(19)
(11) EP 4 429 024 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
11.09.2024  Patentblatt  2024/37

(21) Anmeldenummer: 24157855.8

(22) Anmeldetag:  15.02.2024
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC): 
H01Q 1/32(2006.01)
H01Q 9/04(2006.01)
(52) Gemeinsame Patentklassifikation (CPC) :
H01Q 9/0414; H01Q 1/3275
(84) Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
Benannte Erstreckungsstaaten:
BA
Benannte Validierungsstaaten:
GE KH MA MD TN

(30) Priorität: 21.02.2023 DE 102023104265

(71) Anmelder: Antonics GmbH
16727 Velten (DE)

(72) Erfinder:
  • RÖDER, René
    04105 Leipzig (DE)

(74) Vertreter: Nern, Peter-Michael 
Brandt & Nern Patentanwälte Kekuléstrasse 2-4
12489 Berlin
12489 Berlin (DE)

   


(54) MEHRBANDFÄHIGE ANTENNENANORDNUNG MIT KREUZPOLARER CHARAKTERISTIK


(57) Die Erfindung betrifft eine mehrbandfähige Antennenanordnung mit kreuzpolarer Sende- und Empfangscharakteristik sowie mit einer Massefläche (1) und einem metallischen Erregerelement (2) mit wenigstens zwei von der Massefläche (1) aufragenden Flügeln (3; 4), welche an einem gegen die Masse isolierten Fußpunkt (5) auf der Massefläche (1) zusammenlaufen und dort mit einer Signalleitung verbunden sind, wobei jeder Flügel (3; 4) aus wenigstens zwei, sich zumindest in Bezug auf ihre Ausrichtung gegenüber der Massefläche (1) voneinander unterscheidenden Flächenabschnitten (3', 3"; 4, 4") besteht. Parallel und mit unterschiedlichem Abstand zur Massefläche (1) sind zwei zueinander konzentrische, elektrisch leitend mit der Massefläche (1) verbundene metallische Dachelemente (6, 7) angeordnet, welche weder die Massefläche (1) noch das zwischen dieser und dem ersten, ihr nächsten Dachelement (6) angeordnete Erregerelement (2) vollständig überdachen sowie unterschiedliche Form und Größe aufweisen. Die Antennenanordnung ist hinsichtlich der durch sie selektiv unterstützten Frequenzbänder durch eine bezüglich der Umfangsrichtung erfolgende Ausrichtung des zweiten, kleineren Dachelements (7) zum ersten Dachelement (6) abstimmbar.




Beschreibung


[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 81, 82, 91, 92 auf dem Umfang beschnitten wurde. Wie ersichtlich, ist dabei ein erstes Paar einander gegenüberliegender paralleler Geraden 81, 82 orthogonal zu einem zweiten Paar, wiederum ebenfalls einander gegenüberliegender paralleler Geraden 91, 92 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



Ansprüche

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.
 




Zeichnung










Recherchenbericht









Recherchenbericht




Angeführte Verweise

IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente