Flächige Antenne mit zumindestens zwei Strahlerabschnitten zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Antenne (1) mit zumindest zwei Strahlerabschnitten zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale, wobei die Antenne (1) weiterhin einen Masseanschluss aufweist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass ein auf einem flächigen Träger (2) angeordneter erster Strahlerabschnitt (4) flächig und ein ebenfalls auf dem flächigen Träger (2) zumindest weiterer Strahlerabschnitt (5) mäanderförmig ausgebildet ist, wobei die Strahlerabschnitte (4, 5) über eine ebenfalls auf dem Träger (2) angeordnete Spule (6) elektrisch miteinander verbunden sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Antenne mit zumindest zwei Strahlerabschnitten zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale, wobei die Antenne weiterhin einen Masseanschluss aufweist, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

[0002] Es sind stabförmige Antennen als so genannte Lambda-Viertelstäbe bekannt, die zumindest zwei Strahlerabschnitte zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale aufweisen, wobei weiterhin ein Masseanschluss vorhanden ist. Solche Antennen werden z.B. für den CB-Funk (CB = Citizen Band) auf Fahrzeugen angeordnet. Ein spezieller Anwendungsfall ist bei stabförmigen Antennen auf Lastkraftwagen in den USA bekannt, bei denen solche stabförmigen Antennen auf dem Dach des Führerhauses angeordnet und befestigt werden. Diese Anordnung ist nur sehr schwer zugänglich, so dass ein erforderlicher Abstimmungsvorgang der Antenne, wozu ein fester und ein variabler Strahlerabschnitt vorhanden sind, nur sehr aufwendig und mühsam durchgeführt werden kann. Außerdem stören solche Antennen das Gesamterscheinungsbild und die Aerodynamik eines Fahrzeuges, insbesondere des Lastkraftwagens (LKW), wobei sie weiterhin in ihrer Leistungsfähigkeit eingeschränkt sind. Der größte Hauptnachteil besteht darin, dass lange Antennenruten auf dem LKW-Dach in Europa nur dann zulässig sind, wenn die zulässige Gesamthöhe von 4m (vier Metern) nicht überschritten wird. Meist ist aber die Fahrerkabine schon knappe 4m hoch, so dass die Antennenrute nicht auf dem Dach montiert werden darf. Eine Montage der Antennenstäbe parallel zur metallischen Kabinenrückwand oder der Kabinenfront sind oft der einzige Ausweg, was aber aus Antennensicht sehr schlecht und für die Performance der Antenne wegen Abschirmeffekten nachteilig ist. Schlechte Abstrahlung und Impedanzverstimmung sind die Folge.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderten Nachteile zu vermeiden, insbesondere die Leistungsfähigkeit der Antenne zu erhöhen bei gleichzeitig verbesserter Anordnungsmöglichkeit an einem Fahrzeug, ohne dass der Herstellungs- und Montageaufwand in unnötiger Weise steigt.

[0004] Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

[0005] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein auf einem flächigen Träger angeordneter erster Strahlerabschnitt flächig und ein ebenfalls auf dem flächigen Träger zumindest weiterer Strahlerabschnitt mäanderförmig ausgebildet ist, wobei die zumindest zwei Strahlerabschnitte über eine ebenfalls auf dem Träger angeordnete Spule elektrisch miteinander verbunden sind.

[0006] Die insgesamt flächige Gestaltung der Antenne hat den Vorteil, dass sie an einem gewünschten Einbauort in oder an dem Fahrzeug integriert werden kann, so dass durch das Vorhandensein der erfindungsgemäßen flächigen Antenne das äußere Erscheinungsbild des Fahrzeuges nicht mehr gestört wird. Durch die Kombination des flächigen mit dem mäanderförmigen Strahlerabschnittes wird die Bauhöhe bzw.

[0007] -länge der flächigen Antenne gegenüber einer vergleichbaren stabförmigen Antenne deutlich reduziert, so dass auch nur noch ein reduzierte Bauraumhöhe für die flächige Antenne erforderlich ist. Durch die flächige Ausführung der Antenne wird die Breitbandigkeit der erfindungsgemäßen Antenne gegenüber stabförmigen abstimmbaren Antennen deutlich gesteigert. Somit ist eine Abstimmung der Antenne für den Betriebsfall nicht notwendig.

[0008] Die Ausgestaltung des ersten Strahlerabschnittes als flächiger Strahlerabschnitt auf dem ebenfalls flächigen Träger hat den Vorteil, dass die Leistung der erfindungsgemäßen Antenne deutlich gesteigert wird, so dass insbesondere beim Betrieb der Antenne in Verbindung mit leistungsstarken Nachverstärkern ("Booster") eine Beschädigung, insbesondere durch Hitzeeinwirkung, der Antenne wirksam vermieden wird. Damit einher gehen deutliche Leistungssteigerungen der Antenne, so dass verbesserter Empfang bzw. größere Reichweiten möglich sind. Die mäanderförmige Ausgestaltung des zweiten sich anschließenden Strahlerabschnittes hat weiterhin den Vorteil, dass dadurch die Bauhöhe oder die Länge der Antenne bei gleichzeitiger Leistungssteigerung und Entfall der Abstimmung wegen ihrer Breitbandigkeit deutlich gesteigert wird.

[0009] In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass einer der beiden Strahlerabschnitte, vorzugsweise beide Strahlerabschnitte von einem elektrisch leitfähigen und auf dem Träger aufgedruckten Material gebildet sind. Das Aufdrucken des elektrisch leitfähigen Materials auf dem Träger hat den Vorteil, dass die gewünschten Strukturen (flächig bzw. mäanderförmig) auf einfache Art und Weise in einem entsprechenden Druckverfahren, wie z.B. einem Siebdruckverfahren, realisiert werden können. Außerdem lässt sich ein solches Druckverfahren sehr schnell und rational ausführen, so dass der Herstellungsaufwand deutlich reduziert ist. Neben dem Auftrag von elektrisch leitfähigen Materialien, wie z.B. Pasten, vorzugsweise Silberpolymer-Pasten, sind auch andere Aufbringungsverfahren (wie z.B. Aufsprühen) denkbar, mit denen die gewünschten flächigen Strahlerabschnitte realisiert werden können. Dabei ist es wichtig, dass das Material des Trägers und das dort aufzubringende elektrisch leitfähige Material so aufeinander abgestimmt sind, dass das aufgebrachte elektrisch leitfähige Material ausreichend und dauerhaft eine Verbindung mit dem Träger eingeht, so dass ein Ablösen während der Lebensdauer der Antenne vermieden wird.

[0010] In Weiterbildung der Erfindung wird auch die Spule, die die beiden Strahlerabschnitte elektrisch miteinander verbindet, von dem elektrisch leitfähigen und auf dem Träger aufgedruckten Material gebildet. Hierbei gilt das gleiche, wie es in Bezug auf die Strahlerabschnitte ausgeführt worden ist.

[0011] Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, wobei diese Ausgestaltungen im Folgenden näher beschrieben und anhand der einzigen Figur 1 erläutert sind.

[0012] Figur 1 zeigt, soweit im Einzelnen dargestellt, die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen flächigen Antenne 1, die einen flächigen Träger 2 aufweist. Der flächige Träger 2 kann ein starres oder flexibles Material sein, vorzugsweise handelt es sich dabei um eine starre oder biegbare Kunststofffolie. Denkbar sind auch andere Materialien für den Träger 2, wie z.B. eine Epoxid-Harz-Platte oder dergleichen.

[0013] Vorzugsweise an dem einen Ende (Stirnseite) des Trägers 2 ist ein Masseanschluss vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Masseanschluss als Weiterbildung der Erfindung als Massefläche 3 ausgebildet, der von einem elektrisch leitfähigen und auf dem Träger 2 aufgedruckten Material gebildet ist.

[0014] Weiterhin ist in dem (bei Betrachtung der Figur 1) unteren Drittel der Antenne 1 ein erster flächiger Strahlerabschnitt 4 sowie sich daran anschließend in etwa in den beiden weiteren Dritteln der Antenne 1 ein zweiter mäanderförmiger Strahlerabschnitt 5 vorhanden.

[0015] In Weiterbildung der Erfindung geht der Strahlerabschnitt 4 an seinem einen Ende eingangsseitig in eine spiralförmige flächig auf dem Träger 2 angeordnete Spule 6 über. Damit die Spule 6 mit ihrem anderen Ende mit dem weiteren Strahlerabschnitt 5 elektrisch verbunden werden kann, ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Strahlerabschnitt 4 über eine elektrische Verbindung 7 eingangsseitig mit der spiralförmigen flächig auf dem Träger 2 angeordneten Spule 6 verbunden ist. Diese elektrische Verbindung 7 zwischen dem einen Eingang der Spule 6 und dem Strahlerabschnitt 4 kann beispielsweise durch ein Stück eines elektrischen Leiters, der einen Kabelmantel aufweist und an seinen beiden Enden freiliegt, realisiert werden, wobei das eine Ende des elektrischen Leiters mit dem Strahlerabschnitt 4 und mit seinem anderen Ende mit dem Eingang der Spule 6 elektrisch kontaktiert wird. Diese Kontaktierung kann beispielsweise durch einen Lötvorgang, einen Klebevorgang mit einem elektrisch leitfähigen Kleber oder dergleichen erfolgen.

[0016] In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrische Verbindung 7 unter Zwischenlegung einer Isolierschicht von dem inneren der Spule 6 bis zu dem ersten Strahlerabschnitt 4 reicht und von einem elektrisch leitfähigen und auf der Isolierschicht und dem Träger 2 aufgedruckten Material gebildet ist. Das bedeutet, dass auch hier die Vorteile der einfachen Herstellung durch Aufdrucken oder dergleichen der elektrisch leitfähigen Bereiche der Antenne 1 auch für die elektrische Verbindung 7 genutzt wird. Da die elektrische Verbindung 7 über die einzelnen Windungen der spiralförmigen Spule 6 reicht, ist es zur Vermeidung von Kurzschlüssen erforderlich, zwischen den Bereichen der Spule 6, die von der elektrischen Verbindung 7 überstrichen werden, eine Isolierschicht anzuordnen. Auch diese Isolierschicht kann in vorteilhafter Weise auf dem Träger 2 und den schon aufgebrachten Bereichen der Spule 6 ebenfalls aufgebracht werden, wobei erst danach das elektrisch leitfähige Material zur Realisierung der elektrischen Verbindung 7 aufgebracht, vorzugsweise wieder aufgedruckt, wird.

[0017] Bei Betrachtung der Figur 1 ist erkennbar, dass die elektrische Verbindung 7 von einem spitz zulaufenden Ende des Strahlerabschnittes 4 zu dem inneren Eingang der Spule 6 reicht, während das äußere Ende der Spule 6 direkt in den mäanderförmigen Strahlerabschnitt 5 übergeht. An dieser Stelle sei erwähnt, dass als funktionsmäßig gleiche Alternative auch daran gedacht werden kann, dass der äußere Eingang der Spule 6 mit dem Strahlerabschnitt 4, ebenfalls insbesondere mit dessen spitz zulaufendem Ende verbunden wird, wohingegen das innere Ende der Spule 6 über die elektrische Verbindung 7 mit dem einen Ende (Eingang) des mäanderförmigen Strahlerabschnittes 5 verbunden ist.

[0018] Zwecks Materialeinsparung kann der flächige Strahlerabschnitt 4 eine oder mehrere, wie auch immer gestaltete Ausnehmungen 8 aufweisen, ohne dass dadurch die Leistungsfähigkeit bzw. Breitbandigkeit der Antenne 1 verändert oder eingeschränkt wird. Die in der Figur 1 gezeigte Form und Anzahl der Ausnehmungen 8 ist nur beispielhaft und kann variiert werden. Daneben ist es selbstverständlich auch denkbar, dass der Strahlerabschnitt 4 vollständig materialfüllend flächig (ohne Ausnehmungen) ausgebildet ist.

[0019] Weiterhin weist die Antenne 1 zwischen der einen Stirnseite des Strahlerabschnittes 4 und der einen Stirnseite der Massefläche 3 einen Anschlussbereich 9 auf, wobei dort ein Hochfrequenz-Kabel, insbesondere ein Koaxial-Kabel, angeschlossen wird. Der Innenleiter des Hochfrequenz-Kabels wird dabei mit dem Strahlerabschnitt 4 und der Masseleiter des Hochfrequenz-Kabels (beispielsweise ein Abschirmgeflecht) mit der Massefläche 3 kontaktiert. Dies kann beispielsweise durch Verlöten, Vercrimpen, Verkleben mit einem elektrisch leitfähigen Kleber, Laser- oder Ultraschallschweißen oder dergleichen erfolgen. Um das offen liegende Ende des Hochfrequenz-Kabels, das an dem Strahlerabschnitt 4 und an der Massefläche 3 angeschlossen ist, vor äußeren Störeinflüssen (insbesondere Schmutzpartikeln und Feuchtigkeit, die zu einer Beeinträchtigung der Funktion der Antenne 1 führen können) zu schützen, kann dieser Bereich mit einer Abdeckung versehen werden. Diese Abdeckung kann beispielsweise ein Gehäuseteil sein, welches aus einem Kunststoffmaterial besteht und über dem Anschlussbereich 9 bis in Richtung des Strahlerabschnittes 4 und der Massefläche 3 reichend ausgebildet ist. Besonders bevorzugt wird der Anschlussbereich 9 mit seinen beteiligten Elementen und Bereichen mit einem Kunststoffmaterial in einem Spritzgussverfahren, vorzugsweise ein Hotmelt-Verfahren, vor äußeren Einflüssen geschützt. Dabei kann das Hochfrequenz-Kabel zwecks Zugentlastung auch noch zusätzlich durch weitere Maßnahmen, insbesondere einen zweiten Umspritzvorgang, an dem Träger 2 der Antenne 1 festgelegt werden.

[0020] Die in Figur 1 gezeigte längliche rechteckförmige Gestaltung der Antenne 1 ist insbesondere dann von Vorteil, wenn diese flächig gestaltete Antenne 1 in einem Außenspiegel eines Lastkraftwagens integriert wird. Das bedeutet, dass die geometrische Erstreckung der Antenne 1 so gewählt wird, dass sie an den Einbauort bzw. Einbauraum angepasst ist. Der Einbau einer solchen erfindungsgemäßen flächig gestalteten Antenne 1 in einen Außenspiegel ist daher von besonderem Vorteil, weil sie nach ihrem Einbau und ihrer Verkabelung von außen nicht mehr sichtbar ist und daher das Gesamterscheinungsbild des Fahrzeuges nicht mehr stört. Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die geometrischen Formen der Massefläche 3, des flächigen Strahlerabschnittes 4 und des mäanderförmigen Strahlerabschnittes 5 sowie die Breite und Höhe des Trägers 2 ohne weiteres den Frequenzbereichen, in denen die Antenne 1 Senden oder Empfangen soll, und/oder dem Einbauort angepasst werden können, ohne die einfache Gestaltung, die Breitbandigkeit und die Leistungsfähigkeit der Antenne 1 einzuschränken. So ist in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der erste Strahlerabschnitt 4 L-förmig gestaltet, weil dies den Vorteil hat, dass in seiner Aussparung die Spule 6 angeordnet werden kann, um die Kompaktheit zu fördern. Das bedeutet aber nicht, dass andere geometrische Gestaltungen des Strahlerabschnittes 4, wie z.B. runde, quadratische, rechteckige, bogenförmige oder sonstige Erstreckungen, ausgeschlossen sind. So könnte beispielsweise daran gedacht werden, den flächigen Strahlerabschnitt U-förmig mit breiten Schenkel zu gestalten und innerhalb dieser Form die Spule 6 mit gegenüber den breiten Schenkeln des U-förmigen Strahlerabschnittes 4 deutlich dünneren spiralförmigen Windungen zu integrieren. Gleiches gilt für die Erstreckung des mäanderförmigen Strahlerabschnittes 5, bei dem die Anzahl, die Länge, und der Radius verändert werden kann. So ist es beispielsweise nicht zwangsweise erforderlich, dass die geraden Abschnitte des Strahlerabschnittes 5 parallel zueinander verlaufen, sondern sie können auch beispielsweise in einem Winkel davon abweichend verlaufen.

[0021] Ganz wesentlich und von besonderem Vorteil ist die Ausgestaltung und Anwendung der flächigen Antenne als Antenne zum Senden und Empfangen von hochfrequenten Signalen im Frequenzbereich des CB-Funks. Hierbei erfolgt das Senden und Empfangen von hochfrequenten Signalen im Frequenzbereich um 27 MHz herum. Aus der Frequenz von 27 MHz resultiert eine Wellenlänge von 12 m, wobei bekannte Stabantennen in ebenfalls an sich bekannter Weise als Lamda-Viertel-Stab (λ/4-Stab) ausgebildet sind, da es aufgrund dieser Ausgestaltung bekannt ist, dass in Bezug auf die Empfangs- beziehungsweise Sendeeigenschaften in Verbindung mit der Länge des Stabes gute Kompromisse zu erzielen sind. Allerdings führt dies bei diesem Frequenzband zu einer Antennenlänge von etwa 3 m (3 Metern), woraus bei Anwendung der Stabantenne bei Fahrzeugen große Probleme resultieren, da eine stabförmige Antenne mit einer Länge von 3 m gar nicht oder nur mit einem sehr großen Aufwand am Fahrzeug anzubringen ist. Folglich muss bei diesen bekannten Stabantennen die Länge deutlich reduziert werden, was zu einer deutlichen Reduzierung der Breitbandigkeit, der Sende- und Empfangs-Performance und der Leistung führt. Außerdem haben diese Stabantennen den Nachteil, dass sie sehr schmalbandig sind, wobei bei bekannten Stabantennen Abstimmelemente vorhanden sind, um diese Stabantennen tunen zu können.

[0022] Im Gegensatz hierzu bietet die Anwendung der erfindungsgemäßen flächigen Antenne in dem genannten Frequenzbereich um 27 MHz herum die Vorteile, das die Bauhöhe deutlich reduziert ist, dass aufgrund der flächigen Gestaltung eine bessere Wärmeabstrahlung gegeben ist (was zu einer gleichzeitigen Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Antenne führt), dass eine verbesserte Aerodynamik der Fahrzeuge gegeben ist (insbesondere dann, wenn in vorteilhafter Weise die flächige Antenne in einen Außenspiegel eines Fahrzeuges, insbesondere eines Lastkraftwagens, integriert wird) und dass die flächige Antenne gegenüber den bekannten Stabantennen eine deutlich gesteigerte Breitbandigkeit aufgrund der Strahlerelemente aufweist und das Abstimmmaßnahmen entfallen können (aufgrund der höheren Breitbandigkeit).

Bezugszeichenliste:

[0023] 

1.

Antenne

2.

Träger

3.

Massefläche

4.

erster flächiger Strahlerabschnitt

5.

zweiter mäanderförmiger Strahlerabschnitt

6.

Spule

7.

elektrische Verbindung

8.

Ausnehmung

9.

Anschlussbereich

Ansprüche

1. Antenne (1) mit zumindest zwei Strahlerabschnitten zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale, wobei die Antenne (1) weiterhin einen Masseanschluss aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf einem flächigen Träger (2) angeordneter erster Strahlerabschnitt (4) flächig und ein ebenfalls auf dem flächigen Träger (2) zumindest weiterer Strahlerabschnitt (5) mäanderförmig ausgebildet ist, wobei die Strahlerabschnitte (4, 5) über eine ebenfalls auf dem Träger (2) angeordnete Spule (6) elektrisch miteinander verbunden sind.

2. Antenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlerabschnitte (4, 5) von einem elektrisch leitfähigen und auf dem Träger (2) aufgedruckten Material gebildet sind.

3. Antenne (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (6) von einem elektrisch leitfähigen und auf dem Träger (2) aufgedruckten Material gebildet ist.

4. Antenne (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlerabschnitt (5) an seinem einen Ende eingangsseitig in die spiralförmige flächig auf dem Träger (2) angeordnete Spule (6) übergeht.

5. Antenne (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlerabschnitt (4) über eine elektrische Verbindung (7) eingangsseitig mit der spiralförmigen flächig auf dem Träger (2) angeordneten Spule (6) verbunden ist.

6. Antenne (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung (7) unter Zwischenlegung einer Isolierschicht oder einer gedruckten Isolierschicht von dem Inneren der Spule (6) bis zu dem ersten Strahlerabschnitt (4) reicht und von einem elektrisch leitfähigen und auf dem Träger (2) aufgedruckten Material gebildet ist.

7. Antenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss als Massefläche (3) ausgebildet ist, der von einem elektrisch leitfähigen und auf dem Träger (2) aufgedruckten Material gebildet ist.

8. Antenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Strahlerabschnitt (4) und der Massefläche (3) ein Anschlussbereich (9) zum Anschließen eines Hochfrequenzkabels vorgesehen ist.

9. Anwendung der Antenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Frequenzbereich des CB-Funks.

10. Anwendung der Antenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Außenspiegel eines Fahrzeugs bzw. Nutzfahrzeugs

11. Integration der Antenne (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in ein Kunststoffteil eines Fahrzeugs, wie z.B. in ein Kunststoffdach eines Nutzfahrzeuges, insbesondere eines Lastkraftwagens.

Zeichnung