DE3410415A1

DE3410415A1 - Aktive antenne in der heckscheibe eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE3410415A1
Application number: DE19843410415
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof. Dr.-Ing. 8012 Ottobrunn Flachenecker; Jochen Dr.-Ing. 8013 Haar Hopf; Heinz Prof. Dr.-Ing. 8033 Planegg Lindenmeier
Original assignee: Individual
Current assignee: LINDENMEIER, HEINZ, PROF. DR.-ING., 8033 PLANEGG,
Priority date: 1984-03-21
Filing date: 1984-03-21
Publication date: 1985-09-26
Also published as: EP0155647A2; EP0155647A3; US4791426A; EP0155647B1; DE3585165D1

Description

Aktive Antenne in der Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs.

Die Erfindung betrifft eine aktive Antenne für .den LMK- und UKW-Rundfunkempfang in der Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs mit einem darin befindlichen Heizfeld mit Sammelschienen und Gleichstromzuführung und einem Antennenverstärker.

Bei derartigen Antennen ist es erforderlich, sowohl den LMK-Empfang als auch den UKW-Empfang möglichst gut zu gestalten und die Einkopplung von hochfrequenten Störungen z.B. aus dem Bordnetz des Fahrzeugs zu verhindern.

Eine Antenne dieser Art ist z.B. bekannt aus P 26 50 044. Bei dieser Antenne dient das Heizfeld als Antenne für den Empfang der LMK- und der UKW-Signale. Ein besonderes Problem stellt hierbei die Gleichstromzuführung für das Heizfeld dar. Insbesondere im LMK-Bereich, in dem das Heizfeld aufgrund der niedrigen Frequenz ein hochohmiges Antennenelement bildet, ist die Zuführung der großen, für die Heizung des Feldes notwendigen Gleichströme stets mit einer erheblichen Bedämpfung der Empfangssignale verbunden. Die Heizströme werden nach der dort angegebenen Erfindung über eine bifilar ausgeführte Drossel zugeführt, wobei diese Drossel dem Antennenelement bezüglich der hochfrequenten Signale parallel geschaltet ist. Insbesondere bei niedrigen Frequenzen ist es nicht möglich, den Blindwiderstand dieser Drossel breitbandig für den LMK-Bereich so groß zu gestalten, daß die Parallelschaltung dieses Elements zur Antenne das Empfangssignal nicht merklich beeinträchtigt. Im UKW-Bereich, in dem das Heizfeld ein wesentlich niederohmigeres Antennenelement bildet, kann die Verdrosselung der Gleichstromzuführung wesentlich einfacher und ohne großen technischen Aufwand durchgeführt werden.

Im Gegensatz zum LMK-Bereich ist der Empfang für UKW-Signale mit einer nach P 26 50 044 beschriebenen Antenne ausreichend.

Ein weiterer Nachteil dieser Antenne nach dem Stande der Technik ist die große Störeinkopplung in den Empfängereingang, insbesondere bei niedrigen Frequenzen. Diese hochfrequenten Störungen sind durch die elektrischen Aggregate im Fahrzeug verursacht, wie z.B. durch Zünd- und durch Einspritzimpulse. Da bei einer Antenne nach P 26 50 044 das Antennenelement sowohl mit dem Empfängereingang als auch, bei eingeschalteter Heckscheibenheizung, mit der hochfrequent gestörten Gleichspannungsversorgung verbunden ist, sind zur Vermeidung von Empfangsstörungen Siebmaßnahmen in der Gleichspannungsversorgung mit hoher Wirksamkeit vor allem für den niederfrequenten LMK-Bereich erforderlich. Der technische Aufwand für diese Siebung ist u.a. auf Grund der hohen Heizstöme (bis zu ca. 30 A) erheblich.

Eine ähnliche Antenne ist aus P 23 60 672 bekannt. Diese besitzt

ähnliche Nachteile.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einer Antenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gute Empfangseigenschaften sowohl im UKW-Bereich als auch im LMK-Bereich zu schaffen und dabei den Aufwand, der zur Siebung der niederfrequenten Störungen im Heizkreis erforderlich ist, so gering wie möglich zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein mit dem Heizfeld 2 galvanisch nicht verbundener, fläohenhaft ausgebildeter Antennenleiter 3 für den Empfang der LMK-Signale existiert, der im vom Heizfeld nicht bedeckten Bereich der Heckscheibe 1 angeordnet ist und dessen Anschluß 4 mit der Eingangsklemme 5 eines rauscharmen linearen LMK-Verstärkers 6 mit kapazitiv hochohmigem Eingangswiderstand mit der Gesamteingangskapazität Cv im Antennenverstärker 23 über eine möglichst kurze Zuleitung verbunden ist und die Masseverbindung 22 des Antennenverstärkers möglichst kurz mit der leitenden Berandung der Heckscheibe verbunden ist und die Abstände dieses Antennenleiters mit den Querabmessungen b von der Berandung der Scheibe und von dem Heizfeld so bemessen sind, daß das Verstärkereingangssignal maximal ist und das Ausgangssignal des LMK-Verstärkers 6 dem ersten Eingang 10 einer Frequenzweiche im Antennenverstärker 23 zugeführt ist und die Antennenanschlußstelle 12 durch den Ausgang dieser Frequenzweiche gebildet ist und im Antennenverstärker 23 ein getrennter Signalweg 13 für UKW-Signale vorhanden ist, wobei dieser Signalweg eingangsseitig entweder mit dem Anschlußpunkt 19 auf einer Sammelschiene 24 des Heizfeldes 2 verbunden ist und in der Gleichstromzuführung dieser Sammelschiene 24 oder in die Gleichstromzuführungen beider Sammelschienen 24,25 eine Blindwiderstandsschaltung 28 bzw. 28,29 mit Gleichstromdurchgang eingeschaltet ist oder der UKW-Signalweg 13 eingangsseitig an den LMK-Antennenleiter geeignet angekoppelt ist und das Ausgangssignal des Signalwegs 13 dem zweiten Anschluß 14 der Frequenzweiche 11 im Antennenverstärker 23 zugeführt ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen dargestellt und näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: Grundprinzip einer Antenne nach der Erfindung mit der Auskopplung der UKW-Signale am Heizfeld

Fig. 2: aktive Antenne nach der Erfindung mit mittig im freien Bereich zwischen Heizfeld und Scheibenberandung angeordnetem LMK-Antennenleiter

Fig. 3: Annäherung der flächenhaften Ausführung des LMK-Antennenleiter s

a) durch eine Gitterstruktur

b) durch mehrere parallele Leiter

Fig. 4: Grundprinzip einer Antennen nach der Erfindung mit der

Auskopplung der UKW-Signale am LMK-Antennenleiter,

a) mit kapazitiver Ankopplung

b) mit transformatorischer Ankopplung

Fig. 5: Zuführung des Gleichstroms zum als UKW-Antennenleiter verwendeten Hei zfeld über Blindwiderstandsschaltungen mit Gleichstromdurchgang

a) zu der Sammelschiene, an der auch der UKW-Signalweg 13 über die Anschlußstelle 19 angeschlossen ist

b) auch an der anderen Sammelschiene

Fig. 6: Erzeugung der für den UKW-Bereich hochohmigen Serienimpedanz in der Gleichstromzuführung

a) durch Induktivitäten

b) durch Parallelresonanzkreise

Fig. 7: Einbeziehung der Blindwiderstandsschaltung zur Zuführung des Gleichstroms zum Heizfeld in die Transformationsschaltung im UKW-Signalweg 13

Fig. 8: Hochfrequente Abtrennung des Heizfeldes von der Gleichstromzuführung für den LMK-Frequenzbereich mittels einer bifilar aufgewickelten Spule

Fig. 9: LMK-Ersatzschaltbild

Fig.10: Abhängigkeit der Antennenkapazität Ca von der relativen Breite b/h der flächenhaften Antennenstruktur (Meßkurven) für verschiedene Höhen h des freien Feldes zwischen Heizstruktur und Scheibenberandung

Fig.11: Abhängigkeit der effektiven Höhe heff der LMK-Antenne von der relativen Breite b/h (Meßkurven).

Fig.12: Signalspannung Ue am Eingang des LMK-Verstärkers in Abhängigkeit von der relativen Breite b/h bei für den LMK-Bereich geerdetem Heizfeld

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in einem besseren LMK-Empfang und in einer Reduktion der Störungen, die über die Gleichstromspeisung in das Empfangssystem eingekoppelt werden. Durch die galvanische Trennung des LMK-Antennenleiters 3 vom Heizfeld 2 ist darüber hinaus eine hochfrequente Abtrennung des Heizfeldes von der Fahrzeugkarosserie in der Regel nicht erforderlich, wodurch der mit der Einführung einer bifilaren Drossel verbundene Aufwand vermieden werden kann.

Bei einer aktiven Antenne nach der Erfindung ist es erforderlich, für die Optimierung des LMK-Empfangs die verbleibende, vom Heizfeld nicht abgedeckte Fläche, welche in

der Regel die Form eines Rechtecks mit einer langen und einer schmalen Seite besitzt, optimal zu nutzen derart, daß bei vorgegebener Eingangskapazität des LMK-Verstärkers die Signalspannung maximal wird. Dieser Optimierung liegt folgendes Dimensionierungs.prinzip zu Grunde:

Im LMK-Bereich läßt sich die Antenne als Quelle mit kapazitivem Innenwiderstand 1/ Ca in Serie zu einer frequenzunabhängigen Quellenspannung E*heff beschreiben. Bei Vernachlässigung der Kapazität der Verbindung zwischen dem Antennenleiter und dem LMK-Verstärkereingang ist diese Antennenkapazität mit der Gesamt-Eingangskapazität Cv des Antennenverstärkers am Eingang belastet, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Bei vorgegebener innerer Rauschspannung Ur des Verstärkers ist die für ein Signal-Rauschverhältnis von 1 notwendige Mindestfeldstärke Eg folgendermaßen darzustellen:

Eg = (1+Cv/Ca) * Ur/heff (1)

Für andere Feldstärken E ist der sich ergebende Signal-Rauschabstand E/Eg und kann folgendermaßen dargestellt werden:

E/Eg = E*heff/(Ur*(1+Cv/Ca)) = Ue/Ur (2)

Ue bezeichnet dabei entsprechend Fig. 9 die Eingangsspannung des LMK-Verstärkers bei vorgegebener Signalfeldstärke E. Im Interesse einer möglichst großen Empfindlichkeit soll die Grenzfeldstärke Eg so gering bzw. die Steuerspannung Ue soll bei vorgegebener Feldstärke E so groß wie möglich sein. Dies wird durch eine möglichst große effektive Höhe heff und eine möglichst große Kapazität Ca bei möglichst geringer Eingangskapazität Cv bewirkt.

Im folgenden wird die Optimierung der Empfindlichkeit für den Fall eines LMK-frequent geerdeten Heizfeldes betrachtet. Das Heizfeld ist also ohne weitere Maßnahmen direkt mit den Gleichstromzuführungen verbunden. Die Berandungen der nicht vom Heizfeld bedeckten freien Fläche auf der Heckscheibe liegen somit sämtlich auf Massepotential·

Maximale effektive Höhe wird aus Symmetriegründen dann erreicht, wenn ein längsgestreckter Antennenleiter im halben Abstand zwischen Heizfeldrand und Scheibenrand, also mittig angebracht wird, wenn also die Abstände ak und ah nach Fig. 2 gleich groß und gleich a gewählt werden. Zweckmäßigerweise ist ebenfalls der Abstand as an der Schmalseite der Antennenstruktur gleich a zu wählen. Im Interesse einer möglichst großen Antennenkapazität ist der LMK-Antennenleiter flächig auszuführen mit einer möglichst großen Breiten- und Längenabmessung. Diese Abhängigkeit der Antennenkapazität Ca von der relativen Breite der Antennenstruktur b/h zeigt Fig. 10 (Meßkurven), wobei der

Parameter "h" nach Bild 2 die Breite des von der Heizstruktur nicht bedeckten Feldes zur Scheibenberandung bezeichnet und die Breite b sich aus b = (h-2a) ergibt. Es sind Meßkurven für drei typische Fälle, nämlich für h= 20 cm, h= 12 cm und h= 6 cm dargestellt.

Im Gegensatz zum Anstieg der Antennenkapazität Ca nimmt die effektive Höhe der Antennenstruktur mit zunehmenden Werten von b/h ab (Fig. 11, Meßkurven). Die Normierungshöhe href in Fig.11 ist willkürlich gewählt.

Für die Steuerspannung Ue am Eingang des LMK-Antennenverstärkers ergeben sich mit Gleichung (2) Verläufe, wie sie in Fig. 12 dargestellt sind. Mit zunehmender Breite h des vom Heizfeld nicht bedeckten Feldes der Heckscheibe steigt die maximal erreichbare Steuerspannung an. Unabhängig von der absoluten Breite h ergibt sich jedoch jeweils für den gleichen Wert von b/h = (b/h)opt ein Maximum Uemax der Steuerspannung Ue. (b/h)opt hängt allerdings von der Eingangskapazität Cv des LMK-Antennenverstärkers ab. Die angenähert parabelförmige Charakteristik der Verläufe Ue/Uref als Funktion von b/h kann durch folgende Gleichung mit guter Genauigkeit im Bereich 5pF< CvOOO pF und 0.05<£ b/h<: 0.95 beschrieben werden:

Ue/Uemax in dB i& - 17*[b/h - 0.3 - 0.1 *ld (Cv/IOpF)]^ (3) Id: Logarithmus zur Basis 2.

Uemax ist dabei der Maximalwert der jeweiligen Kurve. Um dieses Maximum zu erreichen, ist b/h folgendermaßen zu dimensionieren:

(b/h)opt W 0.3 + 0.1*ld(Cv/10pF) <⁴>

Da b = h - 2a gilt, kann mit (4) auch der optimale Abstand zwischen der flächenhaften Antennenstruktur und der leitenden Berandung zu:

aopt *& h/2 *f0.7 - 0.1*ld(Cv/10pF)l (5) ^{l J}

angegeben werden.

Die Abmessungen des Heizfeldes und der Lage in der Heckscheibe von Fahrzeugen werden unter fahrzeugspezifischen Gesichtspunkten festgelegt. In der Regel bleibt nur ein schmaler freier Bereich, der für die Unterbringung der LMK-Antennenstruktur zur Verfügung steht, so daß es unbedingt erforderlich ist, jeden möglichen dB-Wert an Signal-Rauschabstandsverbesserung auch zu nutzen. Dies bedingt neben der Optimierung der Breite b bzw. des Abstands a nach der Erfindung auch die Verwendung eines Antennenverstärkers mit kleiner Gesamt-Eingangskapazität Cv und die Vermeidung zusätzlicher kapazitiver Belastungen. Die

Verbindungsleitung zwischen der Anschlußstelle auf der LMK-Antennenstruktur 4 und dem Eingang des LMK-Antennenverstärkers ist daher möglichst kurz auszuführen.

Wie Fig.12 entnommen werden kann, wird mit zunehmender Breite h des für die Einbringung der LMK-Antennenstruktur verfügbaren Streifens zwischen Heizfeld und Scheibenberandung bei jeweils optimaler Gestaltung nach der Erfindung die Signalspannung Ue größer und daher die Grenzfeldstärke Eg geringer, womit ein höherer Signal-Rauschabstand im aktuellen Empfangsfall einhergeht. Im Interesse einer hohen Grenzempfindlichkeit ist daher bei Fahrzeugheckscheiben, die sowohl oberhalb als auch unterhalb des horizontal orientierten Heizfeldes einen freien Streifen aufweisen, die freie Fläche mit der größerer Breite h bei ähnlichen Längenabmessungen für den Einbau der LMK-Antennenstruktur vorzuziehen.

Die Realisierung des flächenhaften LMK-Antennenleiters kann in der Praxis z.B. durch Aufdampfen einer dünnen, die Durchsicht kaum beeinträchtigenden Metallschicht erfolgen. Bei Heckscheiben, deren Heizfeld aus dünnen Drähten zwischen den beiden Glasschichten einer Verbundglasscheibe besteht, wird man vorzugsweise ebenfalls die LMK-Antennenstruktur zwischen die beiden Glasschichten einbetten und das flächenhafte Verhalten z.B. durch eine Gitterstruktur (Fig. 3a) oder durch eine Anordnung mehrerer paralleler Drähte (Fig. 3b) nachbilden, um so die maximal erreichbare Kapazität der Antenne anzunähern.

Die Mehrzahl beheizter Fahrzeugheckscheiben wird im Siebdruckverfahren mit anschließender galvanischer Verstärkung der Leiter auf Einscheibensicherheitsglas realisiert. Bei den hierbei erforderlichen Fertigungsschritten ist es nahezu ohne Mehraufwand möglich, die für eine aktive Antenne nach der Erfindung erforderliche LMK-Antennenstruktur gleichzeitig mit dem Heizfeld auf die Scheibe zu drucken. Im elektrischen Verhalten ist die aufgedruckte Struktur einer Drahtstruktur der gleichen Geometrie gleichwertig.

Die Horizontalabmessung üblicher PKW-Heckscheiben beträgt ca. 1/2 Wellenlänge i'üv Frequenzen des UKW-Bereichs. Dementsprechend besteht bei einer LMK-Struktur nach Bild 3a oder, falls die Leiter an der der Anschlußstelle 4 gegenüberliegenden Seite durch die Verbindung 29 kurzgeschlossen sind, auch für Strukturen nach Fig.3b die Gefahr, daß UKW-Resonanzströme in der LMK-Struktur aufgrund der damit einhergehenden Verluste einen negativen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit der aktiven LMK-UKW-Antenne im UKW-Bereich hätten. Es ist daher zweckmäßig, die Struktur wie in Fig. 3b auszuführen und die einzelnen Leiter an der der Anschlußstelle gegenüberliegenden Seite nicht miteinander leitend zu verbinden.

Im Vergleich zu einer Antenne nach P 26 50 044 führt die galvanische Trennung von LMK-Antennenstruktur und Heizfeld zu

einer erheblich geringeren Störeinkopplung auf die Antenne, die bei einer Antenne nach der Erfindung nur über die kleine Kapazität zwischen Heizfeld und Antennenstruktur erfolgt. Entsprechend werden an die Siebwirkung von für LMK-Frequenzen wirksame Siebschaltungen in den Gleichstromzuführungen zur Heizsteibe deutlich geringere Anforderungen gestellt als bei einer Antenne nach dem Stand der Technik. Dies geht mit dem Vorteil eines deutlich geringeren technischen Aufwandes einher.

Der Eingang des getrennten UKW-Signalwegs 13 ist bei einer Antenne nach der Erfindung entweder mit dem Anschlußpunkt 19 an einer der Sammelschienen des Heizfeldes 24 verbunden (Fig.1) oder das UKW-Signal wird ebenfalls am LMK-Antennenleiter abgegriffen (Fig. 4a,b). Der Masseanschluß 22 des Antennenverstärkers 23 ist dabei in der Nähe des Anschlußpunktes 19 bzw. 4 mit der leitenden Berandung der Heckscheibe zu verbinden, wodurch definierte UKW-Eigenschaften und -Impedanzen erreicht werden.

Vorteilhaft bei einer Ankopplung des UKW-Signalweges 13 an das Heizfeld ist die Tatsache, daß das Heizfeld auf Grund seiner großen Fläche "stark" an das UKW-Wellenfeld angekoppelt ist und außerdem eine breitbandige, vergleichsweise niederohmige Impedanz besitzt, die verlustarm transformiert werden kann. Diese Eigenschaften ermöglichen in der Regel die Realisierung sehr guter Empfangseigenschaften.

An der Sammelschiene 24 befindet sich neben der UKW-Anschlußstelle 19 auch die Gleichstromzuführung für die Scheibenheizung, die auf Grund ihrer niederohmigen UKW-Impedanz, die parallel zur Impedanz des Heizfeldes liegt, eine erhebliche Bedämpfung des Heizfeldes darstellt. Hiermit geht ein spürbarer Verlust an Signal-Rauschabstand einher. Im Interesse guter Empfangseigenschaften ist es daher von Vorteil, bei einer derartigen Ausgestaltung einer Antenne nach der Erfindung in die Gleichstromzuführung zu der Sammelschiene 24 eine Schaltung aus Blindwiderständen eizufügen, die für die Frequenzen des UKW-Bereichs im Vergleich zur Impedanz der Heizstruktur hochohmig ist (Fig. 5a).

Eine derartige hochohmige UKW-Impedanz kann z.B. durch eine Serieninduktivität (Fig. 6a) realisiert werden. Allerdings ist auf Grund der erforderlichen Induktivität eine erhebliche Anzahl von Windungen für diese Spule erforderlich, wobei außerdem wegen der hohen Heizleistung für Fahrzeugheckscheiben von in der Regel 150 - 200 Watt und in Sonderfällen bis zu 350 Watt ein großer Drahtquerschnitt verwendet werden muß, um untragbare Verlust an Heizleistung zu vermeiden. Dies führt zu häufig nicht akzeptablen Abmessungen dieser Spule.

Vorteilhaft kann die erforderliche hochohmige UKW-Impedanz dadurch realisiert werden, daß der Blindwiderstandsschaltung Resonanzcharakter gegeben wird, indem eine vom Induktivitätswert

/ii

deutlich kleinere und damit auch geometrisch kleinere Spule durch einen parallel geschalteten Kondensator 17 zu einem Parallelresonanzkreis ergänzt wird (Fig. 6b). Zweckmäßigerweise wählt man als Resonanzfrequenz eine Frequenz des UKW-Bandes, vorzugsweise in Bandmitte, wodurch die bestmögliche Entkopplung der Antennen-Heizstruktur von der Gleichstromzuführung bei vorgegebener Induktivität erreicht wird bzw. der erforderliche Resonanzblindwiderstand so klein wie eben möglich gemacht werden kann, um einerseits keine nennenswerte Bedämpfung der UKW-Signale zu erhalten und um andererseits auch möglichst geringe Verluste an Heizleitung in Kauf nehmen zu müssen.

Um Empfangsstörungen im UKW-Band durch dem Heiz-Gleichstrom überlagerte hochfrequente Störsignale zu verhindern, sind eventuell noch Siebmaßnahmen für UKW-Frequenzen in der Gleichstromzuführung erforderlich. Im einfachsten Fall ist hierzu eine Ergänzung der Blindwiderstandsschaltung 28 um einen Kondensator 18 erforderlich, der von dem der Sammelschiene abgewandten Anschluß der Serieninduktivität oder des Serien-Parallelkreises nach Masse zu schalten ist und der die Störsignale des UKW-Bandes kurzschließt.

Häufig sind die Empfangsergebnisse im UKW-Band noch nicht ausreichend, wenn nur in die Gleichstromzuführung zur Sammelschiene 24 eine derartige Blindwiderstandsschaltung 28 eingebaut ist und die andere Sammelschiene wechselstrommäßig niederohmig auf Massepotential liegt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird daher auch der anderen Sammelschiene des Heizfeldes der Heizgleichstrom über eine Blindwiderstandsschaltung 29 (Fig. 5a) zugeführt, was in der Regel zu einer Verbesserung des mittleren Signal-Rauschabstands führt.

Von Vorteil ist es, diese Blindwiderstandsschaltung 29 gleichartig aufzubauen wie die entsprechende Schaltung 28. Auf Grund einer vergleichsweise hochohmigen UKW-Impedanz, die dann in beide Gleichstromzuführungen eingeschaltet ist, ist das gesamte Heizfeld somit wechselstrommäßig von der Gleichstromzuführung abgetrennt.

In vielen Fällen ist es im Interesse eines guten UKW-Signal-Rauschabstandes auch von Vorteil, die Sammelschiene 25 nicht entweder niederohmig auf Massepotential zu legen oder UKW-frequent zu isolieren sondern mit einem Blindwiderstand nach Masse zu schalten, derart, daß bei einer UKW-Impedanz der Heizscheibe mit kapazitiver Komponente dieser Bindwiderstand induktiv und bei einer induktiven Komponente der UKW-Impedanz der Heizscheibe dieser Blindwiderstand kapazitives Verhalten für UKW-Frequenzen aufweist derart, daß die Schaltung in der Umgebung des UKW-Frequenzbereichs Resonanzcharakter aufweist.

Der technische Aufwand, der mit der Notwendigkeit verbunden ist, in eine oder in beide Gleichstromzuführungen für das Heizfeld Blindwiderstandsschaltungen einzubauen, kann vermieden werden,

wenn der Eingang des UKW-Signalwegs 13 nicht mit einer der Sammelschienen des Heizfeldes verbunden ist, sondern an den LMK-Antennenleiter angekoppelt ist, der ebenfalls vom UKW-Feld angeregt wird. Diese Ankopplung kann z.B. kapazitiv erfolgen, wobei die dem LMK-Verstärker parallelgeschaltete Kapazität Ck unvermeidbar zur Vergrößerung der Gesamteingangskapazität Cv beiträgt. Sie ist demnach möglichst klein zu wählen, so daß der LMK-Empfang nicht merklich beeinträchtigt ist.

Diese zusätzliche kapazitive Belastung des LMK-Verstärkers 6 kann vorteilhaft durch eine transformatorische Ankopplung an den UKW-Antennenleiter vermieden werden. Gesichtspunkte für die Ausführung eines derartigen Transformators 21 sind z.B. in P 23 10 616 dargestellt.

Die Verwendung der flächig ausgeführten Struktur 3 auch für den UKW-Empfang führt ebenfalls zu guten Empfangsergebnissen, wenn horizontal polarisiert abgestrahlte UKW-Signale empfangen werden sollen. Für Anwendungsfälle, in denen die Antenne senderseitig zirkulär oder vertikal abgestrahlte UKW-Signale empfangen soll (USA), liefert eine Antenne nach der Erfindung mit der Ankopplung der UKW-Signalwegs 13 an die Heizstruktur deutlich bessere Empfangsergebnisse als bei einer Ankopplung an die auch für die LMK-Frequenzen verwendete Struktur, deren Querabmessungen in der Regel deutlich kleiner sind als die der Heizstruktur. Es zeigt sich grundsätzlich, daß zum Empfang vertikaler Feldkomponenten im UKW-Bereich Antennenstrukturen vorteilhaft sind, die ausgeprägte Abmessungen in vertikaler Richtung aufweisen.

Der UKW-Signalweg 13 kann bei einer Antenne nach der Erfindung entweder ausschließlich verlustarme passive Bauelemente oder auch zusätzlich eine Verstärkerschaltung enthalten.

Von Vorteil ist es, den UKW-Signalweg 13 im Antennenverstärker 23 als aktive Antenne auszuführen, da im Vergleich mit einer ausschließlich passiven Ausführung von 13 ein deutlich besserer Signal-Rauschabstand im Gesamtsystem erzielt wird. Hierzu ist es erforderlich, die Verstärkerstufe mittels einer möglichst verlustarmen Transformationsschaltung an die Quellimpedanz der UKW-Antennenstruktur bezüglich einer Optimierung des Signal-Rauschverhältnisses anzupassen und den Verstärker in unmittelbarer Nähe der Antennenanschlußstelle am Antennenleiter anzuordnen. Diese Möglichkeit, den mittleren Rauschabstand anzuheben ist immer dann von Vorteil, wenn die Leistungsfähigkeit der passiven Antennenstruktur im Vergleich mit einer Referenzantenne, z.B. der Standardstabantenne, nicht ausreicht. Eine weitere verlustarme Transformationsschaltung am Ausgang des aktiven Elements im UKW-Signalweg 13 ermöglicht für das UKW-Band Leistungsanpassung an den Wellenwiderstand des Verbindungskabels zum Empfänger.

Bei ausreichender Leistungsfähigkeit der passiven UKW-Struktur ist es im Interesse einer wirtschaftlichen Lösung vorteilhaft,

wenn der Signalweg 13 ausschließlich verlustarme passive Transformationselemente zur Impedanzanpassung der UKW-Antennenstruktur an den Kabelwellenwiderstand enthält.

Bei einer Antenne nach der Erfindung kann im Fall einer für den LMK- und UKW-Frequenzbereich gemeinsam genutzten flächenhaften Antennenstruktur 3 die Anschlußstelle 4 an einem beliebigen Punkt auf der Struktur angebracht sein, z.B. auf der vertikalen Symmetrielinie 30 möglichst nahe an der leitenden Scheibenberandung. Vorteilhafter ist es jedoch in der Regel, wenn die Anschlußstelle 4 an der rechten oder linken Schmalseite der flächenhaften Struktur angebracht ist, da hierdurch ein kürzeres Verbindungskabel zum Empfänger verwendet werden kann und außerdem in der Nähe der Schmalseiten der Struktur meistens gute Möglichkeiten zur Unterbringung des Antennenverstärkers 23 im Holm des Fahrzeuges vorhanden sind (Fig. 2).

Wird für den UKW-Empfang die Heizstruktur verwendet, ist es von Vorteil, die Anschlußpunkte 4 und 19 an benachbarten Punkten der flächenhaften Antennenstruktur 3 und der Heizstruktur 2 jeweils in der Nähe der Scheibenberandung, also an der rechten oder linken Schmalseite der Heckscheibe anzuordnen (Fig. 1). Hierdurch sind jeweils kurze Verbindungen zwischen 4 und 6 bzw. 19 und 13 möglich. Der LMK-Antennenverstärker 6, der UKW-Signalweg 13 und die Frequenzweiche 11 können in einem einzigen Gehäuse des Antennenverstärkers 23 untergebracht werden und der gemeinsame Massepunkt des Antennenverstärkers 23 kann ebenfalls in der Nähe der Anschlußpunkte 4 und 19 an der leitenden Scheibenberandung angebracht werden.

In manchen Fällen ist der Abstand zwischen dem Heizfeld und der Scheibenberandung zu gering, um eine hinreichend kleine Mindestfeldstärke zu bewirken (Fig. 12). So führt eine Verringerung der Breite h des freien Streifens von 20 cm auf 6 cm bei jeweils optimaler Dimensionierung nach der Erfindung zu einem um ca. 10.5 dB schlechteren Signal-Rauschabstand im LMK-Bereich. In solchen Fällen ist eine Verbesserung der Grenzempfindlichkeit zu erreichen, wenn das Heizfeld hochfrequent auch im LMK-Bereich von der Gleichstromzuführung isoliert wird derart, wie es zum Beispiel mit Hilfe einer bifilar ausgeführten Drossel 30 nach Fig. 8 erfolgen kann. In diesem Fall führt das Heizfeld gegenüber der sie umgebenden Karosserie eine LMK-frequente Signalspannung. Das Ersatzschaltbild der Antenne mit Verstärker in Fig. 9 bleibt dabei unverändert. Die minimale Grenzfeldstärke Eg wird nun nicht für gleiche Abstände ak und ah (Fig.2) erreicht. Durch den Empfangsbeitrag des Heizfeldes und seine kapazitive Kopplung zum LMK-Antennenleiter ist für die Minimierung der Mindestfeldstärke Eg bzw. für die Maximierung der Spannung Ue ein deutlich kleinerer Abstand ah zum Heizfeld als zum leitenden Scheibenrand (ak) optimal.

WS-

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

Aktive Antenne für den LMK- und UKW- Rundfunkempfang in der ^- Heckscheibe eines Kraftfahrzeugs mit einem darin befindlichen Heizfeld mit Sammelschienen und Gleichstromzuführung und einem Antennenverstärker,

dadurch gekennzeichnet , daß

ein mit dem Heizfeld (2) galvanisch nicht verbundener, flächenhaft ausgebildeter Antennenleiter (3) für den Empfang der LMK-Signale existiert, der im vom Heizfeld nicht bedeckten Bereich der Heckscheibe (1) angeordnet ist und dessen Anschluß (4) mit der Eingangsklemme (5) eines rauscharmen linearen LMK-Verstärkers (6) mit kapazitiv hochohmigem Eingangswiderstand mit der Gesamteingangskapazität Cv im Antennenverstärker (23) über eine möglichst kurze Zuleitung verbunden ist und die Masseverbindung (22) des Antennenverstärkers möglichst kurz mit der leitenden Berandung der Heckscheibe verbunden ist und die Abstände dieses Antennenleiters mit den Querabmessungen b von der Berandung der Scheibe und von dem Heizfeld so bemessen sind, daß das Verstärkereingangssignal maximal ist und das Ausgangssignal des LMK-Verstärkers (6) dem ersten Eingang (10) einer Frequenzweiche (11) im Antennenverstärker (23) zugeführt ist und die Antennenanschlußstelle (12) durch den Ausgang dieser Frequenzweiche gebildet ist und im Antennenverstärker (23) ein getrennter Signalweg (13) für UKW-Signale vorhanden ist, wobei dieser Signalweg eingangsseitig entweder mit dem Anschlußpunkt (19) auf einer Sammelschiene (24) des Heizfeldes (2) verbunden ist und in der Gleichstromzuführung dieser Sammelschiene (24) oder in die Gleichstromzuführungen beider Sammelschienen (24,25) eine Blindwiderstandsschaltung (28) bzw. (28,29) mit Gleichstromdurchgang eingeschaltet ist oder der UKW-Signalweg (13) eingangsseitig an den LMK-Antennenleiter geeignet angekoppelt ist und das Ausgangssignal des Signalwegs (13) dem zweiten Anschluß (14) der Frequenzweiche (11) im Antennenverstärker (23) zugeführt ist.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei horizontal ausgebildeten Heizleitern der flächenhaft ausgebildete Antennenleiter (3) mit den Querabmessungen b in dem nahezu rechteckförmigen freien Raum mit der Höhe h oberhalb oder unterhalb des Heizfeldes mittig angebracht ist und die Abstände ak, ah und as zwischen der Berandung des flächenhaft ausgebildeten Antennenleiters und dem Scheibenrand bzw. dem Heizfeld jeweils gleich groß und gleich a und bei vorgegebener Eingangskapazität Cv des Antennenverstärkers im Bereich 5 pF = Cv = 100 pF nahezu gemäß folgender Gleichung dimensioniert sind, wenn die Blindwiderstandsschaltung (28) bzw (29) für Frequenzen des LMK-Bereichs keine wechselstrommäßige Trennung von der Karosserie bewirken (Fig.2):

ak = ah = as = a <& h/2*[o.7 - 0.1 * ld(Cv/10pF)]
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

bei freien Flächen oberhalb und unterhalb der Heizstruktur der LMK-Antennenleiter in dem Feld angebracht ist, in dem die zur Verfügung stehende Höhe h größer ist.
4. Antenne nach Anspruch 1 mit 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flächenhaft ausgebildete Antennenleiter durch eine Drahtstruktur mit Gittercharakter ausgeführt ist (Fig. 3a).
5. Antenne nach Anspruch 1 mit 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flächenhaft ausgebildete Antennenleiter durch eine Drahtstruktur mit mehreren zueinander parallelen Leitern ausgeführt ist und die Leiter auf der der Anschlußstelle (4) gegenüberliegenden Seite nicht miteinander verbunden sind (Fig. 3b).
6. Antenne nach Anspruch 3 mit 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtstruktur durch auf die Scheibe aufgedruckte Leiter nachgebildet ist.
7. Antenne nach Anspruch 1 mit 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Signalwegs (13) für UKW-Signale an die Anschlußstelle (19) an der Sammelschiene (24) des Heizfeldes (2) über eine möglichst kurze Verbindung angeschlossen ist (Fig.1) und daß der Heizgleichstrom dieser Sammelschiene über eine Blindwiderstandsschaltung (28) mit hochohmiger Impedanz im UKW-Bereich zugeführt ist.
8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die hochohmige Impedanz in der Blindwiderstandschaltung (28) durch eine Serieninduktivität erzeugt ist (Fig.6a).
9. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die hochohmige Impedanz in der Blindwiderstandsschaltung (28) für den UKW-Bereich dadurch gebildet ist, daß in Serie zur Gleichstromzuführung zur Sammelschiene (24) ein Parallelresonanzkreis geschaltet ist, der aus der Induktivität (16) und einer parallelgeschalteten Kapazität (17) besteht und dessen Resonanzfrequenz im UKW-Band liegt und dessen Resonanzblindwiderstand hinreichend groß ist, so daß die Bedämpfung des Empfangssignals für alle UKW-Frequenzen nicht nennenswert ist (Fig. 6b).
10. Antenne nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Siebkondensator (18) verwendet wird, der zwischen dem der Sammelschiene (24) abgewandten Anschluß des Parallelresonanzkreises aus (16) und (17) und Masse geschaltet ist und dessen Wert so gewählt ist, daß er im UKW-Bereich wechselstrommäßig niederohmig ist (Fig.6b).
11. Antenne nach Anspruch 7 mit 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromzuführung (27) zur anderen Sammelschiene (25) direkt nach Masse geschaltet ist.
12. Antenne nach Anspruch 7 mit 10, dadurch gekennzeichnet, daß auch der anderen Sammelschiene der Heizgleichstrom über eine Blindwiderstandschaltung (29) mit hochohmiger Impedanz im UKW-Bereich zugeführt ist und die Heizstruktur dadurch von der Gleichstromzuführung hochfrequent isoliert ist (Fig. 5a).
13. Antenne nach Anspruch 7 mit 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder den anderen Sammelschienen der Heizgleichstrom über eine Blindwiderstandschaltung (29) zugeführt ist und bei einer kapazitiven Komponente der UKW-Impedanz der Heizstruktur diese Blindwiderstandschaltung induktives Verhalten und bei einer induktiven Komponente der UKW-Impedanz der Heizstruktur diese Blindwiderstandschaltung kapazitives Verhalten im UKW-Bereich aufweist, derart, daß im UKW-Bereich die Gesamtschaltung Resonanzcharakter besitzt.
14. Antenne nach Anspruch 1 mit 6, dadurch gekennzeichnet, daß

der Eingang des Signalwegs (13) für UKW-Signale kapazitiv an den flächenhaft ausgebildeten Antennenleiter (3) angeschlossen ist und dabei die Ankoppelkapazität (20) so klein gewählt ist, daß der LMK-Empfang durch die Vergrößerung der Gesamt-Eingangskapazität Cv durch diese kapazitive Belastung nicht nennenswert beeinträchtigt ist (Fig.4a).
15. Antenne nach Anspruch 1 mit 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Signalwegs für UKW-Signale mit Hilfe eines Transformators (21) an den flächenhaft ausgebildeten Antennenleiter (3) angeschlossen ist (Fig. 4b).
16. Antenne nach Anspruch 7 mit 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalweg (13) verlustarme passive Transformationsschaltungen enthält, die derart gestaltet sind, daß auf an sich bekannte Weise am Ausgang der Frequenzweiche Impedanzanpassung an die Antennenleitung im UKW-Bereich besteht.
17. Antenne nach Anspruch 7 mit 15, dadurch gekennzeichnet, daß

der Signalweg (13) eine Verstärkerschaltung und eine verlustarme passive Transformationsschaltung enthält und am Verstärkereingang auf an sich bekannte Weise Rauschanpassung für den UKW-Bereich besteht und am Ausgang des Verstärkers eine weitere verlustarme Anpassungsschaltung vorhanden ist und am Ausgang der Frequenzweiche Impedanzanpassung an die Antennenanschlußleitung besteht.
18. Antenne nach Anspruch 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (4) an der rechten oder linken Schmalseite des rechteckförmigen flächenhaft ausgebildeten Antennenleiters angebracht ist (Fig.1).
19. Antenne nach Anspruch 1 mit 6 und 9 mit 16, dadurch gekennzeichnet, daß

sich die Anschlüsse (4) und (19) auf der Seitenberandung der Heckscheibe befinden und möglichst dicht benachbart sind.
20. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindwiderstandsschaltung (28) Bestandteil der Eingangstransforraationsschaltung in (13) ist (Fig.7).
21. Antenne nach Anspruch 1 und 3 mit 19, dadurch gekennzeichnet, da in die Gleichstrorazuführung eine bifilar ausgeführte, für Signale des LMK-Frequenzbereichs hochohmige Drossel eingefügt ist und der Abstand ah zwischen Heizfeld und dem Rand der flächig gestalteten LMK-Antennenstruktur merklich kleiner als der Abstand ak zwischen der metallischen Berandung der Heizscheibe und der LMK-Antennenstruktur gewählt sind und dadurch das LMK-Verstärkersignal maximiert wird (Fig.8).