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EP0557794A1 - In die Fensteröffnung einer metallischen Kraftfahrzeugkarosserie einzusetzende Antennenscheibe - Google Patents

In die Fensteröffnung einer metallischen Kraftfahrzeugkarosserie einzusetzende Antennenscheibe Download PDF

Info

Publication number
EP0557794A1
EP0557794A1 EP93102034A EP93102034A EP0557794A1 EP 0557794 A1 EP0557794 A1 EP 0557794A1 EP 93102034 A EP93102034 A EP 93102034A EP 93102034 A EP93102034 A EP 93102034A EP 0557794 A1 EP0557794 A1 EP 0557794A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
monopoles
radials
antenna
monopole
radial
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.)
Granted
Application number
EP93102034A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0557794B1 (de
Inventor
Detlef Dipl.-Ing. Baranski
Peter Dipl.-Ing. Reichmann
Peter Dipl.-Ing. Paulus
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.)
Flachglas Wernberg GmbH
Original Assignee
Flachglas Wernberg GmbH
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 Flachglas Wernberg GmbH filed Critical Flachglas Wernberg GmbH
Publication of EP0557794A1 publication Critical patent/EP0557794A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0557794B1 publication Critical patent/EP0557794B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/1271—Supports; Mounting means for mounting on windscreens
    • 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
    • H01Q5/364—Creating multiple current paths
    • H01Q5/371—Branching current paths
    • 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
    • H01Q5/378—Combination of fed elements with parasitic elements

Definitions

  • the invention relates to an antenna pane to be inserted into the window opening of a metallic motor vehicle body, which is set up for mobile radio in duo-band operation with wavelengths that differ by a factor of 2 and is equipped with monopoles tuned to the wavelength.
  • the shorter wavelength is referred to as K below.
  • the longer wavelength is denoted by L.
  • the mobile radio works with electromagnetic waves in the decimeter range.
  • Monopoly refers to a linear antenna track in or on the antenna pane, which can be a single pane or a compound pane.
  • the antenna trace can, for example, be printed on and optionally galvanically reinforced or designed as a wire trace.
  • a monopoly the length of which corresponds to a quarter of the wavelength, is generally referred to as a lambda quarter monopoly and in the context of the invention as an L / 4 monopoly or K / 4 monopoly.
  • the transmission behavior and conversely the reception behavior of lambda quarter monopolies is characterized by a good omnidirectional characteristic and a relatively large vertical angle of elevation and is used in the mobile radio sector. It is known to work with L / 4 monopoles and K / 4 monopoles in the mobile radio sector.
  • the L / 4 monopole and the K / 4 monopole are independent antennas which are not in an electron-conducting connection. They are operated separately.
  • the L / 4 monopoly is switched on L-cellular, at K mobile radio the K / 4 monopoly.
  • the inductive and / or capacitive interaction does not interfere, especially since there is no electronically conductive connection.
  • the transmission characteristic (the same applies reciprocally to the reception characteristic) of a lambda quarter monopole is clearly defined for the arrangement of a lambda quarter monopole over an infinitely extensive, completely conductive surface (so-called earth).
  • rod antennas are frequently used in which the motor vehicle body acts as earth and is connected directly as a ground.
  • the earth is also simulated by radials tuned to the wavelength, which in turn interact inductively and capacitively with the metallic motor vehicle body.
  • the radials are usually parallel to the metallic edge of the window opening. This has proven itself in terms of mobile radio technology.
  • the independent arrangement and the independent antenna function of the two lambda quarter monopolies requires special measures and special connection measures (e.g. antenna switches) on the way to the transmitter or receiver, which is considerably annoying if the antenna disks are automatic in modern motor vehicle production to be assembled.
  • Antenna disks for motor vehicles which have mutually electronically connected monopoles of different lengths for different wavelengths are also known (JP A 62-43 905, US 47 49 989), but without specifying radials. They are not suitable for mobile radio in duo band mode.
  • the invention has for its object to further develop an antenna disk of the structure described at the outset and the intended purpose at the outset in such a way that it meets all requirements both on the transmission side and on the reception side.
  • the feature b) states that the length of the k-radial is matched to the length of the K / 4 monopole and the length of the l-radial to the length of the L / 4 monopole, normally with monopoles arranged in a U-shape the l radial is oriented to the side of the L / 4 monopoly, the k radial is to the side of the K / 4 monopole.
  • the l-radial can also be arranged on the side of the K / 4 monopole (correspondingly the k-radial on the L / 4 side). It is understood that the shield of the coaxial cable is connected at its device end to the device ground or to the motor vehicle body.
  • the invention is based on the consideration that a circular opening in an infinitely extended, completely conductive plane itself works as an antenna (so-called generalized Babinet principle, cf. Sommerfeld “Optik", 1964, pages 177-179).
  • This "hole antenna” shows in its plane a distinctive structure of the electrical or magnetic field strengths if the ratio of the wavelength of the electromagnetic waves and the diameter of the opening lie in the pronounced diffraction range, as is the case for the waves of mobile radio and for antenna disks usual motor vehicles is the case (Handbuch der Physik, Band XXV / l, 1961, pages 460 - 465). All of this applies to the window openings of a metallic motor vehicle body in a modified manner, but has so far not been taken into account.
  • the invention is based on the knowledge that the monopoles (L / 4 monopoly and K / 4 monopoly) in the hole antenna, which is given by the window opening in the motor vehicle body, need to be adapted to the structure of the electromagnetic field strengths and that a special one Coupling to the "mass" is required, which is given by the motor vehicle body.
  • the er. reaches the invention in the context of the combination of the features mentioned in that the distance between the two radials from the metallic edge of the window opening and their lengths and widths are chosen so that the shielding of the coaxial cable is sufficiently free of sheathed waves and the radiation characteristics are optimized.
  • the impedance can also be adapted to the coaxial cable. This adaptation or optimization can be determined by experiments without difficulty.
  • the two monopoles of an antenna disk according to the invention do not adversely affect one another.
  • the function can be explained as follows: In an antenna disk according to the invention, the two monopoles are connected in parallel. In the long band, the long monopoly is resonant, ie low-resistance, the short monopoly is too short and therefore capacitively high-resistance. As a result, the short monopoly does not work in the long band. In the short band, the long monopoly is too long, ie high-impedance.
  • the monopolies can experience a capacitive shortening in a manner known per se. This can be achieved in a simple manner, in particular with regard to the long monopoly, namely through a T-shaped design.
  • L / 4 monopoly and K / 4 monopoly are to be understood in the sense of antenna technology and include length tolerances with respect to the assigned wavelength of ⁇ 20%.
  • the geometric length of the monopoles is shortened compared to the vacuum (air) quarter wavelength due to the presence of the dielectric glass panes.
  • the shortening factor depends on the window opening and therefore on the geometry of the antenna pane, on the geometry of the monopoles and above all on the thickness of the glass panes used. It is typically 0.6-0.8.
  • the optimization is particularly easy to achieve and is particularly pronounced if the l radial and the k radial have the length of the respectively assigned monopole.
  • the l radial and the k radial can also be provided with a length which corresponds to (2n-l) times the length of the respectively assigned monopoly, n is an integer greater than or equal to one.
  • the space between the monopoles has a width of approximately K / 20 or less than K / 20.
  • the radials expediently have a width of at least K / 200.
  • the width of K / 100 has also proven itself.
  • the radials can be doubled.
  • the antenna elements are particularly useful if the usual polarization of the electromagnetic waves of mobile radio is taken into account when the monopoles are arranged essentially vertically.
  • the radials are advantageously arranged essentially horizontally.
  • the radials In the embodiment as a windshield, it is advisable to arrange the radials on the upper edge of the windshield, in such a way that the monopoles point downward.
  • the radials In the embodiment as a side window, it is advisable to arrange the radials on the upper and / or lower edge so that the monopoles each point to the opposite edge.
  • the radials are expediently arranged on the lower edge, so that the monopolies point upwards.
  • the antenna panes shown in the figures are to be inserted into the window opening of a metallic motor vehicle body.
  • the antenna discs are equipped with monopoles tuned to the wavelengths.
  • an L / 4 monopole 1 and a K / 4 monopole 2 are always connected in parallel and are arranged in a U-shaped or V-shaped manner with an electrically conductive connection at the base point 3.
  • the L / 4 monopoly 1 is an l-radial 4
  • the K / 4 monopoly 2 is assigned a k-radial 5, which run parallel to the metallic edge 6 of the window opening.
  • the l-radial 4 is oriented to the side of the L / 4 monopole 1, the k-radial 5 to the side of the K / 4 monopole 2.
  • the reverse arrangement can also be chosen.
  • the core 8 of a coaxial cable 9 is connected via a connector 7.
  • the shield 10 of the coaxial cable 9 is connected to the two radials 4, 5.
  • the connecting piece 7 can be a soldered connection, a plug element or the like, the wave resistance of the connecting piece 7 preferably corresponding to that of the coaxial cable 9.
  • the distance between the two radials 4, 5 from the metallic edge 6 of the window opening and their lengths and widths are selected so that the jacket 10 of the coaxial cable 9 is sufficiently free of jacket waves and the radiation characteristic is optimized.
  • FIG. 2 illustrates modifications of the basic principle of an antenna disk according to the invention shown in FIG. 1. It can be seen from FIG. 2d) that an L / 4 monopole 1 is additionally arranged and that the two L / 4 monopoles 1 are spread out in a V-shape. In this embodiment, the K / 4 monopoly 2 is located in the V-axis. Another embodiment can be seen in FIGS. 2e) and 2f). This clarifies that an additional K / 4 monopole 2 is arranged and that the two K / 4 monopolies 2 are spread out in a V-shape, the L / 4 monopole 1 being arranged in the V-axis here.
  • Figure 2c shows that an additional L / 4 monopoly 1 parallel to the first and symmetrical on the K / 4 monopole 2 is arranged, the ends of the L / 4 monopoles 1 being connected.
  • Figures 2b) and 2f) you can also see that the L / 4 monopoly 1 is capacitively shortened by a T-shaped design.
  • FIG. 1 it can be seen that the l-radial 4 and the k-radial 5 have the length of the respectively assigned monopole 1 or 2. Reference has already been made to the permissible length tolerances and the usual shortening factors.
  • FIG. 2 makes it clear that the radials 4, 5 can also be doubled. With regard to the spaces between the monopoles 1, 2 and the width of the radials 4, 5, reference is made to claims 7 to 9.
  • FIG. 3 The orientation of the monopoles 1, 2 and radials 4, 5 in an antenna pane according to the invention is illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 3 an embodiment as a windshield or rear window 11 can be seen Monopolies 1, 2 point downwards.
  • the radials 4, 5 are arranged at the upper and at the lower edge, while the monopoles 1, 2 point to the opposite edge.
  • Figure 3d) shows the embodiment as a side window 13 with radials 4, 5 at the bottom, while the monopoles 1, 2 point upwards.
  • the radials 4, 5 can also enclose an angle of less than 180 ° by running parallel to the pane edges converging in the corner.

Landscapes

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Abstract

In die Fensteröffnung einer metallischen Kraftfahrzeugkarosserie einzusetzende Antennenscheibe, die für den Mobilfunk im Duoband-Betrieb mit um etwa einen Faktor 2 unterschiedlichen Wellenlängen (L und K; L = 2 K) eingerichtet ist. Sie ist mit auf die Wellenlänge abgestimmten Monopolen ausgerüstet. Ein L/4-Monopol sowie ein K/4-Monopol sind elektrisch parallel geschaltet sowie U-förmig oder V-förmig mit elektronisch leitender Verbindung im Fußpunkt angeordnet. Dem L/4-Monopol ist ein 1-Radial, dem K/4-Monopol ist ein k-Radial zugeordnet, die parallel zum metallischen Rand der Fensteröffnung verlaufen. An den Fußpunkt ist über ein Anschlußstück die Seele eines Koaxialkabels angeschlossen. Die Abschirmung des Koaxialkabels ist mit den beiden Radials verbunden. Der Abstand der beiden Radials vom metallischen Rand der Fensteröffnung sowie ihre Längen l, k und Breiten sind so gewählt, daß die Abschirmung des Koaxialkabels ausreichend mantelwellenfrei ist und die Strahlungscharakteristik optimiert ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine in die Fensteröffnung einer metallischen Kraftfahrzeugkarosserie einzusetzende Antennenscheibe, die für den Mobilfunk im Duoband-Betrieb mit um etwa einen Faktor 2 unterschiedlichen Wellenlängen eingerichtet sowie mit auf die Wellenlänge abgestimmten Monopolen ausgerüstet ist. - Die kürzere Wellenlänge wird im folgenden mit K bezeichnet. Die größere Wellenlänge wird mit L bezeichnet.
  • Der Mobilfunk arbeitet mit elektromagnetischen Wellen im Dezimeterbereich. Monopol bezeichnet eine lineare Antennenspur in oder auf der Antennenscheibe, die eine Einfachscheibe oder eine Verbundscheibe sein kann. Die Antennenspur kann beispielsweise aufgedruckt und gegebenenfalls galvanisch verstärkt oder als Drahtspur ausgeführt sein. Ein Monopol, dessen Länge einem Viertel der Wellenlänge entspricht, wird allgemein als Lambdaviertel-Monopol und im Rahmen der Erfindung als L/4-Monopol bzw. K/4-Monopol bezeichnet. Das Sendeverhalten und umgekehrt das Empfangsverhalten von Lambdaviertel-Monopolen ist durch eine gute Rundstrahlcharakteristik sowie einen relativ großen vertikalen Erhebungswinkel gekennzeichnet und wird im Mobilfunkbereich genutzt. Es ist bekannt, im Mobilfunkbereich mit L/4-Monopolen und K/4-Monopolen zu arbeiten.
  • Bei der aus der Praxis bekannten Antennenscheibe, von der die Erfindung ausgeht, sind der L/4-Monopol und der K/4-Monopol selbständige Antennen, die nicht in elektronenleitender Verbindung stehen. Sie werden separat betrieben. Bei L-Mobilfunk wird der L/4-Monopol geschaltet, bei K-Mobilfunk der K/4-Monopol. Die induktive und/oder kapazitive Wechselwirkung stört nicht, zumal eine elektronisch leitende Verbindung fehlt. Die Sendecharakteristik (entsprechendes gilt reziprok für die Empfangscharakteristik) eines Lambdaviertel-Monopols ist eindeutig definiert für die Anordnung eines Lambdaviertel-Monopols über einer unendlich ausgedehnten, vollkommen leitenden Fläche (sogenannte Erde). In der Praxis werden daher häufig Stabantennen eingesetzt, bei denen die Kraftfahrzeugkarosserie als Erde wirkt und direkt als Masse geschaltet ist. Im Mobilfunk bei Kraftfahrzeugen wird die Erde auch durch auf die Wellenlänge abgestimmte Radials simuliert, die ihrerseits induktiv und kapazitiv mit der metallischen Kraftfahrzeugkarosserie wechselwirken. Die Radials verlaufen in der Regel parallel zum metallischen Rand der Fensteröffnung. Das hat sich mobilfunktechnisch bewährt. Die selbständige Anordnung sowie die selbständige antennentechnische Funktion der beiden Lambdaviertel-Monopole verlangt jedoch auf dem Weg zum Sender bzw. zum Empfänger besondere Maßnahmen und besondere anschlußtechnische Maßnahmen (z. B. Antennenweichen), was erheblich stört, wenn in der modernen Kraftfahrzeugfertigung die Antennenscheiben automatisch montiert werden.
  • Zum Empfang von klassischen Kurzwellen, deren Wellenlänge wesentlich länger ist als die der elektromagnetischen Wellen des modernen Mobilfunks, ist es bekannt (GB 460 570, 1937), mit gekreuzten Linearantennen zu arbeiten, deren Kreuzarme beidseits des Kreuzungspunktes unterschiedlich lang sind und einerseits sowie andererseits des Kreuzes zur Resonanz mit entsprechenden Wellen im Kurzwellenspektrum als Lambdahalbe-Dipole ausgelegt sind. Sie werden nicht im Sinne der vorstehenden Ausführungen separat betrieben. Radials im Sinne der vorstehenden Definition sind hier nicht vorgesehen. Eine Übertragung auf, Antennenscheiben, die in Fensteröffnungen von Kraftfahrzeugkarosserien einzusetzen und für den Mobilfunk bestimmt sowie bezüglich der Dipollänge der Wellenlänge des Mobilfunks anzupassen wären, führt nicht zum Erfolg. Antennenscheiben für Kraftfahrzeuge, die untereinander elektronisch leitend verbundene unterschiedlich lange Monopole für unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, sind ebenfalls bekannt (JP A 62-43 905, US 47 49 989), jedoch ohne Spezifizierung von Radials. Sie sind nicht für den Mobilfunk im Duoband-Betrieb geeignet.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenscheibe des eingangs beschriebenen Aufbaus sowie der eingangs angegebenen Zweckbestimmung auf einfache Weise so weiter auszugestalten, daß sie sowohl sendeseitig als auch empfangsseitig allen Anforderungen genügt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung eine in die Fensteröffnung einer metallischen Kraftfahrzeugkarosserie einzusetzende Antennenscheibe, die für den Mobilfunk im Duoband-Betrieb mit um etwa einen Faktor 2 unterschiedlichen Wellenlängen (L und K; L = 2 K) eingerichtet sowie mit auf die Wellenlänge abgestimmten Monopolen ausgerüstet ist, wobei die Kombination der folgenden Merkmale verwirklicht ist: a) ein L/4-Monopol sowie ein K/4-Monopol sind elektrisch parallel geschaltet sowie U-förmig oder V-förmig mit elektronisch leitender Verbindung im Fußpunkt angeordnet; b) dem L/4-Monopol ist ein l-Radial, dem K/4-Monopol ist ein k-Radial zugeordnet, die in der Nähe des Fußpunkts miteinander verbunden sind und parallel zum metallischen Rand der Fensteröffnung verlaufen; c) an den Fußpunkt ist über ein Anschlußstück die Seele eines Koaxialkabels angeschlossen; d) die Abschirmung des Koaxialkabels ist mit den beiden Radials, verbunden, wobei der Abstand der beiden Radials vom metallischen Rand der Fensteröffnung sowie ihre Längen l, k und Breiten so gewählt sind, daß die Abschirmung des Koaxialkabels ausreichend mantelwellenfrei ist und die Strahlungscharakteristik optimiert ist. - Das Merkmal b) besagt, daß die Länge des k-Radials auf die Länge des K/4-Monopols und die Länge des l-Radials auf die Länge des L/4-Monopols abgestimmt ist, wobei normalerweise bei U-förmig angeordneten Monopolen das l-Radial zur Seite des L/4-Monopols, das k-Radial zur Seite des K/4-Monopols orientiert sind. Es kann aber auch das l-Radial auf der Seite des K/4-Monopols angeordnet sein (entsprechend das k-Radial auf der L/4-Seite). Es versteht sich, daß die Abschirmung des Koaxialkabels an ihrem geräteseitigen Ende mit der Gerätemasse bzw. mit der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden ist.
  • Die Erfindung beruht auf der Erwägung, daß eine kreisförmige Öffnung in einer unendlich ausgedehnten, vollkommen leitenden Ebene selbst als eine Antenne arbeitet (sogenanntes verallgemeinertes Babinet'sches Prinzip, vgl. Sommerfeld "Optik", 1964, Seiten 177 - 179). Diese "Lochantenne" zeigt in ihrer ,Ebene eine ausgeprägte Struktur der elektrischen bzw. der magnetischen Feldstärken, wenn das Verhältnis der Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen und der Durchmesser der Öffnung im ausgeprägten Beugungsbereich liegen, wie es für die Wellen des Mobilfunks und für Antennenscheiben üblicher Kraftfahrzeuge der Fall ist (Handbuch der Physik, Band XXV/l, 1961, Seiten 460 - 465). Das alles gilt modifiziert für die Fensteröffnungen einer metallischen Kraftfahrzeugkarosserie, ist aber bisher nicht beachtet worden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Monopole (L/4-Monopol und K/4-Monopol) in der Lochantenne, die durch die Fensteröffnung in der Kraftfahrzeugkarosserie gegeben ist, der Anpassung an die Struktur der elektromagnetischen Feldstärken bedürfen und daß eine besondere Ankopplung an die "Masse" erforderlich ist, die durch die Kraftfahrzeugkarosserie gegeben ist. Das er.reicht die Erfindung im Rahmen der Kombination der genannten Merkmale dadurch, daß der Abstand der beiden Radials vom metallischen Rand der Fensteröffnung sowie ihre Längen und Breiten so gewählt werden, daß die Abschirmung des Koaxialkabels ausreichend mantelwellenfrei ist und die Strahlungscharakteristik optimiert ist. Überraschenderweise läßt sich dabei auch die Impedanz dem Koaxialkabel anpassen. Diese Anpassung bzw. Optimierung kann ohne Schwierigkeiten durch Versuche ermittelt werden. Das gilt auch für die Orientierung der Monopole und der Radials in der Fensteröffnung insgesamt. Überraschenderweise beeinträchtigen sich die beiden Monopole einer erfindungsgemäßen Antennenscheibe nicht. Insoweit läßt sich die Funktion wie folgt erläutern: Bei einer erfindungsgemäßen Antennenscheibe sind die beiden Monopole parallelgeschaltet. Im langen Band ist der lange Monopol resonant, d. h. niederohmig, der kurze Monopol ist zu kurz und darum kapazitiv hochohmig. Folglich arbeitet der kurze Monopol im langen Band nicht. Im kurzen Band ist der lange Monopol zu lang, d. h. hochohmig. Durch die Parallelschaltung mit dem resonanten kurzen Monopol sowie die besondere Anordnung der beiden längen- und breitenangepaßten Radials ist das Gesamtgebilde adaptiert. Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung die Monopole in an sich bekannter Weise eine kapazitive Verkürzung erfahren können. Das läßt sich insbesondere in bezug auf den langen Monopol auf einfache Weise, nämlich durch T-förmige Gestaltung erreichen. Es versteht sich fernerhin, daß die Ausdrücke L/4-Monopol und K/4-Monopol im Sinne der Antennentechnik zu verstehen sind und Längentoleranzen in bezug auf die zugeordnete Wellenlänge von ± 20 % umfassen. Die geometrische Länge der Monopole ist gegenüber der Vakuum(Luft-)Viertelwellenlänge wegen des Vorhandenseins der dielektrischen Glasscheiben verkürzt. Der Verkürzungsfaktor ist von der Fensteröffnung und daher von der Geometrie der Antennenscheibe, von der Geometrie der Monopole sowie vor allem von der Dicke der verwendeten Glasscheiben abhängig. Er liegt typischerweise bei 0,6 - 0,8.
  • Im einzelnen bestehen mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Insbesondere besteht die Möglichkeit, zusätzlich einen L/4-Monopol anzuordnen sowie die nunmehr zwei L/4-Monopole V-förmig gespreizt vorzusehen, wobei in der V-Achse der K/4-Monopol angeordnet ist. Umgekehrt kann man aber auch zusätzlich einen K/4-Monopol vorsehen sowie die beiden K/4-Monopole V-förmig spreizen, wobei hier in der V-Achse der L/4-Monopol angeordnet ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es, bei der Ausführungsform mit U-förmig angeordneten Monopolen einen zusätzlichen L/4-Monopol parallel zum ersten und symmetrisch in bezug auf den K/4-Monopol anzuordnen, wobei die freien Enden der L/4-Monopole elektronisch leitend verbunden sind.
  • Die Optimierung ist besonders einfach zu erreichen und besonders ausgeprägt, wenn das l-Radial sowie das k-Radial die Länge des jeweils zugeordneten Monopols aufweisen. Man kann aber auch das l-Radial sowie das k-Radial mit einer Länge versehen, die dem (2n-l)-fachen der Länge des jeweils zugeordneten Monopols entspricht, n ganzzahlig größer oder gleich eins.
  • Sehr vorteilhaft ist es im Sinne einer Optimierung bei der Ausführungsform mit U-förmig angeordneten Monopolen und Abwandlungen davon, wenn der Zwischenraum zwischen den Monopolen eine Breite von etwa K/20 oder kleiner als K/20 aufweist. Die Radials besitzen zweckmäßigerweise eine Breite von zumindest K/200. Auch die Breite von K/100 hat sich bewährt. Die Radials können verdoppelt werden.
  • Zu einem besonders großen Nutzen der Antennenelemente kommt man unter Berücksichtigung der üblichen Polarisierung der elektromagnetischen Wellen des Mobilfunks, wenn die Monopole im wesentlichen vertikal angeordnet sind.
  • Andererseits sind die Radials für zweckmäßigerweise im wesentlichen horizontal angeordnet. In der Ausführungsform als Windschutzscheibe empfiehlt es sich, die Radials am oberen Rand der Scheibe anzuordnen, und zwar so, daß die Monopole nach unten weisen. In der Ausführungsform als Seitenscheibe empfiehlt es sich, die Radials am oberen und/oder unteren Rand anzuordnen, so daß die Monopole jeweils zum gegenüberliegenden Rand weisen. In der Ausführungsform als Dreieckscheibe sind die Radials zweckmäßigerweise am unteren Rand angeordnet, so daß die Monopole nach oben weisen.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung
    • Fig. 1
    die Ansicht einer erfindungsgemäßen Antennenscheibe mit angedeuteter Kraftfahrzeugöffnung,
    Fig. 2
    mit den Teilfiguren a) bis f) besondere Ausgestaltungen für die Anordnung der Monopole und der Radials in einer erfindungsgemäßen Antennenscheibe und
    Fig. 3
    mit den Teilfiguren a) bis d) verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Antennenscheiben.
  • Die in den Figuren dargestellten Antennenscheiben sind in die Fensteröffnung einer metallischen Kraftfahrzeugkarosserie einzusetzen. Insoweit besteht eine zwingende Zuordnung zwischen der Geometrie der Fensteröffnung und der Umfangsgeometrie der Antennenscheibe, die als ebene Scheibe oder gekrümmt ausgeführt sein kann. Die Antennenscheiben sind für den Mobilfunk im Duoband-Betrieb mit um einen Faktor 2 unterschiedlichen Wellenlängen L und K eingerichtet, wobei L = 2K ist. Die Antennenscheiben sind mit auf die Wellenlängen abgestimmten Monopolen ausgerüstet.
  • Aus einer vergleichenden Betrachtung der Figuren 1 bis 3 entnimmt man, daß stets ein L/4-Monopol 1 sowie ein K/4-Monopol 2 elektrisch parallel geschaltet sowie U-förmig oder V-förmig mit elektrisch leitender Verbindung im Fußpunkt 3 angeordnet sind. Dem L/4-Monopol 1 ist ein l-Radial 4, dem K/4-Monopol 2 ist ein k-Radial 5 zugeordnet, die parallel zum metallischen Rand 6 der Fensteröffnung verlaufen. Das l-Radial 4 ist zur Seite des L/4-Monopols 1 orientiert, das k-Radial 5 zur Seite des K/4-Monopols 2 hin. Es kann aber auch die umgekehrte Anordnung gewählt werden. An den Fußpunkt 3 ist über ein Anschlußstück 7 die Seele 8 eines Koaxialkabels 9 angeschlossen. Die Abschirmung 10 des Koaxialkabels 9 ist mit den beiden Radials 4, 5 verbunden. Das Anschlußstück 7 kann eine Lötverbindung, ein Steckelement oder dergleichen sein, wobei vorzugsweise der Wellenwiderstand des Anschlußstücks 7 demjenigen des Koaxialkabels 9 entspricht.
  • Durch Doppelpfeile wurde angedeutet, daß der Abstand der beiden Radials 4, 5 vom metallischen Rand 6 der Fensteröffnung sowie ihre Längen und Breiten so gewählt sind, daß der Mantel 10 des Koaxialkabels 9 ausreichend mantelwellenfrei ist und die Strahlungscharakteristik optimiert ist.
  • Die Figur 2 verdeutlicht Abwandlungen des in der Figur 1 dargestellten Grundprinzips einer erfindungsgemäßen Antennenscheibe. Man entnimmt aus der Figur 2d), daß zusätzlich ein L/4-Monopol 1 angeordnet ist und daß die beiden L/4-Monopole 1 V-förmig gespreizt sind. In der V-Achse befindet sich bei dieser Ausführungsform der K/4-Monopol 2. Eine andere Ausführungsform erkennt man in den Figuren 2e) und 2f). Diese verdeutlicht, daß ein zusätzlicher K/4-Monopol 2 angeordnet ist und daß die beiden K/4-Monopole 2 V-förmig gespreizt sind, wobei hier in der V-Achse der L/4-Monopol 1 angeordnet ist. Die Figur 2c) zeigt, daß ein zusätzlicher L/4-Monopol 1 parallel zum ersten und symmetrisch auf den K/4-Monopol 2 angeordnet ist, wobei die Enden der L/4-Monopole 1 verbunden sind. In den Figuren 2b) und 2f) erkennt man fernerhin, daß der L/4-Monopol 1 kapazitiv durch eine T-förmige Gestaltung verkürzt ist. In der Figur 1 erkennt man, daß das l-Radial 4 sowie das k-Radial 5 die Länge des jeweils zugeordneten Monopols 1 bzw. 2 aufweisen. Auf die zulässigen Längentoleranzen und übliche Verkürzungsfaktoren wurde bereits verwiesen. Die Figur 2 macht deutlich, daß die Radials 4, 5 auch verdoppelt werden können. Bezüglich der Zwischenräume zwischen den Monopolen 1, 2 und der Breite der Radials 4, 5 wird auf die Patentansprüche 7 bis 9 verwiesen.
  • Die Orientierung der Monopole 1, 2 und Radials 4, 5 in einer erfindungsgemäßen Antennenscheibe verdeutlicht die Figur 3. In der Figur 3 erkennt man eine Ausführungsform als Windschutzscheibe oder Heckscheibe 11. Die Radials 4, 5 sind am oberen Rand der Scheibe 11 angeordnet, die Monopole 1, 2 weisen nach unten. Bei der Ausführungsform als Seitenscheibe 12, die in den Figuren 3b) und 3c) verdeutlicht ist, sind die Radials 4, 5 am oberen bzw. am unteren Rand angeordnet, während die Monopole 1, 2 zum gegenüberliegenden Rand weisen. Die Figur 3d) zeigt die Ausführungsform als Seitenscheibe 13 mit Radials 4, 5 am unteren Rand, während die Monopole 1, 2 nach oben weisen. Bei Anordnung der Monopole 1, 2 in einer Scheibenecke können die Radials 4, 5 auch einen Winkel unter 180° einschließen, indem sie parallel zu den in der Ecke zusammenlaufenden Scheibenrändern verlaufen.

Claims (14)

  1. In die Fensteröffnung einer metallischen Kraftfahrzeugkarosserie einzusetzende Antennenscheibe, die für den Mobilfunk im Duoband-Betrieb mit um etwa einen Faktor 2 unterschiedlichen Wellenlängen (L und K; L = 2 K) eingerichtet sowie mit auf die Wellenlänge abgestimmten Monopolen ausgerüstet ist, wobei die Kombination der folgenden Merkmale verwirklicht ist:
    a) ein L/4-Monopol sowie ein K/4-Monopol sind elektrisch parallel geschaltet sowie U-förmig oder V-förmig mit elektronisch leitender Verbindung im Fußpunkt angeordnet,
    b) dem L/4-Monopol ist ein l-Radial dem, K/4-Monopol ist ein k-Radial zugeordnet, die parallel zum metallischen Rand der Fensteröffnung verlaufen,
    c) an den Fußpunkt ist über ein Anschlußstück die Seele eines Koaxialkabels angeschlossen,
    d) die Abschirmung des Koaxialkabels ist mit den beiden Radials verbunden,
    wobei der Abstand der beiden Radials vom metallischen Rand der Fensteröffnung sowie ihre Längen 1, k und ihre Breiten so gewählt sind, daß der Mantel des Koaxialkabels ausreichend mantelwellenfrei ist und die Strahlungscharakteristik optimiert ist.
  2. Antennenscheibe nach Anspruch 1, wobei zusätzlich ein L/4-Monopol angeordnet ist sowie die L/4-Monopole V-förmig gespreizt sind und wobei in der V-Achse der K/4-Monopol angeordnet ist.
  3. Antennenscheibe nach Anspruch 1, wobei zusätzlich ein K/4-Monopol angeordnet sowie die K/4-Monopole V-förmig gespreizt sind und wobei in der V-Achse der L/4-Monopol angeordnet ist.
  4. Antennenscheibe nach Anspruch 1 in der Ausführungsform mit U-förmig angeordneten Monopolen, wobei ein zusätzlicher L/4-Monopol parallel zum ersten und symmetrisch in bezug auf den K/4-Monopol angeordnet ist und wobei die Enden der L/4-Monopole elektronisch leitend verbunden sind.
  5. Antennenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das l-Radial sowie das k-Radial die Länge der jeweils zugeordneten Monopole aufweisen.
  6. Antennenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das l-Radial sowie das k-Radial eine Länge aufweisen, die dem (2n-l)-fachen der Länge der jeweils zugeordneten Monopole entspricht, n ganzzahlig größer oder gleich eins.
  7. Antennenscheibe nach Anspruch 1 in der Ausführungsform mit U-förmig angeordneten Monopolen oder nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, wobei der Zwischenraum zwischen den Monopolen eine Breite von etwa K/20 oder kleiner als K/20 aufweist.
  8. Antennenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Radials eine Breite von zumindest K/200 aufweisen.
  9. Antennenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Radials verdoppelt sind.
  10. Antennenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Monopole im wesentlichen vertikal angeordnet sind.
  11. Antennenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Radials im wesentlichen horizontal angeordnet sind.
  12. Antennenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in der Ausführungsform als Windschutzscheibe oder Heckscheibe, wobei die Radials am oberen Rand der Scheibe angeordnet sind und die Monopole nach unten weisen.
  13. Antennenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in der Ausführungsform als Seitenscheibe, wobei die Radials am oberen und/oder unteren Rand angeordnet sind und die Monopole zum gegenüberliegenden Rand weisen.
  14. Antennenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in der Ausführungsform als Dreieckscheibe, wobei die Radials am unteren Rand angeordnet sind und die Monopole nach oben weisen.
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