[0001] Die Erfindung betrifft eine aktive Windschutzscheibenantenne für Kraftfahrzeuge für
den UKW- und LMK-Rundfunkempfang, die aus dem metallischen, elektrisch leitenden Rahmen,
der Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs umschließt, und einem Antennenleiter sowie
einem Antennenverstärker mit zwei Eingangsanschlüssen und einer Ausgangsleitung besteht
und bei der der Antennenverstärker in der Nähe des metallischen Rahmens und der Antennenleiter
auf oder in der Windschutzscheibe angebracht ist, der erste Eingangsanschluß des Antennenverstärkers
über eine möglichst kurze Verbindungsleitung mit dem einen Ende des Antennenleiters
und der zweite Eingangsanschluß des Antennenverstärkers mit dem Rahmen verbunden ist
und die Ausgangsleitung des Verstärkers zum Empfänger geführt ist.
[0002] Mit aktiven Windschutzscheibenantennen ist es bekanntlich möglich, alle Wellenbereiche
(LMK und UKW) wie mit der Standardstabantenne am Kraftfahrzeug zu empfangen. Vorteilhaft
ist hierbei, daß die Antenne durch die Integration in die Fahrzeugkarosserie fahrzeugspezifischen
Forderungen wie mechanischer Robustheit, hoher Lebensdauer, einfacher Montagemöglichkeit,
Vermeidung unnötiger Luftverwirbelung viel besser entspricht als die Standard-Stabantenne.
[0003] Aktive Windschutzscheibenantennen mit den oben beschriebenen Eigenschaften sind zum
Beispiel aus dem DE-GM 78 08 489 bekannt.
[0004] Es zeigt sich allerdings, daß eine Kraftfahrzeugantenne, die nach diesem Stand der
Technik ausgeführt ist. Im Falle vertikal oder zirkular polarisierter Wellen, Polarisationsarten,
wie sie z.B. in den USA häufig für die UKW-Rundfunkversorgung verwendet werden, nur
äußerst unbefriedigende Empfangsleistungen liefert, während die Empfangsleistungen
im UKW-Bereich bei horizontaler Polarisation und im LMK-Bereich der Standardantenne
mindestens gleichwertig sind. Nachteilig ist weiterhin die für eine einwandfreie Funktion
der Antenne vorgegebene Position des Antennenverstärkers. Eine Veränderung der in
Bild 1 des DE-GM 78 08 489 angegebenen Antennenkonfiguration durch Änderung der Anschlußstelle
führt insbesondere im UKW-Bereich zu schlechteren Empfangseigenschaften.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aktive Windschutzscheibenantenne zu
realisieren, deren Empfangsleistung sowohl bei horizontal als auch bei vertikal und
zirkular polarisiertem UKW-Empfangsfeld und im vertikal polarisierten LMK-Bereich
gute Empfangseigenschaften besitzt und wobei die Forderung erfüllt werden soll, daß
außerdem der Montagepunkt für den Verstärker in der Nähe des Metallrahmens im Hinblick
auf fahrzeugspezifische Gesichtspunkte frei gewählt werden kann.
[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Antennenleiter, z.B. in
Form eines Antennendrahts, verwendet wird, der parallel zum Rahmen bis zur vertikalen
Symmetrielinie der Windschutzscheibe verläuft, in einem Knickpunkt auf der Symmetrielinie
abknickt und in seiner Fortsetzung längs dieser Symmetrielinie geführt ist und daß
in dem Verstärker für den niederfrequenten LMK-Bereich und den UKW-Bereich getrennte
Übertragungswege enthalten sind und der Übertragungsweg des LMK-Bereichs am Eingang
einen LMK-Verstärker mit hochohmiger Eingangsimpedanz besitzt und die Eingangsimpedanz
des Verstärkers im LMK-Frequenzbereich hochohmig ist.
[0007] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, die vorteilhafte
Ausführungsformen kennzeichnen.
[0008] Eine Antenne nach der Erfindung besitzt den besonderen Vorteil sowohl bei horizontaler
als auch bei vertikaler und zirkularer Polarisation im UKW-Bereich vorzügliche Empfangsergebnisse
zu liefern. Im Gegensatz zu den bisher bekannt gewordenen Antennen nach dem DE-GM
78 08 489 und dem DE-GM 75 276 21, die beim Übergang von Horizontalpolarisation auf
Vertikalpolarisation einer vertikalen Vergleichsantenne unterlegen sind, liefert die
Antenne nach der Erfindung bei allen Polarisationsarten gute Ergebnisse.
[0009] Vielfach ist insbesondere bei einer in die Fahrzeugkarosserie integrierten Antenne,
wie bei der Windschutzscheibenantenne, der Anbringungsort für die Antennenanschlußstelle
und den Verstärker durch fahrzeugspezifische Zwänge vorgegeben. Die Zwänge ergeben
sich häufig aus der Montagefolge bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs und aus der
Forderung der Auswechselbarkeit und Nachrüstbarkeit des Antennenverstärkers. Mit einem
Antennenverstärker und einer Leiterkonfiguration nach der Erfindung sind die erreichbaren
Empfangseigenschaften vom vorgegebenen Montageort weitgehend unabhängig. Auch ein
Abgleich der Leiter- bzw. Drehtlänge im Hinblick auf eine Anpassung auf die aktuelle
Fahrzeugkarosserie bzw. Windschutzscheibenöffnung ist bei der vorgegebenen Leiterkonfiguration
weitgehend unproblematisch.
[0010] Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung in Ausführungsbeispielen anhand
der Zeichnung erläutert.
[0011] Es zeigen:
Fig. 1 eine aktive Windschutzscheibenantenne für alle Polarisationsarten nach der
Erfindung;
Fig. 2 eine Antenne nach der Erfindung mit Verstärkermontage rechts unten;
Fig. 3 eine Antenne nach der Erfindung mit Verstärkermontage rechts oben;
Fig. 4 eine Antenne nach der Erfindung mit Verstärkermontage rechts unten und minimaler
Leiter- bzw. Drahtlänge.
[0012] Fig. 1 zeigt die Frontscheibe des Fahrzeugs mit Sicht aus dem Fahrgastraum. Der Antennenverstärker
5 ist in der Nähe des Metallrahmens 2 angebracht und mit seinem Massepunkt mit dem
Metallrahmen der Windschutzscheibe über die Verbindung 8 (Eingangsanschluß) verbunden.
Der Antennenverstärker 5 besitzt an seinem Eingang eine Verzweigung der Übertragungswege
für Signalanteile aus dem UKW-Frequenzbereich und dem LMK-Frequenzbereich. Eine derartige
Signalverzweigung ist z.B. bekannt aus der DE-PS 21 15 657 oder aus DE-PS 21 66 898
oder der DE-PS 19 19 749. Der Übertragungsweg für den LMK-Frequenzbereich enthält
einen Verstärker mit hochohmiger Eingangsimpedanz, wie er z.B. aus der DE-PS 20 21
331 oder der DE-PS 25 54 828 oder der DE-PS 25 54 829 bekannt ist. Wesentlich ist
aus Gründen der Empfindlichkeit, daß die Schaltung für die Verzweigung der Signale
die Eingangsimpedanz des LMK-Verstärkers im LMK-Frequenzbereich nicht niederohmig
belastet, so daß die Eingangsimpedanz des Gesamtverstärkers 5 im LMK-Frequenzbereich
insgesamt hochohmig ist. Die Ausgangsleitung 6 des Antennenverstärkers 5 ist zu einem
Empfänger 7 geführt. Der erste Eingangsanschluß 3 des Antennenverstärkers 5 ist über
eine möglichst kurze Verbindungsleitung mit dem einen Ende des Antennenleiters 4a,
4b verbunden.
[0013] Im folgenden wird das Zusammenwirken der durch die Antennenleiter 4a und 4b gegebenen
Leiterkonfiguration mit dem LMK-Verstärker 10 erläutert. Den wesentlichen Beitrag
zum Empfang liefert der Leiter 4b. Im Interesse eines guten Empfangs im LMK-Bereich
soll der Leiter 4b nicht zu kurz gewählt werden und möglichst die volle Scheibenhöhe
ausnutzen. Obgleich die Empfangsfeldstärke im unteren Teil des Leiters 4b entgegengesetzt
gerichtet zur Feldstärke im oberen Teil 4a ist, ist unter dem Gesichtspunkt des LMK-Empfangs
die volle Leiterlänge auf Grund der damit verbundenen erhöhten Kapazität vorzuziehen.
[0014] Für den LMK-Empfang wäre es in vielen Fällen ausreichend, den Verstärker am Metallrahmen
2 auf der vertikalen Symmetrielinie 9 anzubringen. Ein derartiger Montagepunkt ist
jedoch häufig aus fahrzeugspezifischen Gründen nicht möglich. Zur Überbrückung des
Abstands zwischen dem Knickpunkt 12 auf der Symmetrielinie 9 und dem vorgegebenen
Montageort des Verstärkers 5 wäre die Verwendung einer üblichen Koaxialleitung naheliegend.
Eine solche Leitung hat jedoch den Nachteil einer großen Parallelkapazität, die mit
einem Verlust an Empfindlichkeit einhergeht. Die Ausführung des Leiters 4a nach der
Erfindung besitzt den entscheidenden Vorteil einer vergleichsweise kleinen Kapazität
in Verbindung mit einem zusätzlichen Beitrag zum Empfang. Dieser Beitrag ist durch
die hohe Konzentration der elektrischen Feldlinien in der Nähe des Metallrahmens 2
begründet, die auch bei kleinen Abständen des Leiters 4a vom Metallrahmen 2 eine nennenswerte
Verbesserung des Empfangs bewirkt. Dadurch ist es möglich, den Abstand A dieses Leiters
4a vom Metallrahmen 2 so klein zu wählen, daß er die Sicht des Fahrers bzw. Beifahrers
und das Design der Windschutzscheibe nicht nennenswert beeinträchtigt. Abstände A
wesentlich unter 10mm zwischen Leiter 4a und dem Metallrahmen 2 sind allerdings zu
vermeiden.
[0015] Im folgenden wird die Funktion einer aktiven Windschutzscheibenantenne nach der Erfindung
für den Empfang im UKW-Bereich anhand von Fig. 1 näher erläutert. Bekanntlich kann
die vom leitenden Rahmen 2 umschlossene Scheibenöffnung 1 angenähert als Schlitzstrahler
aufgefaßt werden, der optimal durch eine Welle mit in Richtung der vertikalen Symmetrielinie
9 orientiertem elektrischen Feldstärkevektor angeregt werden kann. Im UKW-Band tritt
eine resonanzartige Überhöhung der Feldstärke längs der Symmetrielinie 9 auf, wenn
die Breite der Scheibenöffnung etwa einer halben Wellenlänge entspricht, wie dies
bei heute üblichen PKW's in der Regel der Fall ist. Sowohl bei horizontal als auch
bei vertikal und zirkular polarisierten Wellen sind wegen der im Fahrzeug geneigten
Scheibe Feldkomponenten in Richtung der Symmetrielinie 9 vorhanden, die die Scheibenresonanz
anregen.
[0016] Eine Leiter- oder Drahtstruktur wie der Leiterteil 4b ist daher stark an das Empfangsfeld
angekoppelt. Die Ankopplung des Leiterteils 4a hingegen kann über den Abstand A verändert
werden, wobei kleine Abstände A zwischen dem Leiter 4a und dem Rahmen 2 zu einer geringen
Leistungsaufnahme aus dem Feld und große Abstände A zu einer höheren Leistungsaufnahme
aus dem Feld führen. Mit dem Abstand A kann daher auch das Verhältnis der Beiträge
zum Empfang durch die Leiterteile 4a und 4b im UKW-Bereich verändert werden.
[0017] Obgleich eine Maximierung der am Ende des Leiterteils 4a verfügbaren UKW-Signalleistung
vielfach die Wahl des unter sicherheitstechnischen Aspekten maximal möglichen Abstands
A von ca. 7cm zum Rahmen 2 nahelegen würde, wird man in der Praxis häufig den Abstand
A deutlich kleiner wählen, weil sich dadurch ein deutlich attraktiveres Antennendesign
ergibt und die Durchsicht durch die Scheibe weniger beeinträchtigt wird.
[0018] Abstände A bis herab zu ca. 10 mm vom Rahmen 2 sind deshalb vertretbar, weil insgesamt
die Leistungsaufnahme aus dem Feld durch den Leiter 4b groß ist und, vor allem in
Verbindung mit einem rauschoptimierten aktiven UKW-Signalweg 13 im Verstärker 5, der
sich ergebende Signal-Rauschabstand im Vergleich zum Standardsystem mit der Standardantenne
in der Regel bereits überlegen ist.
[0019] Durch Variation des Abstands 11 zwischen dem Ende des vertikalen Leiterteils 4b und
dem Rahmen 2 kann die verfügbare Ausgangsleistung der Struktur optimiert werden, wobei
häufig die maximal mögliche Länge sich als optimale Länge für alle Polarisationen
herausstellt. Um einen hochfrequenten Kurzschluß am Ende des Leiterteils 4b mit dem
Rahmen 2 zu verhinder, sollte der Abstand 11 allerdings ca. 2mm nicht unterschreiten.
[0020] Für einen unter fahrzeugspezifischen Gesichtspunkten vorgegebenen Montagepunkt des
Verstärkers muß der optimale Abstand 11 zwischen dem Ende des Leiterteils 4b und dem
Rahmen 2 dadurch gefunden werden, daß jeweils für verschiedene Abstände 11 durch längere
Meßfahrten mit statistischer Fahrtroute die am Eingangswiderstand eines Meßempfängers
sich ergebende mittlere Antennenausgangsspannung der gerade untersuchten Struktur
im Vergleich zur mittleren Ausgangsspannung der Referenzantenne ermittelt wird. Aus
dieser Spannung an einem nicht leistungsangepassten Lastwiderstand muß dann nach Messung
der Impedanz der Leiter- oder Drahtstruktur auf die verfügbare mittlere Ausgangsleistung
umgerechnet werden, also auf die Leistung, die bei einer jeweils leistungsangepassten
Last zu erzielen gewesen wäre.
[0021] Der optimale Abstand 11 liegt dann vor, wenn diese verfügbare Signalleistung maximal
ist, wobei der Wert der Impedanz der Leiter- oder Drahtstruktur selbst nahezu unerheblich
ist, da innerhalb des übertragungsweges für den UKW-Frequenzbereich 13 im Antennenverstärker
5 verlustarme Transformationsschaltungen verwendet werden können. Derartige Transformationsschaltungen
sind zweckmäßigerweise so auszulegen, daß Rauschanpassung für den Eingangstransistor
erzielt wird, wenn im Übertragungsweg 13 ein aktives, verstärkendes dreipoliges Element
wie ein Feldeffekttransistor oder ein bipolarer Transistor verwendet iird, oder es
ist Leistungsanpassung an den Wellenwiderstand des Verbindungskabels 6 zum Empfänger
7 herzustellen, ffenn der Übertragungsweg 13 passiv gestaltet ist.
[0022] Den Übertragungsweg 13 für den UKW-Frequenzbereich passiv auszuführen, ist allerdings
nur dann zweckmäßig, wenn der erreichbare Signal-Rauschabstand in Kombination mit
dem Empfänger mit der Scheibenantennenstruktur gleichwertig mit dem der Standardstabantenne
ist. In der Regel ist es erforderlich, über eine rauschangepaßte Verstärkerstufe eine
ausreichende Grenzempfindlichkeit sicherzustellen.
[0023] Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung, bei der der Antennenverstärker
5 und der Antennenanschluß in der Nähe der rechten unteren Ecke des Metallrahmens
angebracht sind und der Knickpunkt 12 sich in der Nähe des oberen horizontalen Teils
des Metallrahmens befindet und der Leiter 4a parallel zum rechten und zum horizontalen
oberen Teil des Metallrahmens verläuft.
[0024] Der Verstärker ist in diesem Beispiel im Bereich des Armaturenbretts montiert, ein
Bereich, in dem häufig genügend Platz vorhanden ist und der auch zur Nachrüstung einer
Antenne oder zum Auswechseln des Antennenverstärkers meist gut zugänglich ist. Vorteilhaft
an diesem Montageort ist ebenfalls, daß nur ein relativ kurzes Verbindungs- kT.bel
zum Empfänger erforderlich ist.
[0025] Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung mit dem gleichen Montagepunkt für
den Verstärker wie bei Fig. 2, aber einer minimierten Leiter- oder Drahtlänge auf
der Scheibe und einer im Vergleich zur Struktur nach Fig. 2 einfachen Geometrie der
Leiteranordnung mit nur einem einzigen Knickpunkt, wodurch sich Kostenvorteile bei
der Fertigung ergeben. Allerdings ist die Gefahr einer Störeinkoppelung aus dem Motorraum
auf die Antennenstruktur bei einer Ausführung nach Fig. 4 wegen der größeren Nähe
. des Leiterteils 4a zu den Störquellen wie der Zündung größer. Daher kann eine derartige
Struktur vorzugsweise nur für gut entstörte Fahrzeuge verwendet werden.
[0026] Fig. 3 zeigt eine ebenfalls vorteilhafte Anbringung des Verstärkers in der rechten
oberen Ecke des Metallrahmens, einem Bereich, in dem häufig im rechten Holm oder unter
dem Fahrzeughimmel genügend Raum für den Antennenverstärker vorhanden ist. Das Verbindungskabel
kann häufig einfach unter der Kunststoffblende, mit der der Metallholm verkleidet
ist, nach unten geführt werden. Die Leiter-oder Drahtstruktur selbst weist die selben
Vorteile auf wie die Struktur nach Fig. 4, nämlich den Vorteil der Einfachheit und
den einer kostengünstigen Herstellung, ist jedoch hinsichtlich der Einkopplung von
Motorstörungen wenig gefährdet.
1. Aktive Windschutzscheibenantenne für Kraftfahrzeuge für den UKW- und LMK-Rundfunkempfang,
die aus dem metallischen elektrisch leitenden Rahmen, der die Windschutzscheibe des
Kraftfahrzeugs umschließt, und einem Antennenleiter sowie einem Antennenverstärker
mit zwei Eingangsanschlüssen und einer Ausgangsleitung besteht und bei der der Antennenverstärker
in der Nähe des metallischen Rahmens und der Antennenleiter auf oder in der Windschutzscheibe
angebracht ist, der erste Eingangsanschluß des Antennenverstärkers über eine möglichst
kurze Verbindungsleitung mit dem einen Ende des Antennenleiters und der zweite Eingangsanschluß
des Antennenverstärkers mit dem Rahmen verbunden ist und die Ausgangsleitung des Verstärkers
zum Empfänger geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenleiter (4a) parallel
zum Rahmen (2) bis zur vertikalen Symmetrielinie (9) der Windschutzscheibe verläuft,
in einem Knickpunkt (12) auf der Symmetrielinie (9) abknickt und in seher Fortsetzung
(4b) längs der Symmetrielinie (9) geführt ist und daß in dem Antennenverstärker (5)
für den niederfrequenten LMK-Bereich und den UKW-Bereich getrennte Übertragungswege
enthalten sind und der Übertragungsweg des LMK-Bereichs am Eingang einen LMK-Verstärker
(10) mit hochohmiger Eingangsimpedanz besitzt und die Eingangsimpedanz des Antennenverstärkers
(5) im LMK-Frequenzbereich hochohmig ist.
2. Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ende des in der Symmetrielinie (9) verlaufenden Leiterteils (4b) vom gegenüberliegenden
horizontalen Rahmenteil einen Abstand (11) derart besitzt, daß sich bezüglich der
am Anschlußende des Leiters (4a) verfügbaren Signalleistung im UKW-Bereich sowohl
für horizontal als auch für vertikal und zirkular polarisierte Wellen ein Maximum
einstellt,
3. Aktive Windschutzscheibenantenne nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der in der Symmetrielinie (9) verlaufende Leiterteil (4b) vom Knickpunkt (12)
nahezu bis zum gegenüberliegenden horizontalen Rahmenteil geführt ist, jedoch der
Abstand (11) mindestens 2 mm beträgt.
4. Aktive Windschutzscheibenantenne nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abstand (A) zwischen Antennenleiter (4a) und dem Rahmen (2) vorzugsweise im
Bereich größer als 1 cm und kleiner als 7 cm gewählt ist.
5. Aktive Windschutzscheibenantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abstand (A) des Leiters (4a) zum Rahmen (2) im angegebenen Bereich zwar so klein wie
möglich gewählt ist, jedoch groß genug, daß dadurch der LMK-Empfang nicht merklich
verschlechtert ist.
6. Aktive Windschutzscheibenantenne nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet,
daß innerhalb des Bereichs von 1 cm bis 7 cm der Abstand (A) des Leiters (4a) zum
Rahmen (2) so gewählt wird, daß im UKW-Bereich an der Verbindungsstelle (3) zwischen
Antennenleiterstruktur und Antennenverstärker (5) die verfügbare Signalleistung im
UKW-Bereich maximal wird.
7. Aktive Windschutzscheibenantenne nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verstärker und der Antennenschluß in der Nähe der rechten unteren Ecke des
Metallrahmens (2) angebracht sind und der Knickpunkt (12) sich in der Nähe des oberen
horizontalen Teils des Metalllrahmens befindet und der Leiter (4a) parallel zum rechten
und zum horizontalen oberen Teil des Metallrahmens verläuft (Fig. 2).
8. Aktive Windschutzscheibenantenne nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verstärker und der Antennenanschluß in der Nähe der rechten oberen Ecke des
Metallrahmens (2) angebracht sind und der Knickpunkt (12) sich in der Nähe des oberen
horizontalen Teils des Metallrahmens befindet und der Leiter (4a) parallel zum horizontalen
oberen Teil des Metallrahmens verläuft (Fig. 3).
9. Aktive Windschutzscheibenantenne nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verstärker und der Antennenanschluß in der Nähe der rechten unteren Ecke des
Metallrahmens (2) angebracht sind und der Knickpunkt (12) sich in der Nähe des unteren
horizontalen Teils des Metallrahmens befindet und der Leiter (4a) parallel zum horizontalen
unteren Teil des Metallrahmens verläuft (Fig. 4).
10. Aktive Windschutzscheibenantenne nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Übertragungsweg für den UKW-Bereich mindestens einen verstärkenden aktiven
Dreipol enthält, der mit Hilfe
vorgeschalteten verlustarmen Netzwerks an die Impedanz des Antennendrahts am Anschlußende
(4a) rauschangepaßt ist.
11. Aktive Windschutzscheibenantenne nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Übertragungsweg für den UKW-Bereich aus einem verlustarmen Anpassungsnetzwerk
besteht und Leistungsanpassung zwischen dem Anschlußende des Antennenleiters (4a)
und der Ausgangsleitung des Verstärkers vorliegt.