[0001] Die Erfindung betrifft eine mehrbandfähige Antennenanordnung mit kreuzpolarer Sende-
und Empfangscharakteristik. Sie bezieht sich hierbei auf eine sehr flachbauende Antennenanordnung
zur Unterstützung unterschiedlichster Funkstandards, welche vorzugsweise für einen
Einsatz im Zugverkehr und für diesen Zweck zur Montage auf dem Dach eines Schienenfahrzeugs
ausgebildet ist. Auch wenn nachfolgend verstärkt auf diesen bevorzugten Einsatzzweck
Bezug genommen wird, sei jedoch an dieser Stelle ausdrücklich darauf hingewiesen,
dass die vorgestellte Lösung zur Ausbildung einer Antennenanordnung hierauf nicht
beschränkt ist.
[0002] Jedenfalls im Zusammenhang mit dem zuvor angesprochenen Einsatzzweck ist es sehr
vorteilhaft, eine solche Antennenanordnung möglichst flach auszubilden, wobei es aber
unabhängig davon, respektive auch auf anderen Einsatzgebieten, häufig erforderlich
ist, technische Komponenten, so auch Antennenanordnungen, mit einem möglichst geringen
Bauraumbedarf auszubilden. Die Erfüllung der sich hieraus ergebenden Anforderungen
ist aber gerade in Bezug auf Antennen sehr anspruchsvoll. Dies gilt insbesondere dann,
wenn durch eine Antennenanordnung mehrere unterschiedlichen Frequenzbänder unterstützt
werden sollen. Unter Beachtung der physikalischen Gesetze der Elektrotechnik und der
Hochfrequenztechnik werden Antennen, also die der Abstrahlung und dem Empfang von
Funksignalen dienenden Erregerelemente von Antennenanordnungen, üblicherweise mit
einer Länge ausgebildet, welche der Hälfte oder einem Viertel der sich aus der mittleren
Frequenz für einen Frequenzbereich ergebenden Wellenlänge entspricht. Insbesondere
bei häufig verwendeten Stabantennen korreliert deren Länge mit der sich für unter
Verwendung derartiger Stabantennen für eine Antennenanordnung ergebenden Höhe.
[0003] Vor diesem Hintergrund sind Stabantennen für die Montage auf dem Dach eines Fahrzeugs
eher ungeeignet. Dies gilt in besonderem Maße für Hochgeschwindigkeitszüge, bei denen
es auf die Realisierung eines möglichst geringen Luftwiderstandes ankommt und bei
denen hinsichtlich der Bauhöhe von Antennenanordnungen auch das Vorhandensein von
Oberleitungen, respektive des sogenannten Fahrdrahts, zu beachten ist. Es wurden daher
schon unterschiedliche Formen von Antennen, respektive von Antennenanordnungen entwickelt,
die bei geringer Bauhöhe gute Sende- und Empfangseigenschaften aufweisen. Ein in diesem
Zusammenhang häufig genutzter Ansatz ist die Verwendung von Dachelementen, respektive
Dachkapazitäten, welche oberhalb der eigentlichen Antenne, nämlich des Erregerelements,
in Form eines metallischen Flächenelements angeordnet werden und unter gleichzeitiger
Einhaltung HF-technischer Resonanzbedingungen eine Verkürzung von Erregerelementen
und damit eine Verringerung der Bauhöhe einer Antenne mit entsprechenden Erregerelementen
ermöglichen. Beispiel hierfür werden unter anderem in
DE 10 2012 108 600 B3 und in
FR 2 726 127 A1 beschrieben, wobei gemäß letzterer das als Frequenzeinstellscheibe dienende Dachelement
unterschiedliche Formen aufweisen kann.
[0004] Die in der erstgenannten Druckschrift (
DE 10 2012 108 600 B3) beschriebene Erregerstruktur besteht aus einem eine ebene Oberfläche für die elektrische
Masse der Gesamtstruktur ausbildenden metallischen Basiselement und mindestens einem
in Form einer Ringstruktur ausgebildeten rundstrahlendem Erregerelement. Das besagte
Erregerelement besteht dabei aus zwei von der Oberfläche des die Masse ausbildenden
Basiselements beabstandet angeordneten, jeweils geschlossenen Ringen. Oberhalb der
jeweils durch ein streifenförmiges Element ausgebildeten und mit ihren großen Oberflächen
parallel zur Masse der Antennenanordnung, nämlich parallel zur ebenen Oberfläche des
Basiselements angeordneten geschlossenen Ringe ist eine mit der Masse elektrisch leitend
verbundene Metallscheibe als Dachelement angeordnet, welches vergleichbar einer Dachkapazität
wirkt und eine geringe Bauhöhe der Gesamtanordnung ermöglicht. Die ringförmigen Erregerelemente
dieser Erregerstruktur empfangen im Wesentlichen, das heißt ganz überwiegend vertikal
polarisierte Funksignale.
[0005] Im Hinblick auf den Empfang von Funksignalen ist es jedoch wünschenswert, diese möglichst
unabhängig von ihrer Polarisation empfangen und an nachgeordnete, ihrer Demodulation
dienende Einheiten weiterleiten zu können. So sind etwa Funksignale des Mobilfunks
typischerweise kreuzpolarisiert, so dass ihrem Empfang dienende Erregerelemente, welche
ihrerseits keine kreuzpolare Empfangscharakteristik aufweisen, nur einen Teil der
Leistung ankommender Funksignale nutzen.
[0006] Um diesem Nachteil zu begegnen, wird in der
DE 10 2020 120 985 A1 eine spezielle Erregerstruktur, respektive Antennenanordnung, vorgeschlagen, welche
ebenfalls ein Dachelement umfasst. Bei der in der Druckschrift beschriebenen Lösung
sind zwischen einem, gleichzeitig die elektrische Masse ausbildenden metallischen
Basiselement und dem im Abstand dazu sowie elektrisch mit dem Basiselement verbundenen
Dachelement mehrere Erregerelemente zur Unterstützung unterschiedlicher Frequenzbänder
angeordnet. Ein Erregerelement oder mindestens eines der mehreren Erregerelemente
ist in Form eines metallischen Elements mit zwei oder mehr an einem Fußpunkt auf dem
Basiselement zusammenlaufenden Flügeln ausgebildet. Jeder Flügel eines solchen Erregerelements
wiederum weist mindestens zwei sich hinsichtlich ihrer horizontalen und vertikalen
Ausrichtung in unterschiedlicher Richtung erstreckende Flächenelemente auf. Durch
die unterschiedlichen Erstreckungsrichtungn der Flächenelemente eines Flügels wird
dabei eine kreuzpolare Sende- und Empfangscharakteristik erreicht. Allerdings sind
bei dieser Lösung für eine Abdeckung aller beispielsweise im Zugverkehr zu unterstützenden
Frequenzbänder mehrere Erregerelemente erforderlich, was eine gewisse Baugröße nach
sich zieht. Zudem gestaltet sich die Abstimmung der Antennenanordnung auf die verschiedenen
Frequenzbänder bei gleichzeitig guter Entkopplung zwischen den einzelnen Erregerelementen
verhältnismäßig aufwendig.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Alternative für die Ausbildung einer Antennenanordnung
aufzuzeigen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet und Probleme löst. Die Antennenanordnung
soll bei geringer Bauhöhe und insgesamt geringem Bauraumbedarf eine Mehrzahl von Frequenzbändern
unterstützen und eine kreuzpolare Sende- und Empfangscharakteristik aufweisen. Sie
soll zudem so ausgebildet sein, dass trotz einer Mehrzahl von ihr unterstützter Frequenzbereiche
keine Entkopplungsprobleme auftreten.
[0008] Die Aufgabe wird durch eine Antennenanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind durch die Unteransprüche gegeben.
[0009] Bei der vorgeschlagenen Antennenanordnung handelt es sich entsprechend der vorstehenden
Aufgabe um eine Antennenanordnung mit kreuzpolarer Sende- und Empfangscharakteristik.
Darüber hinaus ist die Antennenanordnung mehrbandfähig und weist hierbei, ebenfalls
der gestellten Aufgabe Rechnung tragend, eine sehr kompakte, insbesondere flache Bauform
auf. Bestandteile der Antennenanordnung sind unter anderem eine Massefläche, nämlich
eine ebene, die elektrische Masse der Antennenanordnung ausbildende Metalloberfläche,
sowie ein metallisches Erregerelement mit wenigstens zwei, das heißt vorzugsweise
(aber nicht zwingend) genau zwei von der Massefläche aufragenden Flügeln.
[0010] Die Flügel des vorgenannten Erregerelements laufen an einem auf der Massefläche angeordneten,
gegen die Massefläche elektrisch isolierten Fußpunkt zusammen. An diesem Fußpunkt
sind die Flügel und damit das Erregerelement mit einer Signalleitung verbunden, wobei
die Verbindung des Erregerelements mit der Signalleitung, ebenso wie der Fußpunkt
selbst, gegen die Massefläche isoliert ist. Über die Signalleitung werden dem Erregerelement
mit einem Nutzsignal modulierte Funksignale zur Aussendung (Abstrahlung) zugeführt
sowie andererseits von dem Erregerelement empfangene Funksignale elektronischen Einheiten
zur Demodulation sowie zur Verstärkung der aus den empfangenen Signalen durch Demodulation
zurückgewonnenen Nutzsignale zugeführt.
[0011] Jeder Flügel des Erregerelements besteht aus wenigstens zwei, sich zumindest in Bezug
auf ihre Ausrichtung gegenüber der Massefläche voneinander unterscheidenden Flächenabschnitten,
wobei die Flügel dennoch einstückig ausgebildet sind. Vorzugsweise - da in Bezug auf
die HF-Eigenschaften von Vorteil - ist das gesamte Erregerelement einstückig ausgebildet.
Der Flächenabschnitt am freien Ende eines jeweiligen Flügels des Erregerelements erstreckt
sich in Bezug auf die Massefläche im Wesentlichen in horizontaler Richtung und damit
zumindest annähernd parallel zur Massefläche, nämlich dieser gegenüber mit einer Neigung
von nicht mehr als - 10° (der Massefläche zugeneigt) bis + 10° respektive vorzugsweise
von - 5° bis + 5°.
[0012] Parallel und mit unterschiedlichem Abstand zur Massefläche sind zwei zueinander konzentrische,
elektrisch leitend mit der Massefläche verbundene metallische Scheiben angeordnet.
Diese beiden metallischen Scheiben bilden zwei gegen die Masse elektrisch kurzgeschlossene
Dachelemente der Antennenanordnung aus. Die der Massefläche zugewandten Außenflächen
beider Dachelemente sind kleiner als die eingangs angesprochene, die Massefläche ausbildende
Metalloberfläche, wobei die Dachelemente weder die Massefläche noch das zwischen dieser
und dem ersten Dachelement angeordnete Erregerelement vollständig überdachen.
[0013] Außerdem ist die der Massefläche zugewandte Außenfläche des ersten, der Massefläche
näheren Dachelements (ebenso wie die ihr gegenüberliegende Außenfläche desselben Dachelements)
größer als die der Massefläche zugewandte Außenfläche des zweiten, weiter von der
Massefläche entfernten Dachelements (sowie als die ihr gegenüberliegende "große" Außenfläche
desselben zweiten Dachelements). Das heißt, das erste, den geringeren Abstand gegenüber
der Massefläche aufweisende Dachelement ist insgesamt größer als das zweite, im größeren
Abstand zur Massefläche angeordnete Dachelement. Hierbei beträgt der Abstand zwischen
der Massefläche und dem ersten Dachelement ein Vielfaches des Abstandes zwischen dem
ersten Dachelement und dem, bezogen auf die Massefläche, über diesem angeordneten
kleineren zweiten Dachelement. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis beider Abstände
2,5 bis 4 : 1.
[0014] Das erste Dachelement, welches zwar nicht das gesamte Erregerelement, aber mindestens
einen Flügel des Erregerelements vollständig überdacht, weist einen kreisförmigen
Umfang auf. Abweichend davon entspricht die Umfangsform des zweiten Dachelements einem
Kreis, dessen Umfang unter Ausbildung vierer Geraden beschnitten wurde, und zwar derart,
dass sich auf dem Umfang dieses Dachelements ein erstes Paar einander gegenüberliegender
Geraden orthogonal zu einem zweiten Paar einander gegenüberliegender Geraden erstreckt.
[0015] Die spezielle Ausbildung der beiden Dachelemente ermöglicht es, die Antennenanordnung,
hinsichtlich der durch sie selektiv unterstützten Frequenzbänder, sehr fein abzustimmen,
indem das zweite, nicht kreisförmige Dachelement bezüglich seiner Umfangsrichtung
gegenüber dem ersten Dachelement ausgerichtet wird. In Versuchen hat sich hierbei
überraschend gezeigt, dass es durch die spezielle Ausbildung der Antennenanordnung
mit den zwei unterschiedlich geformten Dachelementen möglich ist, mittels nur eines
Erregerelements Funksignale in einer Mehrzahl von Frequenzbändern zu senden und zu
empfangen und dabei Entkopplungsprobleme zu vermeiden. Die Abstimmung der Antennenanordnung
hinsichtlich der Sende- und Empfangsfrequenzbänder erfolgt dabei durch die Ausrichtung
der beiden Dachelemente zueinander, sie wird aber außerdem durch den Abstand der Dachelemente
zueinander und zur Massefläche sowie durch die Querschnittsfläche des sie mit der
Massefläche verbindenden Verbindungselementes beeinflusst.
[0016] Die Erforderlichkeit nur eines Erregerelements begünstigt eine sehr kompakte Bauweise
der Antennenanordnung. Aufgrund der speziellen Formgestaltung des Erregerelements
mit mehreren, respektive mindestens zwei Flügeln, deren wenigstens zwei Flächenabschnitte
sich bezüglich der vertikalen und horizontalen Komponente ihrer Erstreckung in unterschiedliche
Richtungen erstrecken, wobei sich der Flächenabschnitt am freien Ende eines jeweiligen
Flügels zumindest annähernd parallel zur Massefläche der Antennenanordnung erstreckt,
ergibt sich zudem ein sehr flacher Aufbau der gesamten Antennenanordnung. Der minimale
Abstand zwischen dem Erregerelement und dem ersten Dachelement (der das freie Ende
aufweisende Flügelabschnitt des Erregerelements ist nicht zwingend exakt parallel
zu dem Dachelement und der Massefläche der Antennenanordnung ausgerichtet) entspricht
dabei vorzugsweise annähernd dem Abstand beider Dachelemente untereinander
[0017] Soweit vorstehend und im Patentanspruch 1 auf eine Antennenanordnung mit mindestens
einem Erregerelement abgestellt wird und sich mit der vorgestellten Antennenanordnung
bereits beim Vorhandensein nur dieses einen Erregerelements eine große Zahl in der
Funkkommunikation gebräuchlicher Frequenzbänder nutzen lässt, sei jedoch ausdrücklich
darauf hingewiesen, dass die Antennenanordnung gegebenenfalls auch noch weitere Erregerelemente
zur Unterstützung spezieller, gänzlich anderer Frequenzbereiche aufweisen kann.
[0018] In den nachfolgenden Darstellungen wird ungeachtet dessen stets auf die Grundvariante
der die Aufgabe lösenden Antennenanordnung mit nur einem Erregerelement Bezug genommen,
soweit nichts explizit anderes zum Ausdruck gebracht wird. Wie bereits ausgeführt,
wird dieses Erregerelement durch die beiden scheibenförmigen Dachelemente nicht vollständig
überdacht. Im Hinblick seines Bestehens aus mehreren, nämlich vorzugsweise zwei einstückigen
Flügeln meint dies, - ungeachtet dessen, dass wie weiter oben ausgeführt, mindestens
ein Flügel durch das erste Dachelement und damit durch beide Dachelemente vollständig
überdacht ist - dass mindestens ein Flügel des Erregerelements durch die Dachelemente
nicht vollständig überdacht ist/wird.
[0019] Der Flächenabschnitt am freien Ende eines solchen nicht vollständig überdachten Flügels
des Erregerelements kann dabei mittels eines zumindest annähernd orthogonal von der
Massefläche aufragenden metallischen Verbindungselements, respektive mittels einer
Art metallischer Stütze, elektrisch leitend mit der Massefläche verbunden sein. Zwar
ist insoweit zu berücksichtigen, dass eine solche Verbindung auch das HF-Verhalten
des Erregerelements und damit der Antennenanordnung insgesamt beeinflusst, jedoch
ist eine solche Ausbildung vorteilhaft zur Schaffung eines Potentialausgleichs bei
eventuell entstehenden unerwünschten elektrostatischen Aufladungen von Elementen der
Antennenanordnung. Zudem wird im Hinblick auf den bevorzugten Anwendungsfall einer
Montage auf dem Dach eines Schienenfahrzeugs, im Falle der Berührung der Antennenanordnung
durch einen herabfallenden gerissenen Fahrdraht, hierdurch ebenso wie durch das vorzugsweise
zur elektrischen Verbindung der Dachelemente mit der Massefläche verwendete metallische
Stützelement eine Kurzschlussbrücke gegen Masse geschaffen.
[0020] Gemäß einer möglichen Ausbildungsform handelt es sich bei der Antennenanordnung um
eine modulare Einheit mit einem zur Montage auf einer elektrisch nichtleitenden Montagefläche
ausgebildeten Basiselement. Dabei weist dieses Basiselement auf seiner einer jeweiligen
Montagefläche abgewandten Seite eine die Massefläche der Antennenanordnung ausbildende
Metalloberfläche auf, welche dem Erregerelement zugewandt ist. Insoweit sei darauf
hingewiesen, dass die beschriebene und beanspruchte grundsätzliche Lösung auch solche
Antennenanordnungen umfasst, bei denen die Massefläche eine dann selbstverständlich
metallische Oberfläche eines mit der Antennenanordnung auszustattenden Objekts, wie
beispielsweise eine Fahrzeugs, sein kann. Die besagte Oberfläche, aber jedenfalls
ein metallischer Bereich dieser Oberfläche, ist dann als Montagefläche für das Erregerelement
und die Dachelemente Bestandteil der kein gesondertes Basiselement aufweisenden Antennenanordnung.
[0021] Andererseits muss eine Montagefläche für eine gemäß der zuvor beschriebenen Ausbildungsform
modulare Einheit, bestehend aus Basiselement mit darauf angeordnetem Erregerelementen
sowie darauf angeordneten Dachelementen, nichtleitend ausgebildet sein, da anderenfalls
die an der modularen Einheit vorgenommene Frequenzabstimmung durch die Montagefläche
zunichte gemacht würde.
[0022] Sofern die Antennenanordnung, wie abgesehen von speziellen Anwendungen typischerweise
gewünscht, eine Rundstrahlcharakteristik aufweisen soll, ist das Basiselement der
zuletzt beschriebenen modularen (vorzugsweise sehr kompakten) Einheit als eine kreiszylindrische
Scheibe ausgebildet und/oder es handelt sich bei dessen die Massefläche der Antennenanordnung
ausbildender Metalloberfläche um eine Kreisfläche. Im Falle einer gewünschten Rundstrahlcharakteristik
gilt das zuletzt Gesagte (kreisförmige Ausbildung) grundsätzlich auch für eine an
einem Objekt ausgebildete (metallische) Montagefläche zur Ausbildung der Massefläche
einer nicht modular gestalteten, das heißt kein gesondertes Basiselement im vorgenannten
Sinne aufweisenden Antennenanordnung. Allerdings besteht dieses Erfordernis (kreisförmige
Massefläche) - in Bezug auf das Erreichen einer Rundstrahlcharakteristik - nicht,
wenn die metallische, die Massefläche ausbildende Montagefläche eines mit der Anordnung
auszustattenden Objekts hinreichend groß gegenüber den sonstigen Elementen (Erregerelement
und Dachelemente) der Anordnung ist, das heißt ihre Größe insbesondere ein Mehrfaches
der Größe der Dachelemente beträgt. Abweichungen von der Kreisform haben dann keinen
Einfluss mehr oder jedenfalls einen vernachlässigbaren Einfluss auf die Abstrahlcharakteristik.
[0023] Im praktischen Einsatz wird eine als modulare Einheit ausgebildete Antennenanordnung
mit einem Basiselement vorzugsweise durch ein sie schützendes Kunststoffgehäuse umgeben.
Dieses Kunststoffgehäuse ist dabei gemäß einer praxisgerechten Ausbildungsform mit
einer Umfangskante einer offenen Gehäuseseite mit einer am Umfang des Basiselements
ausgebildeten Nut in Eingriff gebracht.
[0024] Mithilfe der beanspruchten und zuvor beschriebenen Antennenanordnung ist es zum Beispiel
möglich, ohne das Entstehen von Entkopplungsproblemen bei Vorhandensein nur eines
Erregerelementes alle typischerweise im Zugverkehr, einschließlich des Personenzugverkehrs,
benötigten Frequenzbereiche, wie insbesondere die Frequenzbereiche zwischen 680 MHz
bis 960 MHz, zwischen 1.700 MHz bis 2.400 MHz und zwischen 2.500 MHz bis 3.800 MHz,
für die funkbasierte Kommunikation zu unterstützen. Wie bereits ausgeführt, kann aber
die Antennenanordnung außer dem einen in jedem Falle vorhandenen, mehrere (vorzugsweise
zwei) Flügel aufweisenden Erregerelement noch weitere Erregerelemente umfassen, welche
darüber hinaus gänzlich andere als die vorgenannten, das heißt spezielle Frequenzbereiche
unterstützen. Auch diese weiteren Erregerelemente sind jeweils auf der ebenen, die
Massefläche ausbildenden Metalloberfläche angeordnet, nämlich ebenfalls an einem gegenüber
der Massefläche elektrisch isolierten Fußpunkt montiert, wo sie ebenfalls elektrisch
gegen die Massefläche isoliert, mit einer Signalleitung verbunden sind.
[0025] Unabhängig davon, wie viele Erregerelemente die für den jeweiligen Einsatzfall konfigurierte
Antennenanordnung aufweist, sind das gemäß der Grundform der Erfindung nur eine Erregerelement
oder die gegebenenfalls mehreren Erregerelemente vorzugsweise jeweils über einen unterhalb
der die Massefläche ausbildenden Metalloberfläche angeordneten Steckverbinder mit
dem Ende einer Signalleitung verbunden, wobei die entsprechende Verbindung, wie schon
ausgeführt, gegen die Masse elektrisch isoliert ist. Grundsätzlich ist aber auch eine
direkte Verbindung einer elektrisch isoliert durch die Massefläche geführten Signalleitung
mit dem einen Erregerelement respektive mit einem jeweiligen der gegebenenfalls mehreren
Erregerelemente möglich.
[0026] Nachfolgend soll anhand von Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel zu der zur Lösung
der Aufgabe vorgeschlagenen Antennenanordnung erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen
im Einzelnen:
- Fig. 1:
- eine mögliche Ausbildung der Antennenanordnung in einer Seitenansicht,
- Fig. 2:
- die Antennenanordnung gemäß Fig. 1 mit Blick auf deren Dachelemente.
[0027] Die Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausbildungsform der vorgeschlagenen Antennenanordnung
in einer Seitenansicht, welche die räumliche Anordnung ihrer Elemente zueinander sowie
- trotz der nicht exakt maßstäblichen Darstellung - mögliche Abstände erkennbar werden
lässt. Die beispielhaft gezeigte Antennenanordnung ist Form einer modularen Einheit
mit einem Basiselement 10 ausgebildet. Das Basiselement 10 weist eine die Massefläche
1, also die elektrische Masse der Anordnung ausbildende Metalloberfläche auf. Auf
dieser ist an einem elektrisch gegen die Massefläche 1 isolierten Fußpunkt 5 ein Erregerelement
2 montiert, welches entsprechend dem bereits zuvor erläuterten Grundprinzip der vorgeschlagenen
Lösung ausgebildet und zu den anderen Elementen angeordnet ist.
[0028] Neben dem Basiselement 10 mit der Massefläche 1 und dem Erregerelement 2 gehören
zu der Antennenanordnung zwei mittels eines zylinderförmigen metallischen Distanz-
und Stützelements 14 gegenüber dem Basiselement 10 und zueinander beabstandete scheibenförmige,
ebenfalls metallische Dachelemente 6, 7. Das Erregerelement 2 ist auf dem aus einem
nichtleitenden Material bestehenden und somit gegenüber dem Basiselement 10 elektrisch
isolierten Fußpunkt 5 montiert, wohingegen die Dachelemente 6, 7 durch das metallische
Distanz- und Stützelement 14 mit der die Masse (Massefläche 1) ausbildenden Metalloberfläche
des Basiselements 10 elektrisch kurzgeschlossen sind.
[0029] Das Erregerelement 2 weist zwei einstückige, an dem Fußpunkt 5 zusammenlaufende Flügel
3; 4 auf, die ihrerseits jeweils aus zwei, sich hinsichtlich ihrer Ausrichtung gegenüber
der Massefläche 1 des Basiselements 10 unterscheidenden Flächenabschnitten 3', 3";
4', 4" bestehen. Ein erster Flächenabschnitt 3'; 4' jedes der Flügel 3; 4 des Erregerelements
2 ragt dabei gegenüber der im Kontext der Erfindungsbeschreibung als horizontal ausgerichtet
angesehenen Massefläche 1 (Metalloberfläche) des Basiselements 10 in einem Winkel
zwischen (+) 45° und 135° (- 45°) vom Basiselement 10 auf. Demgegenüber erstreckt
sich ein sich jeweils an den ersten Flächenabschnitt 3'; 4' anschließender sowie zugleich
ein freies Ende des jeweiligen Flügels 3; 4 ausbildender zweiter Flächenabschnitt
3"; 4" in überwiegend horizontaler Richtung, nämlich eher annähernd parallel zur Oberfläche
des Basiselements 10 und damit zur Massefläche 1. Das freie Ende des Flügels 3 des
Erregerelements 2 (Flächenabschnitt 3") ist mittels eines metallischen Verbindungselements
12 elektrisch leitend mit der Massefläche 1 verbunden.
[0030] Wie aus der Fig. 2 noch besser deutlich wird, ist einer der Flügel 3; 4 - im Beispiel
der Flügel 3 - und damit das Erregerelement 2 insgesamt von den beiden Dachelementen
6, 7 nur teilweise überdacht. Der Abstand des ersten Dachelements 6 zu dem Erregerelement
2 entspricht annähernd dem Abstand zwischen den beiden Dachelementen 6, 7. Gleichzeitig
beträgt der Abstand des ersten Dachelements 6 gegenüber dem Basiselement 10, respektive
der die Massefläche 1 ausbildenden Metalloberfläche, ein Vielfaches - hier etwa das
Dreifache bis Vierfache - des Abstands zwischen dem ersten Dachelement 6 und dem zweiten
Dachelement 7. Das Erregerelement 2 wird beim bestimmungsgemäßen Gebrauch der Antennenanordnung
mittels eines an der Unterseite des Basiselements 10, also jedenfalls unterhalb der
Massefläche 1 montierten Steckverbinders 11 an das Ende einer Signalleitung angeschlossen.
Die zwischen dem Erregerelement 2 und dem Steckverbinder 11 bestehende Verbindung
ist an dem Fußpunkt 5 durch die Massefläche 1 hindurchgeführt und dabei gegen diese
elektrisch isoliert.
[0031] Die Fig. 2 zeigt die Antennenanordnung gemäß Fig. 1 nochmals in einer Ansicht schräg
von oben auf die Dachelemente 6, 7 und die Massefläche 1, also die Metalloberfläche
des Basiselements 10. Aus der Darstellung wird ersichtlich, dass die Dachelemente
6, 7 zueinander konzentrisch angeordnet und unterschiedlich groß sind sowie außerdem
eine unterschiedliche Form aufweisen. Hierbei ist das erste Dachelement 6 deutlich
größer als das zweite Dachelement 7 und hat einen kreisförmigen Umfang. Demgegenüber
entspricht die Form des, bezogen auf die Massefläche 1, darüber angeordneten zweiten
Dachelements 7 einem Kreis, welcher unter Ausbildung vierer Geraden 8
1, 8
2, 9
1, 9
2 auf dem Umfang beschnitten wurde. Wie ersichtlich, ist dabei ein erstes Paar einander
gegenüberliegender paralleler Geraden 8
1, 8
2 orthogonal zu einem zweiten Paar, wiederum ebenfalls einander gegenüberliegender
paralleler Geraden 9
1, 9
2 angeordnet.
[0032] Durch Verdrehen des Umfangs des zweiten Dachelements 7 gegenüber dem Umfang des ersten
Dachelements 6 wird die gesamte Antennenanordnung hinsichtlich der selektiv von ihr
unterstützten Frequenzbänder final abgestimmt. Von einer finalen Abstimmung ist hierbei
insoweit zu sprechen, als auf die Frequenzabstimmung der Anordnung insgesamt, wie
bereits ausgeführt, auch geometrische Gegebenheiten einen Einfluss haben, wie beispielsweise
der Abstand zwischen den Dachelementen 6, 7 untereinander und gegenüber der Massefläche
1 sowie die Querschnittsfläche des Verbindungselementes (Distanz- und Stützelements
14) zwischen den Dachelementen 6, 7 und der Massefläche 1.
[0033] In der Fig. 2 ist auch gut ersichtlich, dass der Flügel 3 des Erregerelements 2 durch
die Dachelemente 6, 7 nur teilweise überdacht ist. Zu diesem Zweck sind sowohl die
beiden Dachelemente 6, 7 als auch das Erregerelement 2 in Bezug auf den Mittelpunkt
der Metalloberfläche (Massefläche 1) des Basiselements 10 exzentrisch angeordnet.
Im Hinblick auf einen kompakten Aufbau mit einem demgemäß nicht zu großen Basiselement
10 ist das nicht vollständig zu überdachende Erregerelement 2 eher im Randbereich
der Metalloberfläche (Massefläche 1) des Basiselements 10 angeordnet.
[0034] Durch die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Antennenanordnung werden folgende Frequenzbereiche
unterstützt:
680 MHz - 960 MHz, |
1.700 MHz- 2.400 MHz, |
2.500 MHz - 3.800 MHz, |
wobei die Antennenanordnung und deren Elemente ungefähr wie folgt dimensioniert und
angeordnet sind:
- Durchmesser der Metalloberfläche (Massefläche 1) des Basiselements 10 ca. 200 mm bis
300 mm,
- Durchmesser des 1. Dachelements 6 ca. 90 mm
- Durchmesser des (gedacht kreisförmigen) 2. Dachelements 7, gemessen über die nicht
"beschnittenen" Umfangsbereiche ca. 72 mm,
- diagonale Erstreckung der Projektionsfläche des Erregerelements 2 auf das Basiselement
10 ca. 88 mm,
- Überdeckung des Erregerelements 2 durch die Dachelemente 6, 7 ca. 60 %,
- Abstand 1. Dachelement 6 zum Basiselement 10 (bzw. Massefläche 1) ca. 24mm,
- Abstand 2. Dachelement 7 zum 1. Dachelement 6 ca. 7 mm bis 8 mm,
- Abstand 1. Dachelement 6 zum Erregerelement 2 ca. 9 mm (geringster Abstand),
- Durchmesser des metallischen Verbindungselements (Distanz- und Stützelements 14) zwischen
Massefläche (Metalloberfläche 1 des Basiselements 10) und den Dachelementen 6, 7 ca.
10 mm.
[0035] Dabei bestehen gleichzeitig keine Entkopplungsprobleme hinsichtlich der von der Antennenanordnung
unterstützten Frequenzbereiche.
Liste der Bezugszeichen
[0036]
- 1
- Massefläche
- 2
- Erregerelement mit Flügeln 3; 4
- 3; 4
- Flügel (des Erregerelements 2) mit Flächenabschnitten 3', 3", 4', 4"
- 3', 3"
- Flächenabschnitt des Flügels 3
- 4', 4"
- Flächenabschnitt des Flügels 4
- 5
- Fußpunkt
- 6
- Dachelement
- 7
- Dachelement
- 81, 82
- Gerade
- 91, 92
- Gerade
- 10
- Basiselement
- 11
- Steckverbinder
- 12
- Verbindungselement
- 13
- Nut
- 14
- Distanz- und Stützelement
1. Antennenanordnung, nämlich mehrbandfähige, eine kreuzpolare Sende- und Empfangscharakteristik
aufweisende Antennenanordnung, mit einer Massefläche (1), nämlich einer ebenen, die
elektrische Masse der Antennenanordnung ausbildenden Metalloberfläche und mit einem
metallischen Erregerelement (2), welches wenigstens zwei von der Massefläche (1) aufragende
Flügel (3; 4) aufweist, die an einem auf der Massefläche (1) angeordneten, gegen diese
elektrisch isolierten Fußpunkt (5) zusammenlaufen und an diesem Fußpunkt (5) mit einer
Signalleitung verbunden sind, wobei jeder Flügel (3; 4) des Erregerelements (2) aus
wenigstens zwei, sich zumindest in Bezug auf ihre Ausrichtung gegenüber der Massefläche
(1) voneinander unterscheidenden Flächenabschnitten (3', 3"; 4', 4") besteht, aber
einstückig ausgebildet ist und wobei sich der Flächenabschnitt (3"; 4") am freien
Ende eines jeweiligen Flügels (3; 4) in Bezug auf die Massefläche (1) im Wesentlichen
in horizontaler Richtung und damit zumindest annähernd parallel zur Massefläche (1)
erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass parallel und mit unterschiedlichem Abstand zur Massefläche (1) zwei zueinander konzentrische,
elektrisch leitend mit der Massefläche (1) verbundene metallische Scheiben als Dachelemente
(6, 7) angeordnet sind, deren der Massefläche (1) zugewandte Außenflächen kleiner
sind als die Massefläche (1), so dass die Dachelemente (6, 7) weder die Massefläche
(1) noch das zwischen der Massefläche (1) und dem ersten Dachelement (6) angeordnete
Erregerelement (2) vollständig überdachen, wobei
- die der Massefläche (1) zugewandte Außenfläche des ersten Dachelements (6) größer
ist als die der Massefläche (1) zugewandte Außenfläche des zweiten Dachelements (7)
und somit das erste Dachelement (6) größer ist als das zweite Dachelement (7),
- der Abstand zwischen der Massefläche und dem ersten Dachelement (6) ein Vielfaches
des Abstandes zwischen dem ersten Dachelement (6) und dem, bezogen auf die Massefläche
(1), über ihm angeordneten zweiten Dachelement (7) beträgt,
- das erste Dachelement (6), welches mindestens einen Flügel (4) des Erregerelements
(2) vollständig überdacht, einen kreisförmigen Umfang aufweist,
- die Umfangsform des zweiten Dachelements (7) einem Kreis entspricht, dessen Umfang
unter Ausbildung vierer Geraden (81, 82; 91, 92), von denen sich ein erstes Paar einander gegenüberliegender Geraden (81, 82;), orthogonal zu einem zweiten Paar einander gegenüberliegender Geraden (91, 92) erstreckt, beschnitten wurde,
- die Antennenanordnung, hinsichtlich der durch sie selektiv unterstützten Frequenzbänder,
durch eine bezüglich der Umfangsrichtung erfolgende Ausrichtung des zweiten Dachelements
(7) zum ersten Dachelement (6) abstimmbar ist.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dieser um eine modulare Einheit mit einem zur Montage auf einer elektrisch
nichtleitenden Montagefläche ausgebildeten Basiselement (10) handelt, wobei das Basiselement
(10) auf seiner einer jeweiligen Montagefläche abgewandten Seite eine die Massefläche
(1) der Antennenanordnung ausbildende Metalloberfläche aufweist, welche dem Erregerelement
(2) zugewandt ist.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestes eine Erregerelement (2) und die beiden Dachelemente (6, 7) von einem
Kunststoffgehäuse umgeben sind, welches mit einer Umfangskante einer offenen Gehäuseseite
mit einer auf dem Umfang der als Massefläche (1) fungierenden Metalloberfläche des
Basiselements (10) ausgebildeten Nut (13) in Eingriff gebracht ist.
4. Antennenanordnung, nämlich rundstrahlende Antennenanordnung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (10) als eine kreiszylindrische Scheibe ausgebildet ist und/oder
es sich bei dessen die Massefläche (1) der Antennenanordnung ausbildender Metalloberfläche
um eine Kreisfläche handelt.
5. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Erregerelement (2) und dem ersten Dachelement (6) annähernd
dem Abstand zwischen dem ersten Dachelement (6) und dem zweiten Dachelement (7) entspricht.
6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächenabschnitt (3") am freien Ende eines nicht vollständig durch die Dachelemente
(6, 7) überdachten Flügels (3) des Erregerelements (2) mittels eines zumindest annähernd
orthogonal von der Massefläche (1) aufragenden metallischen Verbindungselements (12)
elektrisch leitend mit der Massefläche (1) verbunden ist.
7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erregerelement (2) über einen unterhalb der die Massefläche (1) ausbildenden
Oberfläche angeordneten Steckverbinder (11) mit dem Ende einer Signalleitung verbunden
ist.
8. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dass diese auf einem Fahrzeugdach,
insbesondere auf dem Dach eines Schienenfahrzeugs, angeordnet ist oder zur Montage
auf einem Fahrzeugdach mit einer elektrisch nichtleitenden Oberfläche ausgebildet
ist.