KOMBINATIONSANTENNE FÜR MOBILFUNK UND SATELLITENEMPFANG

Abstract

 Eine Kombinationsantenne für den 5G-Mobilfunk und den Satelliten-Empfang für Fahrzeuge umfasst über einer gemeinsamen horizontalen elektrisch leitenden Grundfläche wenigstens eine Breitband-Monopolantenne für den 5G-Frequenzbereich mit einer Monopol-Anschlussstelle und eine hierzu konzentrisch angeordnete, ringförmige Satelliten-Empfangsantenne.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kombinationsantenne 0 für den 5G-Mobilfunk und den Satelliten-Empfang für Fahrzeuge, umfassend wenigstens eine vertikale Breitband-Monopolantenne 1 für den 5G-Frequenzbereich 6 mit einer hierzu konzentrisch angeordneten, ringförmigen Satelliten-Empfangsantenne 2, über einer gemeinsamen horizontalen elektrisch leitenden Grundfläche 6.

[0002] Ortungssatelliten-Funksignale werden aufgrund von Polarisationsdrehungen auf dem Übertragungsweg in der Regel mit zirkular polarisierten elektromagnetischen Wellen übertragen und werden in allen bekannten Ortungssatelliten-Navigationssystemen angewandt. Moderne Navigationssysteme sehen insbesondere für die globale Erreichbarkeit in Verbindung mit einer hohen Navigationsgenauigkeit bei der mobilen Navigation vor, die gleichzeitig empfangenen Funksignale mehrerer Ortungssatelliten-Navigationssysteme auszuwerten. Solche im Verbund empfangenden Systeme sind unter dem Begriff GNSS Global Navigation Satellite System zusammengefasst und beinhalten bekannte Systeme, wie zum Beispiel GPS Global Positioning System, GLONASS, Galileo und Beidou etc. Ortungssatelliten-Antennen für die Navigation auf Fahrzeugen werden in der Regel auf der elektrisch leitenden Außenhaut der Fahrzeugkarosserie aufgebaut. Für den Aufbau auf Fahrzeugen eignen sich besonders solche Antennen, welche sich durch eine niedrige Bauhöhe in Verbindung mit kostengünstiger Herstellbarkeit auszeichnen. Hierzu zählt zum Beispiel insbesondere der aus der DE102009040910 bekannte, als Resonanzstruktur gestaltete Ringleitungsstrahler mit kleinem Bauvolumen, welches insbesondere für mobile Anwendungen zwingend gefordert ist. Die Antenne weist eine geringe Grundfläche auf und ist mit einer Höhe von weniger als einem Zehntel der Freiraumwellenlänge sehr niedrig.

[0003] Eine besondere Herausforderung an die Ortungssatelliten-Antennen für GNSS besteht in der Forderung einer großen Frequenzbandbreite, welche zum Beispiel bei GPS durch das Frequenzband L1 mit der Mittenfrequenz 1575 MHz geforderte Bandbreite ca. 80 MHz und dem Frequenzband L2 mit der Mittenfrequenz 1227 MHz geforderte Bandbreite ca. 53 MHz vorgegeben ist.

[0004] Systeme zur gleichzeitigen Auswertung von Signalinhalten in den Frequenzbändern L1 = 1535MHz-1615MHz und L2 = 1200MHz-1253MHz stellen besonders hohe Anforderungen an die Antennen. Und dies bei geringem verfügbarem Bauraum, wie er vor allem im Fahrzeugbau immer gegeben ist.

[0005] Die Anwendung getrennter, in enger Nachbarschaft zueinander befindlicher Antennen für die beiden Frequenzbänder beinhaltet die Problematik der gegenseitigen elektromagnetischen Verkopplung mit dem Effekt der Beeinflussung der Richtdiagramme sowie der Polarisationsreinheit und insbesondere der Kreuzpolarisation. Hieraus ergibt sich die besondere Problemstellung der Gestaltung einer Kombinationsantenne 0 für Mobilfunk und den Ortungssatelliten-Empfang. Selbst bei ausreichendem Gewinn in der gewünschten, zumeist rechtshändig zirkularen Polarisationsrichtung RHCP der Unterdrückung kommt der entgegengesetzten Polarisationsrichtung - der Kreuzpolarisation LHCP - im Hinblick auf richtige Ortungsergebnisse eine ausschlaggebende Bedeutung zu. Die Genauigkeit des Ortungsergebnisses ist somit besonders vom Verhältnis der gewünschten Polarisationsrichtung zur Kreuzpolarisation der Ortungssatelliten-Antenne, also dem Kreuzpolarisationsabstand beeinflusst.

[0006] Geringste störende Einflüsse durch die elektromagnetische Verkopplung der Mobilfunkantenne auf die Ortungssatelliten-Antenne führen zu nennenswerten Navigationsfehlern. Eine besondere Herausforderung an die Gestaltung einer Kombinationsantenne dieser Art besteht insbesondere auch durch Forderung der Automobilindustrie nach einem möglichst kleinen Grundriss Fußabdruck der Kombinationsantenne auf der Karosserie in Verbindung nach der Forderung einer extrem kleinen Höhe der Kombinationsantenne. Als Grundvoraussetzung kommt die Forderung einer wenig aufwändigen und damit wirtschaftlichen Herstellung der Kombinationsantenne eine herausragende Bedeutung zu. Ebenfalls für die im Frequenzbereich zwischen 2,2 GHz und 2,5 GHz ausstrahlenden anderen Satellitenfunkdienste ist der durch gegenseitige elektromagnetische Verkopplung ungestörte Empfang essenziell.

[0007] Eine Kombinationsantenne, bestehend aus einer Satelliten-Empfangsantenne und einem aus leitender Folie gestalteten Mobilfunk-Monopol ist bekannt aus der EP 2 784 874 A2. Der dort angegebene Mobilfunk-Monopol überragt die Satellitenantenne um eine Größenordnung und ist aufgrund der gefordert kleinen Antennenhöhe ungeeignet. Auch die Serienherstellung ist aufwändiger.

[0008] Mit der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Aufgabe verbunden, eine wirtschaftlich wenig aufwändig herzustellende Kombinationsantenne anzugeben, welche bei extrem geringer Bauhöhe zwischen 1 cm bis 5 cm und kleiner maximaler Fußabdruck-Querausdehnung zwischen 4 cm und 8 cm auf der Fahrzeug-Außenhaut für die Mobilkommunikation im 5G-Mobilfunk-Frequenzbereich leistungsfähig ist und den kreuzmodulationsarmen Satellitennavigations-Empfang für die Gewinnung genauer Ortungsergebnisse bzw. den richtdiagrammtreuen Satelliten-Empfang auch für andere SatellitenFunkdienste in einem Fahrzeug leistet.

[0009] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0010] Offenbart ist eine Kombinationsantenne 0 für den 5G-Mobilfunk und den Satelliten-Empfang für Fahrzeuge, umfassend wenigstens eine vertikale Breitband-Monopolantenne 1 mit der Höhe hm für den 5G-Frequenzbereich 6 mit einer hierzu konzentrisch angeordneten, ringförmigen Satelliten-Empfangsantenne 2, über einer gemeinsamen horizontalen elektrisch leitenden Grundfläche 6 als Masse, umfassend zumindest eines der folgenden Merkmale:

• Die Satelliten-Empfangsantenne 2 ist als Ringleitungsstrahler für einen Satelliten-Frequenzbereich mit der Freiraumwellenlänge Amin der höchsten Satelliten-Empfangsfrequenz durch eine geschlossene Ringleitung 2a in der Höhe hr mit hr/hm< 0,75 über der leitenden Grundfläche 6 für RHCP-Satelliten-Empfang gestaltet.
• die Breitband-Monopolantenne 1 ist als rotationssymmetrischer Faltkörper aus einer Anzahl N mit 3 < N < 16 von zueinander im Wesentlichen gleichen Kreisflächen-Segmenten 5 aus elektrisch leitenden Metallflächen jeweils mit dem Segmentradius R,8 und dem Segment-Winkel δ, 10 an der Spitze des Kreisflächen-Segments 5 gebildet.
• Die Kreisflächen-Segmente 5 sind um die durch die Monopol-Anschlussstelle 3 senkrecht verlaufende Zentrallinie ZL der Kombinationsantenne 0 azimutal gleichmäßig verteilt, indem die Kreissegment-Spitzen aller Kreisflächen-Segmente 5 miteinander verbunden sind, durch welche gemeinsam der Monopolanschluss 3a und zusammen mit dem Masseanschluss 3b auf der leitenden Grundfläche die Monopol-Anschlussstelle 3 gebildet ist.
• Jedes Kreisflächen-Segment 5 ist, ausgehend von seiner Spitze in einem ersten Abschnitt A1,15 in der Weise angeordnet, dass seine Flächennormale die Zentrallinie ZL schneidet und gegen diese Linie den Auslenkwinkel θ, 10 einnimmt, sodass die Flächen der Kreisflächen-Segmente 5 in Näherung den Kegelmantel eines an der Monopol-Anschlussstelle 3 auf der Spitze senkrecht stehenden Kegels aufspannen.
• Zur Bildung einer möglichst großen flächigen Monopol-Dachkapazität 4 ist im zweiten Abschnitt A2,16 jedes Kreisflächen-Segments 5 längs einer in der Monopolhöhe 1cm <hm < 5cm über der leitenden Grundfläche 6 befindlichen Biegelinie BL1,14 in der Weise in Bezug auf die Zentrallinie ZL radial nach außen abgebogen, dass das Kreisflächen-Segment 5 in diesem zweiten Abschnitt A2,16 im Wesentlichen parallel zur Grundfläche 6 geführt ist.
• Der Segment-Öffnungswinkel δ, 10, der Segmentradius R, 8 und der Auslenkwinkel θ, 10 sowie die Beschneidung der Segmentbreite BS, 9 sind in der Weise aufeinander abgestimmt, dass

  ∘ der Grundriss GS, 11 der Satelliten-Empfangsantenne 2 vom Grundriss GD, 11a der Monopol-Dachkapazität 4 mindestens zu 80% überdeckt ist und

  ∘ für die maximale Breite BS, 9 der Kreisflächen-Segmente 5 entlang dem Azimutwinkel an jeder Stelle gilt: BS,9 < 1/8 Amin.

[0011] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie in Zeichnungen beschrieben.

[0012] Der Segment-Öffnungswinkel δ, 10 und der Auslenkwinkel θ, 7 können in der Weise aufeinander abgestimmt sein, dass der im ersten Abschnitt A1,15 zwischen benachbarten Kreisflächenseiten der Kreisflächen-Segmente 5 verbleibende Winkel ε, 10a verschwindet, sodass diese Seiten ineinander übergehen. Dadurch kann eine mit ihrer Spitze den Antennenanschluss 3a bildende N-eckige, reguläre Pyramide mit geschlossener elektrisch leitender Mantelfläche, deren größter Umfang Upyr kleiner ist als 0.8 *Amin, gebildet sein.

[0013] Die Breitband-Monopolantenne 1 kann

• als Faltkörper ist aus einer ebenen selbsttragenden, elektrisch leitenden Folie hergestellt sein.
• der Faltkörper kann aus einem kreisrunden Ausschnitt mit dem Segmentradius R,8 aus der Folie bzw. Blech gebildet sein.
• aus dem kreisrunden Ausschnitt können durch Folienausschnitt N über den Azimut - um die senkrecht im Kreismittelpunkt stehende Zentrallinie ZL -gleichmäßig verteilte Kreisflächen-Segmente 5 mit dem Segmentradius R,8 und dem Segment-Öffnungswinkel 6, 10 gebildet sein.
• die Kreisflächen-Segmente 5 können an ihren Spitzen über ein zentrales Flächenelement A0,19 als Monopolanschluss 3a zusammenhängen.
• die Winkelhalbierenden WH 12 der Kreisflächen-Segmente 5 können um deren Spitzen in der Weise gedreht, dass sie gegenüber der Zentrallinie ZL um den Auslenkwinkel δ, 10 ausgewinkelt sind.
• die Kreisflächen-Segmente 5 können - ausgehend von deren Spitzen - in einem ersten Abschnitt A1,15 jeweils dem durch die Winkelhalbierenden WH 12 virtuell aufgespannten Kegelmantel des an der Monopol-Anschlussstelle 3 auf der Spitze senkrecht stehenden Kegelmantels angeschmiegt sein.
• durch mechanisches Tiefziehen des zentralen Flächenelements A0,19 kann eine Kegel-/Pyramiden-Spitze als Monopolanschluss 3a hergestellt sein.
• es ist kann ein zweiter Abschnitt A2,16 dadurch gebildet sein, dass jedes Kreisflächen-Segments 5 längs einer, zu dessen Winkelhalbierenden WH 12 senkrechten, in der Monopolhöhe hm über der leitenden Grundfläche 6 befindlichen ersten Biegelinie BL1,14 radial nach außen abgebogen ein.

[0014] Das zentrale Flächenelement A0,19 kann innerhalb des ersten Abschnitts A1,15 etwa kreisrund und sein Radius RA0 56 kann in der Weise gestaltet sein, dass dessen Umfang 0.8*Amin nicht überschreitet, sodass der Umfang des daraus durch mechanisches Tiefziehen gebildeten konusförmigen Körpers diesen Wert an keiner Stelle überschreitet.

• Der Faltkörper kann in nachfolgenden Schritten hergestellt sein.
• Der ebene kreisrunde Folien-Ausschnitt 29 mit dem Segmentradius R,8 kann durch einen Schneidevorgang in der Weise beschnitten sein, dass um sein Zentrum Z die Anzahl N von azimutal gleich verteilten Kreisflächen-Segmenten 5 bestehen, welche mit ihren Spitzen über einen minimalen etwa kreisförmigen Folienpunkt zur Ausbildung des Monopolanschlusses 3a zusammenhängen.
• Zur Formung des Faltkörpers kann ein Werkzeug für einen rotationssymmetrischen Präge-Tiefziehprozess 22 an dem ebenen beschnittenen Folien-Ausschnitt 29 vorhanden sein, bestehend aus einem Prägestempel-Oberteil 20 und einem Prägestempel-Unterteil 23 mit jeweils einer radial außen befindlichen kreisrunden, horizontalen Prägefläche 26, mit einem Prägekegel 25 im Prägestempel - Oberteil 20 und einem hierzu komplementären Trichter mit konusförmiger Mantelfläche 24 im Prägestempel - Unterteil 23 jeweils mit dem gleichen Öffnungswinkel θ, 7 zur Gestaltung des hierzu gleichen Öffnungswinkels der Monopolantenne 1.
• Die Mantellinie des Prägekegels 25, sowie die des Trichters mit konusförmiger Mantelfläche 24 kann jeweils entsprechend der Gestaltung des ersten Abschnitts A1,15 gewählt sein.
• Die Mantellinie des Prägekegels 25 sowie die des Trichters mit konusförmiger Mantelfläche 24 kann jeweils entsprechend der Gestaltung des ersten Abschnitts A1,15 und die radiale Breite des Kreisrings der horizontalen Prägefläche 26 kann im Prägestempel - Oberteil 20 sowie im Prägestempel - Unterteil 23 jeweils zur Gestaltung des Abschnitts A2,16 gewählt sein.
• Mit einem einzigen Präge-Tiefziehvorgang 22 an dem zwischen dem Prägestempel - Oberteil 20 und dem Prägestempel - Unterteil 23 eingelegten ebenen beschnittenen Folien-Ausschnitt kann die Monopolantenne 1 als Faltkörper mit seinem fächerartigen kegelförmigen ersten Abschnitt A1,15 und mit der - durch Abbiegen des zweiten Abschnitts A2,16 jedes Kreisflächen-Segments 5 gestalteten - sternförmigen Dachkapazität und mit dem Monopolanschluss 3a vollständig hergestellt sein.

[0015] Die aus der selbsttragenden, elektrisch leitenden Folie hergestellte, als Faltkörper gebildete Monopolantenne 1 kann zur Versteifung der Folie und zur Erleichterung von deren konischer Formgebung mit geprägten Versteifungsrillen 36 versehen sein.

[0016] Zur Herstellung der geprägten Versteifungsrillen 36 können auf der Mantelfläche des Prägekegels 25 und auf der horizontalen Prägefläche 26 des Prägestempel - Oberteils 20 erhabene Prägerillen zur Blechversteifung 27 vorhanden sein. Die hierzu komplementären, versenkten Gegenrillen zur Blechversteifung 28 können auf der konusförmigen Mantelfläche des Trichters 24 und auf der horizontalen Prägefläche 26 des Prägestempel - Unterteils 23 ausgebildet sein.

[0017] Zur Anpassung des Grundrisses GD11a der Monopol-Dachkapazität 4 an eine etwa rechteckige Antennenabdeckung in ihrem zweiten Abschnitt A2,16 können gemäß einem Schnittlinienverlauf 35 beschnittene Kreisflächen-Segmente 5a gestaltet sein.

[0018] Die Beschneidung der Kreisflächen-Segmente 5 an dem ebenen Folien-Ausschnitt 29 kann in der Weise vorgenommen sein, dass am Werkzeug für den Präge-Tiefziehprozess 22 ein Schneidewerkzeug 32 mit einem Schneidewerkzeug-Oberteil 33 am Prägestempel - Oberteil 20 und einem Schneidewerkzeug-Unterteil 34 am Prägestempel - Unterteil 23 vorhanden sind. In unmittelbar zeitlichen Anschluss an den Präge-Tiefziehprozess 22 kann die Verkürzung des zweiten Abschnitts A2,16 der zu beschneidenden Kreisflächen-Segmente 5a durch die Schneidebewegung der beiden Schneidewerkzeuge gegeneinander gegeben sein.

[0019] Zur Gestaltung eines Konus mit geschlossener Konusmantelfläche 37 und des Monopolanschlusses 3a an der Konusspitze im Fußpunkt der Monopolantenne 1 kann der Konus durch Tiefziehen des zentralen Flächenelements A0,19 gestaltet sein. Im Zentrum Z des zentralen Flächenelements A0,19 können nach unten auslenkbare Befestigungszinnen 31 zur Befestigung der Monopolantenne 1 auf einer Leiterplatte 40 vorhanden sein.

[0020] Zur Vergrößerung der Monopol-Dachkapazität 4 kann das Kreisflächen-Segment 5 durch Wahl eines entsprechend größeren Segmentradius R,8 über das Ende des horizontal geführten zweiten Abschnitts A2,16 hinaus um einen dritten Abschnitt A3,17 verlängert sein, wodurch die Enden der zweiten Abschnitte A2,16 eine zweite Biegelinie BL2 38 beschreiben können, an welcher jeweils der dritte Abschnitt A3,17 leicht herab geneigt abgebogen sein kann.

[0021] Mindestes ein Kreisflächen-Segment 5b kann von der Form der übrigen Kreisflächen-Segmente 5 in der Weise abweichen, dass im Anschluss an den dritten Abschnitt A3,17 ein vierter Abschnitt A4,18 gestaltet ist, welcher an der Anschluss-Trennlinie als dritte Biegelinie BL3 39 zur leitenden Grundfläche 6 verlaufend abgeknickt sein kann und mit dieser an seinem unteren Ende leitend verbunden ist.

[0022] Durch entsprechende Formgebung des vierten Abschnitts A4,18 in Verbindung mit der seriellen Zwischenschaltung eines frequenzabhängigen Netzwerks 41 kann die Verbindung zur leitenden Grundfläche 6 in der Weise frequenzabhängig gestaltet sein, dass deren Impedanz am unteren Frequenzbandende des Mobilfunks geeignet niedrig ist, mit wachsender Frequenz ansteigt, wodurch der vierter Abschnitt A4,18 bei höheren Frequenzen ohne Einfluss ist.

[0023] Es kann eine flächige Dach-Sternstruktur 44 vorhanden sein, bestehend aus der gleichen Anzahl N von sternförmig, von einer gemeinsamen zentralen Verbindungsfläche 49 ausgehenden, flächigen Dach-Kreisflächen-Segmenten 45, deren Flächen im Bereich des zweiten Abschnitts A2,16 und des dritten Abschnitts A3,17 der Kreisflächen-Segmente 5 zu diesen jeweils kongruent gestaltet sind und zur kapazitiven Ankopplung parallel über diesen geführt sein können. Es kann mindestes eines der flächigen Dach-Kreisflächen-Segmente 45b in der Weise von den übrigen Dach-Kreisflächen-Segmenten 45 abweichen, dass anstelle seines radialen Endes - im Anschluss daran - ein weiterer Abschnitt A3D 52 gestaltet ist, welcher dort an der Biegelinie BL2k, 48 zur leitenden Grundfläche 6 verlaufend abgeknickt ist und mit dieser an seinem unteren Ende leitend verbunden ist.

[0024] Es kann eine dünnwandige Kunststoff-Haube 46 vorhanden sein, welche den zweiten Abschnitt A2,16 und den dritten Abschnitt A3,17 der Kreisflächen-Segmente 5 unmittelbar abdeckt und auf deren Außenfläche das Dach-Kreisflächen-Segment 45 zur kapazitiven Ankopplung an diese Abschnitte aufgebracht ist.

[0025] Zur Einhaltung der Bedingung BS < Bsmax kann jeweils in etwa breitseitiger Mitte des Kreisflächen-Segments 5 ein radialer Schlitz 53 zur Verkleinerung der sich weitenden Breite des Kreisflächen-Segments 5 zur Einhaltung der Bedingung BS < Bsmax vorhanden sein.

[0026] Zur Vergrößerung der Dachkapazität kann längsseitig im ersten Abschnitt A1,15 jedes Kreisflächen-Segments 5 durch länglichen Zinnenausschnitt 55 jeweils eine längliche Dach-Zinne 54 zum Ausbiegen an der ersten Biegelinie BL1,14 in der Weise gestaltet sein, dass die Fläche der Dach-Zinne 54 parallel zur leitenden Grundfläche 6 verläuft.

[0027] Jedes zweite der Kreisflächen-Segmente 5 kann in der azimutalen Reihenfolge als Kreisflächen-Segment 5c mit kleinerem Segmentradius Rc,8c gestaltet sein, zur zusätzlichen Bildung einer verkürzten konischen Fächerstruktur für die Unterstützung hoher Mobilfunkfrequenzen.

[0028] Es kann eine Kunststoff-Haube 46 als mechanischer Träger der flächigen Strukturen der Monopolantenne 1 vorhanden sein, deren innere Form eine Trichterform enthält und deren Innenfläche den Verlauf der flächigen Strukturen der Monopolantenne 1 nachgebildet enthält. Die flächigen Strukturen können mit MID-fähigem Lack beschichtet sein und darüber mit den flächigen Strukturen der Monopolantenne 1 mit den elektrisch leitenden MID-Strukturen 61 bedruckt sein. Die flächigen leitenden Strukturen können jedoch ebenso durch eine aufgeklebte elektrisch leitende Folie hergestellt sein.

[0029] Die Kombinationsantenne 1 kann in einer vorteilhaften Ausführungsform nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen hergestellt sein. Die Monopolantenne 1 kann in Bezug auf minimale Strahlungsverkopplung mit der Satelliten-Empfangsantenne 2 für die Freiraumwellenlänge Amin = 18,75 cm am oberen GNSS-Frequenzband für Satelliten-Empfangsantenne 2 gestaltet sein. Es können N = 8 zueinander gleiche Kreisflächen-Segmente 5 vorhanden sein. Die Monopolhöhe hm kann 0,1* Amin gewählt sein. Der Auslenkwinkel θ, 7 kann θ = 30° und der Segmentradius R, 8 kann R = 0,17* Amin betragen. Der Segment-Öffnungswinkel δ, 10 kann 6 = 15° betragen. Die leitende Grundfläche 6 kann als elektrische Leiterplatte 40 dargestellt sein.

[0030] Die Breitband-Monopolantenne (1) kann als Faltkörper gebildet und aus einer ebenen selbsttragenden, elektrisch leitenden Folie bzw. Blech hergestellt sein. Der Faltkörper kann aus einem Kreissektor-Ausschnitt mit dem Segmentradius des ersten Abschnitts A1, 15 aus der Folie gebildet sein.

[0031] Zur Kennzeichnung der N Sektoren können gerade Sektorfaltlinien (63) vorgesehen sein, an denen die Folie jeweils in der Weise abgeknickt ist, dass die geschlossene Mantelfläche einer N-eckigen Pyramide gebildet ist.

[0032] Die Kreisflächen-Segmente 5 können mit ihrem zweiten Abschnitt A2, 16, ihrem dritte Abschnitt A3, 17 und mir ihrem vierten Abschnitt A4,18 als seitlich beschnittene Dreiecksflächen-Segmente 5d ausgeführt sein.

[0033] Der Kreissektor-Ausschnitt kann jedoch anstelle der Knickung an geraden Sektorfaltlinien (63) durch mechanische Formung in der Weise gestaltet sein, dass zur besseren Impedanzanpassung bei höchsten Frequenzen anstelle der Aufriss-Kontur einer Pyramide mit geraden Seiten, die Aufriss-Kontur an der Antennenanschlussstelle 3 beginnend mit einem größeren Öffnungswinkel gleitend übergehend in einen kleineren Öffnungswinkel gegeben ist, sodass etwa die bauchige Struktur einer Vase nachgebildet ist.

[0034] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dazugehörigen Figuren zeigen im Einzelnen:

Fig. 1:

a)
Kombinationsantenne 0 bestehend aus Monopolantenne 1 mit zu diesem konzentrisch platzierter Satelliten-Empfangsantenne 2 als Ringleitungsstrahler mit geschlossener Ringleitung 2a mit der Ringleitungshöhe hr für die Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle über der elektrisch leitenden Grundfläche 6. Die Satelliten-Empfangsantenne 2 ist für den Satellitennavigations-Empfang im GNSS-Frequenzbereich 1200,5 MHz bis 1616MHz bzw. für Satelliten-Frequenzbereiche zwischen 2200MHz bis 2500 MHz gestaltet. Die Höhe hr der Satelliten-Empfangsantenne 2 ist im Bereich 0.5 cm < hr < 2 cm gewählt. Der Satellitenantennen-Anschluss kann vorteilhaft an mindestens einem ihrer vertikalen Strahler erfolgen.
Die Monopolantenne 1 nach der Erfindung ist als vertikaler Strahler mit Dachkapazität für den Mobilfunk im 5G-Frequenzbereich zwischen 617 MHz und 5,9 GHz ausgeführt. Der Strahler ist im Beispiel als N = 10-blättrig gefächerte palmenähnliche Struktur aus zueinander gleichen azimutal gleich verteilten und an ihren unteren Spitzen zusammenhängende Kreisflächen-Segmenten 5 aus elektrisch leitender Folie gebildet. Durch die zusammenhängenden Spitzen ist der Monopolanschluss 3a und zusammen mit dem Masseanschluss 3b ist im Zentrum ZL die Antennenanschlussstelle 3 der Monopolantenne 1 gebildet.
Die Beschreibung der gefächerten, palmenähnlichen Struktur kann gleichwertig anstelle durch die Kreisflächen-Segmente 5 auch anhand von Dreiecksflächen-Segmenten 5 erfolgen, indem der Segmentradius R,8 analog durch die entsprechende Dreieckshöhe zu ersetzen ist. Durch Ausführung der einzelnen Blätter als Kreisflächen-Segmente 5 bzw. Dreiecksflächen-Segmente ist gewährleistet, dass die Monopolantenne 1 am Monopolanschluss 3a über eine gefächerte Pyramidenspitze bzw. eine Konusspitze verfügt, welche für die oberen Frequenzen des 5G-Frequenzbereichs die Impedanzanpassung an die weiterführende Schaltung ermöglicht. Sind N Kreisflächen-Segmente 5 gebildet, so ergibt sich im Bereich des ersten Abschnitts A1,15 eines Kreisflächen-Segments 5 bei einem Sektorwinkel von 2π/N und in der Kombination des Segment-Öffnungswinkels δ, 10 mit dem Auslenkwinkel θ, 7 der zwischen benachbarten Kreisflächenseiten der Kreisflächen-Segmente 5 verbleibende Winkel ε, 10a.
Zur Bildung einer flächigen Monopol-Dachkapazität 4 ist im zweiten Abschnitt A2,16 jedes Kreisflächen-Segments 5 längs einer in der Monopolhöhe 1cm <hm < 5cm über der leitenden Grundfläche 6 befindlichen erste Biegelinie BL1,14 in der Weise in Bezug auf die Zentrallinie ZL radial nach außen abgebogen, dass das Kreisflächen-Segment 5 in diesem zweiten Abschnitt A2,16 im Wesentlichen parallel zur Grundfläche 6 geführt ist. Die radiale Länge des zweiten Abschnitt A2,16 ist über den Segmentradius R,8, die Länge des sich ergebenden ersten Abschnitts A1,15 und den Auslenkwinkel θ, 10 derart gewählt, dass der Grundriss GS,11 der Satelliten-Empfangsantenne 2 vom Grundriss GD,11a der Monopol-Dachkapazität 4 mindestens vollständig überdeckt ist.
Zur Vermeidung der Beeinträchtigung des Satellitenempfangs durch elektromagnetische Verkopplung der Satelliten-Empfangsantenne 2 mit der Monopolantenne 1 ist - gemäß der Erfindung - die Bedingung einzuhalten, die darin besteht, dass die Breite der Kreisflächen-Segmente BS,9 kleiner zu wählen ist als 1/8 der kürzesten Freiraum-Wellenlänge der empfangenen Satellitensignal. Dabei ist besonders zu beachten, dass im Bereich der radialen Enden der Kreisflächen-Segmente 5 deren Breite BS,9 den - gemäß der Erfindung - vorgegebenen Wert von 1/8 der Freiraumwellenlänge Amin nicht überschreitet und Kreisflächen-Segmente 5 in diesem Bereich zur Einhaltung dieser Bedingungen in der Breite entsprechend beschnitten sind. Aufgrund der geringen Breite des zweiten Abschnitts A2,16 der Kreisflächen-Segmente 5 können sich keine durch die Strahlung der Satellitenantenne 2 hervorgerufene azimutal gerichteten Ströme ausbilden, welche andererseits auf die Satellitenantenne 2 zurückwirken und deren Funktion bezüglich Ortungsergebnisse bzw. Strahlung-Richtdiagramm beeinträchtigen. Obgleich die Monopolantenne 1 die Satelliten-Empfangsantenne 2 vollkommen überdeckt, ist die gemäß der Erfindung gestaltete Überdeckung im Hinblick auf die Strahlung der Satelliten-Empfangsantenne 2 praktisch transparent.
Im Interesse der Bildung einer möglichst großflächigen Monopol-Dachkapazität 4 ist der verbleibende Winkel ε, 10a möglichst klein zu wählen, wobei jedoch andererseits die Bedingung bezüglich der Breite BS,9 < 0,125*Amin einzuhalten ist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Segment-Öffnungswinkel δ, 10 in der Weise gewählt, dass der volle Sektorwinkel 2π/N genutzt ist und im ersten Abschnitt A1,15 der Kreisflächen-Segmente 5 ein geschlossener Kegel- bzw. Pyramiden-Mantel mit der maximalen Höhe hm der Monopolantenne 1 gebildet ist. Auf jeden Fall ist erfindungsgemäß zusätzlich die Bedingung für dessen Umfang Upyr<0,8*Amin einzuhalten.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung können bei einer Sektorenzahl N der Segment-Öffnungswinkels δ, 10 und der Auslenkwinkel θ, 7 in der Weise auf einander abgestimmt gewählt sein, dass der verbleibende Winkel ε, 10a verschwindet, benachbarte Kreisflächenseiten einander berühren, sodass eine geschlossene Mantelfläche eines Kegels bzw. einer Pyramide gebildet ist. Somit sind im unteren Bereich der Monopolantenne 1 die induktiven und kapazitiven Effekte bei hohen Frequenzen ausgewogen und es ist ein nahezu frequenzunabhängiger Wellenwiderstand - abhängig vom Segment-Öffnungswinkels δ, 10 - und dem Auslenkwinkels θ, 7 des Kegel- bzw. Pyramiden-Mantels-gebildet. Die Höhe des Kegels oder der Pyramide kann maximal die Höhe hm der Monopolantenne 2 erreichen. In diesem Fall ist zur Vermeidung der Beeinträchtigung des Satellitenempfangs durch elektromagnetische Verkopplung der Satelliten-Empfangsantenne 2 die Bedingung einzuhalten, dass der Umfang Upyr des Kegels bzw. der Pyramide an keiner Stelle, insbesondere an seinem oberen Ende, den Wert 0.8 *Amin nicht überschreitet. In der Praxis bevorzugte Werte für die Höhe des Kegels bzw. der Pyramide liegen zwischen 0,2*hm bis 0,7^∗hm.

b) Verfügbarer Raum für die Antenne in Form eines Quaders unterbrochene Linien mit quadratischer Grundfläche der verfügbaren Querausdehnung und der verfügbaren Höhe hm - und eine diesem einbeschriebene Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung zur Betrachtung des Antennenpotenzials.

Fig. 2:

a)
Kreis-Schnittbild bzw. Zuschnitt für eine Monopolantenne 1 in der Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung. Die Gestaltung der Monopolantenne 1 geht aus von einer hier beispielhaft dargestellten, ebenmäßigen, steifen, jedoch biegbaren Metall -bzw. Kunststoff-Folie mit metallischer Beschichtung, woraus die an ihren Spitzen über ein zentrales Flächenelement A0,19 zusammenhängenden Kreisflächen-Segmente 5 ausgeschnitten sind. Das Beispiel zeigt N Sektoren mit dem Winkel 2π/N mit jeweils einem Kreisflächen-Segment 5, den Segmentradius R,8 und dessen Segment-Öffnungswinkel δ, 10, welcher entsprechend kleiner ist als 2π/N. Aus dem kreisrunden Ausschnitt sind durch Folienausschnitt N über den Azimut - um die senkrecht im Kreismittelpunkt stehende Zentrallinie ZL -gleichmäßig verteilte Kreisflächen-Segmente 5 gebildet. Der punktierte Kreis mit Radius RBL, 13 beschreibt die erste Biegelinie BL1,14, welchen den Segmentradius R, 8 in einen ersten Abschnitt A1,15 und einen zweiten Abschnitt A2,16 unterteilt. Für den zweiten Abschnitt A2,16 ist für den laufenden Radius r als Abstand vom Mittelpunkt erfindungsgemäß die Bedingung für die laufende Breite

einzuhalten.

b)
Aufriss der gefalteten Monopolantenne 1 nach der Erfindung, wie in a). Die Winkelhalbierenden WH 12 der Kreisflächen-Segmente 5 in Fig. a) sind um deren Spitzen in der Weise gedreht, dass sie in ihrem ersten Abschnitt A1,15 gegenüber der Zentrallinie ZL um den Auslenkwinkel θ, 7 ausgewinkelt sind. In seinem zweiten Abschnitt A2,16 ist jedes Kreisflächen-Segment 5 in der Weise verändert, dass es längs der ersten Biegelinie BL1,14 mit Radius RBL,13 in Fig. a) in der Monopolhöhe hm über der leitenden Grundfläche 6 radial nach außen abgebogen ist, wodurch über alle zweiten Abschnitte A2,16 der Kreisflächen-Segmente 5 die strahlenförmige Monopol-Dachkapazität 4 gebildet ist. Die erfindungsgemäß geforderte Überdeckung des Grundrisses GS,11 der Satelliten-Empfangsantenne 2 mit dem Grundriss GD,11a der Monopol-Dachkapazität 4 ist bei vorgegebenem Auslenkwinkel θ, 7 und vorgegebener Höhe hm der Monopolantenne 1 über die Wahl des Segmentradius R,8 erreicht.

c)
Sind bei einer Anzahl N der Kreisflächen-Segmente der Segment-Öffnungswinkel δ, 10 und der Auslenkwinkel θ, 7 in der Weise gewählt, dass die folgende Beziehung

erfüllt ist, dann ist zwischen benachbarten Dreiecksseiten der Kreisflächen-Segmente 5 keine Berührung gegeben und es verbleibt zwischen diesen ein Trennwinkel ε, 10a. In diesem Fall ist nach der Faltung eine Monopolantenne 1, wie in Figur 1, gegeben, deren Kreisflächen-Segmente 5 ausgehend vom Monopolanschluss 3a getrennt voneinander verlaufen.
Die Figur zeigt perspektivisch eine Monopolantenne 1 in nach der Erfindung, bei welcher bei einer Anzahl N der Kreisflächen-Segmente 5 der Segment-Öffnungswinkel δ, 10 und der Auslenkwinkel θ, 7 in der Weise gewählt sind, dass im ersten Abschnitt A1,15 der Kreisflächen-Segmente 5 die Seiten benachbarter Kreisflächen-Segmente 5 einander gerade berühren, sodass in diesem Abschnitt der geschlossene Pyramidenmantel einer auf dem Kopf stehenden regulären Pyramide - im speziellen Beispiel mit der Monopolhöhe hm - mit N-Seitenflächen gebildet ist. In diesem Fall sind die beiden Seiten der Ungleichung (1) gleich groß und zwischen dem Segment-Öffnungswinkel δ, 10 und dem Auslenkwinkel θ 7 besteht bei einer gewählten Anzahl der Kreisflächen-Segmente N folgender Zusammenhang:


In diesem Beispiel sind zur Gestaltung des elektrisch geschlossenen Pyramidenmantels mit der Höhe hm die einander berührenden Seiten miteinander leitend verbunden, indem zum Beispiel die elektrisch leitende Folie in der Weise geometrisch gestaltet und mechanisch tiefgezogen ist, dass der Pyramidenmantel gegeben ist.
Die Beschreibung durch Kreisflächen-Segmente 5 ist hier durch die funktionell gleichwertige Beschreibung durch Dreiecksflächen-Segmente 5d durchgeführt, wobei der Segmentradius R, 8 durch die nur unwesentlich davon abweichende Dreieckssegmenthöhe hs, 8d ersetzt ist.
Zur Vermeidung der Störung der Satellitenantenne 2 durch elektromagnetische Verkopplung mit dem geschlossenen Pyramidenmantel ist gemäß der vorliegenden Erfindung gefordert, dass der Umfang des Pyramidenmantels Upyr an keiner Stelle größer ist als 0,8*Amin, wobei der größte Umfang Upyr in der Monopolhöhe hm auftritt. Somit ist gemäß der Erfindung die Einhaltung folgender Beziehung gefordert.


Diese Bedingung kann unter Wahl einer entsprechend kleineren Höhe des Pyramidenmantels als hm eingehalten werden.

d)
Draufsicht auf die beispielhafte Antenne mit Höhe des Pyramidenmantels hm unter c) mit den ausgebogenen zweiten Abschnitten A2,16 der Kreisflächen-Segmente 5 bzw. der Dreiecksflächen-Segmente 5d zur Gestaltung der möglichst großen Monopol-Dachkapazität 4 und die Antenne mit ihrer Pyramide als Stamm und ihren Abschnitten A2,16 der Kreisflächen-Segmente 5 als Blätter einer Palme ähnelt.
Gemäß der Erfindung ist die azimutale Breite BS, 9 der Kreisflächen-Segmente 5 der Monopolantenne 1 kleiner als 1/8 der Freiraumwellenlänge Amin der höchsten Frequenz des Satellitenbandes zu wählen. Aufgrund der sich in radialer Richtung mit dem Segment-Öffnungswinkel δ, 10 öffnenden Dreiecksflächen gilt diese Regel insbesondere für das Ende der Überdachung der Satellitenantenne 2 durch die Monopol-Dachkapazität 4, also am Grundrissrand GD 11 für dieses Beispiel.


Kann die Ungleichung (3) nicht eingehalten werden, so ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Dreiecksflächen-Segmente 5 in ihren Abschnitten A2,16 jeweils, wie im Zusammenhang mit Fig. 12a erläutert, mit radialen Schlitzen 53 versehen oder seitlich entsprechend beschnitten sind, sodass für jedes beschnittene Dreiecksflächen-Segment 5d der Maximalwert von BS/Amin < 0.125 gilt.
Aus der erfindungsgemäß vorgegebenen Struktur der Monopolantenne 1 ergibt sich zwischen den benachbarten Kreisflächenseiten der im zweiten Abschnitt A2,16 ausgebogenen Kreisflächen-Segmente 5 jeweils grundsätzlich ein verbleibender Winkel ε1, 10b. Eine Überlappung benachbarter Kreisflächen-Segment 5 und eine daraus resultierende schädliche Verkopplung der Monopolantenne 1 mit der Satellitenantenne 2 ist in vorteilhafter Weise nicht gegeben. Mit in ihrer Breite nicht beschnittenen Kreisflächen-Segmenten 5 ergibt sich für die Monopolantenne 1 mit geschlossener N-eckiger Pyramide - also unter Einhaltung der Beziehungen (1) bzw. (2) - der verbleibende Winkel ε1, 10b wie folgt:

e)
Die folgenden Darstellungen in den Figuren e) bis h) beziehen sich beispielhaft auf eine Kombinationsantenne 0 mit einem Grundriss GD, 11a von 3cm und eine Höhe hm der Monopolantenne von 2 cm. Gemäß der Beziehung (1) bzw. (2) ist ein geschlossener Pyramidenmantel mit der Höhe hm der Monopolantenne 1 gestaltet. Die Freiraumwellenlänge der höchsten Frequenz des Satellitenbandes beträgt beispielhaft Amin = 18,5 cm.
Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Auslenkwinkel θ,7 und dem Segment-Öffnungswinkel 6,10 der Kreisflächen-Segmente 5 der elektrisch leitenden geschlossenen Pyramide bei verschiedener Anzahl N der Kreisflächen-bzw. Dreiecksflächen-Segmente gemäß den o.g. Beziehungen (1) bzw. (2). Der bevorzugte Bereich für den Auslenkwinkel θ < 60° und für den Segment-Öffnungswinkel δ < 60° ist durch die strich-punktierten Linien gekennzeichnet.

f)
Darstellung des Zusammenhangs zwischen der auf die minimale Freiraum-Wellenlänge Amin bei der maximalen Frequenz des Satelliten-Frequenzbandes bezogenen maximalen Breite der Kreisflächen-Segmente 5 (BS/ Amin) am radialen Ende des Grundriss GD, 11a und dem Auslenkwinkel θ, 7 für mehrere Anzahlen N von Kreisflächen-Segmenten. Gemäß der in o. g. Beziehung (4) der Erfindung ist BS/Amin < 0,125 erforderlich. Aus dem Diagramm geht hervor, dass bei Überschreiten der strich-punktierten Linie bei BS/Amin = 0,125 die Kreisflächen-Segmente 5 entsprechend seitlich beschnittener Dreiecksflächen-Segment 5d gestaltet sind oder an ihrem radialen Ende -wie im Zusammenhang mit Figur 12 beschrieben- über einen radialen Schlitz 53 zur Einhaltung der Bedingung BS/Amin < 0,125 verfügen.

g)
Entsprechend der Forderung BS/Amin < 0,125 ist - gemäß der vorliegenden Erfindung - ebenso der maximale auf Amin bezogene Umfang Upyr des geschlossenen Pyramiden-bzw. Kegelmantels der Monopolantenne 1, welcher in der Höhe hm auftritt kleiner 0,8 gefordert. Die Bedingung Upyr/Amin ist in der o.g. Beziehung (3) in Abhängigkeit von der auf Amin bezogenen Monopolhöhe hm, dem Auslenkwinkel θ, 7, dem Segment-Öffnungswinkel δ, 10 und der Anzahl N der Kreisflächen-Segmente 5, d. h. der Sektoren, angegeben. Die Einhaltung der Bedingung (1) bzw. (2) als Voraussetzung für den geschlossenen Pyramiden-bzw. Kegelmantels ist hierfür vorausgesetzt. Die dargestellten Kurvenverläufe zeigen insbesondere für Auslenkwinkel θ, 7 von unter 45° und für eine größere Auffächerung der Monopol-Dachkapazität 4 von N > 4 keine Beeinträchtigung der Eigenschaften der Satellitenantenne 2 durch Strahlungsverkopplung mit dem geschlossenen Pyramiden-bzw. Kegelmantel.

h)
Darstellung des verbleibenden Winkels ε1, 10b zwischen den benachbarten Kreisflächenseiten der im zweiten Abschnitt A2,16 ausgebogenen Kreisflächen-Segmente 5, wie in Figur 2d dargestellt. Der verbleibende Winkel ε1, 10b ergibt sich aus der o.g. Beziehung (5) und ergibt für den technisch nutzbaren Bereich auch bei großer Auffächerung durch große Sektorenzahl N hinreichend große Werte zur wirkungsvollen Trennung der einander benachbarten Kreisflächen-Segmente 5 jeweils in deren zweiten Abschnitt A2, 16. In Verbindung mit der Einhaltung der Bedingungen in Beziehung (4) sind in diesen Abschnitten ausschließlich radial fließende Ströme möglich, während azimutal fließende Ströme durch die Trennung unterdrückt sind. Hierdurch ist der besondere Vorteil der Erfindung gegeben, welcher die unmittelbare und vollkommene Überdachung der Satellitenantenne 2 durch die Monopol-Dachkapazität 4 und die daraus resultierende extrem geringe Höhe hm der Kombinationsantenne 0 ermöglicht.

Fig. 3:
zur Vergrößerung der Monopol-Dachkapazität 4 ist das Kreisflächen-Segment 5 durch Wahl eines entsprechend größeren Segmentradius R,8 über das Ende des horizontal geführten zweiten Abschnitts A2,16 hinaus um einen dritten Abschnitt A3,17 verlängert, wodurch die Enden der zweiten Abschnitte A2,16 eine zweite Biegelinie BL2 38 beschreiben, an welcher jeweils der dritte Abschnitt A3,17 in Anpassung an die Antennenabdeckung leicht herab geneigt abgebogen ist.
Zur Unterstützung Bei einem der Kreisflächen-Segmente 5 ist im Anschluss an den dritten Abschnitt A3,17 ein vierter Abschnitt A4,18 gestaltet, welcher an der Anschluss-Trennlinie als dritte Biegelinie BL3 39 zur leitenden Grundfläche 6 verlaufend abgebogen ist und mit dieser an seinem unteren Ende leitend verbunden ist.

Fig. 4:
Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung wie in Figur 3, jedoch mit einem von den übrigen Kreisflächen-Segmenten 5 abweichenden Kreisflächen-Segment mit Masseankopplung 5b der Monopolantenne 1.
In Abweichung von den übrigen Kreisflächen-Segmenten 5 ist im Anschluss an den dritten Abschnitt A3,17 ein vierter Abschnitt A4,18 gestaltet ist, welcher an der Anschluss-Trennlinie als dritte Biegelinie BL3 39 zur leitenden Grundfläche 6 verlaufend abgebogen ist und mit dieser an seinem unteren Ende leitend verbunden ist. Mit dieser Maßnahme ist eine Verbesserung im Hinblick auf die mögliche Impedanzanpassung am unteren 5G-Frequenzbandende und damit eine Anhebung des Antennenpotenzials verbunden.

Fig. 5:
Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung wie in Figur 4, jedoch mit entsprechend schlanker Formgebung des vierten Abschnitts A4,18 des Kreisflächen-Segments mit Masseankopplung 5b der Monopolantenne 1 und mit der seriellen Zwischenschaltung eines frequenzabhängigen Netzwerks 41 für die Gestaltung der Frequenzabhängigkeit der Verbindung zur leitenden Grundfläche 6 in der Weise, dass deren Impedanz am unteren Frequenzbandende des 5G-Frequenzbereichs - beginnend mit 617 MHz - niedrig ist und mit wachsender Frequenz ansteigt, sodass der vierter Abschnitt A4,18 bei höheren Frequenzen ohne Einfluss ist. Im einfachsten Fall kann das Netzwerk 41 aus einer Induktivität bestehen, wodurch bei tiefsten Frequenzen die angestrebte Verbesserung erzielt wird und bei höheren Frequenzen der zur leitenden Grundfläche 6 verlaufende vierte Abschnitt A4,18 praktisch wirkungslos wird. Zur Impedanzanpassung an die weiterführende Schaltung auf der elektrischen Leiterplatte 40 ist dem Monopolanschluss 3a eine Transformationsschaltung 42 nachgeschaltet.
Die Satellitenantenne 2 mit ihrer Ringleitung 2a und den vertikalen Strahlern ist über deren Anschlusspunkte 43 auf der Leiterplatte angeschlossen und erregt.

Fig. 6:

a)
Kombinationsantennen 0 nach der Erfindung wie in Figur 3 jedoch mit einer zusätzlichen, flächige Dach-Sternstruktur 44 , bestehend aus der gleichen Anzahl N von sternförmig, von einer gemeinsamen zentralen Verbindungsfläche 49 ausgehenden, flächigen Dach-Kreisflächen-Segmenten 45, deren Flächen im Bereich des zweiten Abschnitts A2,16 und des dritten Abschnitts A3,17 der Kreisflächen-Segmente 5 zu diesen jeweils kongruent gestaltet und zur kapazitiven Ankopplung in kleinem Abstand parallel über diesen geführt sind. Die Dach-Sternstruktur 44 ist als tiefgezogenes Blechteil oder elektrisch leitende Folie oder MID-Struktur auf der Haube zur kapazitiven Anbindung an die Blechantenne gestaltet. Eines der flächigen Dach-Kreisflächen-Segmente 45b weicht in der Weise von den übrigen Dach-Kreisflächen-Segmenten 45 ab, dass anstelle seines radialen Endes im Anschluss daran ein weiterer Abschnitt A3D 52 gestaltet ist, welcher dort an der Biegelinie BL2k, 48 zur leitenden Grundfläche 6 verlaufend abgeknickt ist und mit dieser an seinem unteren Ende leitend verbunden ist. Über die an das an die Monopol-Dachkapazität 4 angekoppelte Dach-Sternstruktur 44 ist, wie in den Figuren 4 und 5 beschrieben, eine Verbesserung im Hinblick auf die mögliche Impedanzanpassung am unteren 5G-Frequenzbandende und damit eine Anhebung des Antennenpotenzials verbunden.

b)
Längsschnitt durch eine Antenne wie unter a) mit Blick seitlich auf den dritten Dach-Abschnitt A3D, 52. Zur kapazitiven Ankopplung der Dach-Sternstruktur 44 ist die Kunststoff-Haube 46 dünnwandig ausgeführt, sorgt jedoch auch für die mechanische Stabilität der Konstruktion. Der elektrische Kontakt des dritten Dach-Abschnitts A3D, 52 mit der leitenden Grundfläche 6 erfolgt am mechanischen Anschluss der Kunststoff-Haube 46 an die leitende Grundfläche 6 bzw. an die elektrische Leiterplatte 40.

Fig. 7:
Zur Herstellung der Monopolantenne 1 für die Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung sind folgende Schritte für einen rotationssymmetrischen Präge-Tiefziehprozess 22 vorgesehen:

• Der ebene kreisrunde Folien-Ausschnitt 29 in Fig. 2a) mit dem Segmentradius R,8 ist durch einen Schneidevorgang in der Weise beschnitten, dass um sein Zentrum Z die Anzahl N von azimutal gleich verteilten Kreisflächen-Segmenten 5 bestehen, welche mit ihren Spitzen über einen minimalen etwa kreisförmigen Folienpunkt zur Ausbildung des Monopolanschlusses 3a zusammenhängen.
• Zur Formung des Faltkörpers ist ein Werkzeug für einen rotationssymmetrischen Präge-Tiefziehprozess 22 an dem ebenen beschnittenen Folien-Ausschnitt 29 vorhanden, bestehend aus einem Prägestempel-Oberteil 20 und einem Prägestempel-Unterteil 23 mit jeweils einer radial außen befindlichen kreisrunden, horizontalen Prägefläche 26, mit einem Prägekegel 25 im Prägestempel - Oberteil 20 und einem hierzu komplementären Trichter mit konusförmiger Mantelfläche 24 im Prägestempel - Unterteil 23 jeweils mit dem gleichen Öffnungswinkel θ, 7 zur Gestaltung des hierzu gleichen Öffnungswinkels der Monopolantenne 1.
• Die Mantellinie des Prägekegels 25, sowie die des Trichters mit konusförmiger Mantelfläche 24 ist jeweils entsprechend der Gestaltung des ersten Abschnitts A1,15 gewählt.
• Die Mantellinie des Prägekegels 25 sowie die des Trichters mit konusförmiger Mantelfläche 24 ist jeweils entsprechend der Gestaltung des ersten Abschnitts A1,15 und die radiale Breite des Kreisrings der horizontalen Prägefläche 26 ist im Prägestempel - Oberteil 20 sowie im Prägestempel - Unterteil 23 jeweils zur Gestaltung des Abschnitts A2,16 gewählt.
• Mit einem einzigen Präge-Tiefziehvorgang 22 an dem zwischen dem Prägestempel - Oberteil 20 und dem Prägestempel - Unterteil 23 eingelegten ebenen beschnittenen Folien-Ausschnitt ist die Monopolantenne 1 als Faltkörper mit seinem fächerartigen kegelförmigen ersten Abschnitt A1,15 und mit der - durch Abbiegen des zweiten Abschnitts A2,16 jedes Kreisflächen-Segments 5 gestalteten - sternförmigen Dachkapazität und mit dem Monopolanschluss 3a vollständig hergestellt.

Fig. 8:
Werkzeug für einen rotationssymmetrischen Präge-Tiefziehprozess 22 wie in Figur 6, jedoch mit erhabenen Prägerillen zur Blechversteifung 27 auf der Mantelfläche des Prägekegels 25 und auf der horizontalen Prägefläche 26 des Prägestempel - Oberteils 20 und die hierzu komplementären, versenkten Gegenrillen zur Blechversteifung 28 auf der konusförmigen Mantelfläche des Trichters 24 und auf der horizontalen Prägefläche 26 des Prägestempel - Unterteils 23.
Mit der Ausübung des Präge-Tiefziehprozess 22 an dem Folien-Ausschnitt 29 ist mit einem einzigen Arbeitsgang die aus der selbst tragenden, elektrisch leitenden Folie hergestellte und als Faltkörper gebildete Monopolantenne 1 zur Versteifung der Folie und zur Erleichterung von deren konischer Formgebung mit geprägten Versteifungsrillen 36 versehen.

Fig. 9:
Kombinationsantenne 0, wie in Figur 1, mit angepasstem Grundrisses GD11a der Monopol-Dachkapazität 4 an eine etwa rechteckige Antennenabdeckung. Hierzu sind die Kreisflächen-Segmente 5 in ihrem zweiten Abschnitt A2,16 gemäß einem Schnittlinienverlauf 35 beschnitten und als beschnittene Kreisflächen-Segmente 5a gekennzeichnet.

Fig. 10:
Werkzeug für den Präge-Tiefziehprozess 22 kombiniert mit einem Schneidewerkzeug 32 zum Beschneiden des ebenen, beschnittenen Folien-Ausschnitts, wie in Figur 9 beschrieben. Das Schneidewerkzeug 32 besteht aus einem Schneidewerkzeug-Oberteil 33 am Prägestempel - Oberteil 20 und einem Schneidewerkzeug-Unterteil 34 am Prägestempel - Unterteil 23.
Im zeitlichen Anschluss an den Präge-Tiefziehprozess 22 kann die Verkürzung des zweiten Abschnitts A2,16 der zu beschneidenden Kreisflächen-Segmente 5a durch die Schneidebewegung der beiden Schneidewerkzeuge gegeneinander erfolgen.

Fig. 11:

a)
Im Zentrum des Folien-Ausschnitts 29 ist zur Bildung eines Konus mit geschlossener Mantelfläche 37 und dem Monopolanschluss 3a im ersten Abschnitt A1,15 der Kreisflächen-Segmente 5 ein zentralen Flächenelements A0,19 gekennzeichnet, dessen Radius RA0 maximal gleich dem ersten Abschnitt A1,15 ist. Der Konus ist durch Tiefziehen des zentralen Flächenelements A0,19 anhand eines Präge-Tiefziehprozess 22 - wie in Figur 10 beschrieben - mit der Mantellänge RA0 gestaltet. Der Konus kann durch Tiefziehen rundum gleichmäßig und sehr stabil gebaut werden. Maßgebend ist es hierbei, den Konus derart zu gestalten, dass der Umfang der geschlossenen Mantelfläche des Konus - wie gemäß der Erfindung gefordert - an keiner Stelle den Wert 3/4 Amin überschreitet.
Der Präge/Tiefziehprozess ermöglicht zusätzlich vorteilhaft rundum die Gestaltung von Versteifungsrillen 36 zur Versteifung der Verästelungen in der Struktur und zur Erleichterung der konischen Formgebung. Im Zentrum des zentralen Flächenelements A0,19 sind nach unten auslenkbare Befestigungszinnen 31 zur Befestigung der Monopolantenne 1 auf einer Leiterplatte 40 vorhanden sind. Die Zinnen, werden nach unten gebogen, um zusammen über Durchstiche durch die Leiterplatte 40 den Monopolanschluss 3a zu bilden und die Monopolantenne 1 zu fixieren.
In Anpassung an eine eher rechteckförmige Antennenabdeckung In Form einer Kunststoffhaube 46 ist es vorgesehen, die zweiten Abschnitte A2,16 der Kreisflächen-Segmente 5 entsprechend zu beschneiden und entlang der ersten Biegelinie BL1,14 leicht herab geneigt abzubiegen.

b)
Querschnitt einer Kombinationsantenne 0 über einer elektrischen Leiterplatte 40 unter einer Kunststoff-Haube 46. Durch Passformgenauigkeit der Kunststoffhaube 46 an die Struktur der Monopolantenne 1 in Verbindung mit Querstreben 61 auf der Kunststoffhaube 46 ist die Monopolantenne mechanisch stabil gehalten.

c)
Halbgefertigte sowie vollständig gefertigte Teile der Monopolantenne 1 können bei der in der Serienherstellung- wie dargestellt- aufeinander gestapelt gelagert werden, ohne ineinander zu verhaken. Diese Möglichkeit ist bei der Serienherstellung sehr vorteilhaft, verschafft einfache ZwischenLagermöglichkeiten und Zeitgewinne.

Fig. 12a:
Folien-Ausschnitt 29 wie in Figur 1a) in Verbindung Figur 11 jedoch mit radialen Schlitzen 53 in den kurzen Außenkanten der Kreisflächen-Segmente 5 zur Verkleinerung der sich weitenden Breite zur Einhaltung der Bedingung BS < Bsmax, deren Richtmaß 1/8 Amin als Ausgangsfläche für die Bildung des Faltkörpers. Durch mehrmalige Anwendung dieses Prinzips entstehen Schlitze unterschiedlicher Länge.

Fig. 12b:
Folien-Ausschnitt 29 wie in Figur 1a) in Verbindung Figur 11 jedoch mit Dach-Zinnen 54 im ersten Abschnitt A1,15 und radialen Schlitzen 53 im zweiten Abschnitt A 2,16 der Kreisflächen-Segmente 5 als Ausgangsfläche für die Bildung des Faltkörpers.
Im Präge-Tiefziehprozess 22 wird durch Tiefziehen des inneren Bereichs bis hin zur ersten Biegelinie BL1, 14 des Folien-Ausschnitts 29 ein Konus mit teilweise gefächertem Konusmantel geschaffen, dessen Mantellinienlänge gleich dem ersten Abschnitt A1, 15 entspricht.
Längst der Biegelinie BL 1,14 wird der zweite Abschnitt A2,16, wie in den übrigen Figuren, in der Weise abgebogen, dass seine Fläche parallel zur leitenden Grundebene 6 zur Bildung der Monopol-Dachkapazität 4 geführt ist. Die Dach-Zinnen 54 sind jeweils längsseitig im ersten Abschnitt A1,15 des Kreisflächen-Segments 5 durch länglichen Zinnenausschnitt 55 ausgeführt. Nach der Bildung des teilweise gefächertem Konusmantel aus dem Folien-Ausschnitts 29 wird eine Vergrößerung der Dachkapazität 4 der Monopolantenne 1 dadurch erreicht, dass die Dach-Zinne 54 jedes Kreisflächen-Segments 5 längs der ersten Biegelinie BL1,14 zur Zentrallinie hin in der Weise ausgebogen ist, dass die Fläche der Dach-Zinne 54 über der Öffnung des Konus parallel zur leitenden Grundfläche 6 verläuft.

Fig. 13:

a)
Folien-Ausschnitts 29 wie in Figur 1a, wobei jedes zweite der Kreisflächen-Segmente 5 in der azimutalen Reihenfolge als Kreisflächen-Segment 5c mit kleinerem Segmentradius Rc,8c gestaltet ist. Im Zentrum des Folien-Ausschnitts 29 ist - wie in Fig. 11 - zur Bildung eines Konus mit geschlossener Mantelfläche 37 und mit dem Monopolanschluss 3a im ersten Abschnitt A1,15 der Kreisflächen-Segmente 5 ein zentrales Flächenelement A0,19 gekennzeichnet. Der Konus ist durch Tiefziehen des zentralen Flächenelements A0,19 anhand des Präge-Tiefziehprozess 22 zusammen mit den ersten Abschnitten A1,15 der Kreisflächen-Segmenten 5 mit großem Segmentradius.
hergestellt, sodass diese gegen die Zentrallinie ebenso um den Auslenkwinkel θ, 7 ausgelenkt sind, wie die Mantellinien des geschlossenen Konus. Wobei der Umfang der geschlossenen Mantelfläche des Konus - wie gemäß der Erfindung gefordert - an keiner Stelle den Wert 3/4 Amin überschreitet. Die kürzeren Enden der Kreisflächen-Segmente 5c werden mit einem größeren Auslenkwinkel zur Zentrallinie ausgebogen, sodass ein größerer Öffnungswinkel der konischen Blätterstruktur zur Unterstützung der höheren Frequenzen im 5G-Frequenzband gebildet ist. Die längeren Enden der Kreisflächen-Segmente 5 werden an der ersten Biegelinie BL1,14 zur Bildung der Dachkapazität - wie oben beschrieben - ausgebogen, oder etwas nach unten geknickt.

b)
Kombinationsantenne 0 für den 5G-Frequenzbereich umfassend

• die konisch im Zentrum angeschlossene Monopolantenne 1 mit radialer Monopol-Dachkapazität 4 für das Lowband und radialem Konusantennenteil für das Highband, gebildet aus dem Folien-Ausschnitts 29, wie unter a) beschrieben
• und die Satellitenantenne 2 mit Ringleitung 2a.

Fig. 14:

a)
Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung mit einer Kunststoff-Haube 46 als mechanischer Träger der flächigen Strukturen der Monopolantenne 1. Die innere Form der Kunststoff-Haube 46 enthält eine Trichterform und deren Innenfläche enthält den Verlauf der flächigen Strukturen gemäß den Figuren 8, 9, und 11 der Monopolantenne 1 nachgebildet. Diese flächigen Strukturen sind mit MID-fähigem Lack beschichtet und darüber mit den flächigen Strukturen der Monopolantenne 1 mit den elektrisch leitenden MID- Strukturen 61 Moulded Interconnect Devices bedruckt. Die innere Anbindung der Konusspitze als Antennenanschlussstelle 3, des vierten Abschnitts A 4,18 des Kreisflächen-Segments 5 zur elektrisch leitenden Grundfläche 6 können per Presskontakt oder in Stiftform mit Lötung auf der elektrischen Leiterplatte Leiterplatte erfolgen.

b)
Außenansicht auf die Dreidimensionale Kunststoff-Haube 46 wie in Figur a) mit auf der Innenseite einer dünnwandigen Haube gedruckten flächigen MID-Strukturen 61 der Monopolantenne 1 Die gedruckten MID-Strukturen sind aufgrund der übersichtlicheren Darstellung auf der Außenseite gezeichnet.

c)
Kombinationsantenne 0 wie in Figur 14, jedoch mit einer als Antennenabdeckung ausgeführten Außenfläche und einer als mechanischer Träger der flächigen Strukturen der Monopolantenne 1 ausgeführten Innenfläche der Kunststoff-Haube.

Fig. 15
Schnittbild bzw. Zuschnitt für eine Monopolantenne 1 in der Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung. Die Gestaltung der Monopolantenne 1 geht aus von einer hier beispielhaft dargestellten, ebenmäßigen, steifen, jedoch biegbaren Metall -bzw. Kunststoff-folie mit metallischer Beschichtung. In Abweichung von dem Kreis-Schnittbild in Figur 2a geht die Bildung der Monopolantenne 1 von dem dargestellten Kreis-Sektor-Schnittbild mit N-1 gekennzeichneten Sektor-Faltlinien 63 zur Kennzeichnung der Begrenzung der in den zweiten, dritten und vierten Abschnitten (A2, 16, A3, 17, A4, 18) seitlich beschnittenen Kreisflächen-Segmente 5d aus. Die Sektor-Faltlinien 63 sind auf dem Kreis-Sektor-Schnittbild in der Weise angeordnet, dass die zwischen ihnen angeordneten Kreisflächen-Segmente 5b durch Abbiegen entlang den Sektor-Faltenlinien 63 gebildet und azimutal um die Zentrallinie ZL angeordnet sind, sodass der Mantel einer auf der Spitze stehenden N- eckigen Pyramide mit geschlossenem Pyramidenmantel gegeben ist. Der zweite, dritte und vierte Abschnitt (A2, 16, A3, 17, A4, 18) ist jeweils durch Abbiegen entlang der entsprechenden ersten, zweiten und dritten Biegelinie (BL1, 14, BL2, 38, BL3, 39) - wie im Zusammenhang mit der Beschreibung zu Figur 4 erläutert - gebildet. Der Monopolanschluss 3a an der Spitze der Pyramide ist durch das zentrale Flächenelement A0,19 gegeben, woraus die an ihren Spitzen über ein zentrales Flächenelement A0,19 zusammenhängenden Kreisflächen-Segmente 5 ausgeschnitten sind.

[0035] Im Folgenden werden die Vorteile und die Wirkungsweise der Erfindung weiter erläutert.

[0036] Aus der Theorie elektrisch kleiner Antennen ist bekannt, dass das Potenzial einer Antenne als das Verhältnis von Q = Realteil/Imaginärteil der Antennenimpedanz zu betrachten ist. Für eine Antenne, welche einer Kugel mit Radius a einbeschrieben ist, ist das theoretische Maximum dieses Potenzials In Bezug auf die Freiraumwellenlänge der Strahlung die Beziehung Q = 2 π a/λ^3 gegeben. Das maximal erreichbare Potenzial wächst mit der dritten Potenz der auf die Freiraumwellenlänge bezogenen räumlichen Abmessung und ist somit unangemessen klein. Dieses theoretische Maximum kann jedoch darüber hinaus nur dann erreicht werden, wenn die Antenne mit ihren Strukturen den verfügbaren Raum in der Kugel vollständig ausfüllt und die Strukturelemente in ihrer Strahlungswirkung konstruktiv zur Gesamtstrahlung beitragen.

[0037] Die besondere Herausforderung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung besteht in der vorgegebenen Kleinheit des Quaders, dem die Kombinationsantenne für den 5G- Frequenzbereich einbeschrieben werden soll im Vergleich zur größten Wellenlänge am unteren Rand des 5G-Frequenzbereichs von fu = 617 MHz bis fo = 5,9 GHz. Sind zum Beispiel für den Quader die Höhe hm = 3cm und die Fußabdruck-Querausdehnung = 6 cm vorgegeben, dann beträgt der geschätzte Radius a einer vergleichbaren Kugel, welcher die Kombinationsantenne einzubeschreiben ist etwa a = 6,5cm. Das extreme Verhältnis der Freiraumwellenlänge λu = ca. 50cm bei der Frequenz fu zum Kugelradius führt nach der oben angegebenen Beziehung aufgrund der dritten Potenz des Missverhältnisses von a/λu zu einem extrem kleinen Antennenpotenzial von Q = 0,014, welches jedoch darüber hinaus nur bei theoretisch optimal gestalteten Antennenstrukturen in diesem Raum erreichbar ist.

[0038] Ausschlaggebend ist deshalb, dass die Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung mit ihrer Struktur - wie nachfolgend gezeigt - diese Bedingung praktisch auf besondere Weise erfüllt und unter der naturgemäß vorgegebenen Restriktion - ein optimales Antennenpotenzial erreicht. Bei Betrachtung der Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung, wie in Figur 1a, kann diese mit ihrer Rotationssymmetrie einem Quader mit quadratischer Grundfläche mit der beschriebenen Querausdehnung und der Höhe hm der Monopolantenne 1 einbeschrieben werden. Dieses Bild beschreibt deutlich, dass sich die Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung mit ihren Strukturen in optimaler Form vollkommen über den durch den Quader zur Verfügung gestellten Raum erstreckt, wobei sämtliche Strukturelemente konstruktiv zur Strahlungsbildung beitragen.

[0039] Der besondere Vorteil der Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung besteht nun gerade auch darin, dass er sich nicht nur auf die optimale Gestaltung der Monopolantenne 1 im Hinblick auf deren Potenzial beschränkt, sondern es zusätzlich möglich ist, durch die erfindungsgemäße, besondere Gestaltung der Monopolantenne 1 unter deren Dach die Satelliten-Empfangsantenne 2 zu platzieren und die Strahlungsabschattung durch die besondere Formgebung der Dachkapazität zu vermeiden. Bildlich gesprochen kann die Strahlung der Satelliten-Empfangsantenne 2 das für sie transparent wirkende Dach der Monopolantenne 0 durchdringen.

[0040] Ein weiterer für die Serienfertigung in großen Stückzahlen für die Fahrzeugindustrie ausschlaggebender Vorteil der Kombinationsantenne 0 nach der Erfindung besteht in dem vergleichsweise extrem einfachen Herstellungsprozess der Monopolantenne 1, sodass eine wirtschaftliche Herstellung möglich ist. Ist die Monopolantenne 1 aus einer selbsttragenden Blechfolie gestaltet, so kann sie auch unter Berücksichtigung ihrer komplexen Formgebung durch einfach durchzuführende Stanz- und Biege-Prozesse hergestellt werden. Selbst die Serien-Zwischenlagerung von halb gefertigten Antennen-Formteilen kann einfach und ohne Verhaken der Teile erfolgen. Die Kombination der ringförmigen Satelliten-Empfangsantenne 2 mit der Monopolantenne 1 innerhalb des Grundrisses der Monopolantenne 1 kann aufgrund der besonderen verkopplungsfreien Gestaltung der Monopolantenne 1 mit der Satelliten-Empfangsantenne 2 vorteilhaft ohne deren Veränderung erfolgen.

Liste der Bezeichnungen

[0041] 

Kombinationsantenne 0

Monopolantenne 1

Satellitenantenne 2

Ringleitung 2a

Antennenanschlussstelle 3

Monopolanschluss 3a

Masseanschluss 3b

Monopol-Dachkapazität 4

Kreisflächen-Segment 5

beschnittenes Kreisflächen-Segment 5a

Kreisflächen-Segment mit Masseankopplung 5b

Kurzes Kreisflächen-Segment 5c

seitlich beschnittenes Dreiecksflächen-Segment 5d

leitenden Grundfläche 6

Auslenkwinkel θ 7

Segmentradius R, 8

Segmentradius Rc, 8c

Dreieckssegmenthöhe hs

Breite der Kreisflächen-Segmente BS, 9

Segment-Öffnungswinkel δ 10

verbleibender Winkel ε1, 10a

Trennwinkel ε1 10a

Grundriss GS 11

Grundriss GD 11a

Winkelhalbierenden WH 12

Radius-Biegelinie RBL 13

erste Biegelinie BL1,14

ersten Abschnitt A1,15

zweiter Abschnitt A2,16

dritter Abschnitt A3,17

vierter Abschnitt A4,18

zentrales Flächenelement A0,19

Prägestempel - Oberteil 20

Antennenanschluss-Formung 21

Werkzeug für Präge/Tiefziehprozess 22

Prägestempel - Unterteil 23

Trichter mit konusförmiger Mantelfläche 24

Prägekegel 25

horizontale Prägefläche 26

erhabene Prägerillen zur Blechversteifung 27

versenkte Gegenrillen zur Blechversteifung 28

ebener kreisrunder Folien-Ausschnitt 29

ebener beschnittener Folien-Ausschnitt 29a

Stößel 30

Befestigungszinne 31

Schneidewerkzeug 32

Schneidewerkzeug Oberteil 33

Schneidewerkzeug Unterteil 34

Schnittlinienverlauf 35

geprägte Versteifungsrillen 36

geschlossene Konusmantelfläche 37

zweite Biegelinie BL2 38

dritte Biegelinie BL3 39

elektrische Leiterplatte 40

Frequenzabhängiges Netzwerk 41

Transformationsschaltung 42

Anschlusspunkt 43

Flächige Dach-Sternstruktur 44

Dach-Kreisflächen-Segment 45

Dach-Kreisflächen-Segmente mit Masseankopplung 45b

Kunststoff-Haube 46

kongruente Biegelinie BL1k, 47

kongruente Biegelinie BL2k, 48

Zentrale Verbindungsfläche 49

ersten Dach-Abschnitt A1D, 50

zweiter Dach-Abschnitt A2D, 51

dritter Dach-Abschnitt A3D, 52

radialer Schlitz 53

Dach-Zinne 54

Zinnen-Ausschnitt 55

Radius d. zentralen Flächenelements RA0 56

Innere Biegelinie BL0 57

Kunststoff-Stützstruktur 58

innere Oberfläche der Kunststoff-Stützstruktur 59

Kugelradius R0 60

MID- Strukturen 61

Mantelfläche der Pyramide 62

Sektorfaltlinie 63

Freiraumwellenlänge Amin der höchsten Satellitenfrequenz

Zentrallinie ZL

Anzahl der Kreisflächen-Segmente N

Monopolhöhe hm

Ringleitungshöhe hr

Dreiecksegmenthöhe hs = gestreckte Länge aus A1 + A2

Umfang Pyramiden- bzw. Kegelmantel Upyr

Laufender Radius r

Laufende Breite Br

Ansprüche

1. Kombinationsantenne (0) für den 5G-Mobilfunk und den Satelliten-Empfang für Fahrzeuge, umfassend über einer gemeinsamen horizontalen elektrisch leitenden Grundfläche (6) wenigstens eine Breitband-Monopolantenne (1) für den 5G-Frequenzbereich (6) mit einer Monopol-Anschlussstelle (3) und einer Höhe hm, wobei 1 cm < hm < 5 cm, und eine hierzu konzentrisch angeordnete, ringförmige Satelliten-Empfangsantenne (2), wobei die Kombinationsantenne folgende Merkmale aufweist:

- die Satelliten-Empfangsantenne (2) ist als Ringleitungsstrahler mit einer geschlossenen Ringleitung (2a) in der Höhe hr mit hr/hm< 0,75 über der elektrisch leitenden Grundfläche (6) für zirkular polarisierten Satelliten-Empfang gestaltet;

- die Breitband-Monopolantenne (1) ist als rotationssymmetrischer und elektrisch leitender Faltkörper aus N Kreisflächen-Segmenten (5) gebildet, wobei 3 < N < 16,

- die Kreisflächen-Segmente (5) sind um eine durch die Monopol-Anschlussstelle (3) senkrecht verlaufende Zentrallinie ZL der Kombinationsantenne (0) azimutal gleichmäßig verteilt, wobei die Kreissegment-Spitzen aller Kreisflächen-Segmente (5) miteinander und mit der Monopol-Anschlussstelle (3) verbunden sind,

- jedes Kreisflächen-Segment (5) ist, ausgehend von seiner Spitze um einen Auslenkwinkel θ zur Zentrallinie ZL geneigt,

- jedes Kreisflächen-Segments (5) ist entlang einer in der Monopolhöhe hm über der elektrisch leitenden Grundfläche (6) befindlichen Biegelinie BL1 (14) radial nach außen abgebogen und parallel zur elektrisch leitenden Grundfläche (6) geführt.

2. Kombinationsantenne (1) nach Anspruch 1,

wobei die vom größten Umfang der Monoplantenne (1) eingeschlossenen Fläche mindestens 80 % der vom größten Umfang der Satelliten-Empfangsantenne (2) eingeschlossenen Fläche beträgt,
und/oder

für eine maximale Breite BS (9) der Kreisflächen-Segmente (5) entlang des Azimutwinkels an jeder Stelle gilt: BS (9) < 1/8 Amin.

3. Kombinationsantenne (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei benachbarte Kreisflächenseiten der Kreisflächen-Segmente (5) radial innerhalb der Biegelinie BL eine N-eckige, reguläre Pyramide mit geschlossener elektrisch leitender Mantelfläche bilden, deren größter Umfang Upyr insbesondere kleiner ist als 0.8* Amin.

4. Kombinationsantenne (0) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
umfassend zumindest eines der folgenden Merkmale:

- der Faltkörper ist aus einer ebenen und selbsttragenden elektrisch leitenden Folie oder aus Blech hergestellt,

- der Faltkörper ist aus einem kreisrunden Ausschnitt gebildet,

- aus einem kreisrunden Ausschnitt sind durch Folienausschnitt N über den Azimut gleichmäßig verteilte Kreisflächen-Segmente (5) gebildet,

- die Kreisflächen-Segmente (5) hängen an ihren Spitzen über ein zentrales Flächenelement A0 (19) zusammen,

- die Winkelhalbierenden WH (12) der Kreisflächen-Segmente (5) sind um deren Spitzen in der Weise gedreht, dass sie gegenüber der Zentrallinie ZL um den Auslenkwinkel θ (7) ausgewinkelt sind,

- die Kreisflächen-Segmente (5) sind - ausgehend von deren Spitzen

- jeweils in einem ersten Abschnitt A1 (15) an einen durch die Winkelhalbierenden WH (12) virtuell aufgespannten Kegelmantel eines an der Monopol-Anschlussstelle (3) auf der Spitze senkrecht stehenden virtuellen Kegel/Pyramiden-Mantels angeschmiegt und durch mechanisches Tiefziehen eines zentralen Flächenelements A0 (19) ist eine geschlossene Kegel-/Pyramiden-Spitze als Monopolanschluss (3a) hergestellt,

- jedes Kreisflächen-Segment (5) ist längs einer, zu dessen Winkelhalbierenden WH (12) senkrechten, in der Monopolhöhe hm über der leitenden Grundfläche (6) befindlichen ersten Biegelinie BL1 (14) radial nach außen abgebogen.

5. Kombinationsantenne (0) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Faltkörper mit geprägten Versteifungsrillen (36) versehen ist.

6. Kombinationsantenne (0) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Anpassung des Grundrisses GD11a der Monopol-Dachkapazität (4) an eine insbesondere rechteckige Antennenabdeckung im zweiten Abschnitt A2 (16) gemäß einem Schnittlinienverlauf (35) beschnittene Kreisflächen-Segmente (5a) gestaltet sind.

7. Kombinationsantenne (0) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Konus mit geschlossener Mantelfläche (37) und einem Monopolanschluss (3a) durch Tiefziehen eines zentralen Flächenelements A0 (19) gestaltet ist und im Zentrum des zentralen Flächenelements A0 (19) nach unten auslenkbare Befestigungszinnen (31) zur Befestigung der Monopolantenne (1) auf einer Leiterplatte (40) vorhanden sind.

8. Kombinationsantenne (0) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Vergrößerung der Monopol-Dachkapazität (4) zumindest ein Kreisflächen-Segment (5) um eine zweite Biegelinie BL2 (38) nach unten geneigt abgebogen ist.

9. Kombinationsantenne (0) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Kreisflächen-Segment (5b) zur leitenden Grundfläche (6) verlaufend abgeknickt und mit dieser an seinem unteren Ende leitend verbunden ist.

10. Kombinationsantenne (0) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine flächige Dach-Sternstruktur (44) vorhanden ist, bestehend aus der gleichen Anzahl N von sternförmig, von einer gemeinsamen zentralen Verbindungsfläche (49) ausgehenden, flächigen Dach-Kreisflächen-Segmenten (45), deren Flächen zur kapazitiven Ankopplung parallel über die Kreisflächen-Segmente (5) geführt sind, wobei mindestes eines der flächigen Dach-Kreisflächen-Segmente (45b) in der Weise von den übrigen Dach-Kreisflächen-Segmenten (45) abweicht, dass anstelle seines radialen Endes im Anschluss daran ein Abschnitt A3D (52) gestaltet ist, welcher dort an der Biegelinie BL2k, (48) zur leitenden Grundfläche (6) verlaufend abgeknickt ist und mit dieser an seinem unteren Ende leitend verbunden ist.

11. Kombinationsantenne (0) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Kunststoff-Haube (46) vorgesehen ist, welche Kreisflächen-Segmente (5) abdeckt und auf deren Außenfläche ein Dach-Kreisflächen-Segment (45) zur kapazitiven Ankopplung an diese Abschnitte aufgebracht ist.

12. Kombinationsantenne (0) einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in Kreisflächen-Segmenten (5) ein radialer Schlitz (53) zur Verkleinerung der sich weitenden Breite vorhanden ist.

13. Kombinationsantenne (0) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jedes zweite der Kreisflächen-Segmente (5) in der azimutalen Reihenfolge als ein Kreisflächen-Segment (5c) mit kleinerem Segmentradius Rc (8c) gestaltet ist, zur zusätzlichen Bildung einer verkürzten konischen Fächerstruktur für die Unterstützung hoher Mobilfunkfrequenzen.

14. Kombinationsantenne (0) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Kunststoff-Haube (46) als mechanischer Träger der flächigen Strukturen der Monopolantenne (1) vorgesehen ist, deren innere Form eine Trichterform enthält und deren Innenfläche den Verlauf der flächigen Strukturen der Monopolantenne (1) nachgebildet enthält, wobei diese flächigen Strukturen mit MID-fähigem Lack beschichtet und darüber mit den flächigen Strukturen der Monopolantenne (1) mit den elektrisch leitenden MID- Strukturen (61) bedruckt sind.

15. Kombinationsantenne (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest eines der folgenden Merkmale:

- die Monopolantenne (1) ist in Bezug auf minimale Strahlungsverkopplung mit der Satelliten-Empfangsantenne (2) für die Freiraumwellenlänge Amin = 18,75 cm am oberen GNSS-Frequenzband für Satelliten-Empfangsantenne (2) gestaltet,

- es sind N = 8 zueinander gleiche Kreisflächen-Segmente (5) vorhanden,

- die Monopolhöhe beträgt hm = 0,1* Amin,

- der Auslenkwinkel θ (7) beträgt θ = 30°,

- der Segmentradius R (8) beträgt R = 0,17* Amin,

- der Segment-Öffnungswinkel δ (10) beträgt 6 = 15°,

- die elektrisch leitende Grundfläche (6) ist eine elektrische Leiterplatte (40).

Zeichnung