KR100446033B1

KR100446033B1 - Antenna device for mounting flat antenna on the inside of car windscreen

Info

Publication number: KR100446033B1
Application number: KR10-1998-0706832A
Authority: KR
Inventors: 프리드리히-빌헴 보데; 프랑크 코에르체; 마티아스 바르코보; 게오르그 피셔
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 2004-11-03
Also published as: JP2000506705A; EP0888646B1; ES2144806T3; DE19610783A1; DE59604855D1; WO1997035354A1; JP3884772B2; EP0888646A1; KR20000064540A

Abstract

차량기기와 차량 외부의 송신기 및/또는 수신기간에 무선 통신을, 특히 GHz-대역 주파수로 무선통신을 할 목적으로 평편 안테나를 자동차의 창문 내측에 장착할 수 있도록 한 안테나 배선에 있어서, 창문(3)의 유전율과 대기중에 있는 유전율과의 사이에 속하는 소정의 유전율을 갖는 유전체 중간장치(4)를 보다 큰 방사각 내지 수신각에 걸쳐 감쇠가 동일하게 적게 일어나도록 하는 방향으로 삽입함으로씨 안테나(2)의 지향특성은 영향을 받게 된다. 또한 상기 글래스와 안테나와의 거리는 작게 축소되는 것이 바람직하다.In antenna wiring in which a flat antenna can be mounted inside a window of a vehicle for radio communication between a vehicle device and a transmitter and / or receiver outside the vehicle, in particular for radio communication at a GHz-band frequency, the window (3) By inserting a dielectric intermediate device 4 having a predetermined dielectric constant between the dielectric constant in the air and the dielectric constant in the air in a direction such that the attenuation occurs equally less over a larger radiation angle or a receiving angle. ) Directivity is affected. In addition, the distance between the glass and the antenna is preferably small.

Description

Antenna device for mounting flat antenna on the inside of automobile windscreen

이와 같은 안테나 장치는 GB 2290417 A에 공지되어 있다. 이와 같은 안테나 장치는 예를 들자면 차량과 행로를 따른 인프라구조 간의 디지탈 통신을 위한 교통안내 시스템에 필요하다. 이러한 경우에 인프라구조는 도로를 따라 설치된 고정 비컨들로 구성되어 있다. 이 비컨들과의 통신을 위해서 차량에는 차량기기가 구비되어 있다(OBU-on board unit). 상기 차량기기는 대량 생산 제품으로서 가능한한 최소 비용으로 구현 가능해야만 한다. 가장 간단한 경우, 상기 차량기기를 트랜스폰더로 구성한다. 상기 트랜스폰더는 반송파주파수상에 비감쇠 진동을 전혀 발생시키지 않는다. 필요한 송신력은 비컨 신호로부터 얻는다. 상기 차량기기는 수신신호의 변조만을 수행한다. 디지탈 통신은 비컨으로부터 차량기기쪽으로의("Downlink") 전송을 통해서, 그리고 차량기기로부터 비컨쪽으로의 ("Uplink") 후속 응답 전송을통해서 이루어진다.Such an antenna device is known from GB 2290417 A. Such an antenna device is required for a traffic guidance system for digital communication between a vehicle and an infrastructure along a road, for example. In this case the infrastructure consists of fixed beacons along the road. The vehicle is equipped with a vehicle device for communication with these beacons (OBU-on board unit). The vehicle device must be feasible at the lowest possible cost as a mass production product. In the simplest case, the vehicle device is configured as a transponder. The transponder produces no undamped vibrations on the carrier frequency. The necessary transmission power is obtained from the beacon signal. The vehicle device only modulates the received signal. Digital communication takes place via transmission from the beacon to the vehicle equipment ("Downlink") and through subsequent response transmission ("Uplink") from the vehicle equipment to the beacon.

차체가 전자기 파를 차폐하기 때문에, 적어도 차량기기의 안테나를 차량의 윈드 스크린에 고정하는 것이 바람직하다. 그러나 이러한 방식의 구성은 안테나부재의 기능문제를 초래한다. 일반적으로 유리로 구성된 윈드 스크린, 즉 비교적 높은 유전율(7의 범위)을 가진 윈드 스크린의 존재로 인해 윈드 스크린과 안테나 간의 경계면 또는 그 사이에 생긴 공기틈에서 반사가 일어난다. 이 반사로 인해서 안테나와 윈드 스크린과의 사이 공간은 공진기와 같은 역할을 하게 된다. 따라서 상기 윈드 스크린과 안테나의 간격을 파장의 1/2로 조정하는 것이 바람직하다. 이로 인해 5.8GHz의 반송파 주파수에서는 약 25mm 의 간격이 생긴다. 이 간격은 전송 감쇠가 최소치로 일어나도록 하는 간격이다. 그러나 여기서 발생된 지향특성은 측면으로 갈수록 급격하게 제한되기 때문에 주 로브(major lobe)가 좁게 형성된다. 이로 인해 차량이 경사 주행을 하거나 또는 윈드 스크린이 극도로 기울어질 경우에는 조절손실이 급증할 수 있다.Since the vehicle body shields electromagnetic waves, it is preferable to fix at least the antenna of the vehicle device to the windscreen of the vehicle. However, this type of configuration causes a functional problem of the antenna member. In general, the presence of a windscreen made of glass, i.e. a windscreen with a relatively high dielectric constant (range of 7), causes reflections at the interface between the windscreen and the antenna or in the air gaps between them. This reflection causes the space between the antenna and the windscreen to act as a resonator. Therefore, it is preferable to adjust the distance between the windscreen and the antenna to 1/2 of the wavelength. This results in a gap of about 25 mm at the carrier frequency of 5.8 GHz. This interval is the interval at which transmission attenuation occurs to a minimum. However, since the directivity generated here is rapidly limited toward the side, the major lobe is narrowly formed. As a result, when the vehicle is inclined or the wind screen is extremely tilted, the adjustment loss may increase rapidly.

게다가 윈드 스크린은 안테나의 공진주파수를 변경시킨다. 원편파 안테나에서는 이른바 교차편파 분리가 현저히 열화될 수 있다.In addition, the wind screen changes the resonant frequency of the antenna. In a circularly polarized antenna, so-called cross polarization separation may be significantly degraded.

또한 두개의 안테나를 구비하며 그중 하나는 수신용으로서 다른 하나는 수신한 신호를 재전송하기 위한 안테나로서 구비한 차량기기도 공지되어 있다. 윈드 스크린에서 일어난 반사로 인하여 두 안테나의 상호 결합이 일어날 수 있다. 이로 인해, 때에 따라서는 차량기기의 능동부에서 진동이 일어나기도 한다.There is also known a vehicle apparatus having two antennas, one of which is for reception and the other is for antenna for retransmitting the received signal. Reflections in the windscreen can lead to mutual coupling of the two antennas. As a result, in some cases, vibration may occur in the active part of the vehicle equipment.

GB 2290417A에 공지된 장치는 안테나와 윈드 스크린 사이에 유전층을 갖는다. 상기 유전체층의 크기는 안테나부재의 크기보다 크다. 따라서 단지 상기 유전층의 유전율을 변경시킴으로써만 주로브폭에 영향을 줄 수 있다. 표면파를 줄이기 위해서는 거기에 별도의 금속 링이 필요하다. 그러나 안테나부재에 대해 수직 방향으로 파장을 유도하는 것에 대해서는 기재되어 있지 않다.The device known in GB 2290417A has a dielectric layer between the antenna and the wind screen. The size of the dielectric layer is larger than that of the antenna member. Thus, only by changing the dielectric constant of the dielectric layer can influence the main width. To reduce surface waves, a separate metal ring is needed there. However, the induction of the wavelength in the direction perpendicular to the antenna member is not described.

또한 DE 38 34 075 A1과 IEEE 안테나와 전파에 관한 트랜잭션, 42권, 번호 2.1 1994년 2월, 260-264쪽에 따른 장치는 안테나 부재와 윈드 스크린 사이에 유전층을 갖춘 장치이다. 이 장치도 마찬가지로 간단한 방식으로 추후 장착이 불가능하다. 상기 유전층이 크기에 의해 주로브에 영향을 주는 것은 제시되어 있지 않다.Also, the device according to DE 38 34 075 A1 and the Transactions on IEEE Antennas and Radio Waves, Vol. 42, No. 2.1 February 1994, pp. 260-264, is a device with a dielectric layer between the antenna element and the windscreen. This device is likewise simply impossible to mount later. It is not suggested that the dielectric layer influence the primary by size.

본 발명은 청구범위 1 항의 전제부에 따른 것으로서, 차량기기와 차량 외부의 송신기 및/또는 수신기간의 무선 통신을, 특히 GHz-범위의 주파수로 무선통신을 할 목적으로 평면 안테나를 자동차의 윈드 스크린 내측에 장착하기 위한 안테나 장치에 관한 것이다.According to the preamble of claim 1, the present invention relates to a windscreen of a motor vehicle with a flat antenna for the purpose of wireless communication between a vehicle device and a transmitter and / or receiver external to the vehicle, in particular in a frequency range of GHz. An antenna device for mounting on the inside.

도 1은 본 발명에 따른 안테나 장치의 개략적 단면도.1 is a schematic cross-sectional view of an antenna device according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 안테나 장치의 지향 특성을 종래 장치 및 윈드 스크린이 없는 안테나 장치와 비교 도시한 도면.2 shows a comparison of the directivity of an antenna device according to the invention with a conventional device and an antenna device without a wind screen.

따라서 본 발명의 목적은 차량 외부의 송신기 및/또는 수신기와의 통신 신뢰도를 향상시킨 안테나 장치를 제공하는 것이다. 상기한 목적은 본 발명에 따라 청구항 1항의 특징을 가진 안테나 장치를 통해 성취된다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna device having improved communication reliability with a transmitter and / or a receiver outside a vehicle. The above object is achieved through an antenna device having the features of claim 1 in accordance with the invention.

윈드 스크린과 안테나 사이에 삽입된 중간부재를 사용함으로써, 윈드 스크린과 안테나간의 또는 윈드 스크린과 공기간의 그리고 공기가 안테나간의 천이부에서 발생하는 반사량이 감소된다. 그 이유는 상이한 층들 사이에서 유전율의 급격한 변동이 감소되기 때문이다. 또한 상기 유전 중간부재는 그 측면 경계가 안테나의 지향특성에 영향을 주도록 구성되어 있다. 플레이트형 중간 부재를 삽입함으로써, 상기 윈드 스크린으로 인해 발생되는 지향특성의 좁아짐이 거의 완전히 제거될 수 있다. 이로써 안테나와의 통신이 윈드 스크린의 중간접속 없이도 가능하다. 상기 중간부재의 사용에 의해 안테나와 윈드스크린 사이의 간격이 감소될 수 있는데, 그이유는 중간 부재의 유전율로 인해 작은 기계적 간격에서 동일한 전기적 간격이 얻어지기 때문이다.By using an intermediate member inserted between the wind screen and the antenna, the amount of reflection that occurs at the transition between the wind screen and the antenna or between the wind screen and the air and between the antenna is reduced. The reason is that the rapid fluctuations in permittivity between different layers are reduced. In addition, the dielectric intermediate member is configured such that its side boundary affects the directivity of the antenna. By inserting the plate-shaped intermediate member, the narrowing of the directivity caused by the wind screen can be almost completely eliminated. This allows communication with the antenna without intervening windscreens. The spacing between the antenna and the windscreen can be reduced by the use of the intermediate member, because the same electrical spacing is obtained at a small mechanical spacing due to the dielectric constant of the intermediate member.

윈드 스크린과 안테나간의 전기적 유효 간격은 파장의 1/2의 배수로 세팅된다. 실제 구성시에는 상기 간격이 파장의 1/2로 세팅된다. 이 때 구조적인 이유에서 중요하다고 판단될 시에는, 상기 중간부재와 윈드 스크린 및/또는 상기 안테나와의 사이에 공기틈을 형성할 수도 있다.The electrical effective distance between the wind screen and the antenna is set in multiples of one half of the wavelength. In an actual configuration the spacing is set to one half of the wavelength. In this case, when it is determined to be important for structural reasons, an air gap may be formed between the intermediate member and the wind screen and / or the antenna.

또한 상기 중간부재를 동일한 유전율 및 상이한 길이를 가진 여러부분으로 구성할 수도 있다. 이로 인해, 얇은 차량기기 하우징벽을 안테나와 윈드 스크린사이에 끼워넣을 수 있게 된다. 이 경우에는 중간부재의 남은 부분에 의해서만 경계가 생긴다.In addition, the intermediate member may be composed of several parts having the same dielectric constant and different length. This makes it possible to sandwich the thin vehicle housing wall between the antenna and the wind screen. In this case, the boundary is created only by the remaining part of the intermediate member.

특히 상기 중간부재는 3 내지 5, 특히 4의 유전율을 가진 플라스틱으로 구성된다.In particular, the intermediate member consists of a plastic having a dielectric constant of 3 to 5, in particular 4.

상기 중간부재는 바람직하게는 플레이트 형태로 형성되는데, 상기 중간 부재의 형태는 특히 평면 안테나의 형태에 해당한다. 그러나, 바람직하게는 실린더 플레이트 형태의 중간 부재가 안테나 쪽을 향한 표면이 안테나의 표면보다 약간 크도록 설계되는 것이 바람직하다. 이 때 상기 중간 부재의 표면은 안테나의 표면보다 2배 이상 크지 않아야 한다.The intermediate member is preferably formed in the form of a plate, the shape of which is in particular a planar antenna. Preferably, however, the intermediate member in the form of a cylinder plate is preferably designed such that the surface facing the antenna is slightly larger than the surface of the antenna. At this time, the surface of the intermediate member should not be more than twice as large as the surface of the antenna.

본 발명에 따른 안테나 장치는 각 안테나마다 중간부재가 설치됨으로써, 하나의 차량 기기가 다수의 안테나로 구현될 수도 있다. 이 때 상기 안테나들은 하나의 공동 캐리어 기판 위에 장착되는 것이 바람직하다.In the antenna device according to the present invention, since an intermediate member is installed in each antenna, one vehicle device may be implemented as a plurality of antennas. In this case, the antennas are preferably mounted on one common carrier substrate.

본 발명은 이하에서 도면에 도시된 실시예와 관련하여 상세히 설명하기로 한다.The invention will now be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings.

도 1은 캐리어기판(1)을 도시하고 있다. 상기 캐리어기판 상부로는 평면 안테나(2), 예를 들자면 사실상 원형 안테나부재가 장착되어 있다. 상기 안테나(2)와 차량의 윈드 스크린(3) 사이에는 중간부재(4)가 삽입되어 있다. 상기 중간부재는 도시된 실시예에서는 대략 4에 해당하는 유전율을 지니는 원형실린더 플라스틱 유리로서 구성되어 있다. 상기 중간장치(4)의 두께는 안테나(2)와 윈드 스크린(3)간의 간격이 전기적으로 파장의 1/2에 해당하도록 선정한다. 상기 유전율이 약 4이므로 상기 중간부재의 두께는 반송주파가 5.8GHz일 경우에 약 12mm에 달한다.1 shows a carrier substrate 1. Above the carrier substrate is mounted a planar antenna 2, for example a substantially circular antenna member. An intermediate member 4 is inserted between the antenna 2 and the windscreen 3 of the vehicle. The intermediate member is constructed as a circular cylinder plastic glass having a dielectric constant of approximately four in the illustrated embodiment. The thickness of the intermediate apparatus 4 is selected so that the distance between the antenna 2 and the wind screen 3 corresponds to 1/2 of the wavelength electrically. Since the dielectric constant is about 4, the thickness of the intermediate member amounts to about 12 mm when the carrier frequency is 5.8 GHz.

도 1에 도시된 바와 마찬가지로 상기 중간부재(4)의 직경은 상기 안테나(2)직경보다 약간 더 크다. 그러나, 상기 중간부재(4)에서 안테나(2)를 바라보는 측면은 안테나(2)의 표면보다 2배 이상 크지는 않다.As shown in FIG. 1, the diameter of the intermediate member 4 is slightly larger than the diameter of the antenna 2. However, the side facing the antenna 2 in the intermediate member 4 is not more than twice as large as the surface of the antenna 2.

도 2는 세 개의 지향특성(A, B, C)을 도시하고 있다.2 shows three directivity characteristics (A, B, C).

지향특성 A는 윈드 스크린(3)의 중간부재가 없는 평면 안테나(2)에 적용된다. 도시된 바에 따르면 상기 평면 안테나(2)의 표면에 대한 입사각이 매우 작을때야 비로서 현저한 감쇠가 나타나기 때문에 경사져 입사하는 전자기 파에 대해서도 우수한 수신 및 송신결과를 얻을 수 있다.The directivity characteristic A is applied to the flat antenna 2 without the intermediate member of the wind screen 3. As shown in the drawing, when the angle of incidence on the surface of the planar antenna 2 is very small, a significant attenuation appears, so that excellent reception and transmission results can be obtained with respect to the inclined electromagnetic wave.

이와 반대로 상기 윈드 스크린(3) 후방에서, 예를 들어 파장의 1/2 정도의 거리를 유지하도록 장착된 평면 안테나(2)는 곡선 B에 따른 지향 특성을 보인다. 이 곡선은 수직 입사방향과의 편차가 비교적 적을 경우에도 감쇠가 크게 일어나기 때문에 비교적 경사지게 세워진 윈드 스크린 또는 다른 이유로 인해 경사지게 입사하는 신호들은 지속적인 통신 장애를 일으킨다는 것을 보여준다.On the contrary, the plane antenna 2 mounted behind the wind screen 3, for example, to maintain a distance of about 1/2 of the wavelength, exhibits a directivity characteristic according to curve B. FIG. This curve shows that even if the deviation from the vertical incidence direction is relatively small, the attenuation occurs largely, so that signals that are inclined due to a relatively inclined windscreen or for other reasons cause persistent communication disturbances.

이와 반대로 상기 안테나(2)와 윈드 스크린(3)과의 사이에 유전 중간부재(4)가 삽입되면 곡선 C가 나타나는데, 이 곡선 C는 사실상 그 질적인 면으로 볼 때 곡선 A에 해당한다. 상기 윈드 스크린(3)의 존재로 인해 나타나는 지향특성의 열화(곡선 A에서부터 곡선 B로의 천이)는 상기 유전 중간부재(4)를 삽입함으로써 보상될 수 있다.On the contrary, when the dielectric intermediate member 4 is inserted between the antenna 2 and the wind screen 3, curve C appears, which corresponds to curve A in terms of quality. Deterioration of the directivity characteristic (transition from curve A to curve B) due to the presence of the wind screen 3 can be compensated for by inserting the dielectric intermediate member 4.

Claims

In the antenna device for mounting the planar antenna (2) inside the wind screen (3) of the vehicle for the purpose of wireless communication between the vehicle device and the transmitter or receiver outside the vehicle, particularly at a frequency in the GHz range. Between 2) and the wind screen 3, a dielectric intermediate member 4 having a dielectric constant between the dielectric constant of the wind screen 3 and the atmospheric dielectric constant is inserted in order to influence the directivity characteristic of the antenna 2. In the antenna device,

The side of the intermediate member (4) facing the antenna (2) is slightly larger than the surface of the antenna (2), but does not exceed more than twice the size of the surface of the antenna (2).

2. The electrical effective distance between the windscreen 3 and the antenna 2 is set to about n.1 / 2 of the wavelength, wherein the value of n is a natural number greater than or equal to zero. Antenna device.

2. Antenna device according to claim 1, characterized in that there is an air gap between the intermediate member (4) and the wind screen (3) and / or the antenna (2).

The antenna device according to any one of claims 1 to 3, wherein the intermediate member (4) is composed of several parts having the same dielectric constant and different lengths.

The antenna device according to any one of claims 1 to 4, wherein the intermediate member (4) is made of plastic having a dielectric constant of 3 to 5.

6. The antenna device of claim 5 wherein the dielectric constant is about four.

The antenna device according to any one of claims 1 to 6, wherein the intermediate member (4) is configured in the form of a plate.

8. Antenna device according to one of the preceding claims, characterized in that the shape of the intermediate member (4) corresponds to the shape of a flat antenna (2).

9. Antenna device according to one of the preceding claims, characterized in that at least two antennas (2) are arranged on the windscreen (3), respectively, on the intermediate member (4).

10. Antenna device according to claim 9, characterized in that the antennas (2) are installed on one common carrier substrate (1).