DE69118740T2

DE69118740T2 - Mobile Antenne

Info

Publication number: DE69118740T2
Application number: DE69118740T
Authority: DE
Inventors: Kunitoshi Nishikawa; Kazuo Sato
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2011-03-01
Also published as: EP0444679A3; JP2870940B2; EP0444679A2; EP0444679B1; US5146232A; JPH03253106A; DE69118740D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mobile Antenne in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6, wie sie in EP-A-0 332 139 offenbart ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine mobile Antenne, die an einem Fahrzeug wie etwa einem Kraftfahrzeug angebracht ist und eine kleine Größe sowie eine geringe Höhe in montiertem Zustand aufweist und die für schwundmindernden Empfang bzw. Diversity-Empfang geeignet ist.
Aufgrund des kürzlichen raschen Fortschritts der elektronischen Kommunikationstechnik wurden Kommunikationsgeräte entwickelt, die einen höheren Funktionsumfang und eine kleinere Größe aufweisen und für verschiedene Arten von mobilen Kommunikationsgeräten eingesetzt wurden. Insbesondere sind bereits mobile Telefone aufgrund ihrer Annehmlichkeiten weit verbreitet worden. Bei einem solchen mobilen Kommunikationsgerät besitzt eine Antenne, die an einem Fahrzeug montiert ist, eine sehr wichtige Rolle. Dies liegt daran, daß bei einem mobilen Kommunikationsgerät wie etwa einem mobilen Telefon Radiowellen bzw. Funkwellen zwischen einem Fahrzeug, dessen Position sich jeden Moment ändert, und einer festen Basisstation gesendet und empfangen werden müssen, und daß eine Kommunikation nicht möglich ist, ohne daß ein ausreichender Sendevorgang und Empfang auf der Seite der Antenne, die an dem Fahrzeug montiert ist, bereitgestellt wird.
Eine stabförmige Antenne wie etwa eine Dipolantenne wurde herkömmlicherweise in breitem Umfang als eine mobile Antenne eingesetzt. Dies liegt daran, daß eine Dipolantenne als geeignet für das Senden und den Empfang einer vertikal polarisierten Welle betrachtet wird, die bei einem mobilen Kommunikationsgerät wie etwa einem mobilen Telefon eingesetzt wird.
Eine Dipolantenne muß jedoch eine Länge von ungefähr einer halben Wellenlänge der Radio- bzw. Funkwelle aufweisen, die für die Kommunikation eingesetzt wird, zum Beispiel eine Länge von ungefähr 16,7 cm in dem Fall einer Radiowelle mit 900 MHz die für ein mobiles Telefon benutzt wird. Falls eine solche lange Antenne, die von einem Fahrzeugkörper vorsteht, an einem Fahrzeug montiert wird, kann sie zerbrechen bzw. abgebrochen werden und es besteht weiterhin ein Problem hinsichtlich des ästhetischen Aussehens.
Zur Lösung dieser Probleme wurden herkömmlicherweise als eine Antenne, die in einem montierten Zustand eine kleine Höhe aufweist, eine Antenne in Form eines umgekehrten F, wie sie als Beispiel in Fig. 12 gezeigt ist, eine Schleifenantenne, wie sie als Beispiel in Fig. 13 gezeigt ist, eine Tafel- bzw. Tischantenne, wie sie als Beispiel in Fig. 14 gezeigt ist, usw. vorgeschlagen.
Die in Fig. 12 gezeigte Antenne in Form eines umgekehrten F weist einen Aufbau auf, bei dem ein Ende eines strahlenden Elements 12, das an einer Masseebene 10 angeordnet ist, derart gebogen ist, daß es mit der Masseebene bzw. Masseplatte 10 verbunden ist
Die Länge L des strahlenden Elements 12 beträgt ungefähr 1/4 der Wellehlänge λg der sich ausbreitenden Welle. Der innere Leiter 14a einer koaxialen Speiseeinrichtung 14 ist mit dem Punkt, der um d&sub1; von dem gebogenen Abschnitt des strahlenden Elements 12 entfernt ist, zum Zwecke der Anpassung der Impedanz zwischen der koaxialen Speiseeinrichtung 14, die aus dem inneren Leiter 14a und einem äußeren Leiter 14b besteht, und dem strahlenden Element 12, verbunden. Durch Einstellung des Abstands d&sub1; ist es möglich, die Eingangsimpedanz an dem Speisepunkt der Antenne konform mit der Impedanz (üblicherweise ungefähr 50 Ω) der koaxialen Speiseeinrichtung 14 einzustellen.
Auf diese Weise ist es möglich, eine vorbestimmte Radiowelle von dem strahlenden Element 12 zu senden und durch dieses zu empfangen, und zwar aufgrund des Stroms, der von der koaxialen Speiseeinrichtung 14 zugeführt wird.
Die Schleifenantenne, die in Fig. 13 gezeigt ist, weist einen Aufbau auf, bei dem die koaxiale Speiseeinrichtung 14 gegenüber der Masseebene 10 vorsteht, wobei der innere Leiter 14a der Speiseeinrichtung in Form einer gebogenen Schleife ausgebildet ist, die eine Lange von Lp aufweist, wobei das andere Ende der Schleife mit der Masseebene 10 in Kontakt steht. Die Höhe der Schleife 12 gegenüber der Masseebene 10 ist auf Hp festgelegt.
Gemäß diesem Aufbau schwingt die Antenne bei der Frequenz in Resonanz, bei der die Länge Lp der Schleife 12 ungefähr die Hälfte der Wellenlänge der gesendeten und empfangenen Radiowelle beträgt. Das Senden und der Empfang sind daher bei dieser Frequenz möglich.
In Fig. 14 ist eine Tisch- bzw. Tafelantenne gezeigt. Diese Tischantenne weist einen Aufbau auf, bei dem ein kreisförmiges Strahlungselement (Tisch oder Tafel) 12, das einen Durchmesser von Dt aufweist, durch alle vier Leiterstützen 16 abgestützt ist, die eine Höhe von ht aufweisen und an der Masseebene 10 angeordnet sind, und es ist der innere Leiter 14a der koaxialen Speiseeinrichtung 14 mit dem zentralen Abschnitt des strahlenden Elements 12 verbunden.
Bei dieser Tischantenne erfolgt eine Speisung durch den inneren Leiter 14a der koaxialen Speiseeinrichtung 14, die mit dem zentralen Abschnitt des Tischs 12 verbunden ist, der horizontal angeordnet ist.
Ein Strom I&sub1; fließt folglich in radialer Richtung aus dem Speisepunkt zu den vier Stützen 16, und es schwingt die Antenne mit einer Frequenz, bei der die Wellenlänge der Radiowelle ungefähr gleich dem zweifachen der Lange des Pfads des Stroms ist.
Bei dieser Tischantenne ist die relative Bandbreite ungefähr 10 % breit, und sie wird in dieser Hinsicht daher als geeignet als eine mobile Kommunikationsantenne betrachtet.
Eine mobile Kommunikation wird häufig durch die Reflexion und die Streuung der Radiowelle aufgrund von Gebäuden und dergleichen beeinflußt, während sich das Fahrzeug in einem städtischen Bereich bewegt. Ein mobiles Kommunikationsgerät führt eine Kommunikation hauptsächlich in einer Umgebung mit einer Ausbreitung auf mehreren Pfaden durch, die durch die Streuung oder die Reflexion der Radiowelle hervorgerufen werden, so daß es nicht möglich ist, die Verschlechterung der Qualität der Kommunikation aufgrund der Erzeugung eines Ausklingens bzw. Schwindens (fading) zu vermeiden.
Eine der Methoden zur Verringerung des Einflusses des Fading bzw. Schwundphänomens besteht in dem schwundmindernden Empfang bzw. Diversity-Empfang. Ein schwundmindernder Empfang ist ein Verfahren zur Verbesserung der Qualität der Kommunikation durch Anordnung einer Mehrzahl von (üblicherweise zwei) Antennen mit einem vorbestimmten Abstand zwischen diesen, und durch automatische Umschaltung von der aktuellen Antenne auf die Antenne, die ein Signal mit einem höheren Pegel empfangen hat oder durch Zusammensetzen der Signale, die durch die jeweiligen Antennen empfangen werden.
Bei den Antennen, die für einen schwundmindernden Empfang benutzt werden, ist es wichtig, daß die Korrelation zwischen den empfangenen Signalen klein ist. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die Antennen derart anzuordnen, daß die gegenseitige Kopplung zwischen den beiden Antennen so klein wie möglich ist.
In diesem Fall ist es möglich, das Niveau der Kopplung dadurch ausreichend gering zu machen, daß der Raum zwischen den beiden Antennen vergrößert wird. Es ist jedoch nicht möglich, die beiden Antennen mit einem großen Abstand zwischen ihnen anzuordnen, und zwar aufgrund der beschränkten Größe eines Fahrzeugs. Als eine Gegenmaßnahme werden herkömmlicherweise zwei Dipolantennen, von denen eine auf der Oberseite der anderen in einer vertikalen Linie angeordnet ist, zur Erzielung des schwundmindernden Empfangs in einem Fahrzeug eingesetzt. Dieser Aufbau erlaubt es, Antennen an einem kleinen Fahrzeug zu montieren.
Wie vorstehend erläutert, wurden herkömmlicherweise Antennen, die eine kleine Größe und eine geringe Höhe in einem montierten Zustand aufweisen, vorgeschlagen. Diese Antennen weisen jedoch die nachfolgenden Probleme auf.
Bei einer Antenne in Form eines umgekehrten F besitzt die Richtung, in der die Abstrahlung der Radiowelle von dem strahlenden Element 12 den maximalen Wert besitzt, eine derart hohe Elevation, daß ein ausreichendes Senden und Empfangen von und durch die Basisstation auf dem Boden nicht möglich ist. Da darüberhinaus die Richtung des Stromflusses des Stroms in dem strahlenden Element 12 beschränkt ist, ist es nicht möglich, eine Antenne zu erhalten, die ein Muster in allen Richtungen (omnidirektionales Muster) in einer horizontalen Ebene aufweist. Die Empfindlichkeit des Sendens und Empfangens hängt daher davon ab, in welcher Richtung die Basisstation angeordnet ist.
Weiterhin ist die relative Bandbreite nachteiligerweise schmal.
Eine Schleifenantenne, die einen sehr einfachen Aufbau aufweist, wird als geeignet als eine mobile Antenne betrachtet. Wenn jedoch die Schleifenantenne in montierten Zustand eine geringe Höhe aufweist, insbesondere wenn die Höhe Hp kleiner ist als die Breite Wp, wird die Kapazität zwischen der Leitung des strahlenden Elements und der Masseebene groß, die Impedanz wird kapazitiv und der Strahlungswiderstandswert wird klein. (In dem extremen Fall, bei dem Hp gleich 0 ist, wird der Strahlungswiderstand zu 0). Dies bedeutet folglich, daß, wenn eine Schleifenantenne eine kleine Höhe in einer montierten Struktur aufweist, es schwierig ist, eine Anpassung zwischen dem strahlenden Element 12 und der koaxialen Speiseeinrichtung 14 zu erreichen und es wird die Bandbreite nachteiligerweise schmal.
Die Resonanzfrequenz einer Tischantenne ist eine Frequenz, bei der der Strompfad Lt eine Länge aufweist, die äquivalent zu ungefähr 1/2 Wellenlänge ist, wie es vorstehend beschrieben wurde.
Lt = 2 x ht + Dt
Hierbei bezeichnet ht die Höhe eines Tischs und Dt einen Durchmesser des Tischs.
Falls däher die Höhe ht verringert wird, ist es notwendig, daß der Durchmesser Dt des Tischs ungefähr die Hälfte einer Wellenlänge aufweisen muß (als Beispiel liegt der Durchmesser bei ungefähr 16,7 cm, wenn die Radiowelle eine Frequenz von 900 MHz besitzt), und es kann nicht mehr gesagt werden, daß die Antenne eine kleine Größe aufweist.
Insbesondere dann, wenn zwei Antennen dieses Typs für einen schwundmindernden Empfang eingesetzt werden, wird die Größe des Antennensystems erheblich groß, und es wird das Niveau der Kopplung zwischen den beiden Antennen sehr hoch.
Damit ein schwundmindemder Empfang bei einer mobilen Antenne erzielbar ist, ist es notwendig, das Niveau der Kopplung so niedrig wie möglich zu machen. Eine bloße Anordnung der herkömmlichen Antennen kleiner Größe gemäß der vorstehenden Be schreibung vergrößert jedoch nachteilhafterweise das Niveau der Kopplung. In dem Fall der vertikalen Anordnung einer Antenne auf der Oberseite der anderen Antenne wird die Höhe des Antennensystems sehr groß.
Es ist demgemäß eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend beschriebenen Probleme bei dem zugehörigen Stand der Technik zu beseitigen und eine mobile Antenne zu schaffen, die eine kleine Größe, eine geringe Höhe in montiertem Zustand und adäquate Sende- und Empfangseigenschaften aufweist, und die dazu imstande ist, ein effektives Senden und Empfangen durchzuführen, indem zwei Antennenelemente mit unterschiedlichen Strukturen zusammengefaßt werden.
Diese Aufgabe wird durch die mobile Antenne gemäß dem Patentanspruch 1 und gemäß dem Patentanspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die mobile Antenne, die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung vorgesehen ist, ist aus einer Masseplatte und einem Plattenleiter mit T-förmiger Gestalt sowie zwei Drahtleitern (Stützen) zusammengesetzt, die auf der Masseplatte angeordnet sind.
Falls ein Paar von einander gegenüberliegenden Stützen von den vier Stützen bei der Antenne, die in Fig. 14 gezeigt ist, entfernt wird, und die Gestalt des Tischs in ein Rechteck umgewandelt wird, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, fließt nicht nur der Strom I&sub1; von dem Speisepunkt direkt zu den Stützen 16, sondern es fließt auch der Strom I&sub2; von dem Speisepunkt zu den Stützen 16 entlang eines Rands des Tischs 12.
Es wird davon ausgegangen, daß die Resonanzfrequenz dieser Antenne niedriger sein wird als die Resonanzfrequenz der herkömmlichen Antenne, da der Pfad des Stroms I&sub2;, der entlang eines Rands des Tischs 12 fließt, länger ist als der radiale Pfad bei der herkömmlichen Antenne, die in Fig. 14 gezeigt ist. Dies bedeutet, daß es möglich ist, die Größe der Antenne, die in Fig. 15 gezeigt ist, zur Erzielung der gleichen Resonanzfrequenz stärker als bei der herkömmlichen Antenne, die in Fig. 14 gezeigt ist, zu verringern.
Die mobile Antenne gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist auf der Grundlage dieser Erkenntnis geschaffen und arbeitet mit zwei Drahtleitern (Stützen) als dem strahlenden Element. Es ist daher möglich, eine mobile Antenne geringer Größe zu schaffen.
Der kürzeste Pfad des Stroms, der von dem Speisepunkt an der Mitte der parallelen Platte (Tisch) zu der Stütze fließt, weist eine Länge auf, die äquivalent zu dem Abstand zwischen dem Speisepunkt und der Stütze 16 ist, und es weist der längste Pfad eine Länge auf, die äquivalent ist zu dem Abstand von dem Speisepunkt zu der Stütze 16 über die Mitte der Seite des Tischs, die parallel zu der Linie liegt, die die beiden Stützen 16 und eine Ecke des Tischs 12 verbindet, wie es in Fig. 2 durch einen Pfeil in Form eines U angezeigt ist. Auf diese Weise kann die Antenne eine Resonanzfrequenz mit einer breiten Bandbreite aufweisen, da die Antenne verschiedene Strompfade besitzt.
Darüber hinaus wird bei dieser Antenne Leistung nicht nur zu einem Punkt des Tischs über eine Speisesonde geleitet, sondern linear zu dem Tisch unter Verwendung einer vertikalen Speiseplatte geführt. Es ist daher möglich, den Wert Q (das heißt den Wert, der die Stärke der Resonanz bestimmt) der Antenne zu verringern und die Strahlungsimpedanz des Strahlungselements, gesehen von dem Speisepunkt auf der Masseplatte, zu verringern. Eine Anpassung an die koaxiale Speiseeinrichtung oder dergleichen für die Speisung ist daher erleichtert.
Falls eine Antenne einen Aufbau aufweist, bei dem Leistung zu einem Punkt an der Mitte eines rechteckförmigen Tisches geleitet wird, und beide Enden des Tisches durch zwei Stützen auf Massepotential gelegt sind, wird die Strahlungsimpedanz der Antenne für eine Anpassung an eine koaxiale Speiseeinrichtung zu hoch, verglichen mit der Impedanz der koaxialen Speiseeinrichtung für die Speisung (ungefähr 50 Ω). Im Unterschied hierzu wird bei der Antenne, die gemäß dem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung bereit gestellt ist, ein vertikaler Plattenleiter für die Speisung eingesetzt, und es ist möglich, den Wert Q der Antenne dadurch einzustellen, daß die Längen der unteren Kante und der oberen Kante der vertikalen Speiseplatte einjustiert werden, wodurch es möglich ist, die Impedanz in einem breiten Frequenzband einzustellen.
Auf diese Weise ist die mobile Antenne gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dahingehend vorteilhaft, daß das Resonanzband trotz der kleinen Größe und der geringen Höhe der Antenne im montierten Zustand breit ist und die Anpassung der Impedanz an die koaxiale Speiseeinrichtung erleichtert ist.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das zweite strahlende Element in der Richtung angeordnet, die ungefähr parallel zu der Ebene läuft, in der die beiden Stützen des ersten Strahlungselements vorhanden sind. Daher verläuft das magnetische Feld, das von dem ersten Strahlungselement abgestrahlt wird, parallel zu der Schleife, die das zweite Strahlungselement bildet, und schneidet sich nicht mit dem Schnitt bzw. Querschnitt der Schleife.
Es ist daher möglich, das Ausmaß der Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Antennenelement ausreichend zu verringern, wodurch ein Empfang mit guter Diversity bzw. Schwundminderung möglich ist.
Da das Antennenelement, das durch das erste Strahlungselement gebildet ist, eine ausreichend breite Bandbreite einschließlich der Bandbreiten sowohl für das Senden als auch für den Empfang aufweist, wie zuvor beschrieben, ist es bevorzugt, das erste Antennenelement sowohl für das Senden als auch für den Empfang durch Umschaltung von dem einen zu dem anderen Element einzusetzen, und das zweite Antennenelement exklusiv für den Empfang zu benutzen.
Wie vorstehend beschrieben, ist es in Übereinstimmung mit der mobilen Antenne. die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, möglich, eine omnidirektionale Antenne bereit zu stellen, die trotz ihrer geringen Größe und ihrer kleinen Höhe im montierten Zustand eine große Bandbreite besitzt und zur Impedanzanpassung imstande ist, da beide Enden des Tisches des strahlenden Elements mit der Masseplatte über ein Paar von Stützen verbunden sind und Leistung linear zu dem zentralen Teil des Tisches durch die vertikale Speiseplatte zugeführt wird.
In Übereinstimmung mit der mobilen Antenne, die bei dem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, ist es möglich, ein Antennensystem mit Schwundminderung zu schaffen, das angemessene Eigenschaften trotz seiner geringen Größe aufweist und weiterhin zu einem bevorzugten Senden und Empfangen imstande ist, da es möglich ist, das Ausmaß der Kopplung der Elemente stark zu verringern.
Die vorstehend beschriebenen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen klar erkennbar.
Fig. 1 zeigt eine externe, perspektivische Ansicht des Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels einer mobilen Antenne in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den Aufbau des ersten, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 und 4 zeigen Auftißansichten des Aufbaus des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 5 zeigt eine Kennlinie der Charakteristik der Frequenz des VSWR bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 6 zeigt eine Kennlinie für das Strahlungsmuster bei dem ersten Ausführungsbeispiel in einer horizontalen Ebene,
Fig. 7 zeigt eine externe, perspektivische Ansicht des Aufbaus eines zweiten Ausführungsbeispiels einer mobilen Antenne,
Fig. 8 zeigt eine Kennlinie der Charakteristik der Frequenz des VSWR bei dem zweiten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 7 dargestellt ist,
Fig. 9 zeigt eine Kennlinie des Musters bei dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer horizontalen Ebene,
Fig. 10 zeigt eine perspektivische, externe Ansicht des Aufbaus eines weiteren Ausführungsbeispiels einer mobilen Antenne in Übereinstimmung mit der vorliegenden Antenne,
Fig. 11 zeigt eine Kennlinie des Ausmaßes der Kopplung zwischen den Elementen bei dem dritten Ausführungsbeispiel,
Fig. 12 zeigt eine externe, perspektivische Ansicht des Aufbaus einer Antenne in Form eines umgekehrten F,
Fig. 13 zeigt eine externe, perspektivische Ansicht des Aufbaus einer Schleifenantenne,
Fig. 14 zeigt eine externe, perspektivische Ansicht des Aufbaus einer Tischantenne und
Fig. 15 zeigt eine externe, perspektivische Ansicht des Aufbaus einer rechteckförmigen Tischantenne, die zwei Stützen aufweist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Erstes Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt eine externe, perspektivische Ansicht des Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels einer mobilen Antenne in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, während in Fig. 2 eine Draufsicht hierauf gezeigt ist und in den Fig. 3 und 4 Aufrißansichten des ersten Ausführungsbeispiels dargestellt sind.
Ein strahlendes Element 22 ist auf einer Masseplatte 20 angeordnet. Der innere Leiter 24a einer koaxialen Speiseeinrichtung 24 ist mit dem strahlenden Element 22 verbunden, und der äußere Leiter 24b der koaxialen Speiseeinrichtung 24 ist mit der Masseplatte 20 verbunden.
Das strahlende Element 22 ist aus einer vertikalen Speiseplatte 26, die vertikal relativ zu der Masseplatte 20 mit einem kleinen Abstand zwischen diesen Komponenten angeordnet ist, und einer rechteckförmigen parallelen Platte (Tisch) 28 zusammengesetzt, die vertikal mit der vertikalen Speiseplatte 26 verbunden und parallel zu der Masseplatte 20 angeordnet ist, und weist weiterhin ein Paar von Drahtleitern (Stützen) 30 für die Verbindung zwischen den beiden seitlichen Enden des Tisches 28 und der Masseplatte 20 auf. Die Stütze 30 ist durch einen Draht oder einen stabförmigen Leiter gebildet. Sie kann auch eine Leiterplatte mit einer kleinen Breite sein.
Der innere Leiter 24a der koaxialen Speiseeinrichtung 24 ist mit dem zentralen Abschnitt des unteren Rands 26a der vertikalen Speiseplatte 26 verbunden, und der obere Rand 26b der vertikalen Speiseplatte 26 ist linear mit dem zentralen Teil des Tisches 28 verbunden.
Durch die auf diese Weise erfolgte Verbindung des inneren Leiters 24a der koaxialen Speiseeinrichtung 24 mit dem Tisch 28 über die vertikale Speiseplatte wird Leistung linear zu dem Tisch gespeist, wodurch die Verringerung des Werts Q (das heißt des Werts, der die Stärke der Resonanz repräsentiert) der Antenne im Vergleich mit einer direkten Speisung an einem Punkt möglich wird. Es ist daher möglich, die Impedanz des strahlenden Elements 22 an die Impedanz der koaxialen Speiseeinrichtung 24 anzupassen (im allgemeinen ungefähr 50 Ω), wodurch eine bevorzugte Speisung möglich ist.
Die vertikale Speiseplatte 26 weist eine Funktion des Auslöschens der Reaktanzkomponente des strahlenden Elements 22 durch die kapazitive Komponente zwischen der vertikalen Speiseplatte 28 und der Masseplatte 20 auf.
Die Reaktanzkomponente des strahlenden Elements 22 wird kleiner, wenn der Tisch 28 des strahlenden Elements 22 näher zu der Masseplatte 20 rückt. Daher kann die Länge der unteren Kante 26a der vertikalen Speiseplatte 26 kürzer gemacht werden, wenn der Tisch 28 näher zu der Masseplatte 20 gebracht wird.
In diesem Fall kann die Länge W&sub1; der unteren Kante 26a der vertikalen Speiseplatte 26 kürzer als die Länge W&sub2; der oberen Kante 26b der Speiseplatte gemacht werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Dies liegt daran, daß die Länge W&sub2; des verbindenden Punkts für den Tisch 28 keine direkte Beziehung mit der Impedanz aufweist und es daher nicht nötig ist, die Länge des Tisches zu verkürzen.
Die Antenne, die den vorbestimmten Aufbau aufwies, schwang bei einer Frequenz in Resonanz, bei der die Länge des Strompfads durch die folgende Gleichung repräsentiert war:
2H + L&sub1;/2 + L&sub2;,
wobei H den Abstand zwischen dem Tisch 28 und der Masseplatte 20 repräsentiert und L&sub1;, L&sub2; die Breiten bzw. die Länge des Tisches 28 bezeichnen und diese äquivalent zu ungefähr einer halben Wellenlänge ist.
Dies liegt daran, daß der Strom in den Richtungen fließt, die durch die U-förmigen Pfeile angezeigt sind, wenn sie von dem Speisepunkt aus gesehen werden, wie dies in der Draufsicht gemäß Fig. 2 dargestellt ist.
In diesem Fall sind die Breite und die Länge L&sub1;, L&sub2; des Tisches 28 derart festgelegt, daß L&sub1; kleiner als oder gleich L&sub2; ist, und der Durchmesser der Stütze 30 ist derart festgelegt, daß er nicht mehr als das 0,02-fache der Wellenlänge beträgt. Falls diese Bedingungen nicht erfüllt sind, wird die Breite des Resonanzbands schmal und es ist in einem extremen Fall eine Anpassung nicht möglich.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die vertikale Speiseplatte 26 als ein Element für die Impedanzanpassung an die koaxiale Speiseeinrichtung 24 betrachtet werden. Falls der Abstand H zwischen dem Tisch 28 und der Masseplatte 20 ungefähr 0,15 Wellenlängen beträgt, ist eine gute Anpassung möglich, wenn die Länge W&sub2; des oberen Rands 26b und die Länge W&sub1; des unteren Rands 26a der vertikalen Speiseplatte 26 ungefähr gleich groß sind wie der Abstand H. Es ist weiterhin möglich, den Wert der kapazitiven Komponente dadurch einzustellen, daß der Spalt t zwischen dem unteren Rand 26a der vertikalen Speiseplatte 26 und der Masseplatte 20 eingestellt wird.
Die Abmessung jedes Teils der Antenne wird nun auf der Basis der Annahme erläutert, daß die Mittenfrequenz für das Senden und fur den Empfang gleich f&sub0; ist (Wellenlänge λ&sub0;).
Es ist vorzuziehen, daß die Höhe H der Antenne, die Breite und die Länge L&sub1;, L&sub2; des Tisches 28, die Länge W&sub2; des oberen Rands 26b und die Länge W&sub1; des unteren Rands 26a der vertikalen Speiseplatte 26, der Spalt t zwischen der unteren Kante 26a der vertikalen Speiseplatte 26 und der Masseplatte 20, und der Durchmesser D&sub0; der Stütze 30 jeweils die nachstehenden Beziehungen mit der Ausbreitungswellenlänge λ&sub0; aufweisen:
H = 0,12 λ&sub0;
2H + L&sub1;/2 + L&sub2; = 0,525 λ&sub0;
(L&sub1; = 0,21 λ&sub0;, L&sub2; = 0,18 λ&sub0;)
W&sub1; = W&sub2; = 0,105 λ&sub0;
t = 0,003 λ&sub0;
D&sub0; = 0,165 λ&sub0;
Das Stehwellen-Spannungsverhältnis VSWR (voltage standing wave ratio) der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung, das bei diesen Bedingungen hervorgerufen wird, ist in Fig. 5 gezeigt.
Wenn angenommen wird, daß die Bandbreite, in der die Antenne eingesetzt werden kann, in dem Bereich liegt, bei dem das Stehwellenverhältnis nicht größer ist als 2, weist die Antenne gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine relative Bandbreite von nicht weniger als 20 % auf. Die relative Bandbreite von 20 % kann als eine gute Charakteristik bezeichnet werden, da sie sehr viel höher als ungefähr 8 % ist, was für eine Antenne für mobile Kommunikation notwendig ist. Das Strahlungsmuster der Antenne gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einer horizontalen Ebene ist in Fig. 6 gezeigt. Es ist zu beobachten, daß die Antenne gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein omnidirektionales Muster aufweist und daher für ein mobiles Kommunikationsgerät geeignet ist.

Zweites Ausführungsbeispiel

Fig. 7 zeigt eine externe, perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
Bei der Antenne gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein strahlendes Element 42 auf einer Masseplatte 40 angeordnet. Der innere Leiter 44a einer koaxialen Speiseeinrichtung 44 ist mit dem strahlenden Element 42 verbunden und es ist der äußere Leiter 44b mit der Masseplatte 40 verbunden.
Das strahlende Element 42 ist aus einer Speisesonde 45, die mit dem inneren Leiter 44a der koaxialen Speiseeinrichtung 44 verbunden ist, einem Streifenleiter 46, einem Drahtleiter (Stütze) 48 für die Verbindung des Endes des Streifenleiters 46 mit der Masseplatte 40 und einem Plattenleiterelement 50 für eine Impedanzkompensation zusammengesetzt. Der Streifenleiter 46 enthält ein erstes vertikales Element 46a, ein erstes paralleles Element 46b, ein zweites vertikales Element 46c und ein zweites paralleles Element 46d.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind sowohl die Speisesonde 45 als auch die Stütze 48 aus Drahtleitern hergestellt, jedoch können diese auch aus Plattenleitern mit einer schmalen Breite hergestellt sein.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das plattenförmige Leiterelement 50 für die Impedanzkompensation in horizontaler Weise mit dem unteren Ende des ersten vertikalen Elements 46a des Streifenleiters 46 verbunden. Falls das plattenförmige Leiterelement 50 für die Impendanzkompensation an einer Position von ungefähr 0,01 bis 0,05 Wellenlängen oberhalb der Masseplatte 40 angebracht ist, ist eine Impedanzanpassung an die koaxiale Speiseeinrichtung 44 möglich.
Insbesondere ist es jedoch dann, wenn nicht nur eine Kapazität durch den plattenförmigen Leiter 50 für eine Impedanzkompensation hinzugeführt wird, sondern auch die Stütze 48 aus einem Drahtleiter hergestellt wird, möglich, die Reaktanzkomponente der Schleifenantenne einzustellen. Es ist daher einfach, die Reaktanzkomponente der Antenne zu löschen, wodurch die Anpassung der Antenne erleichtert wird.
Der streifenförmige Leiter 46 ist aus den vier Teilen 46a, 46b, 46c und 46d zusammengesetzt. Die Längen der jeweiligen Teile a&sub1;, a&sub2;, a&sub3; und a&sub4; müssen mindestens die nachstehenden Bedingungen erfüllen:
a&sub1; ≥ 0,4 H
0,8 a&sub2; > a&sub4;
Hierbei bezeichnet H den Abstand zwischen dem ersten horizontalen Element 46b des Streifenleiters 46 und der Masseplatte 40.
Die Abmessung jedes Teils der Antenne gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nun auf der Basis der Annahme erläutert, daß die Mittenfrequenz für das Senden und den Empfang gleich f&sub0; ist (Wellenlänge: λ&sub0;).
Es ist vorzuziehen, daß die Breite WW&sub1; des Streifenleiters 46, die Höhe H der Antenne und die Längen a&sub1;, a&sub2;, a&sub3; und a&sub4; der jeweiligen Elemente des Streifenleiters 46 derart festgelegt sind, daß sie die folgenden Beziehungen mit der Ausbreitungswellenlänge λ&sub0; aufweisen:
W = 0,2 λ&sub0;, H = 0,09 λ&sub0;
a&sub1; = 0,06 λ&sub0;, a&sub2; = 0,24 λ&sub0;, a&sub3; = 0,05 λ&sub0;, a&sub4; = 0,16 λ&sub0;
Das Spannungs-Stehwellenverhältnis VSWR der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung, das unter diesen Bedingungen hervorgerufen wird, ist in Fig. 8 gezeigt. Wenn angenommen wird, daß die Bandbreite, in der die Antenne eingesetzt werden kann, in dem Bereich liegt, in dem das Stehwellenverhältnis nicht größer ist als 2, weist die Antenne gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine relative Bandbreite von nicht weniger als 10% auf. Es ist daher aus der Fig. 8 zu entnehmen, daß die Antenne gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine ausreichend gute Charakteristik als eine Antenne für eine mobile Kommunikation aufweist.
Das Strahlungsmuster der Antenne gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einer horizontalen Ebene ist in Fig. 9 gezeigt. Es ist aus Fig. 9 zu entnehmen, daß die Antenne eine ausreichende Eignung als eine Antenne für ein mobiles Kommunikationsgerät aufweist, auch wenn das Muster im Vergleich zu dem Strahlungsmuster der Antenne gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel geringfügig verworfen ist.

Drittes Ausführungsbeispiel

Fig. 10 zeigt eine externe, perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die Antenne gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine zusammengesetzte Antenne, die dadurch erhalten wird, daß ein strahlendes Element 60 bei dem ersten Ausführungbeispiel und ein strahlendes Element 62 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel angeordnet werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Strahlungselement 60 bei dem ersten Ausführungsbeispiel, das eine große Bandbreite besitzt und eine Richtcharakteristik in einer horizontalen Ebene aufweist, die näher bei einer omnidirektionalen Antenne liegt, mit einer koaxialen Speiseeinrichtung 64 verbunden, die mit einem Sender und einem Empfänger verbunden ist, als eine Antenne sowohl für das Senden als auch für den Empfang verwendet, wohingegen das strahlende Element 62 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit einer koaxialen Speiseeinrichtung 66 verbunden ist, die lediglich mit der Empfängereinrichtung verbunden ist, und wird als eine Antenne exklusiv für den Empfang verwendet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind das erste und das zweite strahlende Element 60, 62 benachbart zueinander mit einem Abstand von nicht weniger als 0,4 λ&sub0; zwischen diesen Komponenten angeordnet. Durch Aufrechterhalten eines solchen Raums zwischen dem ersten und dem zweiten strahlenden Element 60, 62 wird ein ausreichender schwundmindernder Effekt erzielt.
Bei dieser Art einer zusammengesetzten Antenne ist es notwendig, die gegenseitige Kopplung so gut wie möglich zu verringern.
Das zweite strahlende Element 60 ist an einer Position angeordnet, die mit ungefähr gleichem Abstand von den beiden drahtförmigen Masseleitern (Stützen) 68 des ersten strahlenden Elements 62 beabstandet ist. Anders ausgedrückt, verläuft die Ebene, in der die beiden Stützen 68 vorhanden sind, parallel zu der Längsrichtung des zweiten strahlenden Elements 62.
Diese Ausgestaltung verhindert, daß das magnetische Feld. das durch den Strom, der durch das erste strahlende Element 60 fließt, hervorgerufen wird, durch die Schleife des zweiten strahlenden Elements 62 (das Innere des strahlenden Schleifenelements 62) hindurchtritt, wodurch das Ausmaß der Kopplung des ersten strahlenden Elements 60 und des zweiten strahlenden Elements verringert wird.
In Fig. 9 ist die Größe der Kopplung bei diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, wobei der Abstand zwischen den Speisepunkten der beiden strahlenden Elemente 60, 62 auf das 0,375-fache der Wellenlänge eingestellt ist. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß ein guter Wert wie etwa nicht mehr als -16 dB als das Kopplungsausmaß erhalten werden kann.

Andere Gestaltungen

Die Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung ist generell vorzugsweise auf dem rücksei tigen Ablagetisch in dem Fahrzeug montiert. In diesem Fall ist der gesamte Teil der Antenne vorzugsweise mit einem dielektrischen Gehäuse wie etwa einem Kunststoffgehäuse abgedeckt.
Da das strahlende Element der Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung an der Masseplatte durch die Stützen, die Speisesonde usw. befestigt ist, ist eine Verstärkung nicht speziell notwendig, jedoch kann es durch ein Kunststoffmaterial oder dergleichen bei Notwendigkeit verstärkt werden.
Es ist auch möglich, die Resonanzfrequenz dadurch festzulegen, daß ein Dielektrikum, das eine vorbestimmte Dielektrizitätskonstante aufweist, zwischen dem strahlenden Element und der Masseplatte eingefügt wird.
Darüber hinaus ist es möglich, das Fahrzeug selbst als die Masseplatte zu benutzen.
Es ist auch möglich, zwei strahlende Elemente bei dem ersten Ausführungsbeispiel oder zwei strahlende Elemente bei dem zweiten Ausführungsbeispiel für die Erzielung eines schwundmindemden Empfangs einzusetzen.

Claims

1. Mobile Antenne, die eine Masseplatte (20) und ein Strahlungselement (22), das auf der Masseplatte angeordnet ist, aufweist, wobei das Strahlungselement enthält:

eine vertikale Speiseplatte (26), die auf der Masseplatte in einer solchen Weise angeordnet ist, daß ihre Oberfläche vertikal zu der Ebene der Masseplatte mit einem engen Abstand dazwischen liegt und Leistung zu dem mittleren Teil ihres unteren Endes gespeist wird,

eine parallele Platte (28), die mit dem oberen Rand der vertikalen Speiseplatte verbunden ist und die parallel zu der Masseplatte angeordnet ist, und die gekennzeichnet ist durch

ein Paar Leiter (30), von denen jeder mit einem Ende mit dem mittleren Teil jedes Endes der parallelen Platte (28) verbunden ist und von denen jedes ihrer anderen Enden mit der Masseplatte (20) verbunden ist, wobei das Paar Leiter (30) parallel zu der vertikalen Speiseplatte (26) angeordnet ist.

2. Mobile Antenne nach Anspruch 1, bei der die vertikale Speiseplatte (26) mit dem mittleren Teil der parallelen Platte (28) in einer solchen Weise verbunden ist, daß sie die parallele Platte in zwei Teile unterteilt.

3. Mobile Antenne nach Anspruch 2, bei der die Länge, die durch nachstehende Gleichung repräsentiert ist, ungefähr 1/2 der Wellenlänge entspricht, die der Mittenfrequenz der gesendeten und empfangenen Radiowelle entspricht:

2H + L&sub1;/2 + L&sub2;,

wobei H einen Abstand zwischen der Masseplatte und der parallelen Platte repräsentiert,

L&sub1; die Länge einer Seite der parallelen Platte, die rechtwinklig zu der Linie orientiert ist, entlang derer die parallele Platte mit der vertikalen Speiseplatte verbunden ist, repräsentiert und

L&sub2; die Länge einer Seite der parallelen Platte bezeichnet, die parallel zu der Linie orientiert ist, entlang derer die parallele Platte mit der vertikalen Speiseplatte verbunden ist.

4. Mobile Antenne nach Anspruch 3, bei der die Länge des oberen Randes der vertikalen Speiseplatte (26) gleich groß ist wie die Länge ihrer unteren Kante.

5. Mobile Antenne nach Anspruch 3, bei der die Länge der oberen Kante der vertikalen Speiseplatte (26) größer ist als die Länge ihrer unteren Kante.

6. Mobile Antenne, die eine Masseplatte und eine Mehrzahl von Strahlungselementen (60, 62), die auf der Masseplatte angeordnet sind, aufweist, wobei die Mehrzahl von Strahlungselementen enthält:

ein erstes Strahlungselement (60), das aufweist:

eine vertikale Speiseplatte (26), die auf der Masseplatte in einer solchen Weise angeordnet ist, daß ihre untere Kante oberhalb der Masseplatte mit einem engen Abstand zu dieser angeordnet ist und Leistung zu dem mittleren Teil ihres unteren Endes gespeist wird,

eine parallele Platte (28), die mit der oberen Kante der vertikalen Speiseplatte verbunden ist, und die parallel zu der Masseplatte orientiert ist, und durch

ein Paar Leiter gekennzeichnet ist, von denen jedes mit einem Ende mit dem mittleren Teil jedes Endes der parallelen Platte verbunden ist und von denen jedes andere Ende mit der Masseplatte verbunden ist,

ein zweites Strahlungselement (62), das enthält:

ein erstes vertikales Element (26a), das auf der Masseplatte in einer solchen Weise angeordnet ist, daß eine Kante oberhalb der Masseplatte mit einem engen Abstand hierzu angeordnet ist und Leistung zu dem mittleren Teil seines unteren Endes gespeist wird,

ein erstes paralleles Element (46b), das mit dem oberen Ende des ersten vertikalen Elements verbunden ist und sich parallel zu der Masseplatte erstreckt,

ein zweites vertikales Element (46c), das mit dem anderen Ende des ersten parallelen Elements vertikal zu der Masseplatte verbunden ist,

ein zweites paralleles Element (46d), das mit dem anderen Ende des zweiten vertikalen Elements verbunden ist und an einer Position zwischen dem ersten parallelen Element und der Masseplatte parallel hierzu angeordnet ist und das kürzer ist als das erste parallele Element,

einen Leiter (48) für die Verbindung des anderen Endes des zweiten parallelen Elements und der Masseplatte, und

ein Platten-Leiterelement (50), das mit der Nähe des Speisepunkts des ersten vertikalen Elements verbunden ist,

wobei das erste und das zweite Strahlungselement (60, 62) mit einem vorbestimmten Abstand zwischen ihnen derart angeordnet sind, daß die Ebene, in der das Paar vertikaler Leiter des ersten Strahlungselement vorhanden ist, im wesentlichen parallel zu der Ebene liegt, in der das erste und das zweite parallele Element und das erste und das zweite vertikale Element des zweiten Strahlungselements vorhanden sind.

7. Mobile Antenne nach Anspruch 6, bei der das erste Strahlungselement (60) sowohl für das Senden als auch für den Empfang eingesetzt wird, während das zweite Strahlungselement (62) ausschließlich für Empfang benutzt wird.

8. Mobile Antenne nach Anspruch 6, bei der die Länge, die durch die nachstehende Gleichung hinsichtlich des ersten Stranlungselements repräsentiert ist, ungefähr 1/2 der Wellenlänge beträgt, die der Mittenfrequenz der gesendeten und empfangenen Radiowelle entspricht:

2H + L&sub1;/2 + L&sub2;

L&sub2; die Länge einer Seite der parallelen Platte bezeichnet, die parallel zu der Linie verläuft, entlang derer die parallele Platte mit der vertikalen Speiseplatte verbunden ist, und

wobei das zweite Strahlungselement die nachstehenden Beziehungen erfüllt:

a&sub1; ≥ 0.4 H

0.8 a&sub2; ≥ a&sub4;

wobei a&sub1; die Länge des ersten vertikalen Elements bezeichnet,

H den Abstand zwischen dem ersten parallelen Abschnitt und der Masseplatte repräsentiert,

a&sub2; die Länge des ersten parallelen Abschnitts bezeichnet und

a&sub4; die Länge des zweiten parallelen Abschnitts repräsentiert.

9. Mobile Antenne nach Anspruch 8, bei der

die vertikale Speiseplatte (26) mit dem mittleren Teil der parallelen Platte (28) in einer solchen Weise verbunden ist, daß die parallele Platte in zwei Teile unterteilt ist,

die Länge der oberen Kante der vertikalen Speiseplatte größer ist als die Länge von ihrer unteren Kante,

sowohl das erste vertikale Element (46a) als auch das zweite parallele Element (46d) Plattenleiter sind und

das erste vertikale Element (46a), das erste parallele Element (46b), das zweite vertikale Element (46c), das zweite parallele Element (46d) und das Platten-Leiterelement (50) die gleiche Breite besitzen.