DE29624467U1 - Flat antenna for mobile radio in Gigahertz region - has conductive foil or sheet surface segment positioned above larger nearby parallel conductive surface area - Google Patents
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Flachantennen für terrestrisch abgestrahlte Signale und für Funkverbindungen mit Frequenzen im GHz-Bereich, wie L-Band-Empfang für DAB, Kurzstrecken-Funkverbindungen (ISM-Bänder mit 2,4 und 5,8 GHz) und insbesondere für den Mobilfunk im 900-MHz- und im 1,8-GHz-Band, mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattungsmerkmalen.The invention relates to flat antennas for terrestrial radiated signals and for Radio connections with frequencies in the GHz range, such as L-band reception for DAB, Short-range radio connections (ISM bands with 2.4 and 5.8 GHz) and especially for Mobile communications in the 900 MHz and 1.8 GHz bands, with those in the generic term generic features of the main claim.
Die Erfindung geht von einem Wirkprinzip aus, das u.a. in der deutschen Patentanmeldung Nr. 195 04 577 an Hand typischer Lösungen des vorangegangenen Stands der Technik charakterisiert wurde:The invention is based on an operating principle among other things in German patent application No. 195 04 577 on hand typical solutions of the prior art was characterized:
Zwei durch einen seitlichen Kurzschluß elektrisch verbundene, zueinander planparallele Flächenelemente, von denen eines (die "Massebezugsfläche") an den Außenleiter und das andere (das "Flächensegment" mit den funktionsbestimmenden Umrissen) an den Innenleiter eines speisenden Koaxialkabels angeschlossen ist, bilden bei Betrieb quasi einen Hohlraumresonator. An den offenen Seitenbereichen baut sich im Resonanzfall ein Feld auf, das zu einer radialen Abstrahlung in nutzbaren Größenordnungen führt.Two electrical by a side short connected, plane-parallel surface elements, one of which (the "ground reference surface") to the outer conductor and the other (the "surface segment" with the function-defining outlines) connected to the inner conductor of a feeding coaxial cable form a cavity resonator during operation. At the open In the case of resonance, side areas build up a field that becomes a radial radiation in usable orders of magnitude.
Wenn man diese Anordnung mit der Seite der Massebezugsfläche dicht anliegend über einer großen leitenden, ebenen Fläche positioniert oder wenn die Massebezugsfläche selbst sehr viel größer als das mit dem Innenleiter verbundene Flächensegment ist, erhält man eine Strahlungscharakteristik ähnlich der eines Monopols, mit Rundumstrahlung in der Horizontalebene (d.h. in der Ebene der beiden Flächenelemente).If you compare this arrangement with the Side of the ground reference surface close fitting over a big one conductive, flat surface positioned or if the ground reference area itself is much larger than is the surface segment connected to the inner conductor, you get one Radiation characteristics similar that of a monopoly, with omnidirectional radiation in the horizontal plane (i.e. in the plane of the two surface elements).
Die Abmessungen des an den Innenleiter angeschlossenen Flächensegments orientieren sich üblicherweise an dem Maß eines Viertels der dem mittleren Betriebsfrequenzbereich entsprechenden Wellenlänge (Abstand von der Seite mit der Kurzschlußverbindung zum gegenüberliegenden Rand).The dimensions of the to the inner conductor connected surface segment usually orient themselves at the measure of one Quarter of the wavelength corresponding to the middle operating frequency range (distance from the side with the short circuit connection to the opposite Edge).
Der mechanische Aufbau – d.h. Anordnung der Strahlerkomponenten oberhalb einer relativ großen leitenden Ebene bzw. Massefläche und überhaupt die Notwendigkeit einer solchen Fläche – schränkt die Anwendungsmöglichkeiten dieses Antennentyps ein bzw. kann einen erheblichen Kostenfaktor darstellen.The mechanical structure - i.e. Arrangement of the Radiator components above a relatively large conductive plane or ground plane and in general the need for such an area - limits the possible uses of this type of antenna can be a significant cost factor represent.
Als Beispiel sei der in US-Patent Nr. 4 835 541 beschriebene Lösungsvorschlag für den Einsatz bei Kraftfahrzeugen angeführt.As an example, see that in US patent No. 4,835,541 proposed solution for the Use in motor vehicles.
Die Flachantenne ist unterhalb der Dachschale eines Pkw angeordnet, die aus einem dielektrischen Material besteht. Das die Massebezugsfläche darstellende Flächenelement liegt auf einer Blechplatte größerer Abmessungen auf, und darunter ist – "zur Abschirmung des Fahrzeuginneren gegen das elektromagnetische Feld bei Betrieb der Antenne" – noch eine Metallfolie in den Abmesssungen der Dach-Innenverkleidung vorgesehen. Aus dem Wirkprinzip des zur Rede stehenden Antennentyps kann man ableiten, daß die großflächige Metallfolie nicht allein zum Schutz der Fahrzeuginsassen dient; tatsächlich unterstützt sie außerdem, als zweite wichtige Funktion, die Blechplatte in ihrer Einflußnahme auf den Feldaufbau und trägt wesentlich zur Verbesserung der Strahlungscharakteristik und der übrigen Betriebsparameter der Anordnung bei.The flat antenna is below the Roof shell of a car arranged out of a dielectric material consists. That is the ground reference area representative surface element lies on a sheet metal plate of larger dimensions on, and below is - "to shield the Interior of the vehicle against the electromagnetic field when the Antenna "- another metal foil provided in the dimensions of the roof lining. From the working principle The type of antenna in question can be deduced that the large-area metal foil is not only serves to protect the vehicle occupants; actually supports them in addition, as a second important function, the sheet metal plate in its influence the field construction and carries essential to improve the radiation characteristics and the other operating parameters the arrangement.
Der Einsatz einer Flachantenne dieses Typs scheint damit auf Strukturen eingeschränkt, bei denen große, möglichst ebene Flächen aus leitendem Material vorhanden sind bzw. sich realisieren lassen.The use of a flat antenna this Type seems to be restricted to structures where large, if possible flat surfaces are made of conductive material or can be realized.
Demgegenüber leitet sich die vorliegende Erfindung aus der Frage ab, ob es möglich ist, die Flachantenne auch bei Kraftfahrzeugen mit durchgehend metallischer Karosserie anzuwenden, ohne daß die Antenne als Aufsatzmodul ausgebildet wird und sichtbar über die Fahrzeugkonturen hinausragt, d.h. ob sie z.B. auch hinter bestimmten Fensterscheiben eines Fahrzeugs angeordnet werden kann.In contrast, the present invention is directed from the question of whether it is possible is, the flat antenna even in motor vehicles with continuous metallic Body to apply without the Antenna is designed as an attachment module and visible over the Vehicle contours protrude, i.e. whether they e.g. even behind certain Window panes of a vehicle can be arranged.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanischen Abmessungen von Flachantennen der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung, insbesondere die Abmessungen der Massebezugsfläche bzw. der Masse-Ebene und die Bauhöhe, zu verringern, ohne daß die Funktion und die Betriebsparameter der Antenne ungünstig beeinflußt werden.The invention is based, which mechanical dimensions of flat antennas in the preamble of Main claim specified genus, especially the dimensions the ground reference area or the mass level and the overall height, without reducing the function and the operating parameters of the antenna are adversely affected.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsvarianten und -details.This object is achieved with the features specified in the characterizing part of the main claim solved. The subclaims contain preferred versions and details.
Durch die Erfindung ist es gelungen, den für den hier beschriebenen Flachantennentyp charakteristischen Aufbau des elektromagnetischen Felds oberhalb der Ebene der Massebezugsfläche, in der Form der Querstrahlung ähnlich einem Monopol, beizubehalten, obwohl die Massebezugsfläche bzw. sonst notwendige Masse-Ebene auf ein Minimum reduziert wurde. Die erfindungsgemäße Antenne kann im oberen oder unteren Randbereich der Front- oder Heckscheibe eines Pkw angeordnet werden, ohne daß die Sicht für die Insassen beeinträchtigt wird. Dem kommt auch die meist recht starke Schrägstellung dieser Scheiben bei modernen Fahrzeugen zugute – die Projektion des Antennenkörpers in der Blickrichtung der Insassen bildet eine durch die Schrägstellung der Scheibe kleinere Fläche. Die Flachstellung der Scheiben ist gleichzeitig wesentliche Voraussetzung für die einwandfreie Funktion der Antenne als Funkantenne, bei der ja weitgehend Rundumstrahlung im horizontalen Strahlungsdiagramm gefordert ist. Bis zu einer Neigung von 40° gegen die Waagerechte ist diese Bedingung mit der erfindungsgemäßen Anordnung mit Sicherheit erfüllbar. Die erfindungsgemäße feldformende Wirkung der muldenartigen Massebezugsfläche wird durch die benachbarten metallischen Karosserieflächen und -teile in dieser Richtung unterstützt.The invention has succeeded in the one for the Flat antenna type described here characteristic structure of the electromagnetic field above the plane of the ground reference surface, in similar to the shape of the transverse radiation a monopoly, although the mass reference area or otherwise necessary mass level was reduced to a minimum. The antenna according to the invention can be in the upper or lower edge area of the front or rear window of a car can be arranged without the view for the occupants impaired becomes. This is also supported by the usually quite steep inclination of these discs benefits modern vehicles - the Projection of the antenna body in the direction of view of the occupants forms one through the inclination smaller area of the disc. The flat position of the discs is also an essential requirement for the perfect functioning of the antenna as a radio antenna, with the largely omnidirectional radiation is required in the horizontal radiation diagram. Up to an incline of 40 ° against the horizontal is this condition with the arrangement according to the invention certainly achievable. The field-forming according to the invention The effect of the trough-like ground reference surface is due to the neighboring ones metallic body surfaces and - parts supported in this direction.
Mit der Verringerung der Abmessungen der Massebezugsfläche korrespondiert das erfindungsgemäße Merkmal der Änderung der Einspeisung. Bei den Lösungen des bekannten Stands der Technik, mit üblicher Ausbildung der Flächenelemente z.B. aus Blech, erfolgen die Anschlüsse an den Außenleiter und an den Innenleiter des Speisekabels im Innenbereich der beiden Flächenelemente, z.B. im oder nahe dem Zentrum. Durch die erfindungsgemäße Verlegung beider Anschlußpunkte an außen und durch die Verbindung des Innenleiters des Kabels mit dem Flächensegment über das zusätzliche periphäre Leitungsstück wurde eine Verringerung des Abstands zwischen den beiden Flächenelementen und damit der Bauhöhe der gesamten Anordnung um etwa 30% gegenüber den vergleichbaren Lösungen des Stands der Technik möglich – das können 3 bis 5 mm sein.With the reduction in dimensions the ground reference area the feature according to the invention corresponds of change the feed. With the solutions of the known prior art, with the usual design of the surface elements e.g. made of sheet metal, the connections are made to the outer conductor and to the inner conductor of the feed cable inside the two Surface elements, e.g. in or near the center. By laying the invention both connection points on the outside and by connecting the inner conductor of the cable to the surface segment via the additional peripheral line piece was a reduction in the distance between the two surface elements and thus the overall height the overall arrangement by about 30% compared to the comparable solutions of the State of the art possible - 3 to 5 mm.
Die erfindungsgemäße Anordnung stellt sich dar als flaches Modul mit relativ kleinen Flächenabmessungen. Wenn diese Antenne im Fahrzeuginneren an einer Front- oder Heckscheibe im oberen oder unteren Randbereich positioniert wird, dann ist von innen die Rückseite der Massebezugsfläche sichtbar, die aus dieser Perspektive leicht konvex gewölbt ist bzw. sich zu ihren Rändern hin verjüngt.The arrangement according to the invention is shown as a flat module with relatively small area dimensions. If those Antenna inside the vehicle on a front or rear window in the upper or the lower edge area is positioned from the inside back the ground reference area visible, which is slightly convex from this perspective or themselves to their edges tapered towards.
Die Abstrahlung von HF-Energie in den Fahrzeuginnenraum wird allein durch den erfindungsgemäßen, mit der Wölbung der Massebezugsfläche erzielten Effekt soweit ausgeschaltet, daß auch bei Sendebetrieb innerhalb relativ großraumiger Versorgungszellen nie eine Überschreitung der physiologisch unbedenklichen, genormten Werte der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) eintritt.The radiation of RF energy in the vehicle interior is covered solely by the inventive the curvature the ground reference area achieved effect so far that even when broadcasting within relatively large Supply cells never exceeded the physiologically harmless, standardized values of the electromagnetic compatibility (EMC) occurs.
Die im letzten Unteranspruch benannte Möglichkeit, die Scheibe in der Umgebung der Massebezugsfläche mit leitfähigen Aufträgen für die der Funkfrequenz entsprechende Welle undurchlässig zu machen, ist eine zusätzliche, an sich bekannte Maßnahme, die hier angewendet werden kann, um letzte Sicherheitsbedenken auszuräumen und um die Strahlungscharakteristik noch weiter zu optimieren.The one named in the last sub-claim Possibility, the disc in the vicinity of the ground reference surface with conductive orders for the To make the corresponding radio frequency impermeable is an additional, measure known per se, which can be used here to address final security concerns and to optimize the radiation characteristics even further.
Die Vorteile der Erfindung werden ebenso wirksam, wenn die Antenne an anderem Ort als in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird.The advantages of the invention will be equally effective when the antenna is in a different location than in motor vehicles is used.
Die Reduzierung der notwendigen Massebezugsfläche bzw. Masse-Ebene und auch die insgesamt vergleichsweise geringen Außenabmessungen gestatten die Ausbildung eines kompakten, relativ vielseitig einsatzfähigen Moduls, das noch dazu kostengünstig zu fertigen ist.The reduction of the necessary ground reference area or Allow mass level and also the overall comparatively small external dimensions the formation of a compact, relatively versatile module, that at a low cost is to be manufactured.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen in schematischer DarstellungThe invention is set out below Hand of working examples explained in more detail. In the associated Drawing show in a schematic representation
Das Speisekabel
Die Masseebene ist hier auf die muldenförmige Massebezugsfläche
Mit
Die Antenne ist mit einer dielektrischen
Abdeckung oder Haube
Die annähernd trapezförmige Kontur
von Massebezugsfläche
und Gehäuseteil
Bei dem ausgeführten Beispiel einer Kfz-Antenne
für 900
MHz hat das Leiterteil
Hier gilt, wie auch sonst beim Antennendesign, die generelle Aussage: Sämtliche Maße, Maßverhältnisse und Parameter der Antenne sind abhängig von einer Reihe spezifischer Faktoren und Bedingungen des jeweiligen Einsatzfalls (mit z.T. auch noch konträren Tendenzen), wie Frequenzbereich und erforderliche Bandbreite, Anpassung an weiterführende Netzwerke sowie Einfluß der beteiligten Materialien und umgebenden Konstruktionen und Strukturen, und sie müssen in jedem Fall durch individuelle Gestaltung und Abstimmung optimiert werden.Here, as with the antenna design, the general statement: all Dimensions, proportions and antenna parameters depend on a number of specific ones Factors and conditions of the respective application (sometimes also with contrarian Tendencies), such as frequency range and required bandwidth, adjustment to more advanced Networks as well as influence of involved materials and surrounding constructions and structures, and they have to in any case optimized by individual design and coordination become.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29624467U DE29624467U1 (en) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | Flat antenna for mobile radio in Gigahertz region - has conductive foil or sheet surface segment positioned above larger nearby parallel conductive surface area |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19614068A DE19614068A1 (en) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | Flat antenna |
DE29624467U DE29624467U1 (en) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | Flat antenna for mobile radio in Gigahertz region - has conductive foil or sheet surface segment positioned above larger nearby parallel conductive surface area |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE29624467U1 true DE29624467U1 (en) | 2004-03-04 |
Family
ID=31995098
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29624467U Expired - Lifetime DE29624467U1 (en) | 1996-04-09 | 1996-04-09 | Flat antenna for mobile radio in Gigahertz region - has conductive foil or sheet surface segment positioned above larger nearby parallel conductive surface area |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE29624467U1 (en) |
-
1996
- 1996-04-09 DE DE29624467U patent/DE29624467U1/en not_active Expired - Lifetime
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