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Die Erfindung betrifft eine Abschirmvorrichtung für eine Antennenanordnung eines Fahrzeug-Mauterfassungsgeräts.
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In bzw. an Fahrzeugen montierte Mauterfassungsgeräte dienen vorrangig der Verrechnung von Gebühren für mit dem Fahrzeug befahrene kostenpflichtige Streckenabschnitte und sind hierfür zur Kommunikation mit fest oder mobil angeordneten Infrastruktureinheiten, beispielsweise an Überkopfbrücken montierten Funkeinrichtungen, ausgebildet. Für eine zuverlässige Mauterfassung ist eine möglichst fehlerfreie und ungestörte Datenübertragung zwischen den Mauterfassungsgeräten und den Infrastruktureinheiten erforderlich. Störungen der Datenübertragung können durch im Fahrzeug mitgeführte, fest eingebaute oder mobile Hochfrequenzeinrichtungen, wie Mobilfunkgeräte, und durch Geräte aus dem Umgebungsbereich verursacht werden. Zwar kann die Beeinträchtigung der Datenübertragung durch solche Störsignale durch aufwändige Filterstrukturen reduziert werden, dies erfordert jedoch einen relativ hohen Aufwand für die Entwicklung der Mauterfassungsgeräte und verursacht somit höhere Kosten.
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Aus der
DE 692 02 405 T2 sind mit Lüftungseinrichtungen versehene Gehäuse mit einem schrägen Wandabschnitt bekannt, die auf Leiterplatten befestigt, insbesondere damit verlötet werden, um unter dem Gehäuse angeordnete Bauelemente gegen Interferenzen abzuschirmen. Der schräge Wandabschnitt verbessert die mechanische Stabilität des Gehäuses und reduziert dessen Platzbedarf. Diese Gehäuse sind jedoch ausgebildet, gemeinsam mit der Leiterplatte die zu schützenden Bauelemente einzukapseln, und würden eine Kommunikation dieser Bauelemente mit einer außerhalb des Gehäuses vorgesehenen Infrastruktureinheit unterbinden.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine Abschirmvorrichtung für eine Antennenanordnung eines Mauterfassungsgeräts wie eingangs angegeben zu schaffen, die eine möglichst störungsfreie Datenkommunikation mit Infrastruktureinheiten ermöglicht und kostengünstig herstellbar ist. Dabei soll die Richtcharakteristik der Antennenanordnung in Richtung der Infrastruktureinheiten durch die Abschirmvorrichtung möglichst nicht negativ beeinträchtigt werden, vorzugsweise für die Datenkommunikation mit den Infrastruktureinheiten verbessert werden, während von anderen Richtungen einfallende Störsignale, insbesondere auch jene, welche über die Windschutzscheibe des Fahrzeugs zur Antennenanordnung zurück reflektiert werden, wirkungsvoll abgeschirmt werden. Zudem sollen im Allgemeinen unerwünschte Antennenkeulen reduziert werden.
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Hierfür sieht die Erfindung eine Abschirmvorrichtung wie in Anspruch 1 definiert vor. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Zur Lösung der Aufgabe ist die Abschirmvorrichtung ausgebildet mit einem an einer Vorderseite der Antennenanordnung angeordneten Abschirmkörper aus elektromagnetische Felder abschirmendem Material, welcher in der Gebrauchsstellung eine in Hauptstrahlrichtung der Antennenanordnung weisende offene Vorderseite, eine zur Vorderseite des Abschirmkörpers gegenüberliegende, zumindest teilweise offene Rückseite und eine zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Abschirmkörpers angeordnete, entlang ihres Umfangs geschlossene Seitenfläche aufweist. Der Abschirmkörper, im Folgenden auch als erster Abschirmkörper oder erst-genannter Abschirmkörper bezeichnet, schirmt somit die Vorderseite der Antennenanordnung gegen unerwünschte bzw. störende elektromagnetische Felder ab. Um die gewünschte Kommunikation des Mauterfassungsgeräts mit Infrastruktureinheiten durch die Abschirmvorrichtung nicht zu beeinträchtigen, weist der erste Abschirmkörper eine offen ausgebildete Vorderseite auf, wobei die Öffnung der Vorderseite in einer im Fahrzeug montierten Gebrauchsstellung des Mauterfassungsgeräts in Hauptstrahlrichtung bzw. in Richtung der Hauptkeule der Antennenanordnung weist. Auf diese Weise wird die Richtcharakteristik der Antennenanordnung in Hauptstrahlrichtung bzw. in Hauptkeulenrichtung durch die Abschirmvorrichtung nicht negativ beeinflusst. Die zwischen der Vorderseite und der Rückseite des ersten Abschirmkörpers angeordnete Seitenfläche ist entlang ihres Umfangs geschlossen ausgebildet, um jene elektromagnetischen Felder von der Antennenanordnung fernzuhalten, die nicht in Hauptkeulenrichtung auf die Antennenanordnung auftreffen. Dies betrifft Störsignale, die direkt von der Seite oder indirekt über die Windschutzscheibe des Fahrzeugs reflektiert gegen die Vorderseite der Antennenanordnung gerichtet sind. Im Wesentlichen treffen diese Störsignale in einem Winkel zwischen der Hauptkeule der Antennenanordnung und einem rechten Winkel auf die Hauptstrahlrichtung der Antennenanordnung auf die Abschirmvorrichtung auf. Die der Vorderseite des ersten Abschirmkörpers gegenüberliegende Rückseite des ersten Abschirmkörpers ist zumindest teilweise offen ausgebildet, um innerhalb der randseitigen Begrenzung der Rückseite zumindest einen Teil der Antennenanordnung aufnehmen zu können. Die Rückseite des ersten Abschirmkörpers ist an der Vorderseite der Antennenanordnung angeordnet bzw. damit verbunden.
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Der erste Abschirmkörper ist aus einem elektromagnetische Felder abschirmenden Material, beispielsweise einem elektrisch leitfähigen Metall wie Kupfer, ausgebildet. Die Antennenanordnung weist im Allgemeinen eine elektrisch isolierende Grundplatte, für gewöhnlich eine Printplatte auf, welche mit einer elektrisch leitenden Massefläche beschichtet ist, und eine Antenne, im Allgemeinen eine Patchantenne, sowie eine Speiseleitung für die Antenne trägt. Der erste Abschirmkörper kann an unterschiedlich ausgebildeten Antennenanordnungen angeordnet sein. Günstiger Weise weist die Antennenanordnung jedoch die Massefläche auf der gesamten Rückseite auf, wobei dann die Speiseleitung und die Patchantenne, welche direkt auf der Grundplatte oder mit Abstand zu dieser ausgebildet sein kann, auf der Vorderseite der Antennenanordnung angeordnet sind. Auf diese Weise bewirkt die Massefläche eine Abschirmung der Antennenanordnung an deren Rückseite. Ebenso günstig ist es, wenn die Massefläche im Inneren einer aus mehreren übereinander liegenden Schichten aufgebauten Grundplatte bzw. Antennenanordnung als eine dieser Schichten, in Hauptstrahlrichtung betrachtet hinter der Antenne, angeordnet ist. Der erste Abschirmkörper ist mit der Grundplatte günstiger Weise ohne einen Zwischenraum, welcher für Störsignale durchlässig wäre, verbunden. Um die Abmessungen der Abschirmvorrichtung gering zu halten, kann die Rückseite des ersten Abschirmkörpers eine kleinere Fläche als die Grundplatte aufweisen und auf die Grundplatte aufgesetzt sein. Der erste Abschirmkörper kann die Grundplatte jedoch ebenso umschließen. Die Rückseite des ersten Abschirmkörpers kann vollständig offen ausgebildet sein, wenn die Störsignale durch die Seitenflächen des ersten Abschirmkörpers und durch die Massefläche der Antennenanordnung ausreichend abgeschirmt werden können.
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Die Abschirmvorrichtung ist somit ausgebildet, Störsignale, die von der Seite auf die Antennenanordnung gerichtet sind, und Störsignale, die vom Fahrzeuginnenraum auf die Windschutzscheibe treffen und von dieser in Richtung der Antennenanordnung zurück reflektiert werden, abzuschwächen bzw. abzuschirmen. Die Abschirmvorrichtung kann die Richtcharakteristik der Antennenanordnung auch verbessern. Es konnte insbesondere eine Verbreiterung der Hauptkeule mit einer solchen Abschirmvorrichtung beobachtet werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Infrastruktureinheiten in Bezug auf das Mauterfassungsgerät besonders tief oder besonders hoch montiert sind, sodass die Datenkommunikation größtenteils über die Randbereiche der Hauptkeule erfolgt. Die Seitenfläche des ersten Abschirmkörpers erstreckt sich über die Antennenanordnung hinaus in Hauptkeulenrichtung und erzwingt somit einen minimalen Abstand der Antennenanordnung zur Windschutzscheibe des Fahrzeugs. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich wegen der Materialeigenschaften der Windschutzscheibe eine ungünstige Richtcharakteristik der Antennenanordnung einstellen würde, wenn die Antennenanordnung bzw. das Mauterfassungsgerät in einem kleineren Abstand sehr nahe bzw. direkt an der Windschutzscheibe positioniert wäre.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Abschirmvorrichtung zudem ausgebildet mit einem an einer Rückseite der Antennenanordnung angeordneten weiteren Abschirmkörper aus elektromagnetische Felder abschirmendem Material, welcher in der Gebrauchsstellung eine in Hauptstrahlrichtung der Antennenanordnung weisende, zumindest teilweise offene Vorderseite, eine zur Vorderseite des weiteren Abschirmkörpers gegenüberliegende, im Wesentlichen geschlossene Rückseite und eine zwischen der Vorderseite und der Rückseite des weiteren Abschirmkörpers angeordnete, im Wesentlichen entlang ihres Umfangs geschlossene Seitenfläche aufweist. Diese Ausführungsform ist besonders jedoch keinesfalls ausschließlich geeignet, um Antennenanordnungen abzuschirmen, welche die Massefläche an der Vorderseite, die Speiseleitung an der Rückseite und einen Kopplungsschlitz aufweisen. Der weitere Abschirmkörper, d. h. zusätzliche Abschirmkörper, im Folgenden auch zweiter Abschirmkörper genannt, schirmt somit die Rückseite der Antennenanordnung gegen unerwünschte bzw. störende elektromagnetische Felder ab. Zudem reduziert der zweite Abschirmkörper, je nach Ausbildung der Antennenanordnung, allfällige von der Antennenanordnung selbst erzeugte, aber unerwünschte Antennenstrahlung entgegengesetzt zur Hauptstrahlrichtung. Die Vorderseite des zweiten Abschirmkörpers, welche an der Rückseite der Antennenanordnung angeordnet bzw. damit verbunden ist, ist zumindest teilweise offen ausgebildet, um innerhalb der randseitigen Begrenzung der Vorderseite des zweiten Abschirmkörpers zumindest einen Teil der Antennenanordnung, beispielsweise eine Speiseleitung, aufnehmen zu können. Die zwischen der Vorderseite und der Rückseite des zweiten Abschirmkörpers angeordnete Seitenfläche ist im Wesentlichen entlang ihres Umfangs geschlossen, um von der Seite gegen den zweiten Abschirmkörper gerichtete Störsignale von der Antennenanordnung fernzuhalten. Die zur Vorderseite des zweiten Abschirmkörpers gegenüberliegende Rückseite des zweiten Abschirmkörpers ist ebenfalls im Wesentlichen geschlossen ausgebildet, um von der Rückseite des Mauterfassungsgeräts auf die Antennenanordnung, beispielsweise auf die Speiseleitung, auftreffende Störsignale wirksam abzuschirmen. Zudem reduzieren die Seitenfläche und die Rückseite des zweiten Abschirmkörpers allfällige von der Antennenanordnung selbst erzeugte, unerwünschte Antennenstrahlung in zur Hauptkeule entgegengesetzter Richtung, d. h. sie reduzieren die Rückkeule und die dieser zugeordneten Nebenkeulen. Auf diese Weise wird die Richtcharakteristik der Antennenanordnung verbessert. Durch die Reduktion der Rückkeule und ihrer Nebenkeulen werden deren allfällige Reflexionen im Fahrzeuginnenraum, welche erneut als Störsignale auf die Antennenanordnung auftreffen können, ebenfalls reduziert. Die Seitenfläche und die Rückseite des zweiten Abschirmkörpers müssen jedoch nicht vollständig geschlossen ausgebildet sein, sondern können Durchgangsöffnungen, beispielsweise für zur Antennenanordnung führende elektrische Leitungen, aufweisen.
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Der zweite Abschirmkörper ist aus einem elektromagnetische Felder abschirmenden Material, beispielsweise einem elektrisch leitfähigen Metall wie Kupfer, ausgebildet. Der zweite Abschirmkörper ist mit der Grundplatte günstiger Weise ohne einen Zwischenraum, welcher für Störsignale durchlässig wäre, verbunden. Um die Abmessungen der Abschirmvorrichtung gering zu halten, kann die Vorderseite des zweiten Abschirmkörpers eine kleinere Fläche als die Grundplatte aufweisen und auf die Grundplatte aufgesetzt sein. Der zweite Abschirmkörper kann die Grundplatte jedoch ebenso umschließen. Insbesondere können der erste und der zweite Abschirmkörper einstückig ausgebildet sein. Die Vorderseite des zweiten Abschirmkörpers kann vollständig offen ausgebildet sein, wenn die Störsignale durch die Seitenfläche und durch die Rückseite des zweiten Abschirmkörpers und gegebenenfalls durch die Massefläche der Antennenanordnung ausreichend abgeschirmt werden können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind der erst-genannte Abschirmkörper und/oder der weitere Abschirmkörper elektrisch leitfähig mit einer Massefläche der Antennenanordnung verbunden. Die elektrische Verbindung des/der Abschirmkörpers) mit der Massefläche kann die Richtcharakteristik der mit der Abschirmvorrichtung versehenen Antennenanordnung verbessern. Eventuell kann es zur Erzielung einer günstigen Richtcharakteristik ausreichend sein, nur den erst-genannten, d. h. den ersten, oder vorzugsweise nur den weiteren, d. h. den zweiten, Abschirmkörper mit der Massefläche elektrisch zu verbinden, wobei dann der die Massefläche nicht elektrisch kontaktierende Abschirmkörper, wenn ein erster und ein zweiter Abschirmkörper vorgesehen ist, möglichst nahe an der Massefläche angeordnet wird. Die Massefläche kann sich vollständig entlang einer Seite der Grundplatte erstrecken oder nur einen Teil davon bedecken.
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Für eine besonders effiziente Datenkommunikation zwischen dem Mauterfassungsgerät und einer Infrastruktureinheit bei gleichzeitig zweckmäßiger Abschirmung von Störsignalen ist es günstig, wenn die Vorderseite des erst-genannten Abschirmkörpers eine größere Oberfläche als die Rückseite des erst-genannten Abschirmkörpers aufweist. Auf diese Weise kann ein erster Abschirmkörper mit zumindest einer in Bezug auf die Hauptstrahlrichtung der Antennenanordnung geneigten Seitenfläche, oder im Falle mehrerer geneigter Seitenflächen ein trichterförmiger erster Abschirmkörper geschaffen werden. Ein solcher Art geformter erster Abschirmkörper begünstigt die Ausbildung einer für die Datenkommunikation vorteilhaften Richtcharakteristik. Die Oberfläche der Vorderseite kann beispielsweise bis zu drei mal so groß, insbesondere etwa doppelt so groß wie die Oberfläche der Rückseite des ersten Abschirmkörpers sein. Eine darüber hinaus gehende Vergrößerung der offenen Vorderseite kann hingegen die Abschirmwirkung gegenüber von der Windschutzscheibe reflektierten Störsignalen reduzieren, sodass sich eine zu großflächige Vorderseite ungünstig auf die Richtcharakteristik der Antennenanordnung auswirkt.
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Wenn die Vorderseite und die Rückseite des erst-genannten Abschirmkörpers rund oder als Viereck ausgebildet sind, stellt sich eine besonders vorteilhafte Richtcharakteristik der Antennenanordnung ein. Zudem kann der erste Abschirmkörper mit dieser Formgebung einfach und kostengünstig hergestellt werden. Die Vorderseite und die Rückseite des ersten Abschirmkörpers können insbesondere eine rechteckige oder quadratische Querschnittsfläche aufweisen und die Vorderseite kann korrespondierend zur Oberfläche der Windschutzscheibe in Hauptstrahlrichtung gekrümmt bzw. gewölbt ausgebildet sein, um vollflächig an der Windschutzscheibe anzuliegen.
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Die Abschirmvorrichtung kann zur Erzielung einer geeigneten Richtcharakteristik und Abschirmwirkung besonders einfach positioniert werden, indem der erst-genannte Abschirmkörper an dem Mauterfassungsgerät, vorzugsweise lösbar, befestigt ist. Auf diese Weise kann eine durch einen Benutzer des Mauterfassungsgeräts verursachte ungünstige Anordnung des ersten Abschirmkörpers in Bezug auf die Antennenanordnung vermieden werden. Eine lösbare Befestigung des ersten Abschirmkörpers ermöglicht darüber hinaus auch seine Trennung vom Mauterfassungsgerät oder eine Korrektur seiner Position und hierdurch beispielsweise die Verwendung an mehreren unterschiedlichen Mauterfassungsgeräten. Vorzugsweise kann der erste Abschirmkörper auf das Mauterfassungsgerät aufgesteckt oder aufgeklemmt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorderseite des erst-genannten Abschirmkörpers mit der Rückseite des erst-genannten Abschirmkörpers einen Winkel ungleich null Grad einschließt. Hierdurch kann die Form des ersten Abschirmkörpers an Windschutzscheiben mit in Bezug auf die Hauptstrahlrichtung entsprechenden Neigungswinkeln angepasst werden. Eine geeignete Wahl des Winkels zwischen der Vorderseite und der möglichst vollständig auf der Antennenanordnung, insbesondere auf der Grundplatte, aufliegenden Rückseite des ersten Abschirmkörpers ermöglicht eine vollflächige Anlage der Vorderseite des ersten Abschirmkörpers an der Windschutzscheibe. Beispielsweise kann die Vorderseite um bis zu 30° gegenüber der Rückseite geneigt sein.
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Wenn der erst-genannte Abschirmkörper um eine im Wesentlichen in Hauptstrahlrichtung weisende Achse drehbar an dem Mauterfassungsgerät befestigt ist, kann der erste bzw. erst-genannte Abschirmkörper, dessen Vorderseite mit seiner Rückseite einen Winkel ungleich null Grad einschließt, durch Verdrehen mit seiner Vorderseite auf unterschiedlich geneigten Windschutzscheiben vorzugsweise vollflächig aufliegen, bei gleichbleibender Ausrichtung des Mauterfassungsgeräts bzw. der Hauptkeule der Antennenanordnung. Somit kann dieselbe Abschirmvorrichtung für Fahrzeuge mit unterschiedlich geneigten Windschutzscheiben, wie beispielsweise Personenkraftfahrzeugen, Kleintransportern und Lastkraftwagen, verwendet werden.
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Hinsichtlich einer einfachen und zuverlässigen Befestigung des Mauterfassungsgeräts und der Abschirmvorrichtung am Fahrzeug ist es günstig, wenn der erst-genannte Abschirmkörper und/oder der weitere Abschirmkörper mit einem Montagesockel für das Mauterfassungsgerät verbunden oder als Teil davon ausgebildet ist/sind. Ein mit dem Montagesockel verbundener erster und/oder zweiter Abschirmkörper erspart dem Benutzer des Mauterfassungsgeräts die Mühe, den Abschirmkörper und den Montagesockel getrennt anzuordnen. Zudem kann hierdurch die Position des oder der Abschirmkörper(s) in Bezug auf das Mauterfassungsgerät bzw. auf seine Antennenanordnung bereits vor der Montage im Fahrzeug geeignet festgelegt sein. Eine besonders kompakte Bauweise ergibt sich, wenn der erste Abschirmkörper und/oder der zweite Abschirmkörper als Teil des Montagesockels ausgebildet ist/sind. Insbesondere kann das Mauterfassungsgerät direkt mittels des ersten Abschirmkörpers an einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs montiert werden, wenn der erste Abschirmkörper zugleich als Montagesockel ausgebildet ist.
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Um die Antennenanordnung zuverlässig in einem geeigneten Abstand von der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs montieren zu können ist es besonders günstig, wenn in der Gebrauchsstellung des erst-genannten Abschirmkörpers der damit verbundene Montagesockel und/oder der Abstand zwischen der Vorderseite und der Rückseite des erst-genannten Abschirmkörpers für eine Positionierung der Vorderseite des erst-genannten Abschirmkörpers in Anlage an einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs ausgebildet sind. Die Ausbildung, insbesondere die Formgebung des Montagesockels legt ebenso wie der Abstand zwischen der an der Windschutzscheibe anliegenden Vorderseite und der an der Grundplatte aufliegenden Rückseite des ersten Abschirmkörpers die Position der Antennenanordnung in Bezug auf die Windschutzscheibe und somit die Richtcharakteristik der Antennenanordnung fest. Sowohl ein zu geringer als auch ein zu großer Abstand erweisen sich im Allgemeinen als ungünstig für die Datenkommunikation zwischen dem Mauterfassungsgerät und einer Infrastruktureinheit. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen der Windschutzscheibe und der Antenne, insbesondere der Patchantenne, im befestigten Zustand des Mauterfassungsgeräts zwischen einem Viertel und der Hälfte der Wellenlänge des mit der abgeschirmten Antennenanordnung abgestrahlten Sendesignals.
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Um das Mauterfassungsgerät einfach an verschiedenen Fahrzeugen bzw. Windschutzscheiben befestigen zu können kann zudem vorgesehen sein, dass mehrere als erst-genannter Abschirmkörper ausgebildete austauschbare Montagesockel vorgesehen sind. Somit kann abhängig vom Fahrzeugtyp oder der Geometrie und Neigung der Windschutzscheibe ein geeigneter Montagesockel aus einer Mehrzahl unterschiedlich geformter Montagesockel ausgewählt und mit dem Mauterfassungsgerät verbunden werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch weiter erläutert. Es zeigen:
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1a eine Antennenanordnung eines Mauterfassungsgeräts gemäß dem Stand der Technik mit einer Speiseleitung an der Rückseite;
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1b eine Antennenanordnung eines Mauterfassungsgeräts gemäß dem Stand der Technik mit einer Massefläche an der Rückseite;
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2 eine schematische Ansicht der von der Antennenanordnung aus 1a verursachten Mikrowellenstrahlung;
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3a eine schematische Querschnittsansicht der Antennenanordnung aus 1a mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung;
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3b eine schematische Querschnittsansicht der Antennenanordnung aus 1b mit einer zur ersten Ausführungsform ähnlichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung;
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4a die Antennenanordnung mit der Abschirmvorrichtung aus 3a in einer auseinandergezogenen perspektivischen Ansicht;
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4b eine alternative Ausführungsform des zweiten Abschirmkörpers;
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5 eine schematische Querschnittsansicht der Antennenanordnung aus 1a mit einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung;
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6 eine beispielhafte Vergleichsansicht der Abstrahlcharakteristik der Antennenanordnung aus 1a in Verbindung mit der ersten und zweiten Ausführungsform der Abschirmvorrichtung;
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7 eine schematische Querschnittsansicht der Antennenanordnung aus 1a mit der zweiten, einer dritten und einer vierten Ausführungsform der Abschirmvorrichtung;
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8 eine beispielhafte Vergleichsansicht der von der Antennenanordnung aus 1a sowohl ohne Abschirmvorrichtung als auch mit den Abschirmvorrichtungen gemäß 7 erzeugten Richtcharakteristiken;
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9 eine beispielhafte Vergleichsansicht des Antennengewinns der Antennenanordnung aus 1a, ohne Abschirmvorrichtung, für unterschiedliche Abstände zu einer Windschutzscheibe;
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10 zwei Seitenansichten der Antennenanordnung aus 1a mit der ersten Ausführungsform der Abschirmvorrichtung;
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11 eine beispielhafte Vergleichsansicht des Antennengewinns der Antennenanordnung aus 1a mit der ersten, unterschiedliche Abmessungen aufweisenden Ausführungsform der Abschirmvorrichtung; und
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12 zwei unterschiedlich geneigte Windschutzscheiben an welchen jeweils eine selbe Abschirmvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform befestigt ist, welche eine gegenüber der Rückseite des ersten Abschirmkörpers geneigte Vorderseite des ersten Abschirmkörpers aufweist.
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1a zeigt eine Ansicht einer in Richtung der abzustrahlenden Hauptkeule K (siehe 8) weisenden Vorderseite 1 (in 1a oben) und einer dieser gegenüberliegenden Rückseite 2 (in 1a unten) einer beispielhaften, im Wesentlichen aus dem Stand der Technik bekannten Antennenanordnung 3 eines Mauterfassungsgeräts. Zudem zeigt 1a eine Seitenansicht (in 1a Mitte links) und eine perspektivische Ansicht (in 1a rechts) der Antennenanordnung 3. Die Antennenanordnung 3 weist eine Grundplatte 4 auf, welche an ihrer in Richtung der abzustrahlenden Hauptkeule K (siehe 8) weisenden Vorderseite 1' zumindest zum Teil mit einer elektrisch leitfähigen Massefläche 5 beschichtet ist und auf der Vorderseite 1' eine Antenne, insbesondere eine Patchantenne 6, trägt. Die Patchantenne 6 ist mittels Abstandshaltern 7 an der Grundplatte 4 angeordnet. Die Antennenanordnung 3 weist zudem eine großteils an der Rückseite 2 verlaufende Speiseleitung 8 für die Patchantenne 6 sowie einen Kopplungsschlitz 9 auf.
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1b zeigt eine andere Ausführungsform einer beispielhaften, im Wesentlichen aus dem Stand der Technik bekannten Antennenanordnung 3 eines Mauterfassungsgeräts. Die Antennenanordnung 3 weist eine in Richtung der abzustrahlenden Hauptkeule K (siehe 8) weisende Vorderseite 1, eine dazu gegenüberliegende Rückseite 2 und eine Grundplatte 4 auf, mit einer in Richtung der abzustrahlenden Hauptkeule K (siehe 8) weisenden Vorderseite 1' und einer dazu gegenüberliegenden Rückseite 2'. Die Rückseite 2' ist zumindest zum Teil mit einer elektrisch leitfähigen Massefläche 5 beschichtet, während auf der Vorderseite 1 der Antennenanordnung 3 eine Antenne, insbesondere eine Patchantenne 6, und eine Speiseleitung 8 angeordnet sind.
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Im Betrieb der Antennenanordnung 3 bzw. des Mauterfassungsgeräts in einem üblichen Abstand zu einer Windschutzscheibe W eines nicht dargestellten Fahrzeugs stellen vor allem die Patchantenne 6 in Wechselwirkung mit der sich dahinter befindenden Massefläche 5 und der sich davor befindenden Windschutzscheibe W, sowie gegebenenfalls die Speiseleitung 8 und der Kopplungsschlitz 9, aufgrund der durch diesen hindurch tretenden Strahlung, Quellen der von der Antennenanordnung 3 ausgehenden elektromagnetischen Strahlung dar. Am Beispiel der Antennenanordnung 3 gemäß 1a werden die in 2 erkennbaren vom Rand der Patchantenne 6 in Richtung der Grundplatte 4 zurück verlaufenden Strahlungskomponenten A im Wesentlichen durch Reflexionen der Hauptkeulenstrahlung an der Windschutzscheibe W verursacht. Die Strahlungskomponente B wird im Wesentlichen durch die Speiseleitung 8 und die Strahlungskomponente C durch den Kopplungsschlitz 9 verursacht. Die Strahlungskomponenten B und C sind im Allgemeinen unerwünscht. Zwar können deren Einflüsse auf die Hauptkeule K der Antennenanordnung 3 durch die Massefläche 5 reduziert werden, jedoch können sich ohne die Abschirmvorrichtung 10 im Fahrzeuginnenraum und an der Windschutzscheibe W verursachte Reflexionen der Strahlungskomponenten B und C negativ auf die Richtcharakteristik der Antennenanordnung 3 auswirken. Mittels der im Folgenden beschriebenen Abschirmvorrichtung 10 werden auf die Antennenanordnung 3 gerichtete und von der Antennenanordnung 3 ausgehende unerwünschte bzw. die Richtcharakteristik verschlechternde Störsignale abgeschirmt.
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Im Falle einer Antennenanordnung 3 gemäß 1b bewirkt die an der Rückseite 2' der Grundplatte 4 aufgebrachte Massefläche 5 eine Abschirmung der Patchantenne 6 von auf die Rückseite 2 der Antennenanordnung 3 auftreffenden Störsignalen, wodurch auf eine zusätzliche Abschirmung der Rückseite 2 der Antennenanordnung 3 verzichtet werden kann, wenngleich diese auch zusätzlich vorgesehen sein kann.
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3a zeigt die Antennenanordnung 3 aus 1a mit einer Abschirmvorrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht, nahe einer Windschutzscheibe W. Die Abschirmvorrichtung 10 weist einen ersten Abschirmkörper 11 an der Vorderseite 1 der Antennenanordnung 3 und einen zweiten Abschirmkörper 12 an der Rückseite 2 der Antennenanordnung 3 auf. Die Antennenanordnung 3 bzw. der erste Abschirmkörper 11 ist in einer Gebrauchsstellung dargestellt, in welcher der erste Abschirmkörper 11 in Nähe zur Windschutzscheibe W angeordnet ist.
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Der erste Abschirmkörper 11 ist an der Vorderseite 1 der Antennenanordnung 3 angeordnet und weist in der Gebrauchsstellung eine in Hauptstrahlrichtung R1 der Antennenanordnung 3 weisende offene Vorderseite 13, eine dieser Vorderseite 13 gegenüberliegende, zumindest teilweise offene Rückseite 14 und eine zwischen der Vorderseite 13 und der Rückseite 14 angeordnete, entlang ihres Umfangs geschlossene Seitenfläche 15 auf. Die Rückseite 14 kann im Gegensatz zur Darstellung in 3a auch vollständig offen ausgebildet sein.
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Der zweite Abschirmkörper 12 ist an der Rückseite 2 der Antennenanordnung 3 angeordnet und weist in der Gebrauchsstellung eine in Hauptstrahlrichtung R1 der Antennenanordnung 3 weisende, zumindest teilweise offene Vorderseite 16, eine zu dieser Vorderseite 16 gegenüberliegende, im Wesentlichen geschlossene Rückseite 17 und eine zwischen der Vorderseite 16 und der Rückseite 17 angeordnete, im Wesentlichen entlang ihres Umfangs geschlossene Seitenfläche 18 auf. Die Seitenfläche 18 kann sich über die Vorderseite 16 des zweiten Abschirmkörpers 12 hinaus erstrecken (nicht dargestellt), um auch den Umfangsrand U der Grundplatte 4 zu bedecken. Zudem kann die Vorderseite 16 im Gegensatz zur Darstellung in 3a auch vollständig offen ausgebildet sein. Eine nur teilweise offen ausgebildete Vorderseite 16 bzw. Rückseite 14 ist dann zweckmäßig, wenn sich die Massefläche 5 nicht über die gesamte Fläche der Grundplatte 4 erstreckt, um die durch die Massefläche 5 nicht abgedeckten Bereiche der Grundplatte 4 abzudecken. Gemäß der Darstellung in 3a erstrecken sich die Seitenfläche 15 und die Rückseite 14 des ersten Abschirmkörpers 11 bis zur Massefläche 5 und auch die Seitenfläche 18 des zweiten Abschirmkörpers 12 stellt mit der Massefläche 5 einen elektrischen Kontakt her.
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In 3a ist zudem eine Durchgangsöffnung 19, beispielsweise für nicht dargestellte, zur Antennenanordnung 3 führende elektrische Leitungen, angedeutet. Weiters ist in 3a zu erkennen, dass beim ersten Abschirmkörper 11 die Fläche A1 der Vorderseite 13 größer als die Fläche A2 der Rückseite 14 ist. Die Vorderseite 13 und die Rückseite 14 des ersten Abschirmkörpers 11 sind in dieser Ausführungsform als Viereck, insbesondere als Rechteck ausgebildet. In einer nicht dargestellten alternativen Ausführung können die Vorderseite 13 und die Rückseite 14 des ersten Abschirmkörpers 11 auch rund sein.
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Die Grundplatte 4 ist in 3a seitlich über den ersten Abschirmkörper 11 und den zweiten Abschirmkörper 12 hinausgehend dargestellt, sie könnte jedoch ebenso kleinere Abmessungen aufweisen, um vollständig innerhalb des ersten Abschirmkörpers 11 und des zweiten Abschirmkörpers 12 aufgenommen zu sein.
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Die Abschirmvorrichtung 10 schützt somit die Antennenanordnung 3, insbesondere die Patchantenne 6, vor an der Windschutzscheibe W reflektierter Störstrahlung S1 und vor in Hauptstrahlrichtung R1 oder schräg dazu auf die Antennenanordnung 3 gerichteter Störstrahlung S2. Die Störstrahlung S1, S2 kann beispielsweise von im Fahrzeug mitgeführten Mobilfunkgeräten oder fest eingebauten Fahrzeugkomponenten ausgehen.
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Die in 3b dargestellte Abschirmvorrichtung 10 unterscheidet sich von der in 3a dargestellten Abschirmvorrichtung 10 dadurch, dass diese nur einen ersten Abschirmkörper 11 aufweist, d. h. der zweite Abschirmkörper 12 weggelassen wird.
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Im weiteren Verlauf der Beschreibung anhand der Zeichnung wird der Übersichtlichkeit wegen hauptsächlich auf die Antennenanordnung 3 aus 1a Bezug genommen, wobei die Erläuterungen sinngemäß auch auf die Antennenanordnung 3 aus 1b oder weitere geeignete, nicht dargestellte Antennenanordnungen anwendbar sind.
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4a zeigt den ersten Abschirmkörper 11, die Antennenanordnung 3 und einen zweiten Abschirmkörper 12 in einer auseinandergezogenen perspektivischen Darstellung. Der erste Abschirmkörper 11 ist in Form eines Pyramidenstumpfes ausgebildet, mit der offenen Vorderseite 13, der nur teilweise offenen Rückseite 14, welche eine Öffnung 20 zur Aufnahme der Patchantenne 6 aufweist, und mit der entlang ihres Umfangs geschlossenen Seitenfläche 15. Die Rückseite 14 wird auf die Vorderseite 1 der Antennenanordnung 3 aufgesetzt. Die Größe der Rückseite 14 kann jener der Vorderseite 1 der Antennenanordnung 3 entsprechen oder, wie in 4a dargestellt, kleiner sein. Auf die Rückseite 2 der Antennenanordnung 3 wird der zweite Abschirmkörper 12 mit der offen dargestellten Vorderseite 16 aufgesetzt, wobei dieser die gleiche Größe wie die Rückseite 2 der Antennenanordnung 3 aufweisen kann, oder wie in 4a dargestellt kleiner sein kann. Der zweite Abschirmkörper 12 ist in Form eines Quaders ausgebildet, könnte aber ebenso andere Formen, wie die eines Kugelsegments, aufweisen.
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In 4b ist ein zweiter Abschirmkörper 12 in einer alternativen Ausführungsform dargestellt, in welcher im Vergleich zur Ausführung in 4a der zweite Abschirmkörper 12 größer und seine Seitenfläche 18 höher ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der zweite Abschirmkörper 12 die Antennenanordnung 3 randseitig umgeben, wobei sich die Vorderseite 16 bis zur Rückseite 14 eines ersten, nicht dargestellten Abschirmkörpers 11 erstreckt bzw. die Vorderseite 16 an der Rückseite 14 anliegt. Zudem steht die Seitenfläche 18 des zweiten Abschirmkörpers 12 mit der sich vorzugsweise bis an den Rand der Grundplatte 4 erstreckenden Massefläche 5 in elektrischer Verbindung. Der zweite Abschirmkörper 12 weist zwischen der Vorderseite 16 und der Rückseite 17 eine Zwischenebene 21 mit einer Öffnung 22 auf, sodass die Grundplatte 4 auf die Zwischenebene 21 aufgesetzt wird und die Speiseleitung 8 und der Kopplungsschlitz 9 in der Öffnung 22 aufgenommen werden. In einer nicht dargestellten Ausführungsform können der erste Abschirmkörper 11 und der zweite Abschirmkörper 12 einstückig ausgebildet sein.
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5 zeigt die Antennenanordnung 3 aus 1a mit einer Abschirmvorrichtung 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht, nahe einer Windschutzscheibe W. Im Unterschied zur 3a weist der erste Abschirmkörper 11 eine Quaderform auf, d. h. die Fläche A1 der Vorderseite 13 ist gleich groß wie die Fläche A2 der Rückseite 14.
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In 6 ist der Einfluss der Form des ersten Abschirmkörpers 11 auf die Strahlcharakteristik der Antennenanordnung 3 am Beispiel des Pyramidenstumpf-förmigen ersten Abschirmkörpers 11 aus 3a und des quaderförmigen ersten Abschirmkörpers 11 aus 5 dargestellt. Im dargestellten Diagramm ist vertikal die simulierte elektrische Feldstärke in dB und horizontal der Winkel in der Ebene in Grad angegeben. Kurve ➀ repräsentiert die Strahlcharakteristik mit dem als Pyramidenstumpf ausgebildeten ersten Abschirmkörper 11 in der XZ-Ebene, deren Orientierung in 3 und 5 ersichtlich ist, Kurve ➁ repräsentiert die Strahlcharakteristik mit dem als Quader ausgebildeten ersten Abschirmkörper 11 in der XZ-Ebene, Kurve ➂ repräsentiert die Strahlcharakteristik mit dem als Pyramidenstumpf ausgebildeten ersten Abschirmkörper 11 in der YZ-Ebene, deren Orientierung ebenfalls in 3 und 5 ersichtlich ist, und Kurve ➃ repräsentiert die Strahlcharakteristik mit dem als Quader ausgebildeten ersten Abschirmkörper 11 in der YZ-Ebene. Hieraus ist ersichtlich, dass der erste Abschirmkörper 11 mit Pyramidenstumpf-Form eine bessere Strahlcharakteristik aufweist als jener mit Quaderform.
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7 zeigt die Abschirmvorrichtung 10 mit einem ersten Abschirmkörper 11, für welchen unterschiedliche Höhen H1, H2, H3 der Seitenfläche 15 angedeutet sind, bei gleichbleibendem Abstand der Antennenanordnung 3 von der Windschutzscheibe W.
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In 8 ist der Einfluss der Höhe H1, H2, H3 der Seitenfläche 15 des ersten Abschirmkörpers 11 auf die Richtcharakteristik der Antennenanordnung 3 ersichtlich. Hierbei zeigt die Richtcharakteristik in 8 oben links das Strahlungsverhalten der Antennenanordnung 3 ohne die Abschirmvorrichtung 10, die Richtcharakteristik oben rechts das Strahlungsverhalten der Antennenanordnung 3, wenn der erste Abschirmkörper 11 die Höhe H1 aufweist, die Richtcharakteristik unten links in 8 das Strahlungsverhalten der Antennenanordnung 3, wenn der erste Abschirmkörper 11 die Höhe H2 aufweist, und die Richtcharakteristik unten rechts in 8 das Strahlungsverhalten der Antennenanordnung 3, wenn der erste Abschirmkörper 11 gemäß 7 die Höhe H3 aufweist. Hieraus geht hervor, dass die Richtcharakteristik dann besonders geeignet ausgebildet ist, wenn sich die Vorderseite 13 des ersten Abschirmkörpers 11 möglichst nahe an der Windschutzscheibe W befindet. Insbesondere sind in diesem Fall die Rückkeule J und die ihr zugeordneten Nebenkeulen N zweckmäßig klein ausgebildet.
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In 9 ist der Einfluss des Abstands der Patchantenne 6 zur Windschutzscheibe W auf den Antennengewinn der Antennenanordnung 3 ohne Abschirmvorrichtung 10 ersichtlich. Im dargestellten Diagramm ist vertikal der simulierte Antennengewinn in dB und horizontal der Winkel in der Ebene in Grad angegeben. Kurve ➀ repräsentiert als Referenz den Antennengewinn ohne Windschutzscheibe W, Kurve ➁ repräsentiert den Antennengewinn für einen Abstand von 12,5 mm (etwa ein Viertel der abgestrahlten Wellenlänge) von der Windschutzscheibe W, Kurve ➂ repräsentiert den Antennengewinn für einen Abstand von 25 mm (etwa die Hälfte der abgestrahlten Wellenlänge) von der Windschutzscheibe W und Kurve ➃ repräsentiert den Antennengewinn für einen Abstand von 0 mm von der Windschutzscheibe W. Hieraus geht hervor, dass die Patchantenne 6 weder direkt an der Windschutzscheibe W noch in einem zu großen Abstand hierzu angeordnet sein soll. Günstig ist demnach ein Abstand der Patchantenne 6 zur Windschutzscheibe W und somit auch der Höhe der Seitenfläche 15 des ersten Abschirmkörpers 11 von etwa einem Viertel der mit der Patchantenne 6 abgestrahlten Wellenlänge.
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10 zeigt die Abschirmvorrichtung 10 mit einem ersten Abschirmkörper 11 in Form eines Pyramidenstumpfes mit einer in Y-Richtung verlaufenden Breite B1 der Vorderseite 13, einer in X-Richtung verlaufenden Länge L1 der Vorderseite 13, einer in Y-Richtung verlaufenden Breite B2 der Rückseite 14, einer in X-Richtung verlaufenden Länge L2 der Rückseite 14 und einer Höhe h der Seitenfläche 15.
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In 11 ist der Einfluss der Breiten B1, B2 und der Längen L1, L2 gemäß 10 auf den Antennengewinn der Antennenanordnung 3 im Fernfeld ersichtlich. Im dargestellten Diagramm ist vertikal der simulierte Antennengewinn in dB und horizontal der Winkel in der Ebene in Grad angegeben. Kurve ➀ repräsentiert den Antennengewinn für ein gewünschtes linksdrehend zirkular polarisiertes Signal, wenn B1 = 52 mm, L1 = 60 mm, B2 = 28,5 mm und L2 = 36 mm bei h = 16,8 mm beträgt; Kurve ➁ repräsentiert den Antennengewinn für ein gewünschtes linksdrehend zirkular polarisiertes Signal, wenn B1 = 40 mm, L1 = 46 mm, B2 = 28,5 mm und L2 = 36 mm bei h = 16,8 mm beträgt; Kurve ➂ repräsentiert den Antennengewinn für ein gewünschtes linksdrehend zirkular polarisiertes Signal, wenn B1 = L1 = 52 mm und B2 = L2 = 28,5 mm bei h = 16,8 mm beträgt; Kurve ➃ repräsentiert den Antennengewinn für ein zu unterdrückendes rechtsdrehend zirkular polarisiertes Signal, wenn wie bei Kurve ➀ B1 = 52 mm, L1 = 60 mm, B2 = 28,5 mm und L2 = 36 mm bei h = 16,8 mm beträgt; Kurve ➄ repräsentiert den Antennengewinn für ein zu unterdrückendes rechtsdrehend zirkular polarisiertes Signal, wenn wie bei Kurve ➁ B1 = 40 mm, L1 = 46 mm, B2 = 28,5 mm und L2 = 36 mm bei h = 16,8 mm beträgt; und Kurve ➅ repräsentiert den Antennengewinn für ein zu unterdrückendes rechtsdrehend zirkular polarisiertes Signal, wenn wie bei Kurve ➂ B1 = L1 = 52 mm und B2 = L2 = 28,5 mm bei h = 16,8 mm beträgt. Günstig sind somit die der Kurve ➀ und ➃ und auch die der Kurve ➁ und ➄ zugeordneten Abmessungen der Vorderseite 13 und der Rückseite 14.
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12 zeigt eine Windschutzscheibe W1, die einen Winkel α von 15° mit einer Vertikalen V einschließt, eine Windschutzscheibe W2, die einen Winkel β von 55° mit der Vertikalen V einschließt, und eine Variante einer jeweils daran angeordneten Abschirmvorrichtung 10, deren Vorderseite 13 des ersten Abschirmkörpers 11 mit der Rückseite 14 des ersten Abschirmkörpers 11 einen Winkel δ von 20 Grad einschließt. Die Vertikale V ist im Wesentlichen senkrecht zu einer mit einem Fahrzeug befahrenen (horizontalen) Fahrbahn F orientiert. Um die Abschirmvorrichtung 10 möglichst vollflächig mit der Vorderseite 13 an den unterschiedlich geneigten Windschutzscheiben W1, W2 anordnen zu können, ist der erste Abschirmkörper 11 um eine im Wesentlichen in Hauptstrahlrichtung R1 weisende Achse M drehbar an dem Mauterfassungsgerät befestigt. Die Rückseite 14 des ersten Abschirmkörpers 11 ist in einem Winkel γ von 35° zur Vertikalen V ausgerichtet. Auf diese Weise kann der erste Abschirmkörper 11 in einer ersten Position am Mauterfassungsgerät im Wesentlichen vollflächig an der Windschutzscheibe W1 und durch eine Drehung um 180° in einer zweiten Position am Mauterfassungsgerät im Wesentlichen vollflächig an der Windschutzscheibe W2 aufliegen. Der erste Abschirmkörper 11 ist hierbei als Sockel L oder als Teil eines Sockels L für die Montage des Mauterfassungsgeräts ausgebildet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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