Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Multifunktionsantenne nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Speziell in den USA ist ein satellitengestütztes Radiosystem im Einsatz, welches nur mit wenig verteilten Satelliten im Orbit arbeitet. Für dieses satellitengestützte Radiosystem sollen Antennen angeboten werden, die bereits bei niedrigen Elevationswinkeln von 20° und mehr, insbesondere von 25° bis auf 90°-Elevation den gleichen Mindestgewinn einhalten müssen.
Die entsprechenden Systeme sind in der Fachwelt auch unter dem Begriff SDARS-Dienste bekannt, die im 2,3 GHz-Bereich senden. Die Satellitensignale werden dabei zirkular polarisiert übertragen.
Um diesen extremen Bedingungen Rechnung zu tragen und bereits bei niedrigen Elevationen von 20° bzw. 25° und mehr einen hohen Antennengewinn zu realisieren, ist stets versucht worden, durch besonders ausgefeilte Antennenkonstruktionen diesen extremen Anforderungen Rechnung zu tragen.
Aus der WO 01/80366 A1 ist ein spezielles Antennensystem bekannt geworden, welches einen Kreuzdipol enthält, der aus einem Flächenmaterial gebildet ist und dadurch vier Quadranten bildet, die durch die Dipolwände voneinander getrennt sind. In jedem Quadranten ist dann ein separater, sich vertikal erstreckender Monopol angeordnet, worüber die terrestrisch ausgestrahlten, vertikal polarisierten Signale empfangen werden können. Mittels dieser zweiten Antennenanordnung soll immer dann ein Programmempfang möglich sein, wenn die parallel auf Satellit ausgestrahlten Programme nicht mehr empfangen werden können, weil beispielsweise der teilweise sehr niedrig am Horizont positionierte Satellit durch Berge, Bauwerke, Tunnels etc. abgeschirmt ist.
Eine entsprechende Empfangseinrichtung für Landfahrzeuge für digitale Hochfrequenzsignale, welche in einem vorgegebenen Frequenzband zum einen von einem Satelliten mit einer geringeren Intensität und zum anderen in Abschattungsgebieten von einem terrestrischen Sender mit einer wesentlich größeren Intensität zur Verfügung gestellt werden, ist zudem beispielsweise aus der DE 202 07 401 U 1 bekannt geworden. Da die terrestrischen Signale mit deutlich größerer Intensität empfangen werden, schlägt diese Vorveröffentlichung einen Wilkinson-Teiler vor, der auch als 3dB-Teiler bezeichnet wird. In dem einen nachfolgenden Zweig ist dafür ein weiterer, d.h. ein zweiter Verstärker, vorgesehen, der die Satellitensignale mit niedriger Intensität nochmals um eine weitere Stufe verstärkt, um am Ausgang der Gesamtschaltung etwa gleichstarke Empfangssignale vorliegen zu haben. Allerdings umfasst diese Vorveröffentlichung weder eine Mobilfunkantenne noch beispielsweise eine GPS-Empfangsantenne zur Geo-Positionierung des Landfahrzeuges.
Aus der DE 202 10 312 U 1 ist ebenfalls eine Antennenanordnung für Kraftfahrzeuge bekannt geworden, die insbesondere zum Empfang von digitalen Rundfunksignalen gemäß dem nordamerikanischen SDARS-Standard geeignet sein soll.
Daneben umfasst diese Antenne als zweite Antenneneinrichtung ebenfalls eine stabförmige Mobilfunkantenne. Darüber hinaus ist bei diesem Antennensystem kein Ortungssystem vergleichbar dem GPS-System zur Feststellung der jeweiligen Position des Landfahrzeuges vorgesehen.
Eine gattungsbildende Antennenanordnung für Fahrzeuge zum Empfang von mehreren unterschiedlichen und durch Lücken getrennten Frequenzbändern ist auch aus der DE 101 33 295 A 1 bekannt geworden. Es handelt sich dabei um eine Antennenanordnung mit vier Antennen, nämlich zwei breitbandigen Antennen für unterschiedliche Mobilfunkfrequenzen, eine satellitengebundene Fahrzeugnavigations-Antenne entsprechend dem GPS-System und einer Antenne für Satellite Digital Audio Reception System SDARS. Dabei ist der Vorveröffentlichung ferner zu entnehmen, dass die SDARS-Antenne eine Konfiguration sowohl für satellitengebundenen als auch für terrestrischen Betrieb mit einer vertikalen Polarisation aufweisen soll.
Multifunktionsantennen sind beispielsweise aber auch aus der US 2002/0175879 A1, der US 6 441 792 B1 sowie der DE 101 44 399 A1 bekannt geworden.
Bei der an erster Stelle genannten US 2002/0175879 A1 werden verschiedene Antennenkonstruktionen vorgeschlagen, die beispielsweise eine GPS-Patchantenne und auch eine SDARS-Satellitenradioantenne umfassen können. Darüber hinaus umfasst diese spezifische Antennenkonstruktion eine Vielzahl von Schlitz-Antennen-Elementen zur Übertragung von vier verschiedenen Diensten.
Demgegenüber wird gemäß der US 6 441 792 B1 eine flächige Anordnung von Antennen vorgeschlagen, die eine Vielzahl von in einer Ebene liegenden, auf einem Flächenelement in Längs- und/oder Querrichtung versetzt positionierten Einzelantennenelementen umfassen.
Aus der DE 101 44 399 A1 ist ein Dachmodul für ein Fahrzeug mit mindestens einer Antenne zu entnehmen, wobei der Aufbau dergestalt sein kann, dass gemäß einem Ausführungsbeispiel zwei Antennen vorgesehen sind, die beispielsweise Hörfunk(AM/FM)-, TV-, GPS-, GSM-, DAB- bzw. SDARS-Antennen sein können.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antennenanordnung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die zum einen zum Empfang von Satellitensignalen geeignet ist, auch zum Empfang von vergleichsweise niedrig über dem Horizont stehenden Satelliten ausgestrahlten Programmen wie SDARS, und die zum anderen auch die Möglichkeit aufweist, terrestrisch ausgestrahlte Radioprogramme und/oder terrestrisch ausgestrahlte SDARS-Dienste zu empfangen. Zudem soll die Kfz-Antenne auch zumindest eine Antenne für ein Mobiltelefon sowie eine Empfangsantenne zur Koordinaten- und damit zur Positionsermittlung eines Fahrzeuges umfassen. Dabei soll die Antenne einen möglichst geringen Bauraum aufweisen, und dies bei sehr guten Empfangsqualitäten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Es muss als mehr als überraschend bezeichnet werden, dass es gelungen ist, eine derartige erfindungsgemäße Antenne zum Empfang der unterschiedlichsten Dienste in so kompakter Bauform zu realisieren. Von daher ist es möglich, die Antennenanordnung vergleichsweise unauffällig an einem Landfahrzeug, also z.B. einem PKW, insbesondere im Dachbereich oder am Übergang vom Dachbereichs zur Heckscheibe, in einem bevorzugt finnenartigen Gehäuse kompakt unterzubringen.
Die Lösung überrascht um so mehr, da im Stand der Technik keine Hinweise ersichtlich waren, dass durch die erfindungsgemäße Anordnung der einzelnen Strahler für die verschiedenen Dienste diese kompakte Lösung möglich geworden ist.
Versuche haben nämlich gezeigt, dass an sich immer gewisse Mindestabstände zwischen den einzelnen Antennen für die verschiedenen Dienste eingehalten werden müssen, um eine jeweils ausreichende Empfangsqualität realisieren zu können. Versuche haben gezeigt, dass beispielsweise ausgehend von einer Antenneneinrichtung gemäß der WO 01/80366 A1 eine Antenneneinrichtung mit den oben beschriebenen vier Diensten zu einer extrem langen Konstruktion führen würde. Würde man bei einer Antenneneinrichtung gemäß der vorstehend genannten WO 01/80366 A1 zum Empfang von über Satellit ausgestrahlten Signalen sowie zum Empfang von terrestrischen Signalen nebeneinander auf einer finnenartigen Montageplatte beispielsweise noch einen GPS-Strahler zur Positionsbestimmung sowie eine Mobilfunkantenne anordnen, so würde dies zu einer Anordnung in einer Gesamtlänge von in der Regel deutlich über 18 bis 20 cm führen.
Würde man dagegen versuchen, vergleichbare Komponenten in Längsrichtung eines Chassis dichter zusammenzubauen, so würde dies dazu führen, dass die Empfangsqualität für die verschiedenen Dienste nicht die geforderten Vorgaben erfüllen würde.
Vor diesem Hintergrund ist das überraschende Ergebnis darin zu sehen, dass durch die unterschiedliche Reihenfolge und Anordnung der einzelnen Antennen für die verschiedenen Dienste es möglich geworden ist, trotz insgesamt höchst kompakter Anordnung mit hoher Integrationsdichte eine Antennenanordnung für die verschiedenen Dienste aufzubauen, die gleichwohl überraschend gute Empfangsqualitäten aufweist.
Unterschiedlichsten Versuche haben gezeigt, dass beispielsweise gute Empfangsqualitäten für die verschiedenen Dienste mit einer Antennenanordnung erreicht werden kann, bei der auf einem Chassis von der vorderen Spitze zur rückwärtigen Seite verlaufend zunächst eine Satellitenempfangsantenne beispielsweise für SDARS-Dienste, nachfolgend eine GPS-Antenne, dann eine Antenne für den terrestrischen Empfang von Signalen, z.B. in Form der terrestrisch ausgestrahlten SDARS-Dienste, und dann eine Mobilfunkantenne vorgesehen sein sollte. Allerdings würde dies dann zu einem Antennenaufbau führen, dessen Chassi-Gesamtlänge etwa 22 cm beträgt, was für herkömmliche PKWs zur Anbringung am Dach als bei weitem zu groß beurteilt wird.
Erfindungsgemäß wird demgegenüber aber von dem Konzept ausgegangen, dass auf einem schiffchen- oder finnenförmigen Chassis aufbauend von vorne nach hinten (entsprechend der Ausrichtung auf dem Kraftfahrzeug), zunächst eine terrestrische Empfangsantenne zum Empfang von terrestrisch ausgestrahlten Radioprogrammen und/oder terrestrisch ausgestrahlten SDARS-Diensten, nachfolgend eine Antenne zum Empfang der Signale zur Positionsbestimmung des Kraftfahrzeuges (beispielsweise eine GPS-Antenne), dann eine Satelliten-Antenne für den Empfang von über Satellit ausgestrahlten SDARS-Diensten und schließlich eine Mobilfunkantenne angeordnet sind. Durch diese Reihenfolge konnte eine derartige Optimierung erzielt werden, dass die einzelnen Dienste mit den gewünschten Empfangsqualitäten empfangen werden konnten, und dass gleichwohl die Antenne, d.h. das Chassis, ein Längsmaß aufweist, das unter 18 cm, auch problemlos unter 17 cm betragen kann. Es hat sich sogar gezeigt, dass die Gesamtlänge des die Antenne aufnehmenden Chassis problemlos unter 150 mm verkürzt werden kann.
Die im vorlaufenden Bereich der finnenartigen Gehäuseabdeckung untergebrachte Antenne zum Empfang terrestrisch ausgestrahlter Radioprogramme oder SDARS-Diensten besteht dabei aus einem Monopol, wobei die nachfolgend angeordnete GPS-Antenne aus einem Patchstrahler und die der GPS-Antenne nachgeordnete dritte Antenne zum Empfang über Satellit ausgestrahlter SDARS-Dienste ebenfalls aus einem Patchstrahler besteht. Um den gewünschten kompakten Aufbau zum einen bei hoher Empfangsqualität zu gewährleisten, ist dabei ferner vorgesehen, dass der Mittenabstand zwischen den beiden vorlaufenden ersten Antennen kleiner ist als der Mittenabstand zwischen der zweiten und dritten Antenne und aber auch kleiner ist als der Mittenabstand zwischen der dritten und vierten Antenne.
Die Antenne wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:
In Figur 1 ist in schematischer Seitenansicht und in Figur 2 in schematischer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung gezeigt.
Die Antennenanordnung umfasst ein Chassis 1, welches in Draufsicht einem Schiffskörper, Surfbrett etc. vergleichbar gestaltet ist, nämlich mit einem vergleichsweise schmäler vorlaufenden Bereich 3, und einem demgegenüber breiteren mittleren Bereich 5 bzw. hinteren Bereich 7. Das Chassis besteht üblicher Weise aus einem metallischen Grundkörper, beispielsweise aus Metallguss.
Ein derartiges Chassis wird üblicher Weise an einem Kraftfahrzeugdach, beispielsweise am hinteren Endbereich vor dem Übergang zur Heckscheibe montiert, wobei an dieser Stelle im Kraftfahrzeug entweder eine Ausnehmung oder Vertiefung im Karosserieblech vorgesehen ist, um das so gebildete Chassis 1 in geeigneter Höhenlage relativ zum Karosserieblech zu positionieren. Dabei weist der vorlaufende schmälere Bereich 3 beim Kraftfahrzeug in Fahrtrichtung nach vorne, so dass der hintere Bereich 7 heckseitig zu liegen kommt. Die entsprechende Antenne wird üblicher Weise mittig am Fahrzeug montiert und ist dabei über eine Gehäuseabdeckung 9 geschützt, die bevorzugt Finnenkörperform aufweist, wie dies in der schematischen Rückansicht gemäß Figur 3 zu ersehen ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind unter der Gehäuseabdeckung 9 in dem Chassis 1 verschiedene Antennen untergebracht, nämlich von dem vorderen Bereich zum hinteren Bereich 7 aufeinander folgend:
Mit der Satellitenantenne können beispielsweise von Satelliten ausgestrahlte Radioprogramme empfangen werden. Die Antenne C kann dabei für den Empfang von digitalen Hochfrequenzsignalen ausgelegt sein, entsprechend den SDARS-Diensten in Nordamerika. Auf diese Weise werden diese Signale in einem Frequenzbereich von etwa 2,3 GHz ausgestrahlt.
Mit der vorne sitzenden terrestrischen Empfangsantenne A können nunmehr aber terrestrisch ausgestrahlte Signale, insbesondere terrestrisch ausgestrahlte Radioprogramme, empfangen werden. Insbesondere in den USA werden derartige Antennen zum Empfang der SDARS-Dienste benötigt, vor allem deshalb, da die SDARS-Dienste ausstrahlenden Satelliten teilweise nicht in ihrer optimalen Position möglichst senkrecht über dem Empfangsfahrzeug, sondern teilweise sehr tief am Horizont stehend positioniert sind, bis zu einem Elevationswinkel von etwa 20° oder beispielsweise etwa 25°. Dies hat zur Folge, dass diese von Satelliten ausgestrahlten Signale häufig abgeschirmt werden, beispielsweise in Schluchten, Tunneln, unter Brücken etc. Um auch an solchen Orten einen Empfang der Radioprogramme zu ermöglichen, sind zum Teil terrestrisch positionierte Sendepositionen vorgesehen, so dass parallel in diesen Situationen die Radioprogramme über die terrestrische Antenne A empfangen werden können.
Bei dem Ortungssystem handelt es sich bevorzugt um das weltweit im Einsatz befindliche GPS-Ortungssystem. Aber auch andere Ortungssysteme, wie z.B. das gegenwärtig in Europa geplante Galileo sind geeignet, um mit einer derartigen Empfangsantenne empfangen zu werden.
Am rückwärtigen Ende ist bevorzugt eine Mobilfunkantenne D vorgeschlagen. Diese Mobilfunkantenne kann von der Art ihrer Gestaltung, Größe etc. für die Kommunikation in unterschiedlichen Mobilfunkbereichen geeignet sein, beispielweise zum Empfang im 900 MHz Bereich, im 1,8 GHz Bereich oder beispielsweise im 1700 bis 2170 MHz Bereich. Von daher kann die Mobilfunkantenne nicht nur zum Empfang eines dieser Frequenzbänder, sondern auch zum Empfang zweier oder dreier oder allgemein mehrerer der genannten oder anderer Frequenzbänder geeignet sein. Bevorzugt kann die Mobilfunkantenne dazu aus einem sich vertikal gegenüber dem Chassis 1 erhebenden Substrat, beispielswiese einer Leiterplatine, bestehen, auf welchem entsprechend leitende Flächen als Antennenelemente ausgebildet sind.
Die Gesamtlänge des Chassis kann weniger als 170 mm, beispielsweise weniger als 160 mm oder sogar 150 mm betragen.