Die Erfindung betrifft eine niedrig bauende Dual-oder Multibandantenne, insbesondere für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Insbesondere in deutschen und europäischen Mobilfunknetzen erfolgt die Kommunikation im 900 MHz oder im sogenannten 1800 MHz Band. Insbesondere in den USA erfolgt die Übertragung im sogenannten 1900 MHz Bereich. Die als nächstes anstehenden UMTS-Netze werden im 2000 bzw. 2100 MHz Bandbereich aufgebaut werden.
Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich werden niedrig bauende Antennen gewünscht, die möglichst gute elektrische Eigenschaften, d.h. insbesondere eine hohe Bandbreite, gute Rundstrahlcharakteristik sowie eine kompakte Bauform aufweisen sollen.
Von daher sind bereits Dualbandflächenantennen vorgeschlagen worden, die unter anderem auch als "stacked dual-frequency-microstripe"-PIF-Antennen bezeichnet werden.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte derartige Antenne weist einen über einer metallischen Grundfläche oder Grundplatte dazu parallelen Flächenstrahler auf, der an seiner einen Längsseite über ein senkrecht zum Flächenstrahlerelement sowie zur Grundplatte verlaufenden Kurzschluss mit der metallischen Grundplatte kurzgeschlossen ist. Länge und Breite und damit die Größe des Flächenstrahlerelementes ist beispielsweise an die niedrigst zu übertragende Frequenz, beispielsweise an das 900 MHz Band angepasst.
Darauf aufbauend ist ein vom Prinzip her vergleichbarer Flächenstrahler aufgebaut, der für die Übertragung eines höheren Frequenzbandbereiches vorgesehen ist und entsprechend kleiner dimensioniert ist. Er sitzt mit insgesamt geringerer Längs- und Quererstreckung mit einem weiteren Flächenstrahlerelement in Draufsicht eher mittig auf dem darunter befindlichen größer dimensionierten Flächenstrahlerelement, und zwar ebenfalls in Parallellage dazu. An seiner einen Längsseite, bevorzugt an der gleichen Längsseite wie das Flächenstrahlerelement für den niedrigsten Frequenzbandbereich ist es über einen Kurzschluss mit dem darunter befindlichen Flächenstrahlerelement verbunden. Das Kurzschlusselement ist bevorzugt ebenfalls wieder senkrecht zu den beiden Flächenstrahlerelementen ausgerichtet.
Die Einspeisung erfolgt über eine vorzugsweise senkrecht zu den Flächenstrahlerelementen verlaufende Einspeiseleitung, die von einer Einspeisestelle, beispielsweise einem Anpassungsnetzwerk, im Bereich der Grundplatte, gegenüber der der Einspeisepunkt isoliert ist, im Wesentlichen senkrecht nach oben verlaufend bis zur Unterseite des zuoberst liegenden Flächenstrahlerelementes geführt ist. Dazu ist eine entsprechende Durchtrittsöffnung in dem darunter befindlichen Flächenstrahlerelement vorgesehen, um die Einspeiseleitung bis zum zuoberst liegenden Flächenstrahlerelement zu führen.
Eine vorbekannte Ein-Band-Antenne für die Ausstrahlung und/oder den Empfang elektromagnetischer Signale, insbesondere Ultrahochfrequenzen, ist aus der DE 195 12 003 A1 bekannt geworden. Darin wird eine niedrig bauende Antenne beschrieben, die ebenfalls auf einer metallischen Grundfläche oder Grundplatte angeordnet oder positionierbar ist, die einen Flächenstrahler umfasst, wobei der Flächenstrahler an einer Seite einen Kurzschluss aufweist, und zwar der Art, dass der Flächenstrahler über den Kurzschluss mit der metallischen Grundfläche oder Grundplatte verbunden ist. Die Antenne ist dabei als einteiliges Stanz-Biege-Metallteil gebildet. Der Flächenstrahler weist benachbart zu seiner Strahlerfläche ferner noch Strahlerflügel auf, die mit der zugehörigen Strahlerfläche elektrisch verbunden sind.
Aus der US 5,977,916 A ist in einem Ausführungsbeispiel eine Dual-Band-Antenne beschrieben, die zwei Flächenstrahler umfasst, die jeweils U-förmig unter Ausbildung von seitlich liegenden Flügeln gestaltet sind. Der Flächenstrahler für den Betrieb in einem höheren Frequenzband liegt dabei innerhalb des Flächenstrahlers für das niedrigere Frequenzband.
Aus der Vorveröffentlichung Richard C. Johnson: "Antenna Engineering Handbook" 1993, MCGRAWHILL, New York, USA, XP002256266 sind allgemeine Ausführungen für eine Dualfrequenz-Antenne als bekannt zu entnehmen, die zwei auf unterschiedlichem Höhenniveau übereinander angeordnete Strahlerflächen umfasst.
Schließlich ist eine Microstrip-Antenne in Form einer Inverted-F-Antenne grundsätzlich auch aus der EP 0 537 548 A1 als bekannt zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von den eingangs genannten beiden Vorveröffentlichungen, eine Dual- oder Multibandantenne zu schaffen, die vergleichsweise einfach aufgebaut ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße niedrig bauende Dual- oder Multibandantenne zeichnet sich dadurch aus, dass ihre wesentlichen Teile aus einem kompletten einteiligen Stanz-Biege-Teil gebildet sind. Dabei ist selbst der Kurzschluss zwischen den zumindest beiden Flächenstrahler, die für zwei verschiedene Frequenzbandbereiche vorgesehen sind, als einteiliger Bestandteil der gesamten Antenne ausgebildet. Schließlich ist sogar die von unter her auf die Unterseite des zuoberst angeordneten und/oder des für das höchste zu übertragende Frequenzband vorgesehenen Flächenstrahlers verlaufende Speiseleitung ebenfalls als Stanz-Biege-Teil ausgebildet, welches einteilig mit den verbleibenden Teilen der so gebildeten Antenne verbunden ist.
Der gesamte Aufbau kann mehrfach kaskadiert werden, so dass nicht nur zwei, sondern zumindest auch drei unterschiedlich dimensionierte jeweils übereinander angeordnete im Wesentlichen parallel verlaufende Flächenstrahlerelemente ausgebildet sind, damit die kompakte Antenne beispielsweise auch als Multibandantenne in drei Bandbereichen strahlen und empfangen kann.
Die Dual- oder Multibandantenne kann Flächenstrahlerelemente aufweisen, die nicht zwingend jeweils in unterschiedlicher Höhenlage zueinander, sondern in einer gemeinsamen Höhenlage liegen, wobei in diesem Fall der Kurzschluss zwischen zwei Flächenstrahlerelementen dann ebenfalls auf gleicher Höhenlinie verlaufend angeordnet ist.
Die Flächenstrahlerelemente können im Wesentlichen in Draufsicht mit parallelen und senkrechten Schnitt- und Biegekanten versehen sein. Möglich ist aber genauso, dass die jeweils nach außen weisenden Stanzkanten der höher liegenden Flächenelemente für die Übertragung im höheren Frequenzband z.B. von ihren Kurzschlussanbindungen zu ihrem freien Ende hin leicht nach außen divergierend oder nach innen konvergierend verlaufend ausgebildet sind oder schräg verlaufende Endkantenbereiche insbesondere in ihrem freien Ende aufweisen. Ebenso können die Stanzkanten der tiefer liegenden Flächenelemente schräg verlaufend ausgebildet sein, wobei die Stanzkanten außen- wie innenliegend nicht zwingend parallel verlaufen müssen.
In einer nochmals bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Strahlerflügel durch eine weitere Biegung nach unten verlängert werden.
Auch die Kurzschlussverbindungen müssen nicht für die gesamte Breite des jeweiligen Flächenelementes ausgebildet sein. Sie können gegenüber der angrenzenden Quererstreckung des jeweiligen Flächenelementes kürzer ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im Einzelnen:
In den Figuren 1 bis 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen niedrig bauenden kompakten Dualbandantenne gezeigt, die aus zwei Flächenstrahlerelementen oder Flächenstrahlern 3a und 3b besteht, die parallel zueinander angeordnet sind. Üblicherweise ist ein derartiges Antennenelement mit einer größeren metallischen Fläche oder Grundplatte 7 versehen, d.h. verbunden oder eine entsprechende Antenne wird beispielsweise bei Verwendung am Kraftfahrzeug an entsprechender Stelle auf dem Karosserieblech des Fahrzeuges angebracht, welches dann als metallische Gegenfläche oder Grundfläche dient.
Das untere Flächenelement bzw. der untere Flächenstrahler 3a ist zur Übertragung in einem niedrigeren oder niedrigen Frequenzband, beispielsweise im 900 MHz Bandbereich abgestimmt. Der darüber aufgebaute kleiner dimensionierte Flächenstrahler 3b ist beispielsweise zur Übertragung im 1800 MHz Bandbereich abgestimmt.
Der obere Flächenstrahler 3b ist an seiner in Figur 1 links liegenden schmäleren Begrenzungsseite oder -kante 9b über einen Kurzschluss 11b mit dem darunter befindlichen größer dimensionierten Flächenstrahler 3a verbunden, wobei der Kurzschluss 11b im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Breite aufweist, die der Breite des oberen Flächenstrahlers 3b entspricht.
Der untere Flächenstrahler 3a ist an seiner links liegenden schmäleren Begrenzungsseite 9a ebenfalls mit einer vertikalen Kurzschlussfläche 11a ausgestattet, worüber üblicherweise eine elektrische Verbindung zu der erwähnten elektrischen Grundfläche oder Grundplatte 7 hergestellt ist.
Schließlich ist der obere und der untere Flächenstrahler jeweils so ausgestattet, dass ein Teil des jeweiligen Flächenstrahlerelementes aus einem geschlossenen Metallflächenabschnitt 103a oder 103b besteht, an den sich dann jeweils an der gegenüberliegenden Seite zum Kurzschluss 11a bzw. 11b zwei in Querrichtung des Antennenstrahlerelementes versetzt liegende Antennenflügel 203a bzw. 203b anschließen, die nachfolgend teilweise auch als Strahlerflügel 203a bzw. 203b bezeichnet werden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die gesamte in Figur 1 gezeigte Antenne aus einem einzigen Stanz-Biege-Teil hergestellt, jedoch unter Ausnahme der Grundplatte 7. In Figur 5 ist dabei eine metallisches Ausgangsblech gezeigt, in welchem die entsprechenden Stanz-Linien 19 strichpunktiert und die Biegekante 20 punktiert eingezeichnet sind. Durch den Stanz-Schneidvorgang und die nachfolgende Biegung längs der Biegekante 21'a und 21'b kann dann das Flächenstrahlerelement 3b für den jeweils höheren Frequenzbandbereich in eine höhere Parallellage zu dem darunter liegenden Flächenstrahlerelement 3a gebracht werden, wie dies aus den Figuren 2 und 3 zu ersehen ist. Durch den Biegevorgang werden dabei die Kurzschlüsse 11a und 11b senkrecht zur Ebene der Flächenstrahlerelemente aufgestellt.
Bei der Draufsicht auf das Ausgangs-Blechteil gemäß Figur 5 ist dabei zu ersehen, dass bei diesem Ausführungsbeispiel lediglich der mit x gekennzeichnete Materialbereich im Rahmen des Stanzvorganges ausgeschnitten und entfernt werden muss. Die verbleibenden Teile werden nur gestanzt bzw. an den entsprechenden Linien gekantet und gebogen, um dann die in Figur 1 bis 4 dargestellte Dual-Band-Antenne zu erstellen.
Schließlich ist auch noch eine Einspeiseleitung 25 notwendig, die bevorzugt senkrecht zur Ebene der Flächenstrahlerelemente vorgesehen ist und von unten her bis zur Unterseite des oben liegenden Flächenstrahlerelementes 3b geführt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Speiseleitung 25 ebenfalls als Stanz-Biege-Teil hergestellt, wozu der oberste Flächenstrahler 3b eine schlitzförmige Ausnehmung 27 aufweist, und zwar unter Zurückbelassung einer links am Ende der schlitzförmigen Ausnehmung 27 gebildeten Biegekante 29, wodurch ein schmaler Metallstreifen unter Bildung der erwähnten Speiseleitung 25 senkrecht nach unten herabgebogen werden kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 1 bis 4 ist also das plattenförmige Ausgangsmaterial fast vollflächig ausgenutzt, da das zwischen den außenliegenden Seitenkanten 31 des oberen Flächenstrahlerelementes 3b und den innenliegenden Seitenkanten 33 des darunter befindlichen Flächenstrahlerelementes nur durch eine Stanz- oder Schneidlinie 19 gebildet ist, ohne dass das Material ausgestanzt werden muss. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 6 und 7 ist demgegenüber ein jeweiliger Kurzschluss 11a bzw. 11b in Querrichtung der Flächenstrahlerelemente schmäler gestaltet, weshalb bei Durchführung des Stanz- und Biegevorganges entsprechende Materialflächen von einer Ausgangs-Metallplatte ausgestanzt werden müssen.
Darüber hinaus sind die vorlaufenden Enden der Strahler-oder Antennenflügel 203a und 203b an ihrem freien Ende nicht mit senkrecht zur Längserstreckung der Antennenflügel verlaufenden Abschluss- oder Schneidkanten 35 versehen, sondern mit schräg von außen nach innen aufeinanderzu verlaufenden, also konvergierenden Abschluss- bzw. Schneidkanten 35.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 8 und 9 sind die außen liegenden Schneidkanten 31 des jeweils höheren Flächenstrahlers von der Kurzschlussseite zum freien Ende hin konvergierend gestaltet, und dabei parallel zu den entsprechend konvergierenden innenliegenden Schneidkanten 33 des tiefer liegenden Flächenstrahlerelementes 3a. Dadurch ergeben sich zumindest für das höherliegende Flächenstrahlerelement 3b spitz zulaufende Antennenflügel 203b. Die Antennenflügel 203a des tiefer liegenden Flächenstrahlerelementes weisen zu ihrem freien Ende hin zunehmend größere Breite und Erstreckung auf. Die außenliegende Abschluss- oder Schneidkante kann ebenfalls wieder konvergierend ausgestaltet sein, wobei die Antennenflügel 203a des tieferliegenden Flächenstrahlerelementes mit ihren vorlaufenden Endspitzen sich dann gegenseitig berühren oder fast berühren können.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10 ist das ebenfalls als Stanz- oder Biegeteil hergestellte Speiseleitungsstück von oben nach unten als zunehmend schmäler werdender Metallstreifen, also als Metallstreifen mit aufeinanderzu verlaufenden, konvergierenden seitlich gegenüberliegenden Stanzkanten 39 ausgebildet. Umgekehrt ist der Kurzschluss 11a von unten nach oben verlaufend trapezförmig gestaltet, zumindest bezüglich des Flächenstrahlerelementes für den niedrigeren Frequenzbandbereich. Schließlich zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 11, dass die Antennenflächen und auch die Antennen- oder Strahlerflügel für die unterschiedlichen Frequenzbereiche auch in einer gemeinsamen Höhenebene angeordnet sein können, also U- oder gabelförmig angeordnet sind, so dass auch in diesem Ausführungsbeispiel der Kurzschluss 11b, der die beiden Flächenstrahlerelemente 11b und 11a verbindet, in gemeinsamer Höhenanordnung zu liegen kommt.
Entsprechend dem erläuterten Ausführungsbeispiel kann auch eine Multibandantenne aufgebaut sein, wenn nämlich die entsprechende Kaskadierung der in den Zeichnungen erläuterten beiden Flächenstrahlerelemente beispielsweise durch ein drittes Flächenstrahlerelement ergänzt wird, das kleiner dimensioniert ist und auf dem zweiten Flächenstrahlerelement in entsprechender wiederholender Weise aufbaut. Auch in diesem Fall kann die so gebildete Gesamtantenne als einziges Stanz- und Biege-Teil hergestellt sein, also eine einstückige Bauweise aufweisen.
Nachfolgend wird auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 12 und 13 Bezug genommen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Strahlerflügel 203a des untersten Flächenstrahlers mit nach unten verlängerten Antennenflügelabschnitten 203a' versehen, wodurch sich der Vorteil realisieren lässt, dass die Strahlerflügel 203a insgesamt gegenüber anderen Ausführungsbeispielen verkürzt werden können und zugleich mechanisch stabiler sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind dabei die entsprechenden Antennenflügelabschnitte 203a' an der Außenkante der Antennenflügel mit senkrecht nach unten abstehenden gekanteten Metallabschnitten gebildet.
Bei entsprechender Vorgebung können derartige Antennenflügelabschnitte auch an einem Strahlerflügel 203b an einem Flächenstrahler 3b zur Übertragung in einem höheren Frequenzband alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein.
Anhand der Figuren 14 und 15 ist ein entsprechender Antennentyp gezeigt, der geeignet ist, in drei versetzt zueinander liegenden Bändern zu strahlen. Der entsprechende Aufbau des Flächenstrahlers 3b ist in diesem Ausführungsbeispiel gegenüber den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen quasi nochmals kaskadiert um einen darüber befindlichen kleiner dimensionieren Flächenstrahler 3c erweitert worden, der ebenfalls wieder entsprechende Strahlerflügel 303a aufweist. Die Verbindung mit dem darunter befindlichen Strahler 3b erfolgt ebenfalls über einen entsprechenden Kurzschluss 11c. Die Einspeisung erfolgt über eine Speiseleitung 25, die bis zum obersten Flächenstrahler 3c führt.
Bei den erläuterten Antennen handelt es sich um sogenannte PIF-Antennen, also um sogenannte "planar inverted F-Antennen". Dabei ist es bekannt, dass bei derartigen Antennen durch die Ausführung und durch die Lage des Speisepunktes und der Kurzschlüsse die Eigenschaften der jeweiligen Antenne beeinflusst werden können. Von daher werden durch die Ausführung und durch die Lage des Speisepunktes sowie der Kurzschlüsse die Eigenschaften der Antennen an die Einflüsse der jeweiligen Fahrzeug-Karosserie und dem jeweiligen Einbauort individuell angepasst. Dabei liegen in der Regel die Kurzschlüsse, beispielsweise die Kurzschlüssel 11a und 11b jeweils an der Schmalseite der Antennenanordnung, die bevorzugt grundsätzlich längssymmetrisch ausgebildet ist (also symmetrisch zu einer vertikalen Mittellängsebene). Der Speisepunkt der Antenne ist bevorzugt auf dieser Längssymmetrielinie oder Längssymmetrieebene der Antenne vorgesehen. Auch durch die Lage und Entfernung des Speisepunktes bezogen auf den Kurzschluss lässt sich die Antennenimpedanz, die bei Autofunkantennen üblicherweise 50 Ohm betragen soll, anpassen.