DE69205843T2

DE69205843T2 - Motorisch auffahrbare Mehrbandantenne.

Info

Publication number: DE69205843T2
Application number: DE69205843T
Authority: DE
Inventors: Michael Leonard Brennan; Frank Duggan; George Dominic Yarsunas
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent NV
Priority date: 1991-01-16
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2012-01-17
Also published as: FI920191L; AU648370B2; FI920191A7; EP0495507B1; US5189435A; ES2080346T3; NZ241074A; KR920015658A; AU8991091A; EP0495507A1; FI920191A0; ATE130126T1; DE69205843D1; JPH0555816A; DK0495507T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine einziehbare, durch einen Motor angetriebene Antenne, bestehend aus einem Gehäuse, einem an dein Gehäuse angebrachten, teleskopartigen Hochfrequenzteil mit einer bestimmten Impedanz zum Abstrahlen und Empfangen von elektromagnetischer Energie innerhalb eines gegebenen Frequenzbandes, einer drehbar in dem Gehäuse gelagerten Spule und einem mit einem Ende an dem Hochfrequenzteil der Antenne befestigten Koaxialkabel zum Einziehen und Ausfahren des Hochfrequenzteils und zur Übertragung eines Hochfrequenzsignals, bei welcher das Koaxialkabel mit seinem anderen Ende derart mit der Spule verbunden ist, daß es beim Einziehen und Ausfahren des Hochfrequenzteils der Antenne aufund abgewickelt wird, bei welcher das Koaxialkabel eine mit der bestimmten Impedanz des Hochfrequenzteils identische Impedanz hat, bei welcher zum Drehen der Spule während des Einziehens und beim Ausfahren des Hochfrequenzteils ein Antrieb vorhanden ist und bei welcher an dem Gehäuse ein Drehverbinder zur Übertragung eines Hochfrequenzsignals zwischen dem Koaxialkabel und einem Sende- und Empfangsgerät für Hochfrequenz angebracht ist (WO-A 86/06216).
Solche Antennen sollen Signale im Lang-, Mittel- und Kurzwellenbereich sowie im UKW-Bereich (AM/FM) empfangen sowie höherfrequente Signale, wie beispielsweise Mobilfunksignale, empfangen und senden können. Mobilfunkdienste werden außerordentlich populär und sind sehr gefragt. Da Mobilfunktelefone in einem wesentlich höheren Frequenzband arbeiten als das normale AM/FM-Radio, müssen gesonderte Antennen für den Mobilfunk an den Kraftfahrzeugen montiert werden. Anfänglich wurde eine am Fahrzeug befindliche Mobilfunkantenne als Statussymbol bewertet. Sie wird heute von der Dienstleistungsindustrie als zu vermeidender, unnötiger Aufwand eingestuft. Fahrzeugbesitzer mögen derartige unansehnliche Teile nicht, die von ihren Fahrzeugen abstehen und die zum Anschluß von Versorgungskabeln das Anbringen von Löchern in der Karosserie erforderlich machen. Darüberhinaus sind Mobilfunktelefone erklärte Ziele von Dieben und die Mobilfunkantenne ist eine buchstäbliche Flagge, um potentielle Diebe zu den entsprechenden Fahrzeugen zu führen.
Es ist daher wünschenswert, die Rundfunkantenne so auszuführen, daß sie in die Karosserie eines Fahrzeugs eingezogen werden kann, so daß das Äußere des Fahrzeugs glatt und stromlinienförmig ist, wenn das Radio nicht benutzt wird. Einziehbare Antennen sind auch deswegen sinnvoll, weil nicht einziehbare Antennen in der Regel beschädigt werden, wenn das Fahrzeug durch eine Waschstraße fährt. Elektrisch betriebene Mechanismen zum Einziehen von AM/FM-Radioantennen sind heute bei modernen Fahrzeugen üblich. Das wäre auch bei Mobilfunkantennen besonders sinnvoll.
Es ist außerdem auch sinnvoll, nur eine Mehrband-Antenne vorzusehen, welche sowohl die kommerzielen AM/FM Rundfunkfrequenzen als auch die Mobilfunkfrequenzen erfaßt. Mehrband-Antennen werden schon für Cityband(CB)-Radios benutzt, so wie es in des US-Patentschriften 4,095,229 und 4,325,069 beschrieben ist. Bei anderen Anordnungen ist eine Spule an den Antennen selbst angebracht, um eine zum Senden und Empfangen des gewünschten Frequenzbandes effektive Länge zu erreichen.
Einziehbare Dreiband-Antennen für die AM/FM-Bänder und das Mobilfunk-Band sind in den US-Patentschriften 4,647,941; 4,658,260; 4,675,687; 4,721,965; 4,748,450 und 4,847,629 beschrieben.
Die zahlreichen bekannten Vorrichtungen sehen zwar Dreiband- Antennen für die AM/FM-Empfang und Mobilfunkdienste vor; die bekannten Antennen weisen aber großes Verhältnis für stehende Wellen der Spannung (VSWR), eine schlechte Trennung zwischen dem Mobilfunkteil und dem AM/FM-Teil der Antenne, kein horizontales Strahlungsdiagramm eine geringe Impedanz und kleine Bandbreite des Strahlungsdiagramms auf.
Die EP-A-0 436 406 beschreibt eine einziehbare, von einem Motor angetriebene Antenne, bei welcher eine Rundfunkantenne und eine Antenne für ein Autotelefon zu einer einzigen Antenneneinheit zusammengefaßt sind. Es ist ein drehbarer Verbinder zur Übertragung von Signalen zwischen der Antenne und einem Sende- und Empfangsgerät vorgesehen. Der Verbinder hat eine elektrisch leitende Platte, an die ein mit derselben drehbares Kabel angeschlossen ist. Ein gemeinsamer Abschluß ist mit der Platte verbunden, um Signale über ein Schaltgehäuse zu einem Ende zu übertragen.
Aus der eingangs erwähnten WO-A-86/06216 ist eine einziehbare, durch einen Motor angetriebene Antenne bekannt, die einen Niederfrequenz- und einen Hochfrequenz-Teil hat. Zur Verbindung der Antenne mit einer Sende- und Empfangseinrichtung ist ein Koaxialkabel vorgesehen. Der drehbare Verbinder ist in einer Ausführungsform ein koaxialer Drehverbinder. In einer zweiten Ausführungsform wird ein konischer, federnder Teil eines Koaxialkabels eingesetzt, der seinen Durchmesser beim Einziehen und beim Ausfahren der Antenne ändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Antenne derart zu verbessern, daß sie breitbandig eine sehr niedrige VSWR bei Rundfunk (RF)-Frequenzen mit minimaler Kopplung zwischen dem Mobilfunkteil und dem AM/FM Teil aufweist, wobei sie einfach herstellbar sein und eine lange Lebensdauer haben soll.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
- daß die Impedanz des Drehverbinders dem Hochfrequenzteil der Antenne und dem Koaxialkabel angepaßt ist,
- daß der Drehverbinder erste und zweite Kontakte, die als drehbare Kontakte an der Spule angebracht und elekrisch leitend mit bestimmten Teilen des Koaxialkabels verbunden sind sowie dritte und vierte Kontakte aufweist, die am Gehäuse angebracht sind und in jeder Position beim Einziehen und Ausfahren des teleskopartigen Hochfrequenzteils der Antenne jeweils elektrisch leitend mit den ersten und zweiten Kontakten verbunden sind, wobei zum Übertragen eines Hochfrequenzsignals zu dem Sende- und Empfangsgerät ein elektrischer Leiter vorgesehen ist, der am Gehäuse mit elektrisch leitender Verbindung zu den dritten und vierten Kontakten angebracht ist,
- daß die ersten und zweiten Kontakte als Federkontakte ausgebildet sind, die durch natürliche Elastizität an den dritten und vierten Kontakten anliegen,
- daß die dritten und vierten Kontakte als Schleifringe ausgebildet sind, so daß die ersten und zweiten Kontakte in jeder Position beim Einziehen und Ausfahren des teleskopartigen Hochfrequenzteils in ständigem Kontakt mit denselben stehen und
- daß der elektrische Leiter als auf einer Platte angebrachte gedruckte Schaltung ausgebildet ist, mit der die ebenfalls auf der Platte angeordneten ringförmigen Kontakte elektrisch leitend verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Mehrbandantenne, welche eine typische rohrförmige AM/FM-Antenne umfaßt, die an ihrem freien Ende durch eine zentral durchgeführte koaxiale Dipolantenne für den Mobilfunk abgeschlossen ist. Die Anschlußleitung für die Mobilfunkantenne ist in der rohrförmigen AM/FM-Antenne angeordnet.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Antenne teleskopartig verstellbar, mit mindestens zwei unteren Teilen für die AM/FM- Antenne, die etwa 58,42 cm lang sind, und einem an der Spitze befindlichen Teil für den Mobilfunk. Die Versorgungsleitung für die Mobilfunkantenne dient gleichzeitig zur Übertragung der mechanischen Kräfte beim Ausfahren und beim Einziehen der teleskopartigen Antennenteile.
Von besonderem Vorteil ist, daß die einziehbare Antenne nach vorliegender Erfindung eine sorgfältig gestaltete, ringförmige Drehverbindung aufweist, welche ein koaxiales Eingangssignal von der einziehbaren Leitung aus zu einem koaxialen Verbinder überträgt, der mit einem Sende- und Empfangsgerät verbunden ist, beispielweise mit einem Mobilfunk-Telefon. Der Drehverbinder ist impedanzmäßig im Verhältnis zum restlichen Sende- und Empfangssystem so angepaßt, daß sich ein minimales VSWR ergibt.
Die Erfindung wird zum besseren Verständnis in der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert.
Die Zeichnungen geben wieder:
Fig. 1 stellt eine Frontansicht einer ausgefahrenen Teleskopantenne gemäß der Erfindung dar.
Fig. 2 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den Antennenteil der Teleskopantenne nach Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Antriebsteils der Dreibandantenne dieser Erfindung, wobei die Ummantelung und Teile weggebrochen sind, um die innere Struktur zu verdeutlichen.
Fig. 4 und 5 sind Ansichten, die entlang der 4-4-Linie bzw. des 5-5-Linie in Fig. 3 verlaufen.
Fig. 6 ist eine Ansicht entlang der 6-6-Linie von Fig. 4, welche die Verbindung der Kontakte der Spule mit dem hinausführenden Koaxialkabel darstellt.
Fig. 7 ist eine Ansicht der Spulenkontakte im Antriebsteil der Antenne dieser Erfindung.
Fig. 8 ist eine Seitenansicht einer der Spulenkontakte aus Fig. 6.
Fig. 9 ist eine Ansicht der Ummantelung für das Antriebsgehäuse.
Fig. 10 ist ein Schnitt durch die Ummantelung des Gehäuses entlang der 10-10-Linie aus Fig. 9.
Fig. 11 ist eine Gesamtansicht der Ummantelung aus Fig. 9.
Fig. 12, 13, 14 sind unterschiedliche Ansichten des Ringverbinders vor dem Einsetzen in die Ummantelung nach Fig. 9.
Fig. 15 ist eine Seitenansicht ähnlich wie Fig. 3, aber mit angebrachter Ummantelung.
Fig. 16 ist eine Ansicht entlang der 16-16-Linie in Fig. 15.
Fig. 17 ist eine Seitenansicht des Antriebsteils einer zweiten Ausführungsform der Dreibandantenne dieser Erfindung, wobei die Ummantelung sowie Teile entfernt sind, um die innere Struktur zu verdeutlichen.
Fig. 18 und 19 sind Ansichten entlang der 18-18-Linie bzw. der 19-19-Linie aus Fig. 17.
Fig. 20 ist eine Ansicht der Ummantelung für das Antriebsgehäuse der zweiten Ausführungsform.
Fig. 21 ist ein Schnitt durch die Gehäuseummantelung der zweiten Ausführungsform entlang der 21-21-Linie von Fig. 20.
Fig. 22 ist eine Gesamtansicht der Ummantelung aus Fig. 20.
Fig. 23, 24, 25 sind unterschiedliche Ansichten des Ringverbinders vor dem Einsetzen in die Ummantelung nach Fig. 20.
Fig. 26 ist eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform, die der Fig. 18 ähnelt, aber mit angebrachter Ummantelung.
Fig. 27 ist ein Schnitt entlang der 27-27-Linie aus Fig. 26.
Fig. 1 veranschaulicht eine teleskopartig einfahrbare Dreibandantenne, die mindestens drei koaxial angeordnete, einen Antennenstab bildende Teilstücke 12, 14 und 16 hat, welche in ein Basisteil 18 eingefahren werden können, das typischerweise unter der Oberfläche 13 eines Fahrzeugs angebracht ist. Der Befestigungsteil 19 am oberen Ende des Basisteils 18 ist vorgesehen, um die Antenne an der Oberfläche 13 des Fahrzeuges zu befestigen. Eine Koppelvorrichtung 20 ist vorgesehen, um die Teilstücke 14 und 16 an einen passenden AM/FM-Band-Radioempfänger mittels eines Kabels 21 anzuschließen. Ein elektrischer Motor 22, wie z. B. ein 12-Volt-Gleichstrom-Motor, ist vorgesehen, um einen Spulenmechanis anzutreiben, durch den im Gehäuse 24 ein Koaxialkabel 26, wie es in Fig. 2 zu sehen ist, ein- und ausgefahren wird. Das Koaxialkabel 26 ragt durch das Basisteil 18 und die Teilstücke 14 und 16 der AM/FM-Antenne hindurch und ist mit dem Teilstück 12 der Antenne verbunden, das eine Mobilfunktelefonantenne bildet.
In Fig. 2 ist eine teleskopartig einfahrbare Antenne 10 mit mindestens drei teleskopartig angeordneten Teilstücken 12, 14, 16 gezeigt, die den Antennenstab bilden. Die Teilstücke 14 und 16 sind vorzugsweise aus Messing oder rostfreiem Stahl bestehende Röhren, deren Oberfläche zur Verzierung oder zum Korrosionsschutz beschichtet sein kann. Die oberen Enden der Teilstücke 14 bzw. 16 sind nach innen gebogen, die unteren Enden sind durch verbreiterte Verschlüsse 15 bzw. 17 abgeschlossen. Die Verschlüsse 15 und 17 führen die Teilstücke 14 und 16, sie sorgen für eine passende Interferenz und sie stoppen die Teilstücke, wenn die Antenne den eingezogenen Zustand erreicht hat. Das obere Ende des Teilstücks 14 ist bis 30 nach innen gebogen und an seinem unteren Ende hat der Verschluß 15 eine Verbreiterung 32. Teilstück 16 ist bei 34 nach innen gebogen und der Verschluß 17 hat eine Verbreiterung 36. In der Nähe der Verschlüsse 15 bzw. 17 der Teilstücke 14 bzw. 16 sind ausrichtende, federnde Hülsen 33 bzw. 35 vorgesehen. Die federnden Hülsen 33 und 35 halten die Teilstücke koaxial zueinander und geben den elektrischen Kontakt zwischen den Teilstücken 14 und 16 sowie zwischen dem Teilstück 16 und einer leitenden Hülse 23 im Innern des Basisteils 18, die mit der Koppelvorrichtung 20 verbunden ist.
Wenn die Antenne ausgefahren wird, liegt die federnde Hülse 33 bei 34 am Teilstück 16 an und die federnde Hülse 35 liegt an einer Schulter 25 an, die Teil des Trägerteils 19 ist und die Aufgabe hat, die Bewegung der Teilstücke 14 bzw. 16 nach oben zu begrenzen. Wenn die Antenne eingefahren wird, liegt ein isolierender Adapter 54 am Verschluß 15 an, der seinerseits am Verschluß 17 anliegt, um die Teile der Antenne einzuziehen.
Teil 12 der Antenne besteht aus Fiberglas und dient als wetterfeste Abdeckung für den Mobilfunkteil der Antenne. pie Mobilfunkantenne umfaßt die zentrisch geführte Halbwellen- Dipolantenne 42, die aus einem drahtförmigen Teil 44 und einem koaxialen Mantel 46 besteht. Der Dipol wird von einer 50 Ohm Mikrokoaxialleitung 48 gespeist, die sich durch den Mantel 46 hindurch nach oben erstreckt. Eine koaxiale Spule 50 ist am Fuß der Dipolantenne angebracht, und zwar koaxial zur Mikrokoaxialleitung 48 und diese umgebend. Die Mikrokoaxialleitung 48 ist am Fuß der Dipolantenne durch einen Übertrager 52 und durch den isolierenden, feuchtigkeitsdichten Adapter 54 abgeschlossen, der bewegbar im Teil 14 der Antenne angebracht ist. Eine Federhülse 56 ist über dem Adapter angebracht, welche nach außen absteht und am Teil 14 anliegt. Die Federhülse 56 stellt sicher, daß der aus Fiberglas bestehende Teil im Teil 14 zentriert ist und koaxial zu demselben verläuft. Die Federhülse 56 dient nicht der elektrischen Kontaktierung, da Teil 12 aus Fiberglas besteht.
Am Übertrager 52 und am Adapter 54 ist die Mikrokoaxialleitung 48 elektrisch mit dem Kabel 26 verbunden, und zwar über den Übertrager 52, damit die Mobilfunksignale zur Mobilfunkantenne übertragen werden können. Wie schon erwähnt, dient das Kabel 26 zusätzlich zur Übertragung der Kräfte beim Ausfahren und beim Einziehen der Teile der einziehbaren Antenne.
Die genaueren Einzelheiten über die Gestaltung der Antenne können einer Patentanmeldung mit der Bezeichnung MEHRBAND ANTENNE entnommen werden, die am 3. Juli 1990 mit der Serial No. 07/547 993 durch die Erfinder George D. Yarsunas, Michael L. Brennau und James R. Hendershot getätigt wurde.
In den Fig. 3 - 5 ist der Antriebsteil einer motorisierten Antenne dargestellt. Das Gehäuse 24 ist in üblicher Technik aufgebaut und umfaßt einen Motor 22 und einen Spulenhalter 62. Der Spulenhalter 62 ist als Aufnahme so dimensioniert, daß eine angetriebene Aufnahmespule 64 daran montiert werden kann. Die Aufnahmespule 64 hat eine spiralförmig verlaufende Rille 65, in welche das koaxiale 50 Ohm Kabel hineingewickelt ist. Das aus der Spule 64 herausragende Kabel 26 ragt durch das Gehäuse 24 und durch eine Stütze 66 der Antennenbefestigung hindurch bis in die einziehbare Antenne 10 gemäß Fig. 1. Während des Ausfahrens und Einziehens der Antenne 10 wird die Spule 64 unter Drehung um den Bolzen 68 vom elektrischen Motor 22 angetrieben, und zwar über einen geeigneten Antriebsmechanismus (nicht gezeigt), beispielsweise ein Getriebe. Eine Kabelhalteplatte 70 (in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet) drückt zwischen dem Boden der Spule 64 und dem Gehäuse 24 gegen das koaxiale Kabel 26, um dasselbe in der Spule 64 in der richtigen Position zu halten.
Das Ende des koaxialen Kabels 26 ragt durch eine Öffnung 72 der inneren Wand der Spule 64 und ist durch eine Zugentlastungsschelle 74 so gehalten, daß eine seitliche Bewegung des koaxialen Kabels 26 zur Minimierung der Zugbelastung möglich ist. Das Ende des koaxialen Kabels 26 ist zur Freilegung des Innenleiters 76 und des Geflechtes 78 abisoliert. Wie am besten aus den Fig. 4 und 6 zu erkennen ist, sind der Innenleiter 76 und das Geflecht 78 getrennt voneinander jeweils mit den Anschlußenden von Federkontakten 80 und 81 verschweißt oder verlötet. Die Federkontakte 80 und 81 sind durch einen Trennkörper 83 aus G10 Fiberglas (oder ein äquivalentes dielektrisches Material) elektrisch gegeneinander isoliert und an der Spule 64 durch einen Halter 82 und Schrauben 84 festgelegt. Jeder der Federkontakte 80 und 81 besteht aus getempertem Federmetall (wie einer 0,152 mm [.006"] dicken Beryllium-Kupfer-Legierung), der für Leitfähigkeit und/oder Abriebfestigkeit beschichtet sein kann und zu einem aus den Fig. 7 und 8 entnehmbaren Profil gebogen ist, so daß er vom Halter 82 festgelegt werden kann. Jeder Federkontakt 80,81 hat eine Fahne 85,87, welche gegenüber der Federebene um neunzig Grad (900) abgebogen ist. Die Fahnen 85,87 helfen bei der Herstellung einer passenden Übertragungsstrecke, welche das speisende, koaxiale Kabel 26 über die Federkontakte 80,81 mit dem Rest des Übertragungssystem verbindet.
Eine zu dem Gehäuse 24 passende Abdeckung 86 hat einen ringförmigen Verbindungsteil, der im Ganzen mit 88 bezeichnet ist. Der Verbindungsteil 88 ist sorgfältig gestaltet, damit er flach in der Abdeckung 86 liegt. Seine Impedanz muß zum Rest des Übertragungssystems für ein breites Frequenz band so angepaßt sein, daß es bei RF Frequenzen eine niedrige VSWR hat. Die Abdeckung 86 und der Verbindungsteil 88 haben jeweils Durchgangslöcher 69 und 93 für den Bolzen 68. Wie am besten aus den Fig. 12 bis 14 zu ersehen, ist der Verbindungsteil 88 aus einer gedruckten Schaltkarte hergestellt, die eine Basisplatte 94 aus Epoxid Glo Fiberglas oder einem äquivalenten dielektrischen Material hat, mit auf beiden Seiten der Basisplatte 94 angebrachten gedruckten Schaltungen 96 und 98, die aus 0,036 mm [0.0014 inch] starkem Kupfer bestehen (es kann mit einer mindestens 0,008 mm [0.0003 inch] dicken Zinn-Blei Schicht mit fünfzig bis siebzig Prozent (50 bis 70 %) Zinn beschichtet sein). Das beschichtete Kupfer ist in einem kreisförmigen Muster angeordnet und bildet sieben Befestigungspunkte 100 auf der Oberseite der Basisplatte 94.
An die Befestigungspunkte 100 sind ein innerer Schleifring 102 und ein äußerer Schleifring 104 angelötet, die aus 1,575 mm [.062"] dickem Kupfer oder aus Messing mit einer 0,008 - 0,127 mm [0.0003 - 0.005"] dicken Nickelschicht bestehen. Das Lötmaterial wurde dabei über Löcher 105 in der Basisplatte 94 zugeführt, wodurch die Schleifringe 102 und 104 an den Befestigungspunkten 100 festgelegt sind. Der innere Schleifring 102 hat einen Außendurchmesser von 23,876 mm [.940"] und einen Innendurchmesser von 18,39 mm [0.724"] mit einer Breite von 2,743 mm [.108"], während der äußere Schleifring 104 einen Außendurchmesser von 31,14 mm [1.226"] und einen Innendurchmesser von 25,654 mm [1.010"] hat, mit einer Breite von 2,743 mm [.108"], wobei ein Zwischenraum von 0,889 mm [.035"] zwischen beiden verbleibt. Der äußere Schleifring 104 ist elektrisch mit der oberen gedruckten Schaltung 96 verbunden, und zwar durch eine Lötverbindung am Anschlußpunkt 130, während der innere Schleifring 102 mit der unteren gedruckten Schaltung 98 elektrisch leitend verbunden ist, und zwar durch ein Drahtstück 106, das durch eine Ausnehmung der Basisplatte 94 hindurchragt und mit einer Brückenfunktion zwischen der unteren gedruckten Schaltung 98 und dem inneren Schleifring 102 eingelötet ist.
Am Ende des Verbindungsteils 88 befindet sich gegenüber dem inneren und dem äußeren Schleifring 102,104 ein TNC koaxiales Aufnahmeteil 110, das zum Anschluß einer koaxialen Leitung für ein Sende- und Empfangsgerät vorgesehen ist, wie ein Mobilfunktelefon. Das Aufnahmeteil 110 ist mit dem Verbindungsteil 88 dadurch verbunden, daß sein zentraler Stift 112 mittels eines verzinnten Kupferdrahts 111 mit der oberen gedruckten Schaltung 96 verlötet ist, während sein Flansch 114 mit der unteren gedruckten Schaltung 98 an einer Lötstelle 115 verbunden ist. Im Ergebnis verbindet die obere gedruckte Schaltung 96 den äußeren Schleifring 104 mit dem zentralen Stift 112 und die untere gedruckte Schaltung 98 verbindet den inneren Schleifring 102 mit dem TNC Flansch 114.
Die abschließende Dimensionierung des Verbindungsteils 88 zur Einstellung der fünfzig Ohm Impedanz Abstimmung mit der Antenne wird durch Feineinstellung während der Erprobung erhalten. Das ergibt unter Hinweis auf die Fig. 12 bis 14 die folgenden Abmessungen für den Verbindungsteil 88: Bezugsbuchstabe Millimeter Inches
Die vorläufige Gestaltung des Verbindungsteils 88 (einschließlich Schleifringe 102,104; gedruckte Schaltungen 96,98; Federkontakte 80,81; und Fahnen 85,87) stimmt mit den Gleichungen aus dem "Antenna Engineering Handbook" von Henry Jasik, Seite 30-15, überein. Gestaltung der Schleifringe 102,104
darin sind: w = Breite des inneren und äußeren Schleifrings 102,104 = 2,743 mm [.108"]
s = Abstand zwischen innerem und äußerem Schleifring 102,104 = 0,889 mm [.035"]
Für Luft, E = 1,0 mit Z&sub0; = 176,3 Ohm.
Für die Basisplatte 94, E = 4,8 mit Z&sub0; = 80,5 Ohm.
Der effektive Wert für E zur Anordnung des inneren und des äußeren Schleifrings 102,104 auf der Basisplatte 94 scheint bei 3,1 zu liegen mit Z&sub0; = 100 Ohm.
Da der innere und der äußere Schleifring 102, 104 zwei parallel zu den Federkontakten 80,81 liegende Übertragungswege sind, gilt für die gedruckten Schaltungen 96 oder 98:
ZT = (Z&sub1; Z&sub2;) / (Z&sub1; + Z&sub2;) = 100x100 / 100+100 = 50 Ohm

Gestaltung der gedruckten Schaltungen 96,98

Z&sub0; = 377 h/ [Ew] für h«w
darin sind:
w = Breite der gedruckten Schaltung 96 oder 98
h = Dicke der Basisplatte 94 = 1,575 mm [.062"]
E = 4,8 (für die Basisplatte 94)
Z&sub0; = 50 Ohm
Daher: w = 377 (.062) / [4,8 (50)] = 5,41 mm [.213"]
Diese Breite ist zur Berücksichtigung von Schrumpfeffekten auf 3,81 mm [.150"] reduziert worden. Während der Erprobung ist sie zur Feinabstimmung weiter auf 2,54 mm [.100"] reduziert worden. Gestaltung der Federkontakte 80,81
Ein Zwischenraum (s) von 0,889 mm [.035"] bis 1,016 mm [.040"] ist zweckmäßig, um einen Spannungszusammenbruch zu vermeiden und zur leichteren Herstellung.
Darin sind:
s = Zwischenraum zwischen den Federkontakten 80,81 = 1,016 mm [.040"]
E = 1,0 (in Luft)
w = Breite der Federkontakte 80,81 = 3,429 mm [.135"]
Z&sub0; = 257/ [Elog (17.5)] = 206 Ohm
Diese große Fehlanpassung wurde durch das Hinzufügen der Fahnen 85, 87 reduziert.

Gestaltung der Fahnen 85,87 an den Federkontakten 80,81

Z&sub0; = 377 s / [Ew] für s«w
darin sind:
s = Zwischenraum zwischen benachbarten Fahnen 85,87 = 1,016 mm [.040"]
w = Breite der Fahnen 85,87 = 3,175 mm [.125"]
E = 4,8 (für die Basisplatte 94)
Z&sub0; = 377 (.040) / [4.8 (.125)] = 55.08 Ohm
Nach Feinabstimmung und Erprobung wurde die gewünschte fünfzig Ohm Impedanz in den Federkontakten 80,81 durch die folgende, aus den Fig. 7 und 8 ersichtliche Dimensionierung erreicht: Bezugsbuchstabe Millimeter Inches
Das Verbindungsteil 88 kann in die Abdeckung 86 eingeführt werden, wie es in Fig. 11 gezeigt wird. Die passgenau dimensionierte Abdeckung 86 erlaubt es dem Verbindungsteil 88 sich genau in ihm einzupassen, wo es durch einen Kleber und vier Schrauben 120 (von denen nur eine dargestellt ist), welche durch Löcher 122 eingeführt werden, befestigt ist. Das Aufnahmeteil 110 paßt genau in das Loch 124.
Gemäß Fig. 15 und 16 ist die Abdeckung 86 so dimensioniert, daß sie zusammen mit dem Gehäuse 24 eine geschlossene Gesamtabdeckung bildet. Der Bolzen 68, der die Spule 64 trägt, ragt in einer Halteposition durch das Durchgangsloch 69, wenn die Abdeckung 86 auf das Gehäuse 24 aufgesetzt ist. Die Abdeckung 86 wird zusammen mit dem Gehäuse 24 durch eine Unterlegscheibe 126 und eine Mutter 128 gehalten, die auf das Ende des Bolzens 68 aufgeschraubt sind. Die Federkontakte 80 und 81 ragen von der Spule 64 in die Abdeckung 86 hinein, wodurch die freien Enden der Federkontakte 80 und 81 in Berührung mit dem Verbindungsteil 88 kommen, das sich in der Abdeckung 86 befindet.
Um die Antenne 10 in Arbeitsposition zu bringen, wird die Abdeckung 86 auf das Gehäuse 24 aufgesetzt, wodurch die Federkontakte 80 und 81 in Kontakt mit dem äußeren Schleifring 104 bzw. dem inneren Schleifring 102 kommen. Die Federkraft der Federkontakte 80 und 81 sorgt für den erwünschten elektrischen Kontakt mit den Schleifringen 102 und 104. Während der Motor 22 die Antenne ein- oder ausfährt, dreht sich der Spulenhalter 62 relativ zum Verbindungsteil 88. Wegen der räumlichen Lage der Federkontakte 80,81 und des Verbindungsteils 88 bilden die Federkontakte 80 und 81 während des Ein- und Ausfahrens jedoch ständig einen geschlossenen Stromkreis zwischen dem Koaxialkabel 26 und dem Verbindungsteil 88. Um die gewünschte Anpassung der Impedanz in der voll ausgefahrenen Position zu erreichen, muß der Kontaktpunkt zwischen den Federkontakten 80 und 81 und dem Verbindungsteil 88 um 180º ± 45º gegenüber dem Anschlußpunkt 130 verschoben sein, so wie es in Fig. 16 gezeigt ist.
In den Fig. 17-19 ist der Antriebsteil einer zweiten Ausführungsform der motorisierten Antenne der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Gehäuse 24A hat einen herkömmlichen Aufbau und umfaßt einen Motor 22A und einen Spulenhalter 62A. Der Spulenhalter 62A hat die Form eines Behälters, der so dimensioniert ist, daß eine Spule 64A darin angeordnet werden kann. Die Spule 64A ist trapezförmig und hat ein antreibendes 50-Ohm Kabel 26A. Außerhalb der Spule 64A erstreckt sich das Kabel 26A durch das Gehäuse 24A und eine Stütze 66A in eine ausfahrbare Antenne, die mit der Antenne 10 aus Fig. 1 identisch ist. Während des Aus- und Einfahrens der Antenne wird die Spule 64A um den Bolzen 68A gedreht, und zwar durch einen Motor 22A, der durch einen angemessenen (nicht dargestellten) Kraftregulierungsmechanismus, wie etwa ein Getriebe, gesteuert wird. Eine Kabelhalteplatte 70A (dargestellt in Fig. 17) drückt gegen das Koaxialkabel 26A zwischen dem Boden der Spule 64A und dem Gehäuse 24A, um das Koaxialkabel 26A auf der Spule 64A in Position zu halten.
Das Ende des Koaxialkabels 26A ragt durch eine Öffnung 72A in der Innenwand der Spule 64A und wird durch eine zugentlastende Kabelschelle 74A gehalten, durch die eine begrenzte Seitenbewegung des Koaxialkabels 26A möglich ist, um die Zugbelastung für dasselbe zu begrenzen. Das Ende des Koaxialkabels 26A ist abisoliert, um seinen Innenleiter 76A und das Geflecht 78A freizulegen. Wie in Fig. 18 sehr gut zu sehen ist, sind der Tnnenleiter 76A und das Geflecht 78A getrennt voneinander an die Enden der Federkontakte 80A bzw. 81A angeschweißt bzw. angelötet. Die Federkontakte 80A und 81A sind durch Trennkörper elektrisch gegeneinander isoliert (die nicht dargestellt sind, aber ähnlich wie die Trennkörper 83 aus Fig. 6 sind), die aus G10 Fiberglas oder einem vergleichbaren, nicht leitenden, verformbaren Material bestehen und an der Spule 64A durch einen Halter 82A und Schrauben 84A gehalten sind. Jeder Federkontakt 80A und 81A besteht aus getempertem Federmetall, das für verbesserte Leitfähigkeit oder zum Schutz vor Abnutzung beschichtet sein kann, und er sollte zu einem Profil (ähnlich dem in Fig. 7 gezeigten) gebogen sein, so daß ein Abstand von dem Halter 82A gewährleistet ist.
Eine Abdeckung 86A ist so konstruiert, daß sie auf das Gehäuse 24A paßt, und sie hat ein Verbindungsteil, das generell mit 88A bezeichnet ist. Das Verbindungsteil 88A ist sorgfältig konstruiert, so daß er vollständig in der Abdeckung 86A liegt und er muß breitbandig gegenüber dem Rest des Antennensystems bezüglich der Impedanz abgeglichen sein, so daß er ein niedriges VSWR bei RF-Frequenzen hat.
Die Abdeckung 86A und das Verbindungsteil 88A sind mit Durchgangslöchern 69A bzw. 93A für den Bolzen 68A ausgestattet. Wie in den Fig. 23-25 sehr gut zu sehen ist, ist das Verbindungsteil 88A mit einer gedruckten Schaltung ausgestattet, die eine Basisplatte 94A aus G10 Fiberglas oder einem vergleichbaren, nicht leitenden, verformbaren Material hat, mit gedruckten Schaltungen 96A und 98A auf beiden einander gegenüber liegenden Seiten der Basisplatte 94A, die aus 0,036 mm [0.0014 inch] Kupfer bestehen (kann mit einer Schicht von mindestens 0,008 mm [0.0003 inch] Bleizinn beschichtet sein, das fünfzig bis siebzig Prozent (50 bis 70 % Zinn enthält). Das beschichtete Kupfer ist in einem kreisförmigen Muster angeordnet und bildet sieben kupferne Befestigungspunkte 100A an der Oberseite der Basisplatte 94A.
An die Befestigungspunkte 100A sind die inneren und äußeren Schleifringe 102a und 104A angelötet, die aus 1,575 mm [.062"] starkem Kupfer oder Messing mit einer 0,008 - 0,127 mm [0.0003 - 0.005"] starken Nickelbeschichtung bestehen. Durch die Löcher 105A (Fig. 23) wird das Lötmetall auf die Basisplatte 94A getröpfelt, so daß die Schleifringe 102A unmd 104A an den Befestigungspunkten 100A befestigt werden. Der innere Schleifring 102A hat einen Außendurchmesser von 23,876 mm [.940"] und einen Innendurchmesser von 18,39 mm [.724"] bei einer Breite von 2,743 mm [.108"], während der äußere Schleifring 104A einen Außendurchmesser von 31,14 mm [1.226"] und einen Innendurchmesser von 25,654 mm [1.010"] bei einer Breite von 2,743 mm [.108"] hat, wobei eine Lücke von 0,899 mm [.035"] zwischen ihnen liegt. Der äußere Schleifring 104A ist durch die Lötung am Anschlußpunkt 130A elektrisch mit der oberen gedruckten Schaltung 96A verbunden, während der innere Schleifring 102A elektrisch mit der unteren gedruckten Schaltung 98A durch einen 20 Gauge Draht 106A verbunden ist, der durch ein Durchgangsloch an die beschriebene Basisplatte 94A ragt und überbrückend an die untere gedruckte Schaltung 98A und den inneren Schleifring 102A angelötet ist.
Am Ende des Verbindungsteils 88A, gegenüber dem inneren und dem äußeren Schleifring 102A und 104A, befindet sich ein koaxiales TNC Aufnahmeteil 110A, das zum Anschluß einer koaxialen Leitung für ein Sende- und Empfangsgerät vorgesehen ist, wie ein Mobiltelefon. Das Aufnahmeteil 110A ist mit dem Verbindungsteil 88A dadurch verbunden, daß sein zentraler Stift 112A mittels eines verzinnten Kupferdrahtes 111A mit der oberen gedruckten Schaltung 96A verlötet ist, während sein Flansch 114A mit der unteren gedruckten Schaltung 98A an einer Lötstelle 115A verbunden ist. Im Ergebnis verbindet somit die obere gedruckte Schaltung 96A den äußeren Schleifring 104A mit dem zentralen Stift 112A und die untere gedruckte Schaltung 98A den inneren Schleifring 102A mit dem TNC Flansch 114A.
Die Dimensionen für das Verbindungsteil 88A sind in Abstimmung mit den vorher diskutierten Gleichungen aus dem "Antenna Engineering Handbook" gestaltet, um die erwünschte 50 Ohm Impedanz Abstimmung mit der Antenne zu erreichen, wobei die endgültige Dimensionierung durch Feineinstellung während der Erprobung festgelegt wurde. Dies führte zu den folgenden Dimensionen für das Verbindungsteil 88A, wie sie in den Fig. 23 bis 25 angegeben sind: Bezugsbuchstabe Millimeter Inches
Das Verbindungsteil 88A ist in Übereinstimmung mit den bereits diskutierten Gleichungen aus dem "Antenna Engineering Handbook" von Henry Jasik in ähnlicher Weise wie die erste Ausführungsform gestaltet.
Das Verbindungsteil 88A kann in die Abdeckung 86A so eingesetzt werden, wie es aus Fig. 22 hervorgeht. Die passend bemessene Abdeckung 86A erlaubt eine dicht sitzende Anordnung des Verbindungsteils 88A, das durch einen Kleber und vier durch Öffnungen 122A ragende Schrauben 120A (von denen nur eine gezeigt ist) festgelegt ist. Das Aufnahmeteil 110A paßt genau in das Loch 124A.
Entsprechend den Fig. 26 und 27 ist die Abdeckung 86A so bemessen, daß sie passend zu dem Gehäuse 24A eine geschlossene Gesamtabdeckung bildet. Der Bolzen 68A, der die Aufnahmespule 64A trägt, ragt in einer Halteposition durch das Durchgangsloch 69A, wenn die Abdeckung 86A auf das Gehäuse 24A aufgesetzt ist. Die Abdeckung 86A wird zusammen mit dem Gehäuse 24A durch eine Unterlegscheibe 126A und eine Mutter 128A gehalten, die auf das Ende des Bolzens 68A aufgeschraubt sind. Die Federkontakte 80A und 81A ragen von der Spule 64A in die Abdeckung 86A hinein, wodurch die freien Enden der Federkontakte 80A und 81A in Berührung mit dem Verbindungsteil 88A kommen, das sich in der Abdeckung 86A befindet.
In Arbeitsposition wird die Abdeckung 86A auf das Gehäuse 24A aufgesetzt, wodurch die Federkontakte 80A und 81A in Kontakt mit dem äußeren Schleifring 104A bzw. dem inneren Schleifring 102A kommen. Die Federkraft der Federkontakte 80A und 81A sorgt für den erwünschten elektrischen Kontakt mit den Schleifringen 102A und 104A. Während der Motor 22A die Antenne ein- oder ausfährt, dreht sich die Spule 62A relativ zum Verbindungsteil 88A. Wegen der räumlichen Lage der Federkontakte 80A,81A und des Verbindungsteil 88A bilden die Federkontakte 80A und 81a während des Ein- und Ausfahrens jedoch ständig einen geschlossenen Stromkreis zwischen dem Koaxialkabel 26A und dem Verbindungsteil 88A. Um die gewünschte Anpassung der Impedanz in der voll ausgefahrenen Position zu erreichen, muß der Kontaktpunkt zwischen den Federkontakten 80A und 81A und dem Verbindungsteil 88A um 180º ± 45º gegenüber dem Anschlußpunkt 130A verschoben sein, so wie es in Fig. 27 gezeigt ist.
Somit gibt die vorliegende Erfindung eine einziehbare, durch einen Motor angetriebene Dreibandantenne an, die in der Lage ist, Signale der kommerziellen AM/FM Rundfunkbänder zu empfangen sowie Mobilfunksignale zu empfangen und zu senden. Die Antenne hat einen einheitlichen Schleifringverbinder, der das koaxiale Eingangssignal zu einem koaxialen Ausgangsverbinder überträgt, wobei eine Impedanzanpassung und ein minimales VSWR eingehalten werden.

Claims

1. Einziehbare, durch einen Motor angetriebene Antenne (10), bestehend aus einem Gehäuse (24), einem an dem Gehäuse (24) angebrachten, teleskopartigen Hochfrequenzteil (42) mit einer bestimmten Impedanz zum Abstrahlen und Empfangen von elektromagnetischer Energie innerhalb eines gegebenen Frequenzbandes, einer drehbar in dem Gehäuse (24) gelagerten Spule (64) und einem mit einem Ende an dem Hochfrequenzteil (42) der Antenne (10) befestigten Koaxialkabel (26) zum Einziehen und Ausfahren des Hochfrequenzteils (42) und zur Übertragung eines Hochfrequenzsignals, bei welcher das Koaxialkabel (26) mit seinem anderen Ende derart mit der Spule (64) verbunden ist, daß es beim Einziehen und Ausfahren des Hochfrequenzteils (42) der Antenne (10) auf- und abgewickelt wird, bei welcher das Koaxialkabel (26) eine mit der bestimmten Impedanz des Hochfrequenzteils (42) identische Impedanz hat, bei welcher zum Drehen der Spule (64) während des Einziehens und beim Ausfahren des Hochfrequenzteils (42) ein Antrieb (22) vorhanden ist und bei welcher an dem Gehäuse (24) ein Drehverbinder (88) zur Übertragung eines Hochfrequenzsignals zwischen dem Koaxialkabel (26) und einem Sende- und Empfangsgerät für Hochfrequenz angebracht ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Impedanz des Drehverbinders (88) dem Hochfrequenzteil (42) der Antenne und dem Koaxialkabel (26) angepaßt ist,

- daß der Drehverbinder (88) erste und zweite Kontakte (80,81), die als drehbare Kontakte an der Spule (64) angebracht und elekrisch leitend mit bestimmten Teilen (76, 78) des Koaxialkabels (26) verbunden sind sowie dritte und vierte Kontakte (102, 104) aufweist, die am Gehäuse (24) angebracht sind und in jeder Position beim Einziehen und Ausfahren des teleskopartigen Hochfrequenzteils (42) der Antenne (10) jeweils elektrisch leitend mit den ersten und zweiten Kontakten (80, 81) verbunden sind, wobei zum Übertragen eines Hochfrequenzsignals zu dem Sendeund Empfangsgerät ein elektrischer Leiter (96, 98) vorgesehen ist, der am Gehäuse (24) mit elektrisch leitender Verbindung zu den dritten und vierten Kontakten (102, 104) angebracht ist,

- daß die ersten und zweiten Kontakte (80,81) als Federkontakte ausgebildet sind, die durch natürliche Elastizität an den dritten und vierten Kontakten (102, 104) anliegen,

- daß die dritten und vierten Kontakte (102, 104) als Schleifringe ausgebildet sind, so daß die ersten und zweiten Kontakte (80, 81) in jeder Position beim Einziehen und Ausfahren des teleskopartigen Hochfrequenzteils (42) in ständigem Kontakt mit denselben stehen und

- daß der elektrische Leiter (96, 98) als auf einer Basisplatte (94) angebrachte gedruckte Schaltung ausgebildet ist, mit der die ebenfalls auf der Basisplatte (94) angeordneten ringförmigen Kontakte elektrisch leitend verbunden sind.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkontakte (80, 81) als von der Spule (4) getragene Blattfedern ausgebildet sind.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontakt (80) elektrisch leitend mit einem Innenleiter (76) und der zweite Kontakt (81) elektrisch leitend mit einem als Geflecht ausgebildeten Leiter (78) des Koaxialkabels (26) verbunden sind.

4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (102,104) auf einer Seite der Basisplatte (94) angebracht sind und so in Kontakt mit der gedruckten Schaltung stehen.

5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Schaltung einen ersten und einen zweiten Teil aufweist, die elektrisch gegeneinander isoliert sind und die elektrisch leitend mit einem Bauteil (110) zum Anschließen der gedruckten Schaltung an das Sende- und Empfangsgerät verbunden sind.

6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile der gedruckten Schaltung auf unterschiedlichen Seiten der Basisplatte (94) liegen.

7. Antenne nach einemd er Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifringe (102,104) als innerer und äußerer Ring konzentrisch zueinander auf der Basisplatte (94) angebracht sind.

8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Schleifring (102) mit dem ersten Teil (98) der gedruckten Schaltung auf einer Unterseite der Basisplatte (94) verbunden ist, während der äußere Schleifring (104) an den zweiten Teil (96) der gedruckten Schaltung auf einer Oberseite der Basisplatte (94) angeschlossen ist.