise Antennen
für Rundfunksignale
(FM und AM), TV-Signale, terrestrische digitale Hörfunksignale
(DAB, Digital Audio Broadcast) sowie Signale für Navigations- und Informationssysteme,
z.B. Verkehrsfunk (Traffic Message Channel, TMC), Fahrzeuginformationsüberwachungssysteme
(Vehicle Information Control System, VICS) sowie Straßen- und
Verkehrsinformationen (Traffic Information, RTI), angeordnet.
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Ein
Kupplungselement 14 mit hierauf ausgebildeten Leiterbahnen 15,
das vorzugsweise wesentlich kleiner ist als das Tragelement 10,
ist an dem Tragelement 10 an der Seite der Antennen angeordnet, wobei
letztere mit den Leitungen 15 verbunden sind. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist das Kupplungselement von einer gedruckten Leiterplatte 14 gebildet,
welche die gesamte Breite des Tragelementes 10, aber nur
etwa ein Viertel dessen Länge bedeckt.
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An
der gedruckten Leiterplatte 14 sind Mittel 16 vorgesehen,
um eine Mehrzahl – beim
gezeigten Ausführungsbeispiel
vier – zusätzlicher
Antennen 17 an der gedruckten Leiterplatte 14 abnehmbar
anzuordnen. Jedes Mittel 16 umfasst Befestigungsmittel zur
festen Anordnung der Antenne 17 an der gedruckten Leiterplatte 14 sowie
Kontaktmittel zur Verbindung der Antenne 17 mit den an
der gedruckten Leiterplatte 14 ausgebildeten Leiterbahnen 15.
Jede Antenne 17 ist vorzugsweise in ein Schutzgehäuse eingeformt,
das dazu beiträgt,
der Antenne 17 ein einfach handhabbares Format zu verleihen,
wie z.B. rechteckig parallelflach.
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Die
Antennen 17 können
beispielsweise Helixantennen oder Patchantennen sein und sind bevorzugt
zum Empfangen oder Übertragen
von Signalen im GHz-Bereich ausgebildet, d.h. von elektromagnetischen
Wellen mit Frequenzbereichen in der Größenordnung von 1 GHz oder mehr.
Beispiele solcher Signale sind GSM, GPS, Satelliten-DAB und Satellitentelefon.
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An
der gedruckten Leiterplatte 14 sind ferner Mittel 19 vorgesehen,
um eine Mehrzahl an Abstimmeinheiten (Tunereinheiten) 20 an
der gedruckten Leiterplatte 14 abnehmbar anzuordnen. Entsprechend
den Mitteln 16 zur Anordnung der Antennen 17 umfassen
diese Mittel 19 Befestigungsmittel zur festen Anordnung
der Abstimmeinheit (Tunereinheit) 20 an der gedruckten
Leiterplatte 14 sowie Kontaktmittel zur Verbindung der
Abstimmeinheit (Tunereinheit) 20 mit den an der gedruckten
Leiterplatte 14 ausgebildeten Leiterbahnen 15.
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An
der gedruckten Leiterplatte 14 ist überdies ein Koordinationsmittel,
z.B. ein Multiplexer 22, zum Multiplexen einer Mehrzahl
an Eingangssignalen zu einem Ausgangssignal sowie eine Kommunikationsschnittstelle 23 vorgesehen,
die als Schnittstelle mit einem fahrzeuginternen Kommunikationspfad
wirkt, vorzugsweise in Form eines Datenbusses, der in einer Schleife 25,
die beispielsweise aus einem leitfähigen Metallkabel oder einem
optischen Kabel bestehen kann, um das Fahrzeug herum verläuft.
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Die
in der Antenneneinheit 1 enthaltenen Teile sind auf die
in 3 wiedergegebene Weise elektrisch miteinander
verbunden. Die Verbindungen sind mittels der Leiterbahnen 15 der
gedruckten Leiterplatte 14 und der Leitungen 13 zwischen
den Antennen 12 und der gedruckten Leiterplatte 14 ausgeführt.
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Jede
Abstimmeinheit (Tunereinheit) 20 ist mit wenigstens einer
der Antennen 12, 17 verbunden. Insbesondere im
Hinblick auf den Rundfunktuner mag es zweckmäßig sein, die sen aus Gründen eines verbesserten
Empfangs mit zwei Antennen 12 zu verbinden.
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Die
Kontaktmittel, die jede Abstimmeinheit (Tunereinheit) 20 mit
der gedruckten Leiterplatte 14 verbinden, können Verbindungen
mit der Betriebsspannung 30 der Eingangssignale, der Erde 31,
den Antennensignalen 32 und den Ausgangssignalen 33 aus
der Abstimmeinheit (Tunereinheit) 20 enthalten. Jede Abstimmeinheit
(Tunereinheit) 20 weist zusätzlich zu dem Abstimmer (Tuner),
sofern zweckmäßig, einen
A/D-Wandler (nicht dargestellt) auf. Der Abstimmer (Tuner) selbst
arbeitet digital (z.B. ein GSM-Tuner), oder das Ausgangssignal aus
einem analogen Abstimmer (Tuner), z.B. einem Rundfunktuner, wird
A/D-gewandelt, so dass das Ausgangssignal 33 eines jeden
Abstimmers (Tuners) 20 digital ist. Selbstverständlich kann
der A/D-Wandler auch fest an der gedruckten Leiterplatte 14 montiert
sein, wobei nur der Abstimmer (Tuner) abnehmbar sein kann. Hierdurch
wird es jedoch erforderlich, dass das Ausgangssignal des Abstimmers
(Tuners) analog ist, was eine Einschränkung darstellen kann.
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Die
Ausgangssignale 33 sind mit dem Multiplexer 22 verbunden,
wo sie zu einem gemeinsamen Signal 34 gemultiplext werden.
Das Signal wird von der Kommunikationsschnittstelle 23 empfangen,
die mit dem Datenbus 25 kommuniziert. Die Signalverarbeitung
der gesamten Antenneneinheit 1 von den Antennen 12, 17 über die
Abstimmeinheit (Tunereinheit) 20 und den Multiplexer 22 zu
der Kommunikationsschnittstelle 23 mit dem Datenbus 25 kann
vom Fachmann gemäß dem Stand
der Technik bewerkstelligt werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Antenneneinheit 1 ist
vorgesehen, dass wenigstens eine An tenne 17', die GSM-Signale überträgt und empfängt, nicht
mit einem an der gedruckten Leiterplatte 14 angeordneten
Abstimmer (Tuner) verbunden ist. Diese ist statt dessen über eine
Leitung 35, z.B. einem Koaxialkabel, mit einem an den Fahrersitz
angrenzend angeordneten Telefon (nicht dargestellt) verbunden. Der
Grund für
eine solche Lösung
besteht darin, dass das Mobilfunksystem in das Sicherheitssystem
des Fahrzeugs einbezogen ist und daher nicht von dem Datenbus abhängig sein sollte.
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Wie
der 4 zu entnehmen ist, ist die gedruckte Leiterplatte 14 von
unten mittels einer vorzugsweise faltbaren Klappe 40 abgedeckt,
um die gedruckte Leiterplatte 14 vom Kofferraum 41 des Fahrzeugs
her leicht zugänglich
zu machen. Selbstverständlich
können
Verriegelungsmittel (nicht gezeigt) verschiedener Art in Verbindung
mit der Klappe 40 vorgesehen sein, um unbefugten Personen
den beabsichtigten oder unbeabsichtigten Zugang zu den an der gedruckten
Leiterplatte 14 angeordneten Komponenten 17, 20, 22, 23 zu
verwehren.
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Die
vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dürfen
selbstverständlich
nur beispielhaft aufgefasst werden, wobei mehrere Ausführungsvarianten
denkbar sind.
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So
ist beispielsweise die Anzahl und die Art der Komponenten, wie der
Antennen und Abstimmer (Tuner), variierbar. Die Antenneneinheit
kann ferner Sender umfassen, die in gleicher Weise wie die Empfänger an
der gedruckten Leiterplatte angeordnet sind, sowie wenigstens eine
Antenne.
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Das
Fahrzeug kann ein beliebiges Modell und von beliebiger Gattung und
muss nicht notwendigerweise ein Kombi sein, wie es in der vorstehenden Beschreibung
der Fall ist.