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EP0761021B1 - Antenne de faible hauteur de construction electrique - Google Patents

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Publication number
EP0761021B1
EP0761021B1 EP96907252A EP96907252A EP0761021B1 EP 0761021 B1 EP0761021 B1 EP 0761021B1 EP 96907252 A EP96907252 A EP 96907252A EP 96907252 A EP96907252 A EP 96907252A EP 0761021 B1 EP0761021 B1 EP 0761021B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
frequency range
bridge
conductive surface
electrically
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP96907252A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0761021A1 (fr
Inventor
Heinz Lindenmeier
Jochen Hopf
Leopold Reiter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuba Automotive GmbH and Co KG
Original Assignee
Fuba Automotive GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuba Automotive GmbH and Co KG filed Critical Fuba Automotive GmbH and Co KG
Publication of EP0761021A1 publication Critical patent/EP0761021A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP0761021B1 publication Critical patent/EP0761021B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/30—Combinations of separate antenna units operating in different wavebands and connected to a common feeder system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
    • H01Q5/307—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way
    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point

Definitions

  • the invention relates to an antenna in the preamble of the claim 1 mentioned type.
  • An antenna of this type can be very advantageous in radio mode on motor vehicles for mobile radio services be used. It has in particular in the GHz frequency range the advantage of a small height with the desired Directional diagram to connect.
  • the invention is based on antennas of this type, as they are known from the DAS 2153 827 and DAS 2633 757 as well as European patent applications EP 0176311, EP 0177362 and EP 0163454 are known.
  • the antennas described there essentially consist of one L-shaped flat part over a conductive base or are designed as U-shaped flat antennas.
  • All antennas of this type are according to the current state of the art Technology monofrequency antennas i.e. they are at their basic resonance frequency operated what is physically a requirement for that is that the directional diagram when built over a conductive Surface essentially has a round characteristic.
  • a mobile radio antenna on motor vehicles there is a desire for antennas that are in multiple frequency ranges can be used simultaneously.
  • a cellular antenna both in the D mobile network at around 0.9 GHz and in the frequency range of the e-cellular network at approximately twice the frequency (1.8 GHz).
  • the simultaneous use of one is often Antenna in the frequency-adjacent GPS navigation radio service desired.
  • the object of the invention is therefore in an antenna according to the Preamble of claim 1, with the help of easy to carry out Measures to establish the function for several frequency ranges. These measures are designed to be as cost effective as possible Enable manufacturing.
  • Fig. 1 L-shaped antenna with an almost rectangular first conductive Hatched area over conductive counterweight marked effect zones in another higher frequency
  • Fig. 2 Antenna as Fig. 1, but with an almost circular first conductive surface and missing circle segment.
  • Fig. 3 Antenna with a trapezoidal first conductive surface conductive counterweight and exemplary design of Slits 10, which have a high input impedance at their open End to suppress edge currents in another higher one Frequency range and with additional slots as capacitive Load at the open end, the slots being rectangular Cutouts are loaded inductively, so that the open Slot end at the surface edge, a high-impedance reactance in the sets another higher frequency range.
  • Dashed minimal Size of the second conductive area.
  • Fig. 3a Simplified equivalent circuit diagram of an inventive Antenna to explain the principle of action.
  • Fig. 4 Antenna as Fig. 3 with slots 10 in the bridge 4 to Matching the self-inductance of the bridge in the different Frequency ranges.
  • Fig. 5 L-shaped antenna over a conductive base with a circular sector as the first conductive surface 1 and almost quarter-wavelength slots in the wider frequency range for suppression of currents in the peripheral area of the first area.
  • the different long slots cause resonances in two frequencies adjacent to each other higher frequency ranges.
  • Fig. 6 circular sector antenna with the same shaped second conductive Surface and attachment of the antenna coaxial line parallel to this area.
  • the basic principle of operation of the antenna according to the invention is based on it, with the help of the natural resonance of slots and recesses on the conductive surfaces of the antenna in different Frequency ranges to bring about an antenna resonance.
  • this can be brought about by the fact that the Slots 10 in the first frequency range on the current distribution affect the antenna little and due to the natural resonance of the slot arrangements the current flow on the antenna is designed in this way is that also in this frequency range the antenna impedance resonance exists.
  • the largest dimension of the first conductive area 1 is less than 3/8 lambda, so that is azimuthal Circular diagram e.g. even at double the frequency of the low Frequency range still largely exist.
  • an inductance L 4.13 with a series radiation resistance R s increases and the capacity C 13 represents the capacitance of the inner zone 13 to the base plate and the capacitance C 12, the capacity of the current path 12 with the base plate and L 12 is the series inductance of this current path, the capacitance C 11 of the two edge zones 11 with the base plate is connected in parallel with the connection point 3 via the input impedance Z 10, which is high impedance at this frequency, at the open end of the slots 10.
  • a slot forms an electrical line in a conductive surface, the wave resistance of which increases with the slot width 9.
  • the resonance is mainly formed from the sum of the capacitances C 11 , C 12 , C 13 and the inductance L 12 , L 4 , 13 , the resonance of the slot line results in a complete shutdown of the relatively large ones Capacitance C 11 , whereby the antenna resonates even at the higher frequency. Accordingly, the frequency difference between the first and second resonance is greater, the larger the zone 11 in FIG. 1 is selected by the corresponding position of the slots 10, ie the closer the slots adjacent to the connection point 3 are.
  • the shape of the antenna can affect the basic mode of operation can be freely chosen within wide limits.
  • the one described Effect of the antenna of this kind can be brought about if the first conductive surface e.g. Rectangular shape, trapezoidal shape, Circle sector shape or circular shape with missing circle segment. Also a symmetry condition regarding the surface shape and the arrangement of the slots does not necessarily have to be observed will.
  • the corresponding ones are shown in FIG. 2 for clarification Effective zones for an antenna with a circular shape and a missing one Circle segment entered.
  • FIG. 3 shows an example of an advantageous embodiment of two Slots 10 for designing the current path 12 and the low-current Edge zones 11 and the inner one effective for resonance formation Zone 13 in Fig. 1.
  • the slots 10 in their main direction as To design the boundary of the current path. Is the slot in the higher frequency lambda / 4 long, so it owns at its open End at the edge of the first surface a high input impedance, so that currents at this frequency from connection point 3 to the low-current Zones 11 are hindered in their flow. Noteworthy at the lower frequency, provided that e.g. only half the size the slots for the streams are not essential Obstacle.
  • the first conductive surface 1 are included.
  • you can such slots are introduced into the slots 10, which at their opposite the edge of the conductive surface 1 End with an inductive cutout from the conductive Area 1 is complete.
  • the borders of these sections 14 acts inductively due to its longer length in contrast to Slot, which is a strong due to the small slot width has a capacitive effect.
  • the Reactive resistance in the open end of the slot second frequency range can be designed with high resistance, so that Edge currents on the first conductive surface 1 are significantly suppressed will.
  • the bridge 4 mainly acts inductively. 4 are Slits 10 are also made in the bridge 4 to be on this Way using the changed inductance in a second Frequency range in which the slots have 1/4 wavelength resonance at their open end possess the resonance frequency of the antenna also produce in this frequency range.
  • the first senior Surface 1 of the antenna has the shape of a circular sector with no sector triangle at the top of the circle sector.
  • the Slots 10 are largely straight in this example Sector rays, starting from the circular edge of the sector in Direction of the inner zone of the first conductive surface 1, arranged.
  • Such an antenna can be very advantageous as Antenna for the D mobile network (approx. 900 MHz) and the E mobile network (approx. 1800 MHz). In this case it is Length of the slots about Lambda / 4 to choose for the frequency range of the E network; in the higher frequency range mainly the inner zone 13 of the first conductive Area 1 near the edge 5 and the bridge 4.
  • a special one advantageous embodiment of this antenna covers equally the frequency of the global positioning system (GPS). This is easily achieved by using several slots with slightly unequal lengths for the Slits 10a and 10b in Fig. 5 resonate the antenna at the GPS frequency (1574 MHz) is also reached.
  • GPS global positioning system
  • the circle sector angle for example, 90 degrees.
  • the slots are arranged symmetrically to the bisector. The shorter ones have 6 slits lying near the center line in this Example for the suppression of currents in the electric network frequency range a length of 0.25 lambda. For the longer slots in Fig. 5 was used to generate the resonance of the antenna on the GPS frequency a length of 0.23 lambda is selected.
  • Such an antenna has the particular advantage of being simple Manufacturability. Will it over a conductive base plate or a mechanical support plate, so the first first conductive surface 1 and the bridge 4 from a sheet in one Operation together with the slots 10a and 10b with typical required slot widths of 0.5 ... 1.5 mm are punched out will. By bending the edge 5 at a right angle, the Antenna with the lower edge of the bridge 4 in a simple way mounted on the counterweight. After matching the Position of the slots and their dimensions such that Resonances of the antenna can arise at all three frequencies so with the help of a punch tool the antenna with large Precision and extremely inexpensive to manufacture. One is also in the choice of the sector angle with the invention Antenna relatively free.
  • An antenna according to the invention can e.g. as in Fig. 6, also with mutually congruent conductive surfaces 1 and 2 can be designed.
  • the outer jacket of the coaxial line runs 7 parallel to the surface 2, so that it is the electric field perpendicular to the areas 1, 2 does not bother.

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Abstract

L'invention concerne une antenne de faible hauteur de construction électrique, de préférence pour des fréquences de la gamme du GHz. Cette antenne comprend une première surface électroconductrice (1) qui, dans une première gamme de fréquences ne présente aucune dimension supérieure à 3/8 lambda, ainsi qu'une seconde surface électroconductrice (2) qui sert de contrepoids électrique et dont les dimensions sont au moins égales à celles de la première surface. La seconde surface conductrice est pratiquement parallèle à la première surface conductrice (1) et se situe face à cette dernière à une certaine distance (A). L'antenne comprend également un pont conducteur (4) qui assure, sur une largeur (B), une liaison haute fréquence de basse impédance entre une arête (5) de la première surface conductrice (1) et la seconde surface conductrice (2). La première surface électroconductrice (1) est reliée, en un point d'accouplement (3), au conducteur intérieur d'un câble coaxial (7), au moyen d'une liaison conductrice haute fréquence par l'intermédiaire d'un conducteur (15) au point de raccordement de l'antenne, le conducteur extérieur (8) du câble coaxial (7) étant relié à la seconde surface électroconductrice (2). Les dimensions de l'antenne et le point d'accouplement (3) sont sélectionnés de sorte que l'antenne soit en résonance dans la première gamme de fréquences. Afin de produire la résonance dans au moins une autre gamme de fréquences, au moins l'une des deux surfaces conductrices et/ou le pont conducteur (4) présentent des fentes (10) de largeur (9) et de forme appropriées. Les bords des fentes sont conçus de sorte qu'ils déterminent le parcours du courant sur les surfaces électroconductrices (1, 2) et dans le pont (4) en fonction des fréquences de la première gamme de fréquences et de chaque autre gamme de fréquences, de sorte que l'antenne présente pratiquement une résonance dans la première comme dans chacune des autres gammes de fréquences.

Claims (15)

  1. Antenne de faible hauteur sur le plan électrique, de préférence pour des fréquences dans la bande des gigahertz, constituée d'une première surface électroconductrice (1), dont aucune dimension n'est supérieure à 3/8 lambda dans une première bande de fréquences, d'une deuxième surface électroconductrice (2) au moins de même dimension, agissant comme contrepoids électrique, laquelle surface est sensiblement parallèle à la première surface électroconductrice (1) et est disposée face à cette dernière à une distance (A) déterminée, et d'un pont conducteur (4) qui, sur une largeur (B) de basse impédance sur le plan des hautes fréquences, relie un bord (5) de la première surface électroconductrice (1) à la deuxième surface électroconductrice (2), la première surface électroconductrice (1) formant, en un point de couplage (3), par la conduction des hautes fréquences par l'intermédiaire d'un conducteur (15) au niveau de la prise de l'antenne, une liaison électroconductrice avec le conducteur intérieur d'une ligne coaxiale (7), le conducteur extérieur (8) de ladite ligne coaxiale étant relié à la deuxième surface électroconductrice (2) et les dimensions de l'antenne et du point de couplage (3) étant définies de telle sorte que l'antenne est en résonance dans la première bande de fréquences,
       caractérisée en ce que, pour la formation d'une résonance dans au moins une autre bande de fréquences, des fentes (10) ayant une largeur (9) et une forme appropriées ont été réalisées dans au moins l'une des deux surfaces électroconductrices et/ou dans le pont conducteur (4), la bordure desdites fentes étant chaque fois définie de telle sorte que lesdites fentes déterminent, sélectivement sur le plan des fréquences, la circulation des courants sur les surfaces électroconductrices (1, 2) et dans le pont (4) dans la première bande de fréquences et dans chaque bande de fréquences ultérieure, de telle sorte que l'antenne présente une résonance non seulement dans la première bande de fréquences, mais pratiquement dans chaque bande de fréquences ultérieure.
  2. Antenne selon la revendication 1, caractérisée en ce que, pour la formation d'une résonance dans au moins une autre bande de fréquences à fréquences plus élevées, des fentes (10) ont été réalisées dans au moins l'une des deux surfaces électroconductrices, lesdites fentes présentant chacune une largeur (9) appropriée et une extrémité ouverte orientée vers le bord de la surface, leur tracé dans la surface et leur longueur jusqu'à l'extrémité fermée étant chaque fois définis de telle sorte que lesdites fentes n'influencent que faiblement la circulation des courants sur lesdites surfaces dans la première bande de fréquences et, par conséquent, la zone effective destinée à faire apparaítre la résonance est constituée sensiblement par la totalité de la surface électroconductrice, mais elles déterminent la circulation des courants sur ces surfaces dans chaque bande de fréquences ultérieure, de telle sorte qu'il se forme une voie de courant (12) avec des courants forts entre le point de couplage (3) et le pont conducteur (4) et, à une certaine distance du pont conducteur (4), les zones de bordure (11) de la surface électroconductrice ne conduisent que de faibles courants sur les deux côtés de ladite voie de courant, de telle sorte que la zone intérieure effective (13) destinée à faire apparaítre la résonance se forme à proximité du pont conducteur (4) et cette zone, conformément à la fréquence plus élevée, est plus petite que la surface électroconductrice, de telle sorte que l'antenne présente également une résonance dans cette bande de fréquences.
  3. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que, pour la formation d'une résonance dans au moins une autre bande de fréquences à fréquences plus élevées, au moins une fente (10) a été réalisée dans le pont conducteur (4), ladite fente présentant une largeur (9) appropriée et une extrémité ouverte orientée vers le bord de la surface, son tracé dans la surface et sa longueur jusqu'à l'extrémité fermée étant définis de telle sorte que ladite fente n'influence que faiblement la circulation des courants sur les surfaces dans la première bande de fréquences et, par conséquent, l'action inductive effective du pont, destinée à faire apparaítre la résonance, est constituée sensiblement par la totalité de la largeur du pont, mais détermine la circulation des courants sur ce pont dans chaque bande de fréquences ultérieure, de telle sorte que la largeur effective du pont, conformément à la fréquence ultérieure, est plus petite que la largeur géométrique (B), et que l'antenne présente également une résonance dans cette bande de fréquences.
  4. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que dans le cas d'un rapport de fréquences élevé entre une deuxième bande de fréquences et la première bande de fréquences, les fentes (10) avec une largeur (9) constante sont conçues de telle sorte qu'elles possèdent dans la deuxième bande de fréquences une longueur électrique pratiquement égale à 1/4 lambda, de sorte que l'extrémité ouverte desdites fentes, qui se situe sur le bord de la surface électroconductrice, présente une plus grande réactance.
  5. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que pour diminuer la longueur géométrique nécessaire des fentes, la fente (9) est réalisée avec une faible largeur et son extrémité fermée est formée par le bord d'une surface évidée (14), qui est grande par rapport à la surface de la fente, de sorte que l'extrémité ouverte de la fente dans la deuxième bande de fréquences présente une grande réactance et que cette réactance est si possible faible dans la première bande de fréquences.
  6. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la première surface électroconductrice (1) est réalisée en forme de rectangle et le point de couplage (3) est situé sensiblement sur la médiatrice (16) du bord (5) que forme avec le pont (4) la première surface électroconductrice (1).
  7. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la première surface électroconductrice (1) est réalisée en forme de cercle, dans lequel il manque un segment de cercle, et le point de couplage (3) est situé sensiblement sur la médiatrice (16) du bord (5) sensiblement rectiligne, qui est formé par le segment de cercle manquant et que forme avec le pont (4) la première surface électroconductrice (1).
  8. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la première surface électroconductrice (1) est réalisée en forme de secteur circulaire, dans lequel il manque le triangle formant le sommet du secteur circulaire, et le point de couplage (3) est situé sensiblement sur la bissectrice (6) du secteur circulaire, l'angle d'ouverture du secteur circulaire étant inférieur à 180 degrés.
  9. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'au moins deux fentes (10) sur la première surface électroconductrice (1) sont tracées symétriquement par rapport à l'axe de symétrie (6) et sensiblement rectilignes à partir du bord en direction du pont conducteur (4) et en direction de la zone intérieure effective pour la bande de fréquences ultérieure.
  10. Antenne selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que des fentes sensiblement rectilignes, formant les rayons d'un secteur circulaire, sont orientées à partir du bord de la première surface électroconductrice (1) en direction de la zone intérieure effective (13).
  11. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que des fentes de longueur différente, destinées à faire apparaítre d'autres résonances pour d'autres bandes de fréquence, sont réalisées sur la première et/ou la deuxième surface électroconductrice (1, 2).
  12. Antenne selon la revendication 11, caractérisée en ce que plusieurs fentes sensiblement rectilignes ont été tracées symétriquement par rapport à l'axe de symétrie, de telle sorte que des zones intérieures effectives, destinées à faire apparaítre la résonance, se forment dans le réseau D, le réseau E et pour la navigation par le système GPS (Global Positioning System) assisté par satellite.
  13. Antenne selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la deuxième surface électroconductrice (2) est une surface électroconductrice sensiblement horizontale de la carrosserie d'un véhicule automobile.
  14. Antenne selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la première et la deuxième surface électroconductrice sont sensiblement congruentes l'une par rapport à l'autre et la chemise extérieure de la ligne coaxiale (7) est parallèle à la deuxième surface électroconductrice (2), de telle sorte que ladite chemise ne perturbe pas le champ électrique, perpendiculairement aux surfaces (1, 2).
  15. Antenne selon la revendication 14, caractérisée en ce que ladite antenne est montée sur une surface non électroconductrice de la carrosserie d'un véhicule automobile.
EP96907252A 1995-03-21 1996-03-19 Antenne de faible hauteur de construction electrique Expired - Lifetime EP0761021B1 (fr)

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DE19510236 1995-03-21
DE19510236A DE19510236A1 (de) 1995-03-21 1995-03-21 Flächige Antenne mit niedriger Bauhöhe
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EP0761021A1 EP0761021A1 (fr) 1997-03-12
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EP (1) EP0761021B1 (fr)
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