Antennenmodul

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Antennenmodul für Frequenzen im GHz-Bereich, das an einem Kraftfahrzeug befestigt werden kann.

[0002] Ein derartiges Antennenmodul integriert verschiedene Funktionen von Dachantennen für Kraftfahrzeuge. Hierbei sind Mikrostreifen-Patch-Antennen bekannt, die ein Substrat aufweisen, das auf seiner Unterseite vollflächig metallisiert ist und auf seiner Oberseite eine geeignete Metallstruktur bzw. Antennenstruktur aufweist. Derartige Antennen haben im Allgemeinen eine schmale Frequenzbandbreite, z.B. 1 % bis 2 % relative Bandbreite, falls keine zusätzlichen Maßnahmen vorgesehen sind. Durch das Einsetzen parasitärer Elemente kann eine größere Bandbreite oder die Fähigkeit, mehrere Frequenzbänder abzudecken, erreicht werden. Diese parasitären Elemente sind Leitungs- oder Flächenstrukturen, welche auf derselben oder einer höheren Ebene als die Antennenstruktur ausgebildet sind. Bei Ausbildung der parasitären Elemente auf einer höheren Antennenstruktur sind diese mit der unteren Antennenstruktur gekoppelt, wobei ein gemeinsamer HF-Abgriff an der unteren Antennenstruktur zu einer Verstärkereinrichtung erfolgt. In den parasitären Elementen werden Hochfrequenzströme induziert, welche sich an die Form und Dimension der parasitären Elemente anpassen und damit ihrerseits Felder erzeugen. Hierdurch gibt man dem gesamten Gebilde die Möglichkeit, auch bei Nachbarfrequenzen oder sogar bei etwas entfernteren Frequenzen zu strahlen und zu empfangen

[0003] Derartige Antennenaufbauten sind jedoch nur dann geeignet, wenn das ganze erweiterte Frequenzband für denselben Dienst zur Verfügung steht.

[0004] Falls mehrere unabhängige Dienste vorgesehen sind, werden in der Regel Antennenmodule mit separaten nebeneinander aufgebauten Antennenelementen verwendet. Hierfür ist jedoch ein hoher Platzbedarf erforderlich. Weiterhin ist für eine einwandfreie Funktion der einzelnen Antennenelemente eine ausreichende Entkopplung erforderlich.

[0005] Die EP 0 521 384 A1 zeigt ein Antennenmodul mit einem oberen und einem unteren Substrat, wobei auf dem oberen Substrat eine obere λ/2-Antennenstruktur und auf dem unteren Substrat eine untere λ/2-Antennenstruktur aufgebracht ist. Beiden Antennenstrukturen dient eine unterhalb des unteren Substrates vorgesehene Metallschicht als Referenzfläche, so dass sich eine Parallelschaltung der beiden Antennenschwingkreise ergibt.

[0006] Die US 2004/0051661 A1 zeigt ein Antennenmodul für GPS-Signale und telematische DSRC (Dedicated Short Range Communications for Road Transport Telematics)-Signale. Hierbei ist eine metallische Grundebene auf einer Leiterplatte vorgesehen. Eine erste Antenne wird durch die metallische Grundebene, ein darauf gesetztes Dielektrikum sowie eine darauf ausgebildete Antennenstruktur gebildet. Eine zweite Antenne wird durch die metallische Grundebene, das Dielektrikum der ersten Antenne sowie ein weiteres, darüber vorgesehenes Dielektrikum und eine obere zweite Antennenstruktur für terrestrischen Empfang ausgebildet.

[0007] Die DE 101 33 295 A1 zeigt eine Antennenanordnung für Kraftfahrzeuge zur Anbringung auf einer in Wesentlichen waagerechten metallischen Karosserieoberfläche, die Strahler für mehrere, durch Lücken getrennte Frequenzbänder des GHz-Bereichs aufweist.

[0008] Die US-A-4,827,271 zeigt eine Patch-Antenne mit Durchkontaktierungen zwischen der Antennenstruktur und der Metallisierung zum Potentialabgleich.

[0009] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antennenmodul zu schaffen, das einen kompakten Aufbau und eine vielseitige Funktionalität bei hoher Sicherheit und eine leichte Zugänglichkeit der Einkoppelpunkte der Durchkontaktierungen gewährleistet.

[0010] Diese Aufgabe wird durch ein Antennenmodul nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.

[0011] Erfindungsgemäß werden somit zwei unterschiedlich große λ/2-Patch-Antennen übereinander gesetzt und separat abgegriffen. Die untere Patch-Antenne ist hierbei für eine effektive Strahlungseigenschaft größer als die obere Patch-Antenne ausgebildet. Die Patch-Antennen weisen unabhängig voneinander Substratmaterialien auf, an deren Oberseiten entsprechende λ/2-Antennenstrukturen ausgebildet sind. Auf der Unterseite des unteren Substrates ist eine untere Metallisierung vorgesehen. Die Unterseite des oberen Substrates weist eine Metallisierung auf oder sie liegt an einer MetaIlisierung an. Beide Substrate können grundsätzlich auf ihrer Unterseite metallisiert sein. Bei einer derartigen Ausführungsform kann grundsätzlich auch z. B. ein zusätzliches Dielektrikum zwischen der unteren Metallisierung der oberen Patch-Antenne und der Antennenstruktur der unteren Patch-Antenne liegen. Der Einkoppelpunkt des unteren Antennenabgriffs an die untere Antennenstruktur ist von dem oberen Substrat nicht bedeckt.

[0012] Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung wird jedoch auf der Unterseite des oberen Substrates keine Metallisierung ausgebildet, da dieses Element durch den gestapelten Aufbau direkt auf der metallischen Antennenstruktur der unteren Patch-Antenne sitzt bzw. angeordnet ist und diese direkt als eigene Metallisierung sieht; hierdurch ergeben sich keine funktionellen Nachteile, insbesondere liegt hier keine Kopplung dieser Antennen vor.

[0013] Erfindungsgemäß sind die übereinander angeordneten Patch-Antennen entkoppelt. Hierzu sind - anders als z. B. bei der eingangs genannten EP 0 521 384 A1 - die beiden Metallisierungen der Patch-Antennen - d.h. die untere Metallisierung der unteren Patch-Antenne und die Metallisierung der oberen Patch-Antenne bzw. die als diese wirkende Antennenstruktur der unteren Patch-Antenne separat ausgebildet. Anders als bei der EP 0 521 384 A1 soll erfindungsgemäß weniger ein breitbandiges System, sondern eine Anordnung von zwei entkoppelten Antennen geschaffen werden.

[0014] Weiterhin sind - anders als bei den meisten herkömmlichen, für terrestrischen Empfang vorgesehenen Antennenmodulen mit λ/4- Antennenelementen - erfindungsgemäß λ/2-Antennenelemente bzw. Antennenstrukturen vorgesehen. Sie sind hierbei für einen Satellitenempfang ausgebildet, d.h. Signale mit zirkularer Polarisation unter einem Elevationswinkel von im Wesentlichen 30° bis 90° gegenüber der Horizontalen. Anders als bei herkömmlichen Antennenstrukturen, bei denen oberhalb der Antennengrundstruktur gegebenenfalls parasitäre Elemente vorgesehen und direkt mit der unteren Antennenstruktur gekoppelt sind, ist erfindungsgemäß ein separater Abgriff für die separate obere λ/2-Antennenstruktur vorgesehen.

[0015] Die Signale werden vorteilhafterweise koaxial abgegriffen. Der vorzugsweise koaxiale Abgriff kann hierbei auf der unteren Metallisierung der unteren Patch-Antenne bzw. einer hier vorgesehenen Leiterplatte erfolgen. Um dasselbe Bezugspotential für die Metallisierungen der beiden Patch-Antennen zu realisieren, kann eine Durchkontaktierung durch die untere Patch-Antenne vorgesehen sein, die die beiden Metallisierungen bzw. die als Metallisierung der oberen Patch-Antenne dienende Antennenstruktur der unteren Patch-Antenne und die Metallisierung der unteren Patch-Antenne galvanisch verbindet. Diese Durchkontaktierung erfolgt hierbei vorteilhafterweise in der Mitte der λ/2-Antennenstruktur, da hier ein Maximum der Stromverteilung und entsprechend ein Minimum des Betrags der Spannung vorliegt. Somit kann der lateral mittlere Bereich der Antennenstruktur kurzgeschlossen werden, ohne dass Beeinträchtigungen in der Strom- und Feldverteilung entstehen.

[0016] Das erfindungsgemäße Antennenmodul kann z.B. für den Empfang von GPS-Signalen im L-Band, d.h. bei 1575 MHz, und der satellitengestützten digitalen Radiodienste DAB worldStar (WorldSpace) in Afrika und Asien bei 1467 MHz bis 1492 MHz sowie DMB (Digital Mulimedia Broadcasting) in Fernost-Asien bei 2630 MHz bis 2655 MHz und SDARS (Satellite Digital Audio Reception System) bei 2320 MHz bis 2345 MHz in den USA eingesetzt werden. Die Auswahl der Frequenzbänder für die obere und untere Patch-Antenne erfolgt zum einen durch die Dimensionierung der Antennenstrukturen. Zusätzlich kann entsprechend das dielektrische Material der Substrate derartig gewählt werden, dass die geeigneten Frequenzbänder erreicht werden. Somit kann grundsätzlich auch die obere, kleinere Patch-Antenne einen Dienst niedrigerer Frequenz decken, indem das obere Substrat eine entsprechend höhere Dielektrizitätskontante als das untere Substrat aufweist.

[0017] Die Patch-Antennen können zusätzlich zu dem Satellitenempfang auch terrestrische Signale empfangen; so kann z.B. die untere Patch-Antenne für SDARS ergänzend terrestrisch empfangen. Die obere Patch-Antenne ist vorteilhafterweise für GPS-Empfang vorgesehen.

[0018] Erfindungsgemäß sind vorteilhafterweise aktive Patch-Empfangsantennen ausgebildet, wobei ein rauscharmer Verstärker (low noise amplifier, LNA) am Antennenfußpunkt integriert ist. Vorteilhafterweise werden die rauscharmen Verstärker auf der Unterseite einer Leiterplatte angebracht, auf deren Oberseite die untere Patch-Antenne vorgesehen ist. Weiterhin kann einer der rauscharmen Verstärker auf einer Leiterplatte und der andere auf einer separaten Leiterplatte vorgesehen sein. Weiterhin können auch nur Teile eines Rauscharmen Verstärkers auf einer separaten Leiterplatte aufgebaut sein, wobei dieser separate Teil vorzugsweise die Gleichspannungsversorgung bzw. -regelung enthält, so dass die Verbindung der beiden Leiterplatten durch eine einfache Drahtverbindung, z.B. einen Drahtpin realisiert werden kann.

[0019] Das erfindungsgemäße Antennenmodul kann weiterhin ergänzend auch eine terrestrische Antenne aufweisen, z.B. einen (Mehrband-) Monopol oder eine (Mehrband-) Stabantenne wie z.B. für Telefondienste, AM/FM oder terrestrisches DAB im L-Band (1452 MHz bis 1492 MHz) sowie Band III (170 MHz bis 230 MHz). Die terrestrische Antenne kann vor, hinter oder auf dem Stapel aus Patch-Antennen, vorteilhafterweise in Fahrtrichtung hinter dieser, angeordnet sein.

[0020] Falls die beiden Patch Antennen mit einer Telefonantenne kombiniert sind, ist vorteilhafterweise eine geeignete Filtertechnik in den Verstärkern vorgesehen, die das relativ starke Sendesignal der Telefonantenne bereits am Eingang der Verstärker unterdrückt. Hierdurch kann man den Verstärker bzw. die separaten Verstärker gegen Sättigungseffekte schützen.

[0021] Weiterhin kann das Antennenmodul als Gruppenantenne mit mehreren Elementen aus jeweils einem oberen Patch-Antenne und einer unteren Patch-Antenne ausgebildet sein. Die Elemente in der Gruppe können als Sende- und/oder Empfangsantenne dienen.

[0022] Das Antennenmodul kann als Sende- und Empfangsantenne dienen, wobei eine der beiden Patchantennen als Sende- und die andere als Empfangsantenne dient; dies ist insbesondere in einer Gruppenantenne sinnvoll, bei der von jedem Stapel jeweils eine der beiden Antennen als Sende- und die andere als Empfangsantenne dient.

[0023] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

den Aufbau eines Antennenmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform mit zwei auf einer gemeinsamen Leiterplatte vorgesehenen Verstärkern;

Fig. 2

den Aufbau eines Antennenmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform mit auf unterschiedlichen Leiterplatten angeordneten Verstärkern der Antennenelemente;

Fig. 3

den Aufbau eines Antennenmoduls gemäß einer weite ren Ausführungsform mit einer zusätzlichen, im Wesentlichen vertikal ausgerichteten terrestrischen Antenne;

Fig. 4 a bis c

verschiedene Ausführungsformen für Band-Sperr-Filter für das Antennenmodul der Fig. 3 zur Unterdrückung des Sendebandes der terrestrischen Funkantenne.

[0024] Ein in Fig. 1 gezeigtes Antennenmodul 1 weist gemäß Fig. 1 eine Grundplatte 2, die z.B. als Metallplatte ausgebildet sein kann, eine auf der Grundplatte 2 befestigte untere Leiterplatte 3 und eine parallel und oberhalb von dieser verlaufende obere Leiterplatte 4 auf. Zwischen der oberen Leiterplatte 4 und der Grundplatte 2 sind zwei in lateraler Richtung durch eine metallische Wand 6 getrennte und elektromagnetisch abgeschirmte Verstärkerkammern 7 und 8 vorgesehen. Sie können insbesondere Teile einer gemeinsamen Verstärkerkammer sein, die durch die metallische Wand 6 unterteilt ist.

[0025] Auf der oberen Leiterplatte 4 ist eine untere Patch-Antenne 10 angebracht, die ein unteres Substrat 11 aus einem Dielektrikum, z.B. Keramik, eine auf der Oberseite des unteren Substrates 11 ausgebildete untere λ/2-Antennenstruktur 12 und eine auf der Unterseite des unteren Substrates 11 ausgebildete untere vollflächige Metallisierung 13 aufweist. Die untere λ/2-Antennenstruktur 12 ist über eine durch das untere Substrat 11 verlaufende Durchkontaktierung 14 mit einem in der linken Verstärkerkammer 7 aufgenommenen, an der Unterseite der oberen Leiterplatte 4 befestigten ersten rauscharmen Verstärker (LNA) 16 kontaktiert, der die aufgenommenen HF-Signale verstärkt und über einen ersten (linken) koaxialen Abgriff 18 weiterleitet. Die Durchkontaktierung 14 kann hierbei mit dem Verstärker 16 direkt oder vorteilhafterweise indirekt über eine Leiterbahn der oberen Leiterplatte 4 kontaktiert sein.

[0026] Gemäß Fig. 1 wird hierbei der Einkoppelpunkt der Durchkontaktierung 14 an der unteren Antennenstruktur 12 von der oberen Antennenstruktur 22 nicht überdeckt; hierbei wird dieser Einkoppelpunkt auch nicht von dem oberen Substrat 21 überdeckt, so dass dieser Einkoppelpunkt als Anlötpunkt gelötet werden kann, ohne dass er mit dem oberen Substrat 21 kollidiert und z. B. eine entsprechende Aussparung in dem oberen Substrat auszubilden ist.

[0027] Auf der unteren Patch-Antenne 10 ist eine obere Patch-Antenne 20 befestigt, die ein oberes Substrat 21, eine auf der Oberseite des oberen Substrates 21 ausgebildete obere λ/2-Antennenstruktur 22 und eine auf der Unterseite des oberen Substrates 21 ausgebildete vollflächige obere Metallisierung 23 aufweist. Die obere λ/2-Antennenstruktur 22 ist über eine obere Durchkontaktierung 24 direkt oder über die obere Leiterplatte 4 mit einem auf der Unterseite der oberen Leiterplatte 4 angebrachten, in der rechten Verstärkerkammer 8 aufgenommenen zweiten rauscharmen Verstärker (LNA) 26 kontaktiert, der die aufgenommenen HF-Signale verstärkt und über einen zweiten (rechten) koaxialen Abgriff 28 weitergibt.

[0028] Eine durch das untere Substrat 11 verlaufende Durchkontaktierung 19 verbindet die untere λ/2-Antennenstruktur 12 galvanisch mit der unteren Metallisierung 13 und diese somit auf ein gleiches Potential legt. Die Durchkontaktierung 19 erfolgt hierbei vorteilhafterweise mittig an der unteren λ/2-Antennenstruktur 12, da in diesem Bereich keine wesentlichen Spannungen, sondern ein Strommaximum der induzierten HF-Ströme auftritt.

[0029] Teile der rauscharmen Verstärker 7, 8 können auch auf der separaten Leiterplatte 3 aufgebaut sein. Die Teilung der Verstärker 7, 8 kann sich nur auf die Gleichspannungsversorgung beziehen oder sogar für eine ganze oder mehrere HF-Verstärker-Stufen ausgebildet sein. Alternativ hierzu können auch beide Verstärker 7, 8 auf einer separaten Leiterplatte aufgenommen sein. Falls eine Gleichspannungstrennung vorgesehen ist, kann eine einfache Drahtverbindung 32 zwischen den beiden Leiterplatten 3 und 4 als elektrische Verbindung vorgesehen sein.

[0030] Die obere Patch-Antenne 20 mit der oberen λ/2-Antennenstruktur 22 ist kleiner als die untere Patch-Antenne 10 mit der unteren λ/2-Antennenstruktur 12, wodurch gute Strahlungseigenschaften der λ/2-Antennen 10, 20 erreicht werden. Hierbei ist die obere Patch-Antenne 20 zum Empfang eines GPS-Signals und die untere Patch-Antenne 10 z. B. für SDARS oder DAB vorgesehen; ergänzend kann die untere Patch-Antenne 10 auch für terrestrischen Empfang, z.B. bei SDARS, vorgesehen sein. Vorteilhafterweise ist die obere, kleinere Patch-Antenne 20 für niedrigere Frequenzbänder und die untere Patch-Antenne 10 für höhere Frequenzbänder ausgelegt; durch entsprechende Wahl der Dielektrizitätskonstanten ε_r können die Frequenzbänder jedoch grundsätzlich frei festgelegt werden; entsprechend kann die obere Patch-Antenne 20 auch für ein niedrigeres Frequenzband vorgesehen sein, in dem das obere Substrat 21 eine entsprechend höhere Dielektrizitätkonstante ε_r aufweist.

[0031] Erfindungsgemäß kann die Metallisierung 23 der oberen Patch-Antenne 20 weggelassen werden, so dass das obere Substrat 21 die unter ihr angeordnete untere Antennenstruktur 12 als Metallisierung sieht.

[0032] Das Antennenmodul 41 der Fig. 2 ist grundsätzlich entsprechend demjenigen der Fig. 1 aufgebaut und entsprechend mit gleichen Bezugszeichen versehen. Hierbei ist jedoch der erste (linke) Verstärker 16 auf der unteren Leiterplatte 3 aufgebaut. Alternativ hierzu kann vorzugsweise auch lediglich der HF-Teil des ersten Verstärkers 16 auf der separaten; unteren Leiterplatte 3 aufgebaut sein. Hierbei ist eine z.B. durch eine Koaxialleitung 43 gebildete HF-Verbindung zwischen den Leiterplatten 3 und 4 vorgesehen.

[0033] Fig. 3 zeigt ein Antennenmodul 51, bei dem auf der Grundplatte 2 zusätzlich zu dem in Fig. 1 bzw. 2 gezeigten Antennenmodul 1 bzw. 41 lateral anschließend eine Antenne 53 vorgesehen ist, die als Monopol ausgebildet oder hauptsächlich vertikal ausgerichtet ist. Die Antenne 53 kann beispielsweise als Dual- oder Mehrbandfunkantenne oder AM/FM-Radio-Empfangsantenne sowie als terrestrische DAB-Antenne (L-Band oder Band III) oder als eine Kombination dieser Antennen ausgeführt sein.

[0034] Ein dritter Verstärker 55 ist z.B. unterhalb der Antenne 53 in einer separaten Kammer vorgesehen; die Verstärker 16, 26 und 55 können auch Funktionen teilen.

[0035] Fig. 4a bis c zeigen Ausführungsbeispiele für Band-Sperren-Filter 60. Diese Filter sind so ausgelegt, dass das Sendeband der Funkantenne 53 hinreichend unterdrückt wird, so dass bei einem gleichzeitigen Betrieb von Funk und digitalem Radio oder GPS keine Beeinträchtigung hervorgerufen wird. In den Band-Sperren-Filtem 60 ist als Induktivität ein Leitungsstück 62 vorgesehen, das mit einem Kondensator C gemäß Fig. 4a einen Reihenschluss und gemäß Fig. 4c einen Parallelschluss bildet. In Fig. 4b ist ein Leitungsstück 64 als λ/4-Leitung vorgesehen, die eine Leerlauf-Kurzschluss-Transformation bewirkt. Das Blindelement Z ist jeweils zwecks Anpassung vorgesehen und kann ein Kondensator, eine Spule oder eine Kombination derartiger Elemente in einer entsprechenden Schaltung sein. Die Band-Sperren-Filter 60 sind jeweils mit ihrem Eingang 66 an den jeweiligen Antennenfusspunkt und mit ihrem Ausgang 67 an den Eingang des jeweiligen Verstärkers anzuschließen.

Ansprüche

1. Antennenmodul für Frequenzen im GHz-Bereich, zur Befestigung an einem Kraftfahrzeug, das mindestens aufweist:

eine untere Patch-Antenne (10) mit
einem unteren Substrat (11) aus einem dielektrischen Material,
einer auf der Oberseite des unteren Substrates (11) ausgebildeten unteren Satellitenempfangs- λ/2-Antennenstruktur (12) für Frequenzen im GHz-Bereich und
einer auf der Unterseite des unteren Substrates (11) vorgesehenen unteren Metallisierung (13),

eine auf der unteren Patch-Antenne (10) angebrachte obere Patch-Antenne (20) mit
einem oberen Substrat (21) aus einem dielektrischen Material
dessen Unterseite eine Metallisierung (23) aufweist oder an einer Metallisierung (12) anliegt, und
einer auf der Oberseite des oberen Substrates (21) ausgebildeten oberen Satellitenempfangs- λ/2-Antennenstruktur (22) für Frequenzen im GHz-Bereich,

einen unteren Antennenabgriff (14) von der unteren Satellitenempfangs- λ/2- Antennenstruktur (12) durch das untere Substrat (11), und

einen von dem unteren Antennenabgriff (14) separaten oberen Antennenabgriff (24) von der oberen Satellitenempfangs- λ/2- Antennenstruktur (22) durch das obere Substrat (21) und die untere Patch-Antenne (10),

wobei die obere Patch-Antenne (20) gegenüber der unteren Patch-Antenne (10) kleiner dimensioniert ist, und

wobei der Einkoppelpunkt des unteren Antennenabgriffs (14) an die untere Satellitenempfangs- λ/2-Antennenstruktur (12) nicht von dem oberen Substrat (21) bedeckt ist.

2. Antennenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der unteren Patch-Antenne (10) mindestens eine Verstärkerkammer (7, 8) ausgebildet ist und die Antennenabgriffe (14, 24) mit einer in der mindestens einen Verstärkerkammer (7, 8) angeordneten Verstärkereinrichtung (16, 26) verbunden sind.

3. Antennenmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei durch eine metallische Wand (6) elektromagnetisch abgeschirmte Verstärkerkammem (7, 8) ausgebildet sind, wobei in der ersten Verstärkerkammer (7) ein erster rauscharmer Verstärker (16) zur Aufnahme des HF-Signals der unteren Satellitenempfangs- λ/2-Antennenstruktur (12) über den unteren Antennenabgriff (14) und in der zweiten Verstärkerkammer (7) ein zweiter rauscharmer Verstärker (16) zur Aufnahme des HF-Signals der oberen Satellitenempfangs-λ/2-Antennenstruktur (22) über den oberen Antennenabgriff (24) vorgesehen ist.

4. Antennenmodul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Grundplatte (2) aufweist, auf der die mindestens eine Verstärkerkammer (7, 8) befestigt ist, wobei die untere Metallisierung (13) der unteren Patch-Antenne (10) galvanisch mit der Grundplatte (2) verbunden ist.

5. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Patch-Antenne (10) auf einer Leiterplatte (4) befestigt ist, auf deren Unterseite die Verstärker (16, 27) befestigt sind.

6. Antennenmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Verstärkereinrichtung (16, 26), z.B. die Gleichspannungsversorgung, auf mindestens einer weiteren Leiterplatte (3) aufgebaut sind, wobei die Leiterplatten (3, 4) gleichstrommäßig mit einer Drahtverbindung (32) oder hochfrequenzmäßig mit einer HF-Verbindung (43) verbunden sind, wobei die mindestens eine weitere Leiterplatte (3) unterhalb der die Verstärkereinrichtung (16, 26) aufnehmenden Leiterplatte (4) angeordnet ist

7. Antennenmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Unterseite des oberen Substrates (21) eine obere Metallisierung (23) ausgebildet ist.

8. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite des oberen Substrates (21) direkt auf der als untere Metallisierung wirkenden unteren Satellitenempfangs-λ/2-Antennenstruktur (12) der unteren Patch-Antenne (10) aufliegt.

9. Antennenmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Patch-Antenne (20) für höhere Frequenzen als die untere Patch-Antenne (10) ausgelegt ist.

10. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Substrat (21) eine höhere Dielektrizitätskonstante als das untere Substrat (11) aufweist und die obere Patch-Antenne (20) für niedrigere Frequenzen als die untere Patch-Antenne (10) ausgelegt ist.

11. Antennenmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsdiagramme der Satellitenempfangs- λ/2-Antennenstrukturen (12, 22) einen Elevationswinkel von im wesentlichen 30° bis 90° decken.

12. Antennenmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenmodul zusätzlich ein oder mehrere Antennen (53) für terrestrischen Empfang, z.B. Monopole oder überwiegend vertikale ausgerichtete Antennen, aufweist.

13. Antennenmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ein oder mehreren terrestrischen Antennen (53) für mindestens eine der folgenden Funktion vorgesehen sind: mobiles Telefon, AM/FM-Radio-Empfang, DAB-Band III und DAB terrestrisches L-Band.

14. Antennenmodul nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehreren terrestrischen Antennen (53) lateral neben oder auf den Patch-Antennen (10, 20) vorgesehen sind.

15. Antennenmodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine rauscharme Verstärkereinrichtung (16, 26, 55) einen Band-Sperren-Filter (60) für mindestens eines der Sendebänder der ein oder mehreren terrestrischen Antennen (53) aufweist.

16. Antennenmodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Band-Sperren -Filter (60) mit ihrem Eingang (66) an dem jeweiligen Antennenfußpunkt und mit ihrem Ausgang (67) an dem Eingang des jeweiligen Verstärkers (16, 26, 55) angebracht ist.

17. Antennenmodul nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Band-Sperren -Filter (60) ein Leitungsstück (62, 64) als Induktivität aufweist.

18. Antennenmodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsstück (64) als λ/4-Leitung für eine Leerlauf-Kurzschluss-Transformation ausgelegt ist.

19. Antennenmodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Patch-Antennen (10, 20) als Sendeantenne und die andere Patch-Antenne (20, 10) als Empfangsantenne ausgelegt ist.

Claims

1. Antenna module for frequencies in the GHz range to be fixed to a motor vehicle, having at least: a lower patch antenna (10) with a lower substrate (11) made of a dielectric material, a lower lambda/2 antenna structure (12) formed on the upper face of the lower substrate (11) for GHz-range satellite reception and a lower metallisation (13) provided on the lower face of the lower substrate (11), an upper patch antenna (20) mounted on the lower patch antenna (10) having an upper substrate (21) made of a dielectrical material, the lower face of which has a metallisation (23) or lies on a metallisation (12), and an upper lambda/2 antenna structure (22) formed on the upper face of the upper substrate (21) for satellite GHz-range satellite reception, a lower antenna tap (14) from the lower lambda/2 antenna structure (12) for satellite reception through the lower substrate (11) and an upper antenna tap (24) separate from the lower antenna tap (14) from the upper lambda/2 antenna structure (22) for satellite reception through the upper substrate (21) and the lower patch, whereby the upper patch antenna (20) is smaller than the lower patch antenna (10), and whereby the coupling point of the lower antenna tap (14) is not covered by the upper substrate (21) on the lower lambda/2 antenna structure (12) for satellite reception.

2. Antenna module according to Claim 1, characterised in that at least one boost chamber is arranged underneath the lower patch antenna (10) and the antenna taps (14, 24) are connected to a boosting device arranged in the at least one boost chamber (7, 8).

3. Antenna module according to Claim 2, characterised in that at least two boost chambers (7, 8) electromagnetically shielded by a metal wall (6) are formed, whereby a first low-noise booster (16) is provided in the first boost chamber (7) to receive the high frequency signal of the lower antenna structure (12) for satellite reception by means of the lower antenna tap (14), and a second low-noise booster (16) is provided in the second boost chamber (7) to receive the high frequency signal of the upper lambda/2 antenna structure (22) for satellite reception by means of the upper antenna tap (24).

4. Antenna module according to either Claim 2 or Claim 3, characterised in that it has at least a base plate (2) on which the at least one boost chamber (7, 8) is fixed, whereby the lower metallisation of the lower patch antenna (10) is galvanically connected to the base plate (2).

5. Antenna module according to any one of claims 2 to 4, characterised in that the lower patch antenna (10) is fixed on a circuit board, on the lower face of which the boosters (16, 27) are fixed.

6. Antenna module according to Claim 5, characterised in that parts of the boosting device (16, 26), for example the DC voltage supply, are constructed on at least one further circuit board (3), whereby the circuit boards (3, 4) are connected to a wire connection (32) by means of direct current or to a high frequency connection (43) in a high frequency manner, whereby the at least one further circuit board (3) is arranged underneath the circuit board (4) which receives the boosting device (16, 26).

7. Antenna module according to any one of the preceding claims, characterised in that an upper metallisation (23) is formed on the lower face of the upper substrate (21).

8. Antenna module according to any one of claims 1 to 6, characterised in that the lower face of the upper substrate (21) lies directly on the lower lambda/2 antenna structure (12) for satellite reception of the lower patch antenna (10) which is acting as the lower metallisation.

9. Antenna module according to any one of the preceding claims, characterised in that the upper patch antenna (20) is designed for higher frequencies than the lower patch antenna (10).

10. Antenna module according to any one of claims 1 to 8, characterised in that the upper substrate (21) has a higher dielectric constant than the lower substrate (11), and the upper patch antenna (20) is designed for lower frequencies than the lower patch antenna (10).

11. Antenna module according to any one of the preceding claims, characterised in that the radiation pattern of the lambda/2 antenna structures (12, 22) for satellite reception cover an elevation angle of essentially 30° to 90°.

12. Antenna module according to any one of the preceding claims, characterised in that the antenna module additionally has one or a plurality of antennae (53) for terrestrial reception, for example monopoles or predominantly vertically aligned antennae.

13. Antenna module according to Claim 12, characterised in that the one or a plurality of terrestrial antennae (53) are provided for at least one of the following functions: mobile telephone, AM/FM radio reception, DAB Band III and DAB terrestrial L-Band.

14. Antenna module according to either Claim 12 or Claim 13, characterised in that one or a plurality of terrestrial antennae (53) are provided laterally adjacent to or on the patch antennae (10, 20).

15. Antenna module according to Claim 14, characterised in that the at least one low-noise boosting device (16, 26, 55) has a band-stop filter (60) for at least one of the transmission frequency bands of the one or a plurality of terrestrial antennae (53).

16. Antenna module according to Claim 15, characterised in that the at least one band-stop filter (60) is mounted with its input (66) on the respective antenna base and with its output (67) on the input of the respective booster (16, 26, 55).

17. Antenna module according to either Claim 15 or Claim 16, characterised in that the at least one band-stop filter (60) has a piece of wire (62, 64) for inductivity.

18. Antenna module according to Claim 17, characterised in that the piece of wire (64) is designed as a lambda/4 wire for idle short-circuit transformation.

19. Antenna module according to any one of the preceding claims, characterised in that one of the two patch antennae (10, 20) is designed as a transmitting antenna and the other patch antenna (20, 10) is designed as a receiving antenna.

Revendications

1. Module antennaire pour des fréquences de la gamme GHz destiné à être fixé sur un véhicule automobile présentant au moins:

une antenne patch inférieure (10) comportant
un substrat inférieur (11) en un matériau diélectrique,
une structure d'antenne λ/2 de réception par satellite inférieure (12) pour des fréquences de la gamme GHz, structure formée sur la face supérieure du substrat inférieur (11) et
une métallisation (13) prévue sur la face inférieure du substrat inférieur (11),

une antenne patch supérieure (20) disposée sur l'antenne patch inférieure (10) et comportant
un substrat supérieur (21) en un matériau diélectrique, dont la face inférieure présente une métallisation (23) ou est en contact avec une métallisation (12) et
une structure d'antenne λ/2 de réception par satellite supérieure (22) pour des fréquences de la gamme GHz, structure formée sur la face supérieure du substrat supérieur (21),

une prise inférieure de tension d'antenne (14) sur la structure d'antenne λ/2 de réception par satellite inférieure (12), à travers le substrat inférieur (11), et une prise supérieure de tension d'antenne (24), séparée de la prise inférieure de tension d'antenne (14), sur la structure d'antenne λ/2 de réception par satellite supérieure (22), à travers le substrat supérieur (21) et l'antenne patch inférieure (10),

l'antenne patch supérieure (20) étant dimensionnée plus petite par rapport à l'antenne patch inférieure (10) et

le point de couplage de la prise inférieure de tension d'antenne (14) à la structure d'antenne λ/2 de réception par satellite inférieure (12) n'étant pas couvert par le substrat supérieur (21).

2. Module antennaire suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au-dessous de l'antenne patch inférieure (10) est formée au moins une chambre d'amplification (7, 8) et les prises de tension d'antenne (14, 24) sont reliées à un dispositif amplificateur (16, 26) disposé dans l'au moins une chambre d'amplification (7, 8).

3. Module antennaire suivant la revendication 2, caractérisé en ce que sont formées au moins deux chambres d'amplification (7, 8) blindées électromagnétiquement par une paroi métallique (6), un premier amplificateur (16) à faible bruit destiné à recevoir le signal HF de la structure d'antennes λ/2 de réception par satellite inférieure (12) par l'intermédiaire de la prise de tension d'antenne inférieure (14) étant prévu dans la première chambre d'amplification (7) et un second amplificateur à faible bruit (16) destiné à recevoir le signal HF de la structure d'antennes λ/2 de réception par satellite (22) par l'intermédiaire de la prise de tension d'antenne supérieure (24) étant prévu dans la seconde chambre d'amplification (7).

4. Module antennaire suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il présente une plaque de base (2), sur laquelle est fixée l'au moins une chambre d'amplification (7, 8), la métallisation inférieure (13) de l'antenne patch inférieure (10) étant reliée galvaniquement à la plaque de base (2).

5. Module antennaire suivant une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'antenne patch inférieure (10) est fixée sur un circuit imprimé (4), sur la face inférieure duquel sont fixés les amplificateurs (16, 27).

6. Module antennaire suivant la revendication 5, caractérisé en ce que des éléments du dispositif amplificateur (16, 26), par exemple l'alimentation en courant continu, sont montés sur au moins un autre circuit imprimé (3), les circuits imprimés (3, 4) étant reliés, en terme de courant continu, au moyen d'une liaison par fil (32), ou, en terme de haute fréquence, au moyen d'une liaison HF (43), l'au moins un autre circuit imprimé (3) étant disposé au-dessous du circuit imprimé (4) recevant le dispositif amplificateur (16, 26).

7. Module antennaire suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une métallisation supérieure (23) est conçue sur la face inférieure du substrat supérieur (21).

8. Module antennaire suivant une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la face inférieure du substrat supérieur (21) repose directement sur la structure d'antenne λ/2 de réception par satellite inférieure (12) de l'antenne patch inférieure (10), structure agissant comme métallisation inférieure.

9. Module antennaire suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'antenne patch supérieure (20) est adaptée à des fréquences plus élevées que l'antenne patch inférieure (10).

10. Module antennaire suivant une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le substrat supérieur (21) présente une constante diélectrique plus élevée que le substrat inférieur (11) et l'antenne patch supérieure (20) est adaptée à des fréquences plus basses que l'antenne patch inférieure (10).

11. Module antennaire suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les diagrammes de rayonnement des structures d'antennes λ/2 de réception par satellite (12, 22) couvrent un angle d'élévation de 30° à 90° essentiellement.

12. Module antennaire suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module antennaire présente, en plus, une ou plusieurs antennes (53) pour une réception terrestre, par exemple des antennes de type monopole ou principalement des antennes orientées verticalement.

13. Module antennaire suivant la revendication 12, caractérisé en ce que l'une ou les plusieurs antennes terrestres (53) sont prévues pour au moins une des fonctions suivantes : téléphone mobile, réception radio AM/FM, bande III et bande L terrestre DAB.

14. Module antennaire suivant la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'une ou les plusieurs antennes terrestres (53) sont prévues latéralement à côté ou sur les antennes patch (10, 20).

15. Module antennaire suivant la revendication 14, caractérisé en ce que l'au moins un dispositif amplificateur à faible bruit (16, 26, 55) présente un filtre coupe-bande (60) pour au moins une des bandes d'émission de l'une ou des plusieurs antennes terrestres (53).

16. Module antennaire suivant la revendication 15, caractérisé en ce que l'au moins un filtre coupe-bande (60) est fixé par l'intermédiaire de son entrée (66) à la base d'antenne respective et par l'intermédiaire de sa sortie (67) à l'entrée de l'amplificateur respectif (16, 26, 55).

17. Module antennaire suivant la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que l'au moins un filtre coupe-bande (60) présente un segment de ligne (62, 64) comme inductance.

18. Module antennaire suivant la revendication 17, caractérisé en ce que le segment de ligne (64) est conçu comme ligne λ/2 pour une transformation marche à vide - court-circuit.

19. Module antennaire suivant une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une des deux antennes patch (10, 20) est conçue comme antenne émettrice et l'autre antenne patch (20, 10) comme antenne réceptrice.

Zeichnung