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Verfahren und Vorrichtung zum Empfangen radiofrequenter Signale Gegenstand
der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Empfangen elektromagnetischer
Wellen im Inneren eines zumindest teilweise metallischen Aufbaus, wie z. B. der
Karosserie eines Kraftfahrzeugt, wobei die Erfindung den Empfang radiofrequenter
Signale mit hinreichendem Pegel ermöglichen soll.
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Die zur Erreichung dieses oeles allgemein übliche Lösung besteht bekanntlich
darin, außerhalb der Fahrzeugkarosserie eine Peitschenantenne anzubringen und diese
mit dem im Fahrzeuginneren befindlichen Empfänger durch ein abgeschirmtes Kabel
zu verbinden. Diese Anordnung hat jedoch zahlreiche Nachteile, und diese ergeben
sich insbesondere aus der Notwendigkeit, im oberen Teil der Karosserie einen dichten
Durchgang für das Verbindungskabel vorzusehen.
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Eine andere bekannte Lösung ist in der USA-Patentschrift 2.481.978
beschrieben, gemaß der der Signalempfang durch eine Kopplung zwischen dem Radioempfänger
und
der Karosserie erzielt werden soll, wobei diese Kopplung mit
Hilfe einer beispielsweise in die Dichtung der Windschutzscheibe eingelegten Spule
geschaffen werden soll. Der wesentliche Gesichtspunkt dieser bekannten Lösung besteht
in der Ausnutzung der in der Fahrzeugkarosserie induzierten elektromagnetischen
Ströme für den Signalempfang. Jedoch eignet sich eine eingeschlossene magnetische
Kopplung nicht für einen selektiven Signalempfang, und die gemäß der USA-Patentschrift
2.481.978 aufgebaute Einrichtung funktioniert nur mit erheblichen Verlusten, die
auf die geometrische Form der Koppelspule zurückgehen, die das Auftreten von Gegenströmen
mit einer unerwünschten Richtwirkung hervorruft. Außerdem macht diese bekannte Lösung
eine Sonderanfertigung für die Dichtung der Windschutzscheibe notwendig. Auch diese
bekannte Empfangseinrichtung vermag also in der Praxis nicht zufriedenzustellen.
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Die Arbeitsweise der üblicher-weise verwendeten Außenantennen beruht
auf dem Einfangen der elektrischen Feldstärkenkomponente der einfallenden elektromagnetischen
Wellen. Im Gegensatz dazu beruht die vorliegende Erfindung auf der Tatsache, daß
die von einem Sender abgestrahlten hochfrequenten elektromagnetischen Felder in
einem unvollkommenen Faraday-Kafig,wie ihn die Karosserie endes Kraftfahrzeugs darstellt,
Wirbelströme induzieren, deren Stärke an einer Anzahl von Stellen zunimmt, die bevorzugte
oder zwangsweise Durchtrittsstellen bilden. Diese Wirbelströme lassen lokal im Innern
des Fahrzeugs ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld entstehen,
das
eine Wiedergabe der äußeren elektromagnetischen Felder darstellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Empfangen radiofrequenter Signale
im Inneren eines zumindest teilweise metilischen Aufbaus unter magnetischer Eopplung
des Aufbaus mit einem Empfänger ist dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsorgane
so gelegt werden, daß sie mit einem Teil des Aufbaus in Kontakt stehen, in dem das
Netz der in dem Aufbau induzierten Hochfrequenzströme eine Konzentration zeigt.
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Als Beispiele für Konzentrationspunkte in dem Netz der in der Karosserie
eines üblichen Kraftfahrzeugs induzierten Hochfrequenzströme sind insbesondere die
verschiedenen Pfosten zu nennen, die vom Boden oder von der Mittellinie zum Dach
des Fahrzeugs führen. Dazu gehören die vertikalen oder schrägen Pfosten der Windschutzscheibe,
die für die Erfindung besonders interessanten Eckpfosten, die Türpfosten und die
schrägen die Heckscheibe umrahmenden Pfosten. Weitere Konzentrationspunkte sind
solche Stellen, wie die Verankerung des Kofferraumdeckels und ähnliche Stellen.
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Einige dieser Stellen, wie z. B. die Verankerung des Kofferraumdeckels,
sind besser als andere für die leichte Anbringung eines Empfangsrahmens geeignet,
der einen einstückigen Magnetkreis enthält, wahrend die verschiedeen Pfosten der
karosserie im allgemeinen besser für die Verwendung eines Empfangsrahmens mit einem
mit ihnen zusammenwirkenden offenen Magnetkreis geeignet sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich aus der nachstehenden
Beschreibung ersehen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung einige mögliche Ausführungsbeispiele
für die Erfindung erläutert.
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In der Zeichnung sind: Fig. 1 eine schematisierte perspektivische
Darstellung eines Empfangsrahmens mit einem offenen, an einen zu dem metallischen
Aufbau eines Kraftfahrzeugs gehörenden Pfosten angesetzten Magnetkreis, Fig0 2 eine
Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten etwa in der Mitte des Rahmens aufgeschnittenen
Teile, Fig. 3 eine schematisierte perspektivische Darstellung eines anderen Empfangs
rahmens mit einem an einen zu dem metallischen Aufbau eines Kraftfahrzeugs gehörenden
Pfosten angesetzten, offenen Magnetkreis, Fig. 4 eine Draufsicht der in Pig,3 dargestellten
, wieder etwa in der Mitte des Rahmens durchgeschnittenen Teile,
Fig.
5 eine schematisierte perspektivische Darstellung eines Koppelrahmens mit einem
geschlossenen rund um die Befestigungsstelle des Verschlußhakens für den Kofferraumdeckel
angeordneten Magnetkreis, Fig. 6 eine schematisierte perspektivische Darstellung
eines Empfangsrahmens mit einem geschlossenen rund um das Fußende eines zwischen
der vorderen und der hinteren Tür eines viertürigen Kraftfahrzeugs angeordneten
Pfostens herumgeführten Magnetkreis, Fig. 7 eine Unteransicht der in Fig. 6 dargestellten
und etwa in der Mitte des Rahmens durchgeschnittenen zeile Fig. 8 ein Schaltbild
für den Anschluß einer im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbaren Gehäuse
antenne an einen üblichen einen Eingangskreis mit hoher Impedanz aufweisenden Radioempfänger
und Fig. 9 eine Darstellung der Schaltung für den gemeinsamen Einsatz einer erfindungsgemäß
ausgebildeten Antenne und einer üblichen Außenantenne.
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In Fig. 1 ist ein Ausschnitt 10 aus einem metallischen Pfosten dargestellt,
der von den auf die Anwesenheit der zu empfangenden elektromagnetischen Wellen zurückgehenden
hochfrequenten Wirbelströmen der Länge nach durchflossen wird. An eine Außenfläche
11 des in Fig. 1 dargestellten Pfostens 10 ist eine Gehäuseantenne angelegt, die
aus einerSpule 12 besteht, die mehrere Windungen eines isolierten auf einen geraden
Kern 13 aus Weichferrit aufgewickelten leitenden Drahtes enthält und deren Achse
in einer zu der Achse des Pfostens 10 senkrechten Ebene liegt. Die freien Enden
der Spule 12 sind in Fig. 1 bei 14 und 15 sichtbar und diese Enden sind zu Anschlußpunkten
16 bzw. 17 geführt, die ihrerseits in geeigneter Weise mit dem Eingang eines Radioempfängers
verbunden sind, wobei ein mögliches Beispiel für die Ausgestaltung dieser Verbindung
in Fig. 8 dargestellt ist.
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Der die Spule 12 bildende Draht kann mit Vorteil ein durch einen Kunststoffüberzug
isolierter Draht sein, und die gesamte Gehäuse antenne läßt sich auf dem Pfosten
10 durch irgendein für passend erachtetes Mittel festlegen, wobei beispielsweise
die Verwendung von elastischen Klemmen oder von selbstklebenden Bändern in Betracht
zu ziehen ist.
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In Fig. 2 ist in gestrichelten Linieniain typisches Beispiel für den
Verlauf der Kraftlinien des hochfrequenten Magnetfeldes dargestellt, das durch die
den Pfosten 10 durchfließenden Wirbel ströme außerbis des Kernes 13 rund um den
Pfosten 10 erzeugt wird.
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In Fig. 3 ist ein Ausschnitt aus einem metallischen Pfosten 30 dargestellt,
der von den auf die zu
empfangenden elektromagnetischen Wellen zurückgehenden
hochfrequenten Strömen in Längsrichtung durchflossen wird. Auf eine der Außenflächen
31 des Pfostens 30 ist eine Gehäuseantenne aufgebracht, die aus einer Spule 32 besteht,
die mehrere Windungen eines isolierten auf einen U-förmigen Weichferritkern 33 aufgewickelten
leitenden Drahtes enthält und deren Achse in einer zu der Achse des Pfostens 30
senkrechten Ebene liegt. Die freien Enden der Spule 32 sind in Fig. 2 bei 34 und
35 sichtbar, und diese Enden sind zu Verbindungspunkten 16 bzw. 17 geführt, die
ihrerseits in geeigneter Weise an den Eingang des Radioempfängers angeschlossen
sind, wobei ein Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung dieser Verbindung in Fig.
8 dargestellt ist.
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In Fig. 4 ist in gestrichelten Linien 41 ein typisches Beispiel für
den Verlauf der Kraftlinien des außerhalb des Kernes 33 rund um den Pfosten 30 verlaufenden
hochfrequenten Nagnetfeldes dargestellt.
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Die Verwendung eines U-förmigen Magnetkernes 33 ermöglicht eine Reduktion
der Länge des Eaftlinienverlaufs in der Luft im Vergleich zu den Verhältnissen in
Fig. 2, wo ein gerader Kern 13 zum Einsatz kommt.
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In Fig. 5 ist ein Verankerungsbügel 50 an einem im wesentlichen horizontal
verlaufenden Träger 51 befestigt. Die Gehäuseantenne besteht hier aus einer Spule
52, die auf einen magnetisch weichen Kern 53, z. B. einen Weichferritkern von passenden
Eenngrößen, aufgebracht ist. Die Spule 52 besteht aus mehreren Windungen eines isolierten
auf den Kern 53
aufgewickelten leitenden Fadens. Die freien Enden
der Spule 52 sind in Fig. 5 bei 54 und 55 sichtbar, und diese Enden sind wiederum
zu Anschlu1punkten 16 und 17 geführt. Der Kofferraumdeckel wird in seiner Schließstellung
durch einen Haken 56 gehalten, von dem in Fig. 5 der untere Teil dargestellt ist.
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Der Verschlußmechanismus für den Kofferraum und der Kofferraumdeckel
selbst sind mit Federn versehen, die einen guim Kontakt zwischen dem Haken 56 und
dem Verschlußbügel 50 gewährleisten, und Beobachtungen haben ergeben, daß der durch
den fest mitdem Kofferraumdeckel verbundenen Haken 56 und den fest mit dem übrigen
Aufbau des Fahrzeugs verbundenen Bügel 50 gebildete Teilkreis eine bevorzugte Durchtrittsstelle
für die hochfrequenten Wirbel ströme bildet.
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In Fig. 6 ist der Fuß eines Pfostens 60 dargestellt, der von einem
Band 61 aus einem plastischen magnetisch weichen Material umgeben ist. Ein derartiges
Material kann man bekanntlich aus einem Ferritpulver erhalten, das mit Hilfe einer
relativ geringen Menge eines plastischen oder elastischen Materials in geeigneter
Weise agglomeriert ist, und einige solche Materialien sind unter dem Handelsnamen
"PIAS20FERRITE" auf dem MErkt. Die beiden Enden 62 und 63 des Bandes 61 sind so
aufeinander gelegt, daß das Band 61 einen praktisch geschlossenen Magnetkreis bildet.
Die Spule des Geiiäuseempfängers besteht aus einer Wicklung 64, die eine kleine
Anzahl von Windungen eines um einen Teil des Bandes 61 herumgewickelten isolierten
Drahtes umfaßt. Die freien Enden
der Spule 64 sind in Fig. 6 bei
65 und 66 sichtbar, und diese Enden sind wieder zu Anschlußpunkten 16 bzw. 17 geführt.
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Fig. 7 läßt erkennen, wie sich das Band 61 dem Pfosten 60 auch an
dessen eingezogenen Kanten 67 und 68 anzupassen vermag. Wenn man dem Band 61 nur
eine mäßige Dicke gibt, verträgt sich eine solche Anordnung auch mit der hbringung
von aufgeklebten Dichtleisten aus Kautschuk an den Türöffnungen.
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Gemäß Fig. 8 ist ein Radioempfänger 80 an die zu der Gehäuseantenne
führenden Anschlußpunkte 16 und 17 durch eine Leitung 81 und einen Transformator
82 angeschlossen. Der Transformator 82 besteht aus einem Magnetkreis 83, der eine
Primärwicklung 84 und eine Sekundärwicklung 87 trägt. Der Magnetkreis 83 wird mit
Vorteil durch einen Tores aus Weichferrit gebildet. Die Primärspule 84 endet in
zwei Eingangsklemmen 85 und 86, während die Sekundärspule 87 an zwei Ausgangsklemmen
88 und 89 endet. Die Ubertragungsleitung 81, die die Anschlußstellen 16 und 17 der
Gehäuseantenne mit den Eingangsklemmen 85 und 86 der Primärwicklung 84 verbindet,
ist mit Vorteil ein Kabel mit niedriger Eigenimpedanz. Der Radioempfänger 80 besitzt
zwei Eingangsklemmen 90 und 91. Die eine davon, beispielsweise die Klemme 90,ist
in der Nachbarschaft des Radio empfängers 80 mit der Masse 98 des Fahrzeugs verbunden.
Die Ausgangaklemmen 88 und 89 der Sekundärwicklung 87 sind mit den Eingangsklemmen
90 bzw. 91 des Radioempfängers verbunden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Transformator 82
als Hochspannungstransformator zur
Anpassung der niederen Impedanz
der an den Anschlußklemmen 16 und 17 endenden Gehäuse antenne an die hohe Eingangsimpedanz
des Radioempfängers 80 eingesetzt.
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Selbstverständlich kann man zwischen dem Transformator 82 und dem
Eingang des Radio empfängers 80 einen transistorisierten Vorverstärker vorsehen.
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In Fig. 9 bezeichnet die Bezugs zahl 1 einen Radioempfänger, der mit
einer Stromversorgung, einem Hochfrequensverstärkerteil, einem Demodulatorteil,
einem Niederfre quenzle istungsver stärker und einem Schallerzeuger auBgestattet
ist, die in Fig. 9 nicht näher dargestellt sind. Pur die Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens sind in dem den Radioempfänger symbolisierenden Block 1 lediglich zwei
Anschlußklemmen 2 und 3 eingezeichnet, wie sie zum Anlegen der von den verschiedenen
empfangenen Radiostationen ausgehenden Hochfrequenzsignale an den Empfängereingang
erforderlich sind. Eine dieser beiden Anschlußklemmen, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
die Anschlußklemme 2, entspricht der Masse des Radio empfängers 1 und ist unmittelbar
mit der Masse 4 des Fahrzeugs verbunden. Von dem Empfänger 1 aus gesehen endet die
erfindungsgemäß vorgesehene Gehäuse antenne in einem Hochfrequenztransformator 5,
dessen Magnetkreis 6 mit einer Primärspule 7 und einer Sekundärspule 8 zusammenwirkt.
Die Enden der Sekundärspule sind zu Anschlußklemmen 9 und 110 geführt.
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Die Anschlußklemme 9 ist unmittelbar mit der Anschlußklemme 2 des
Radioempfängers 1 verbunden, und die
Anschlußklemme 110 steht mit
der Anschlußklemme 3 des Radioempfängers 1 über eine Spule 111 in Verbindung. Die
Enden der Primärspule 7 sind zu Anschlußklemmen 92 und 93 geführt, die ihrerseits
über eine Zweidrahtleitung mit Drähten 94 und 95 an Anschlußklemmen 16 und 17 angeschlossen
sind, die ihrerseits dieXndanschlüsse der Primärseite einer Schaltung darstellen,
die unter Einschluß des Transformators 5 eine Art Gehäuseantenne darstellt. Die
aus den beiden Drähten 94 und 95 bestehende Leitung ist vorzugsweise eineLeitung
mit niedriger Eigenimpedanz,undsie kann insbesondere nach Art eines Koaxialkabels
oder eines Bandkabels aufgebaut sein, jedoch ist dies nicht unbedingt erforderlich.
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Die Anschlußklemmen 16 und 17 stellen die Endanschlüsse von einer
oder mehreren Wicklungen dar, die ihrerseits zu einer oder mehreren Rahmenantennen
gehören, die magnetisch mit einem leitenden zu dem metallischen Aufbau des Fahrzeugs
gehörenden Bauteil gekoppelt sind.
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In Fig. 9 ist außerdem eine mit der Bezugszahl 18 bezeichnete Außenantenne
dargestellt, die speziell für den Empfang von frequenzmodulierten Signalen gedacht
ist und beispielsweise die Form einer Peitschenantenne besitzen kann. Die Antenne
18 ist in bekannter Weise mit der Eingangsklemme 3 des Radioempfängers 1 über ein
abgeschirmtes Kabel 19 verbunden, dessen Abschirmung 20 beispielsweise über eine
zur der Anschlußklemme 2 führende Leitung 96 mit der Masse des Radioempfängers verbunden
ist.
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Die zwischen die Anschlußklemmen 110 und 3 eingefügte Spule 111 ist
so bemessen, daß ihre Eigeninduktivität und ihre Kapazität ihr eine Impedanz verleihen,
die im Vergleich zu der Eingangsimpedanz des Radioempfängers 1 für Signale im Langwellen-
bis Eurzwellenbereich klein, für Signale in dem heute für Frequenzmodulationsübertragung
üblichen Frequenzbereich dagegen relativ groß ist.
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Auf diese Weise arbeiten die Außenantenne 18 und die erfindungsgemäß
vorgesehene Rahmenantenne bzw. Gehäuseantenne unter allen Umständen und bei ständigem
gleichzeitigen Anschluß an die Eingangsklemme 3 des Radio empfängers 1 hinreichend
unabhängig voneinander und führen dem Eingang des Radio empfängers 1 jeweils die
radiofrequenten Signale zu, zu deren Empfang im Langwellen- bis Kurzwellenbereich
einerseits und im Bereich der Frequenzmodulation andererseits sie besoiilers gedacht
sind.
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Die Erfindung läßt sich auch dazu benutzen, an Bord eines Fahrzeugs
den Empfang von Signalen zu erreichen, die in E1zrzwellenbereichen mit Frequenzen,
die wesentlich höher liegen als die der kürzesten Langwellen und wesentlich niedriger
als die des Frequenzmodulationsbaxldes, abgestrahlt werden.
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Patentansprüche: