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Diese
Erfindung betrifft allgemein eine Fahrzeugantennenvorrichtung und
insbesondere eine Fahrzeugantennenvorrichtung mit einem verbesserten
kapazitiven Erdungssystem für
eine VHF- und UHF-Fahrzeugantennenvorrichtung.
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Die
meisten modernen Fahrzeuge enthalten ein Autoradio, das eine Antennenvorrichtung
erfordert, um Rundfunksendungen mit Amplitudenmodulation (AM) und
Frequenzmodulation (FM) von verschiedenen Funkstationen zu empfangen.
Viele Fahrzeugantennenvorrichtungen umfassen eine Dipolantenne,
die sich von einem Fahrzeugkotflügel, einem
Fahrzeugdach oder einer anderen passenden Stelle an dem Fahrzeug
erstreckt, um diese Rundfunksendungen empfangen zu können.
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Eine
derartige Kraftfahrzeugantennenvorrichtung ist beispielsweise in
der
DE 44 39 388 C1 beschrieben.
Es handelt sich hierbei um eine Antenne mit einem von der Karosserie
nach außen
wegragenden Antennendraht und einem innerhalb der Karosserie angeordneten
scheibenförmigen
Antennenfuß,
in dem ein an den Antennendraht anzuschließendes Ende einer Hochfrequenzleitung
eingegossen ist. Die Hochfrequenzleitung ist im Innern des Antennenfußes abisoliert
und von einer ringförmigen Kontaktierung
umschlossen, die zur Oberfläche
des Antennenfußes
in ein folienartiges Kontaktblech übergeht, das sich über nahezu
die gesamte Oberfläche
des Antennenfußes
erstreckt und durch das sich im montierten Zustand eine kapazitive
Masseankopplung an das Karosserieblech ergibt.
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Verbesserungen
von Fahrzeugantennenvorrichtungen haben die Entwicklung von Heckfensterantennenvorrichtungen
umfaßt,
bei denen Antennenelemente an einer Heckscheibe des Fahrzeugs ausgebildet
sind. Die Antennenelemente bei den Heckfensterantennenvorrichtungen
bestehen typischerweise aus einer leitfähigen Fritte, die auf einer
Innenfläche
des Fensters abgeschieden ist. Zusätzlich sind auch Fahrzeugwindschutzscheibenantennen entwickelt
worden, wie beispielsweise die Solar-Ray-Antenne, die in dem U.S.-Patent Nr. 5,528,314
offenbart ist. Die Solar-Ray-Antenne
umfaßt
einen transparenten leitfähigen
Film, der zwischen die inneren und äußeren Glastafeln der Windschutzscheibe
laminiert ist. Die Windschutzscheiben- und Heckfensterantennenvorrichtungen
sehen gegenüber
Mastantennenvorrichtungen eine Anzahl von Vorteilen wie beseitigtes
Windgeräusch,
verringerter Widerstand an dem Fahrzeug, Verhinderung einer Korrosion
der Antennenelemente, keine Leistungsänderung im Laufe der Zeit,
verringerte Gefahr bezüglich
Vandalismus und verringerte Kosten und leichtere Anbringung vor.
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Fortschritte
in den Fahrzeugkommunikationstechnologien haben zum Bedarf für verschiedene Hochfrequenzantennen
geführt,
um einen Empfang für
verschiedene Kommunikationssysteme zu schaffen, wie beispielsweise
Funkfrequenzzubehör
(RFA) und schlüssellose
Zugangssysteme, Mobilfunktelefone, globale Positionsbestimmungssysteme
(GPS), Personenkommunikationssysteme (PCS), Gebührensysteme, Garagentüröffner, etc.
Da diese Antennenvorrichtungen bei höheren Frequenzen als den AM-
und FM-Frequenzbändern
arbeiten, ist die Größe der Antenne
im Vergleich zu AM- und FM-Antennenvorrichtungen verringert. Diese
Hochfrequenzantennen müssen
auf einem Fahrzeug an einer Stelle positioniert sein, an der die
Antennenstrahlung nicht nachteilig durch die leitende Fahrzeugkarosserie
beeinflußt
wird. Es ist vorgeschlagen worden, Hochfrequenzantennen in der Fahrzeugwindschutzscheibe oder
Heckfensterscheibe in Verbindung mit den existierenden AM-/FM-Antennen
vorzusehen. Bei einer Ausführung
sind die Hochfrequenzantennen auf einer Innenfläche der inneren Glastafel der
Windschutzscheibe entlang eines getönten oberen Randes der Windschutzscheibe
angebracht, so daß sie die
Sicht des Fahrzeugbedieners nicht behindern.
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Jede
der verschiedenen Fahrzeugscheibenantennen umfaßt typischerweise eine Antenneneinspeisung,
die gewöhnlich
ein Koaxialkabel ist, das mit der Antenne an einer Stelle verbunden
ist, die für eine
optimale Leistung geeignet ist. Das Kabel kann mit dem Antennenelement
entweder direkt verbunden oder mit dem Antennenelement durch die
Fahrzeugscheibe kapazitiv gekoppelt sein. Der Mittelleiter des Kabels
ist mit dem Antennenelement elektrisch verbunden und der Außenleiter
oder die Abschirmung des Kabels ist mit der Fahrzeugerdung, gewöhnlich einem
Fahrzeugkarosserieblech elektrisch verbunden. Eine Antennenkonstruktion,
die eine optimale Leistung vorsieht, würde erfordern, daß die Abschirmung
des Koaxialeinspeisungskabels so nahe wie möglich an dem Rand der Fensteröffnung endet
und an der Fahrzeugkarosserieblech DC-geerdet ist. Diese Stelle
sieht einen Niederimpedanzweg für
sowohl DC- als auch RF-Signale vor. Antennenleistungsmessungen zeigen
jedoch, daß der
tatsächliche
Erdungspunkt für
das Einspeisungskabel mit einem Abstand von bis zu einem Zwanzigstel
der gewünschten
Empfangswellenlänge
S ohne wesentliche Beeinflussung der Empfangseigenschaften der Antenne
angeordnet sein kann.
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Bei
einer bekannten Ausführung
ist die DC-Erdung für
die Solar-Ray-Antenne
durch Löten einer
Metallhalterung an die Abschirmung des Einspeisungskabels vorgesehen.
Die Halterung ist an der Fahrzeugkarosserie mittels einer Erdungsschraube
etwa 5 Inch von der Fensteröffnung
oder etwa S/25 von der Mitte des FM-Frequenzbandes entfernt befestigt.
Es hat sich gezeigt, daß dieser
Typ einer Einspeisungsanordnung für vorgeschlagene UHF- und VHF-Antennen
aufgrund bestimmter Herstellungsbelange unakzeptabel ist.
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Die
US 5,083,135 beschreibt
eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 339 11 178
C2 ist ein Scheiben-Antennensystem für Kraftfahrzeuge für Frequenzen
bis in den UHF-Bereich mit mindestens zwei Antennen bekannt, bei
dem die Außenmäntel koaxialer Hochfrequenz-Ausgangsleitungen
galvanisch mit einem Massepunkt einer elektrisch leitenden Fahrzeugkarosserie
verbunden sind, um eine Antennenerdung zu erreichen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes Erdungssystem
für UHF-
und VHF-Fahrzeugantennen zu schaffen.
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Zur
Lösung
der Aufgabe ist eine Antennenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 vorgesehen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein kapazitives Erdungssystem für eine VHF- und UHF-Fahrzeugantenne
offenbart. Die Abschirmung eines Koaxialeinspeisungskabels ist an
einem Rand des Fahrzeugkarosserie blechs in der Nähe einer Fahrzeugfensteröffnung kapazitiv
mit einem Fahrzeugkarosserieblech gekoppelt. Das Einspeisungskabel
ist direkt an dem Fahrzeugkarosserieblech durch Klebebandbefestigung,
Klebstoffbefestigung, etc. an dieser Stelle befestigt. Die resultierende
Kapazität
zwischen der Abschirmung und dem Fahrzeugkarosserieblech hat einen
sehr niedrigen Impedanzweg für
RF-Signale zur Folge.
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Zusätzliche
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
und den angefügten
Ansprüchen
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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1 ist
eine Draufsicht einer Fahrzeugwindschutzscheibe mit einer RFA-Antenne
und einer Solar-Ray-Antenne und zugehörigen Koaxialeinspeisungskabeln
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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2 ist
eine Draufsicht eines Endes des in 1 gezeigten
RFA-Einspeisungskabels,
das an einem Rand eines Fahrzeugkarosserieblech befestigt ist, gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
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3 ist
eine Schnittansicht des an der Fahrzeugkarosserie befestigten RFA-Einspeisungskabels.
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Die
folgende Diskussion der bevorzugten Ausführungsformen, die auf die kapazitive
Kopplung einer Abschirmung eines Koaxialeinspeisungskabels für eine VHF-
und UHF-Fahrzeugantenne gerichtet ist, ist lediglich beispielhafter
Natur und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung oder ihre Applikationen
oder Verwendungen zu begrenzen. Insbesondere betrifft die Diskussion
unten ein Einspeisungskabel für
eine RFA-Antenne in einem Fahrzeug. Die Erfindung kann jedoch genau
so gut für
andere Fahrzeugantennen wie auch Nicht-Fahrzeugantennen verwendet
werden.
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1 ist
eine Draufsicht einer Fahrzeugwindschutzscheibe 10 von
vorn, die von dem Fahrzeug (nicht gezeigt) entfernt ist. Die Windschutzscheibe 10 umfaßt einen
oberen getönten
Bereich 12 und eine schattierte Einfassung 14.
Die Windschutzscheibe 10 umfaßt ferner eine Solar-Ray-Antenne 18 für einen
AM- und FM-Empfang vom in dem oben beschriebenen > 314 Patent offenbarten
Typ. Die Solar-Ray-Antenne 18 umfaßt einen leitfähigen Film, der
wie gezeigt gestaltet ist, um ein Abstimmelement 20 und
ein Impedanzelement 22 zu bilden, wobei das Abstimmelement 20 entlang
eines oberen Randes 28 der Windschutzscheibe 10 verläuft. Die
Antenne 18 umfaßt
ferner einen Vertikalverbindungsabschnitt 24, der das Impedanzelement 22 mit
dem Abstimmelement 20 verbindet. Eine Verbindungslasche 26 erstreckt
sich von dem Abstimmelement 20 vertikal aufwärts beinahe
zu dem oberen Rand 28 der Windschutzscheibe 10.
Der leitfähige
Film ist auf einer Innenfläche
einer Außenglaslage 30 der
Windschutzscheibe 10 ausgebildet, so daß er zwischen der Außenglaslage 30 und
einer Innenglaslage 32 (siehe 3) der Windschutzscheibe 10 positioniert
ist.
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Ein
Koaxialeinspeisungskabel 40 bildet die Einspeisungsverbindung
für die
Antenne 18 und ist mit dem Abstimmelement 20 an
einer geeigneten Stelle verbunden, um eine optimale Antennenleistung
zu schaffen. Ein Mittelleiter 42 des Kabels 40 ist mit
einem leitfähigen
Verbindungselement 44 verbunden, das an einer Innenfläche der
Außenglaslage 30 der
Wind schutzscheibe ausgebildet ist. Das Verbindungselement 44 ist
so an einer Stelle positioniert, daß es mit der Verbindungslasche 26 an
der Außenglaslage 30 elektrisch
gekoppelt ist. Die Abschirmung 46 des Kabels 40 ist
an einem Fahrzeugkarosserieblech an einer geeigneten Stelle nahe
dem Rand des Fahrzeugkarosserieblechs geerdet, wie oben diskutiert
ist.
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Die
Windschutzscheibe 10 umfaßt auch eine Antenne 50 mit "T-förmigem" Verbindungselement, die
auch zwischen der Innenlage 32 und der Außenglaslage 30 der
Windschutzscheibe 10 in dem getönten Bereich 12 ausgebildet
ist. Die Verbindungselementantenne 50 ist eine Hochfrequenzantenne
zum Empfang von VHF- und UHF-Signalen und besitzt eine besondere
Anwendung zur Verwendung als eine RFA-Antenne. Die Antenne 50 besitzt
andere Hochfrequenzanwendungen einschließlich der Verwendung als GPS-Antenne,
Gebührenantenne,
Garagentüröffnerantenne,
PCS-Antenne, etc.
Ein Koaxialeinspeisungskabel 52 sieht die Einspeisung für die Antenne 50 vor.
Das Kabel 52 umfaßt
einen Mittelleiter 54, der mit einem leitfähigen Verbindungselement 56 elektrisch
verbunden ist, das auf einer Innenfläche der Innenglaslage 32 der
Windschutzscheibe 10 ausgebildet ist. Das leitfähige Verbindungselement 56 ist
bei dieser Ausführungsform durch
die Innenglaslage 32 mit der Antenne 50 kapazitiv
gekoppelt. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Antenne 50 an
einer Innenfläche
der Innenglaslage 32 ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform
würde der
Mittelleiter 54 direkt mit der Antenne 50 verbunden
und das in 3 gezeigte Verbindungselement 56 wäre beispielsweise
die Antenne 50.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Kabels 52,
der an einem Fahrzeugkarosserieblech 60 befestigt ist. 3 ist
eine Schnitt ansicht eines Abschnittes des Karosserieblechs 60 und
der Windschutzscheibe 10, die die Verbindung des Kabels 52 mit
der Antenne 50 zeigt. Die Windschutzscheibe 10 ruht
auf einem Flansch 62 des Karosserieblechs 60 und
ist durch einen Dichtstreifen 64 daran abgedichtet, wie
beispielsweise einem Urethan-Dichtstreifen, wie in der Technik bekannt
ist. Das Kabel 52 kann an dem Karosserieblech 60 durch eine
geeignete Befestigungsvorrichtung, wie beispielsweise Kleben, Bandbefestigung,
etc. befestigt sein. Bei dieser Ausführungsform ist das Kabel 52 an dem
Flansch 62 durch einen Haftstreifen 66 über eine
Strecke von etwa 100 mm entlang der Länge des Kabels 52 befestigt.
Zusätzlich
zu dem Mittelleiter 54 umfaßt das Kabel 52 eine
Koaxialanordnung aus einer inneren dielektrischen Lage 68,
einer Abschirmung 70 und einer äußeren dielektrischen Abdeckung 72,
wie gezeigt ist. Es ist offensichtlich, daß die Abschirmung 70 fluchtend
mit einem Rand 74 des Karosserieblechs 60 in der
Nähe der Öffnung für die Windschutzscheibe 10 positioniert
ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist die Abschirmung 70 fluchtend mit dem Rand 74 positioniert,
so daß sie
so nahe wie möglich
an der Fensteröffnung ist.
Bei anderen Konstruktionen für
verschiedene Antennen kann das Kabel 52 an dem Karosserieblech 60 geringfügig entfernt
von dem Rand 74 befestigt sein, wobei es erforderlich ist,
daß es
sich innerhalb eines Zwanzigstels der Wellenlänge des interessierenden Frequenzbandes
befindet. Die resultierende Kapazität zwischen der Abschirmung 70 und
dem Karosserieblech 60 sieht einen sehr niedrigen Impedanzweg
für RF-Signale vor. Dieser
niedrige Impedanzweg für
FM- und RFA-Signale ist wesentlich niedriger als ihre jeweiligen
Kabelimpedanzen, d.h. 125 Ohm für
das FM-Kabel und 50 Ohm für
das RFA-Kabel.