DE3689376T2

DE3689376T2 - Fahrzeugantennenspeisungssystem.

Info

Publication number: DE3689376T2
Application number: DE86904623T
Authority: DE
Inventors: L Larsen; David Phemister
Original assignee: Larsen Electronics Inc
Current assignee: Radiall Antenna Technologies Inc
Priority date: 1985-07-30
Filing date: 1986-07-01
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2006-07-02
Also published as: EP0232314A1; US4764773A; DE3689376D1; EP0232314B1; CA1260608A; WO1987000974A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Speisungssysteme für mobile Antennen und genauer Speisungssysteme für mobile Antennen, die durch das Glas wirken.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es ist seit langem bekannt gewesen, daß Hochfrequenz (HF)-Signale durch ein isolierendes Material, wie Glas, gekoppelt werden können, indem man eine leitende Platte auf jeder Seite des isolierenden Materials anbringt, wodurch ein Kopplungskondensator gebildet wird. Das US-Patent Nr. 1,715,952 an Rostron ist eine frühe Referenz, die dieses allgemeine Prinzip lehrt.
Das US-Patent Nr. 2,829,367 an Rychlik wandte dieses allgemeine Prinzip auf das Problem des Koppelns einer symmetrischen Leitung durch ein isolierendes Fenster an und offenbart ein Verfahren und ein System gemäß dem einleitenden Teil der Ansprüche 1 und 6. Jeder Kondensator der symmetrischen Übertragungsleitung wird kapazitiv gekoppelt, indem ein Paar von Leiterplatten benutzt wird, die auf gegenüberliegenden Seiten von Glas angebracht sind. Das Patent lehrt, daß solche kapazitiven Elemente in einen elektrischen Schaltkreis mit minimalem Verlust eingefügt werden können, wenn die Einfügestelle der kapazitiven Elemente eine hohe Impedanz hat. Das Patent offenbart weiterhin Verfahren, durch die eine geringe Impedanz einer Übertragungsleitung in eine wirkungsmäßig hohe Impedanz überführt werden kann, um durch Glas zu koppeln, und wieder auf eine geringe Impedanz durch Verwendung von Wechselwandlern gebracht wird. Dieses System von Rychlik ist für den Übertragungsbetrieb ungeeignet und seine Leistungsfähigkeit wird beträchtlich herabgesetzt, wenn das Fenster naß ist.
Das deutsche Patent Nr. 2,543,973 an Laurent beschreibt eine Fahrzeugantenne, die kapazitiv durch eine Windschutzscheibe gespeist wird, bei der das Antennenelement direkt an die äußere leitende Platte geschaltet und ihr getragen ist.
Mobile Mark, Inc. bietet eine "OW-900" 800 Megahertz- Antenne, an einer Windschutzscheibe angebracht, an, bei der der Mittelleiter einer koaxialen Speisungsleitung mit einer innenliegenden Kopplungsplatte verbunden ist. Ein Paar paralleler, beabstandeter, vertikaler Viertelwellenlängen-Strahler ist mit der außenseitigen Kopplungsplatte verbunden. Der Abschirmleiter des koaxialen Kabels ist mit zwei "feldlöschenden" Leiterstreifen verbunden, die sich radial nach außen vom Speisungspunkt auf der Innenfläche der Windschutzscheibe erstrecken. Die "feldlöschenden" Kondensatoren haben kein Gegenstück auf der äußeren Fläche der Windschutzscheibe.
Mehrere Probleme haften der Ausbildung der OW-900-Antenne an. Eines ist, daß das Strahlungsmuster der Antenne nicht ungerichtet ist, wodurch bewirkt wird, daß die Antenne in einige Richtungen nur gering abstrahlt. Eine weiteres Problem ist die Strahlung wesentlicher Werte an HF-Energie in den Fahrgastraum des Fahrzeuges während des Übertragungsbetriebes. Dies ist insbesondere wichtig in dem 800 Megahertz- und anderen VHF- und UHF-Bändern, wo gezeigt worden ist, daß solche Strahlung gesundheitsschädliche Wirkungen auf das menschliche Gewebe hat. Schließlich haben die Antennenelemente, die in dem OW-900-System verwendet werden, praktisch keine Verstärkung in der vertikalen Ebene, was zu einem schwächeren übertragenen und empfangenen Signal als bei konkurrierenden Antennensystemen führt.
Jüngst ist es gelehrt worden, einen Abgleichsschaltkreis für die Impedanz integral mit einem an einer Windschutzscheibe angebrachten Antennensystem, das durch das Glas gespeist wird, vorzusehen, um den Welligkeitsfaktor der Antenne zu verringern. Ein geringer Welligkeitsfaktor ist wichtig für das gute Arbeiten der Strahlungsübertragungseinheiten.
Das US-Patent Nr. 4,089,817 an Kirkendall erläutert ein solches System, bei dem ein Abgleichsnetzwerk zwischen dem Mittelleiter einer koaxialen Speisungsleitung und einer innenseitigen Kopplungsplatte angeordnet ist. Der Abschirmleiter der koaxialen Speisungsleitung ist an der Fahrzeugkarosse geerdet. Die innenseitige Kopplungsplatte umfaßt zwei unregelmäßig geformte, drehbar verbundene Platten, wodurch es möglich wird, daß die wirksame Größe der innenseitigen Platte und folglich der Wert des Kopplungskondensators geändert wird. Dieses Merkmal erlaubt es, daß der Abgleichsschaltkreis durch Drehen einer innenseitigen Platte relativ zu der anderen in Resonanz gebracht wird. Die Kirkendall-Antenne ist direkt an der außenseitigen Kopplungsplatte angebracht und wird von ihr getragen.
Das Kirkendall-System leidet an einer Anzahl von Unzulänglichkeiten. Eine ist der vergleichsweise hohe Wert der Hochfrequenz-Streustrahlung in den Fahrgastraum des Fahrzeuges hinein. Eine weitere Unzulänglichkeit ist die Notwendigkeit, den Abschirmleiter des koaxialen Kabels an dem Fahrzeugchassis zu erden. Diese Verbindung muß für den optimalen Betrieb so nah wie möglich an der Antenne vorgenommen werden, was die Orte auf der Windschutzscheibe eingrenzt, an denen die Antenne angebracht werden kann. Schließlich belasten die Kopplungsplatten bei Kirkendall kapazitiv die Antenne, wodurch sie weniger leistungsfähig als eine unbelastete Antenne gemacht wird.
Ein weiteres durch das Glas wirkendes Speisungssystem für eine mobile Antenne mit integriertem Abgleichschaltkreis ist in dem US-Patent Nr. 4,238,799 an Parfitt gezeigt. Parfitt offenbart ein weiteres System, bei dem ein Abgleichnetzwerk zwischen dem Ende einer koaxialen Speiseleitung und einer innenseitigen Kopplungsplatte angeordnet ist. Der Erdungsleiter der koaxialen Zufuhrleitung wird wiederum mit dem Fahrzeugchassis verbunden. Die Antenne ist wiederum an der außenseitigen leitenden Platte angebracht und wird von ihr getragen.
Das Parfitt-System, obwohl von ihm angenommen wird, daß es den Stand der Technik in dieser Technologie darstellt, zeigt noch einige wichtige Probleme:
a) Ein vergleichsweise hoher Wert an Hochfrequenz-Streuenergie wird wieder in den Fahrgastraum des Fahrzeuges während des Übertragungsbetriebes gestrahlt.
b) Die kapazitiven Kopplungsplatten bei Parfitt führen wieder eine kapazitive Belastungswirkung ein, was die Antenne weniger leistungsfähig als eine vergleichbare unbelastete Antenne macht.
c) Das Parfitt-System erfordert im allgemeinen einen Erdungsstreifen, der zwischen den innenliegenden Abgleichschaltkreis und das Fahrzeugchassis für den optimalen Betrieb geschaltet werden soll. Dies wiederum schränkt die Plazierung der Antenne auf der Windschutzscheibe ein, da die Länge des Erdungsstreifen so kurz wie möglich gehalten werden muß.
d) Das Parfitt-System ist merkbaren Änderungen in der Impedanz und Strahlungscharakteristik unterworfen, wenn die Windschutzscheibe naß wird oder wenn ein Fremdkörper, wie ein Scheibenwischer, in der Nähe der Basis der Antenne bewegt wird.
Demgemäß bleibt ein Bedürfnis nach einem durch das Glas wirkenden Speisungssystem für eine Antenne, das diese Unzulänglichkeiten des Standes der Technik überwindet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Streustrahlung in den Fahrgastraum eines Fahrzeugs beim Benutzen des durch das Glas gespeisten Antennensystems zu reduzieren.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein durch das Glas gespeistes Antennensystem zur Verfügung zu stellen, das ein im wesentlichen ungerichtetes Strahlungsmuster hat.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, es zu ermöglichen, daß ein durch das Glas wirkendes Speisungssystem für Antennen mit einer unbelasteten, selbstresonanten Antenne benutzt wird.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein durch das Glas wirkendes Speisungssystem zur Verfügung zu stellen, das optimal betrieben werden kann, ohne daß es an dem Fahrzeugchassis geerdet ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein durch das Glas wirkendes Speisungssystem für Antennen zur Verfügung zu stellen, das unempfindlich bezüglich des Vorliegens von Feuchtigkeit auf dem Glas und Fremdkörpern nahe dem Abgleichnetzwerk ist.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und ein System gemäß den Ansprüchen 1 und 6 zur Verfügung, die so ausgelegt sind, daß es Hochfrequenzenergie bei einer geringen Impedanz von einer abgeglichenen, Zwei-Leiter-Übertragungsleitung durch einen Isolator auf eine Antenne koppelt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des durch das Glas wirkenden Speisungssystems für Antennen der vorliegenden Erfindung umfaßt zwei Paare von Platten, wobei ein Paar auf jeder Seite einer Windschutzscheibe angebracht ist, jedes Paar dem anderen Paar gegenüberliegend. Eine koaxiale Speisungsleitung ist direkt mit dem innenseitigen Paar Platten gekoppelt. Ein Abgleichschaltkreis ist über das außenseitige Paar Platten geschaltet. Ein unbelastetes Antennenelement ist mit dem Ausgang des Abgleichschaltkreises verbunden. Eine entkoppelnde Vorrichtung, so wie eine entkoppelnde Abstimmleitung, Buchse oder Hochfrequenzdrossel kann benutzt werden, um den Hochfrequenzstrom zu minimieren, der auf dem Abschirmleiter der koaxialen Speisungsleitung fließt. Durch Koppeln des koaxialen Kabels direkt an die inneren Platten ohne ein zwischengeschaltetes Abgleichnetzwerk wird die Hochfrequenzenergie durch die Windschutzscheibe zu dem außenseitigen Paar von Platten mit einer geringen Impedanz gekoppelt. Diese geringe Impedanz unterstützt, daß das System gegenüber den Wirkungen von Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe unempfindlich ist. Das Abgleichnetzwerk ergibt keinerlei Antennenbelastung, so daß es möglich wird, eine selbstresonante Antenne voller Größe mit dem System zu verwenden. Das Anordnen des Abgleichschaltkreises außerhalb des Fahrzeuges, das Abschirmen der Übertragungsleitung auf dem Glas und das Koppeln einer Zwei-Leiter-Übertragungsleitung durch das Glas wirken zusammen, um den Wert an Streustrahlung innerhalb des Fahrgastraumes des Fahrzeuges zu minimieren.
Die vorangehenden und zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform deutlich, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gemacht wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Speisungssystems der vorliegenden Erfindung, angebracht auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Speisungssystemes der Fig. 1, wobei als entkoppelndes Element eine Viertelwellen- Abstimmleitung verwendet wird;
Fig. 3 ist eine schematische Teilansicht eines alternativen Speisungssystemes gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein koaxialer Symmetrieübertrager verwendet wird, um die Hochfrequenzenergie auf das System zu koppeln;
Fig. 4 ist eine Draufsicht einer doppelseitig bedruckten Schaltkarte, auf der der Abgleichschaltkreis der Fig. 2 angebracht ist;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung des Speisungssystemes, das in Fig. 2 gezeigt ist;
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Autotransformator-Abgleichnetzwerkes, das für die Verwendung mit einer Antenne geeignet ist, die eine Impedanz geringer als die der Übertragungsleitungsimpedanz hat, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Autotransformator-Abgleichnetzwerkes, das für die Verwendung mit einer Antenne geeignet ist, die eine Impedanz größer als die Übertragungsleitungsimpedanz hat, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines Speisungssystemes gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein alternativer Abgleichschaltkreis verwendet wird;
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung eines Speisungssystemes gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der ein Abgleichschaltkreis einer zweiten Alternative verwendet wird;
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung eines Speisungssystemes gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei ein Abgleichschaltkreis einer dritten Alternative verwendet wird;
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung eines Speisungssystemes gemäß der vorliegenden Erfindung, das keinen äußeren Abgleichschaltkreis verwendet;
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linien 12-12 in Fig. 1 genommen ist;
Fig. 13 ist eine Seiten-Teilansicht eines Speisungssystemes gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der als entkoppelndes Element eine Buchse verwendet wird; und
Fig. 14 ist eine Seiten-Teilansicht eines Speisungssystemes gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der als entkoppelndes Element eine HF-Drossel verwendet wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Vorwort

Das durch das Glas wirkende Speisungssystem der vorliegenden Erfindung wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit mit Bezug auf eine an einer Windschutzscheibe angebrachten Antenne beschrieben, die für den Betrieb in dem 800-880 Megahertz-Frequenzband ausgelegt ist. Dieses Frequenzband ist wegen der jüngsten Popularität der bei 800 Megahertz arbeitenden zellularen Telefonsysteme von besonderem Interesse. Es sollte jedoch verstanden werden, daß das vorliegende Speisungssystem in irgendeinem Frequenzband verwendet werden kann, so wie dem 27 Megahertz-CB-Band oder dem 1,2 Gigahertz-Amateurband, mit gleichermaßen vorteilhaften Ergebnissen.
Ahnlich ist das Zufuhrsystem der vorliegenden Erfindung nicht auf die Verwendung in Verbindung mit Kraftfahrzeugwindschutzscheiben beschränkt. Sie kann vorteilhaft bei irgendeiner Anwendung verwendet werden, bei der Hochfrequenzenergie durch einen Isolator an eine Antenne gekoppelt werden soll. Solche weiteren Anwendungen umfassen das Koppeln von Hochfrequenzenergie auf einer Antenne durch die Fiberglaskarossen bestimmter Fahrzeuge, Boote oder Flugzeuge oder durch keramische Materialien, die in Raumfahrzeugen verwendet werden.
Schließlich sollte erkannt werden, daß, obwohl die folgende Beschreibung gelegentlich Bezug auf das Übertragen oder Koppeln von Energie auf einer Antenne nimmt, daß aus den Grundsätzen der Umkehrbarkeit diese Bezugnahmen im allgemeinen gleichermaßen auf das Empfangen oder Koppeln von Energie von einer Antenne anwendbar sind.

Koppeln durch das Glas

Die bevorzugte Ausführungsform des durch das Glas wirkenden Speisungssystemes 21, das in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt erste und zweite innenseitige leitende Platten 23, 25, angrenzend und befestigt an der Innenfläche einer Windschutzscheibe 27, und erste und zweite außenseitige leitende Platten 29, 31, angrenzend und befestigt an einer Außenfläche der Windschutzscheibe. Die erste und zweite außenseitige Platte 29 und 31 sind bevorzugt gegenüber der entsprechenden ersten und zweiten innenseitigen Platte 23 bzw. 25 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen jedoch brauchen die außenseitigen Platten nicht direkt gegenüber den entsprechenden innenseitigen Platten zu sein. Statt dessen braucht die außenseitige Windschutzscheibenfläche, an der die außenseitigen Platten angebracht sind, nur im wesentlichen der innenseitigen Windschutzscheibenfläche gegenüber zu liegen, an der die innenseitigen Platten angebracht sind.
Die Platten 23, 25, 29 und 31 dienen dazu, die Hochfrequenzenergie durch die Windschutzscheibe 27 zu koppeln. Eine Zwei-Leiter-Übertragungsleitung, so wie ein unabgeglichenes Koaxialkabel 33 mit 50 Ohm mit einem ersten oder Mittelleiter 35 und einem zweiten oder Abschirmleiter 37 endet angrenzend an die innenseitigen leitenden Platten 23 und 25 und koppelt HF-Energie von einer Übertragungseinheit (nicht gezeigt) direkt auf diese Platten. Der erste Leiter 35 ist an die erste innenseitige Platte 32 gekoppelt und der zweite Leiter 37 ist an die zweite innenseitige Platte 25 gekoppelt.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine symmetrische Übertragungsleitung 41 verwendet werden, um HF-Energie auf innenseitige leitende Platten 23 und 25 aufzugeben, wie in Fig. 3 gezeigt. Eine koaxiale Leitung 43 kann durch eine Vielzahl von Techniken in eine symmetrische Leitung 41 umgewandelt werden, so wie durch den dargestellten koaxialen Symmetrieübertrager 45 oder durch einen toroidalen Symmetrieübertrager (nicht gezeigt). Solche Techniken bringen manchmal eine Impedanztransformation zwischen den nicht abgeglichenen und den symmetrischen Übertragungsleitungsimpedanzen mit sich. Beispielsweise wandelt der dargestellte koaxiale Symmetrieübertrager die koaxiale Impedanz von 50 Ohm in eine Impedanz der symmetrischen Übertragungsleitung von 200 Ohm um. Dieser Wert von 200 Ohm jedoch nutzt noch die Vorteile, die mit der Niederimpedanzkopplung verbunden sind, die hier genau beschrieben wird.
Die Abmessungen der Speisungssystemplatten 23, 25, 29 und 31, die in den Fig. 1, 2 und 4 dargestellt sind, betragen 12,7 · 28,6 mm (0,5 · 1,125 Zoll). Jedes Paar Platten 23, 29 und 25, 31 bildet eine koppelnde Kapazität von ungefähr vier Picofarad. Dieser Wert jedoch ist nicht kritisch. Andere Werte der Kopplungskapazität können durch Ausbilden oder Einstellen eines Abgleichnetzwerkes 39 ungefähr eingestellt werden. Die Abmessungen der Platten 23, 25, 29 und 31 können auch für den Betrieb bei unterschiedlichen Frequenzen skaliert und bemessen werden, wie der Fachmann erkennen wird. Weiterhin ist die Form dieser Platten nicht auf die rechteckigen Formen, die in den Figuren dargestellt sind, begrenzt. Andere Geometrien können gleichermaßen gut arbeiten. Wenn diese Platten jedoch zu groß hergestellt werden, wird sich eine stehende Welle in den Platten entwickeln, die dem guten Breitbandbetrieb der Antenne stören kann. Die Entfernung zwischen den Platten beträgt ungefähr 7,6 mm (0,3 Zoll). Ein größerer Abstand kann verwendet werden, jedoch vergrößert dies die Größe des Speisungssystemes, wodurch sein Windwiderstand vergrößert wird.
Die innenseitigen Platten 23, 25 können von einer kleinen Kunststoffeinfassung 49 bedeckt sein. Die außenseitigen Platten 29, 31 können von einem Kunststoff- oder Metallgehäuse 47, wie unten beschrieben, bedeckt sein.

Abgleichnetzwerke

Wegen der direkten Verbindung der Übertragungsleitung 33 mit den innenseitigen Platten 23 und 25 und der relativen Nähe der innenseitigen Platten 23 und 25 zu den außenseitigen Platten 29 und 31 wird über die innenseitigen Platten 23 und 25 und über die außenseitigen Platten 29 und 31 eine geringe Impedanz gezeigt. Somit ist die Größe der HF-Spannung über die außenseitigen Platten im wesentlichen gleich der Größe der HF-Spannung über den Mittelleiter 35 und den Abschirmleiter 37 der koaxialen Speisungsleitung 33. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein äußeres Abgleichnetzwerk 39 zum Umwandeln der Antennenimpedanz,'bei Kopplung an die innenseitigen Platten 23, 25, auf die Kennimpedanz der Übertragungsleitung 33 vorgesehen, wodurch ein konjugierter Abgleich gebildet wird.
Bei der in den Fig. 2 und 4 erläuternden und schematisch in Fig. 5 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist das äußere Abgleichnetzwerk 39 über die außenseitigen Platten 29 und 31 geschaltet und umfaßt zwei Eingänge 51, 53 und einen Ausgang 55. Jeder der Eingänge 51, 53 ist mit einem unterschiedlichen der außenseitigen Platten 29, 31 verbunden. Der Ausgang 55 ist von der ersten außenseitigen Platte 29 durch einen kapazitiven Blindwiderstand isoliert, der durch einen Kondensator 57 dargestellt wird. Der Ausgang 55 ist von der zweiten außenseitigen Platte 31 von einem induktiven Blindwiderstand isoliert, der von einem Induktor 59 dargestellt wird. Für den Betrieb in dem 800-880 Megahertz-Frequenzband ist der Kondensator 57 ein variabler Kondensator vom Kolbentyp mit einem Bereich von 1 bis 12 Picofarad. Der Induktor 59 weist eine Wicklung des Drahtes Nr. 14 mit 1,65 mm Durchmesser (0,0650 Zoll Durchmesser) mit einer Spulenlänge von 9,53 mm (0,375 Zoll) und einem Durchmesser von 10,2 mm (0,4 Zoll) auf. Der Kondensator 57 und der Induktor 59 bilden einen Reihenschaltkreis, bei dem der erste Eingang 51 des Abgleichnetzwerkes 39 eine erste Seite des Kondensators 57 bildet, der elektrisch mit der Platte 29 verbunden ist, der zweite Eingang des Abgleichnetzwerkes 39 ein erstes Ende des Induktors 59 ist, der mit der Platte 31 verbunden ist und der Ausgang 55 des Abgleichnetzwerkes 39 ist die Verbindung zwischen dem Kondensator 57 und dem Induktor 59. Das Abgleichnetzwerk 39 liefert typischerweise eine induktive Blindwiderstandskomponente über die außenseitigen Platten 29, 31, die durch den kapazitiven Blindwiderstand des durch das Glas koppelnden Kondensators gelöscht wird.
Das dargestellte Abgleichnetzwerk 39 kann auf einer 53,3 mm (2,06 Zoll) - quadratischen, doppelseitig bedruckten Schaltkarte 61 aufgebaut sein, wie in Fig. 4 gezeigt. Auf der unteren Seite der gedruckten Schaltkarte sind die beiden außenseitigen leitenden Platten 29 und 31 eingeätzt. Auf der Oberseite der gedruckten Schaltkarte liegt ein leitender Streifen 63 mit einer Breite von 3,18 mm (0,125 Zoll), der entlang des Außenumfanges der Karte geführt ist. Der leitende Streifen 63 ist mit der ersten außenseitigen Platte 29 und mit dem Kondensator 57 verbunden.
Die bevorzugte Ausführungsform des Abgleichnetzwerkes 39, gezeigt in den Fig. 2 und 5, kann als ein kapazitiv gekoppeltes "L"-Netzwerk reaktiver Komponenten gesehen werden, die eine nicht abgeglichene Antenne von einer nicht abgeglichenen koaxialen Speisungsleitung aus treiben. Die Platten 23 und 25 können im Fachjargon als nicht abgeglichene innenseitige "heiße" bzw. "gemeinsame" Platte bezeichnet werden. Die Platten 29 und 31 können ähnlich als außenseitige "heiße" und "gemeinsame" Platten betrachtet werden, da sie kapazitiv von den innenseitigen Platten 23 bzw. 25 gekoppelt sind. In dieser nicht abgeglichenen Sichtweise kann der Abgleichschaltkreis 39 als ein "L"-Netzwerk betrachtet werden, wobei der Kondensator 57 das Reihenelement ist und der Induktor 59 das Shunt-Element ist. Der Ausgang des "L"-Netzwerkes an der Verbindung von Kondensator 57 und Induktor 59 treibt die nicht abgeglichene Antenne.
Bei einem alternativen Abgleichnetzwerk (nicht gezeigt) kann der Kondensator 57 fest sein und der Induktor 59 kann variabel gemacht werden. Bei einer weiteren Abänderung können sowohl der Kondensator 57 als auch der Induktor 59 fest sein. In einem solchen Fall kann das System nichtsdestotrotz abgestimmt werden, indem man die Länge der Antenne ändert.
Bei einem weiteren alternativen Abgleichnetzwerk, gezeigt in den Fig. 6 und 7, kann ein nicht abgeglichener Wandler 65 benutzt werden, um die Antennenimpedanz, gekoppelt an die innenseitigen Platten 23, 25, auf die Kennimpedanz einer Zwei-Leiter-Übertragungsleitung, so wie der koaxialen Speisungsleitung 33, abzugleichen. Die Anordnung in Fig. 6 wird mit Antennenelementen 67 verwendet, welche eine Speisungspunktimpedanz geringer als der Kennimpedanz der koaxialen Speisungsleitung 33 haben, so wie Viertelwellenlängentreibern. Die Antenne ist mit dem Wandler 65 an einem Punkt verbunden, der durch das Verhältnis der Impedanz über die außenseitigen Platten 29, 31 zu der Impedanz des Antennenelementes bestimmt ist, wie es den Fachleuten wohlbekannt ist. Die Anordnung in Fig. 7 wird mit Antennenelementen 67 verwendet, welche eine Speisungspunktimpedanz größer als der Kennimpedanz der koaxialen Speisungsleitung 33 haben, so wie Halbwellenlängentreibern. Die Ausbildung des Wandlers 65 wird in einem solchen Fall wiederum durch das Verhältnis der Impedanz über die außenseitigen Platten 29, 31 zu der Impedanz des Antennenelementes vorgegeben.
Die in den Fig. 6 und 7 gezeigten Abgleichschaltkreise umfassen kein variables Element, um das System in den Resonanzzustand zu bringen. Eine gute Impedanzanpassung an die Übertragungsleitung kann nichtsdestotrotz erhalten werden, indem man die Länge des Antennenelementes 67 und die Induktivität des Wandlers 65 so wählt, daß eine resistive Impedanz gleich der Kennimpedanz der Übertragungsleitung über die innenseitigen Platten 23 und 25 gezeigt wird. Wenn beispielsweise der induktive Blindwiderstand, der durch den Wandler 65 eingeführt wird, den kapazitiven Widerstand, der durch die durch das Glas koppelnden Kondensatoren eingeführt wird, überschreitet, dann muß das Antennenelement 67 etwas kürzer sein als eine Viertelwellenlänge (oder länger als eine Halbwellenlänge), um den zusätzlichen kapazitiven Blindwiderstand zur Verfügung zu stellen, der notwendig ist, um die induktive Nettokomponente des Systems zu löschen. Auf ähnliche Weise, wenn der induktive Blindwiderstand, der von dem Wandler 65 eingeführt wird, geringer ist als der kapazitive Blindwiderstand, der von den Kopplungskondensatoren eingeführt wird, dann muß die Antenne 67 etwas länger als eine Viertellänge sein (oder kürzer als eine Halbwellenlänge), um den zusätzlichen induktiven Blindwiderstand zu erzeugen, der gebraucht wird, um die kapazitive Nettokomponente des Systems zu löschen.
Eine weite Vielfalt anderer Abgleichschaltkreis-Topologien, nicht beschränkt auf die oben beschriebenen Typen, kann auch in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wie es dem Fachmann deutlich wird. Eine kleine Zusammenstellung solcher alternativen Abgleichschaltkreis-Topologien 69, 71 und 73 ist in den Fig. 8 bis 10 gezeigt.
Schließlich kann bei einigen Anwendungen der äußere Abgleichschaltkreis vollständig eliminiert werden, und zwei Antennenelemente 75, 77 können direkt oder über eine kurze Übertragungsleitung 79 mit den äußeren leitenden Platten 29, 31, wie in Fig. 11 gezeigt, gekoppelt werden. Bei der besonderen dargestellten Ausführungsform sind die Antennenelemente 75 und 77 jedes etwas länger als eine Halbwellenlänge und werden durch einen Viertellängenabschnitt der symmetrischen 300 Ohm-Übertragungsleitung 79 gespeist. Diese 300 Ohm-Übertragungsleitung dient dazu, die Antennenelemente von der Windschutzscheibe zu beabstanden und dient zusätzlich als ein Element eines äußeren Abgleichnetzwerkes. Die Abmessungen und Impedanzen des dargestellten Systems sind so gewählt, daß sie eine Antennenimpedanz über die innenseitigen Platten 23, 25 liefern, die an die Impedanz der Übertragungsleitung 33 angeglichen ist, ohne daß ein äußerer Abgleichschaltkreis nötig wäre. Bei diesem besonderen Beispiel ist die Impedanz über die Speisungspunkte der Antennenelemente 75 und 77 etwas größer als 300 Ohm und hat eine kapazitive Blindwiderstandskomponente. Ein Viertellängenabschnitt der Übertragungsleitung 79 transformiert diese Antennenimpedanz auf 50 Ohm plus einer induktiven Blindwiderstandskomponente hinab. Die Antenne und die Übertragungsleitung sind so ausgelegt, daß diese induktive Blindwiderstandskomponente die kapazitive Blindwiderstandskomponente löscht, die durch die Kopplungskondensatoren eingeführt wird, so daß eine rein resistive Antennenimpedanz, gleich der Impedanz der Übertragungsleitung, über die innenseitigen Platten 23 und 25 zur Verfügung stellt. Eine große Vielfalt anderer Antennenelementsysteme, die die Notwendigkeit eines externen idealkonstanten Abgleichschaltkreises ausschaltet, wird den Fachleuten leicht deutlich.
Aus der obigen Diskussion kann entnommen werden, daß die durch die Kopplungsplatten 23, 29 und 25, 31 eingeführte Kapazität immer eine kapazitive Endwiderstandskomponente zu der von den außenseitigen Platten 29, 31 zu den innenseitigen Platten 23, 25 gekoppelten Impedanz beiträgt. Die Speisungssysteme gemäß der vorliegenden Erfindung nutzen diesen kapazitiven Blindwiderstand, um die induktive Impedanz zu kompensieren, die typischerweise über den außenseitigen Platten 29, 31 durch die Antenne und/oder die Kopplungselemente vorliegt. Die kapazitive Komponente löscht diese induktive Komponente, was eine resistive Impedanz über die innenseitigen Platten 23, 25 ergibt, die mit der Impedanz der Übertragungsleitung abgeglichen ist. Die Kopplungskondensatoren dienen somit als Elemente eines intrinsischen Abgleichschaltkreises, der im Zusammenhang mit einem externen Abgleichschaltkreis oder isoliert arbeitet, um eine resistive Impedanz über die innenseitigen Platten 23, 25 zur Verfügung zu stellen.

Antennenelemente

Das Speisungssystem der vorliegenden Erfindung kann mit einer Vielfalt von Antennenelementen verwendet werden. Für den maximalen Wirkungsgrad sollte das Antennenelement von voller Größe und Selbstresonanz sein, d. h. es sollte ein rein resistive Impedanz am Speisungspunkt haben. Eine solche Antennenkonfiguration ist deswegen leistungsfähig, weil die Antenne nicht durch eine ideale Blindwiderstandskomponente in Resonanz gebracht oder belastet wird. Ein Abgleichschaltkreis, so wie das Abgleichnetzwerk 39, kann ausgelegt oder eingestellt werden, um eine solche resistive Antennenimpedanz in die Kennimpedanz der Übertragungsleitung umzuwandeln, so daß eine Abgleichbedingung an den innenseitigen Platten 23 und 25 erhalten wird.
Die bevorzugte Antenne 67, dargestellt in den Fig. 1 und 2, ist ein Beispiel einer geeigneten resonanten Antenne. Sie weist zwei kollineare Halbwellenelemente 81 und 83 auf, die durch eine Phasenspule 85 verbunden sind. Die Phasenspule 85 bewirkt, daß die Halbwellenelemente 81 und 83 in Phase strahlen. Da das Abgleichnetzwerk 39 die Antenne nicht belastet, wird die Länge des unteren Abschnittes 21 direkt vom Ausgang 55 des Abgleichnetzwerkes 39 zum unteren Ende der Phasenspule 85 gemessen und beträgt in der Länge genau eine Halbwellenlänge. In dem 800-880 Megahertz-Frequenzband beträgt die Länge des unteren Abschnittes 81 17,3 cm (6,8 Zoll) die Länge des oberen Abschnittes 83 beträgt 17,3 cm (6,8 Zoll), und eine Phasenspule 85 umfaßt 7,5 Wicklungen des Standarddrahtes Nr. 14 mit einem Durchmesser von 12,7 mm (0,5 Zoll) und einer Spulenlänge von 8,26 cm (3,25 Zoll). Andere nicht abgeglichene resonante Strukturen, so wie Viertel- oder Halbwellenlängentreiber, gemessen vom Ausgang 55, können auch mit dem Speisungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Auf ähnliche Weise kann eine große Vielfalt von abgeglichenen resonanten Strukturen, so wie Dipolen, gefalteten Dipolen oder Schleifen, entweder direkt oder durch ein zwischengeschaltetes Abgleichnetzwerk mit den außenseitigen Platten gekoppelt werden.
In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, eine abgeglichene oder nicht abgeglichene nicht resonante Antennenstruktur zu verwenden (nicht gezeigt). Eine solche Antennenstruktur kann wünschenswert sein, wenn es nicht genügend Platz für ein Antennenelement voller Größe gibt oder wenn ein gewünschter vertikaler Strahlungswinkel oder eine Impedanz am Speisungspunkt der Antenne durch Verwendung einer nicht resonanten Antenne erhalten werden kann. In solchen Fällen kann das Abgleichnetzwerk 29 wieder ausgelegt oder eingestellt werden, um eine resistive Impedanz zu zeigen, wenn über die innenseitigen Platten 23, 25 gemessen wird, die mit der Kennimpedanz der Übertragungsleitung abgeglichen ist.
Ungeachtet der Antennenkonfiguration kann die Bandbreite des Systems vergrößert werden, wenn ein Antennenelement mit einem größeren Durchmesser verwendet wird. Bei der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das Antennenelement 67 einen Durchmesser von 1,27 mm (0,05 Zoll) über den größten Teil seiner Länge. Der Bodenabschnitt 86 dieser Antenne wird jedoch aus einem 6,35 mm- (0,25 Zoll) -Rohr gebildet, wodurch die Bandbreite des Systemes vergrößert wird. Alternativ kann ein konisches Element (nicht gezeigt) als die Basis der Antenne verwendet werden, daß sich von 12,7 mm (0,5 Zoll) beim Ausgang des Abgleichnetzwerkes auf 1,27 mm (0,05 Zoll) über eine Distanz von ungefähr 38,1 mm (1,5 Zoll) abschrägt, um einen ähnlichen Breitbandeffekt zu erzeugen.

Element zum Anbringen der Antennen

Die bevorzugte Ausführungsform eines durch das Glas wirkenden Speisungssystemes gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt auch ein Antennen-Kopplungs- oder Anbringeelement 47, in den Fig. 1 und 12 gezeigt. Das Antennenanbringeelement 47 kann verschiedene Funktionen bedienen: das Isolieren der Antenne 67 von wenigstens einer der ersten und zweiten außenseitigen Platten 29 und 31; das Verbinden der Antenne 67 mit den außenseitigen Platten 29, 31 und mit dem Ausgang 55 des Abgleichschaltkreises 39, das Anbringen der Antenne 67 außenseitig und beabstandet von der Windschutzscheibe 27 und das Schützen des Abgleichnetzwerkes 39 gegen Wasser.
Bei der bevorzugten Ausführungsform weist das Antennenanbringeelement 47 eine Metallschale 87 auf, die in der Größe so ist, daß sie das Abgleichnetzwerk 39 und die außenseitigen Platten 29, 31 überdeckt und eine isolierende Durchführung 89 umfaßt, durch die die Antenne 67 an den Abgleichschaltkreis 39 angeschlossen ist. Ein Antennenanbringungs-Schwenkpunkt 91 kann an der Durchführung 89 angebracht sein, um es zu ermöglichen, daß die Antenne vertikal ausgerichtet wird, ungeachtet der Steigung der Windschutzscheibe 27 des Fahrzeuges. Die leitende Schale 87 ist durch eine Kontaktverbindung elektrisch leitend mit der leitenden Kante 63 auf der gedruckten Schaltkarte 61 verbunden, die wiederum mit der ersten außenseitigen Platte 29 über die Schaltkarte verbunden ist. Eine Zugangsöffnung, verschlossen durch einen wasserdichten Gummistopfen 93, ist in der Schale 87 vorgesehen, um den Zugang zu dem variablen Kondensator 57 zu erlauben.
Bei dieser besonderen Ausführungsform wird angenommen, daß die Metallschale 87 eine Breitbandfunktion hat. Sie bildet ein zweites kapazitives Element, das im Nebenschluß über den variablen Kondensator 57 von der außenseitigen Platte 29 zur Antenne 67 belegt ist, und es bildet auch ein bestimmtes Hohlelement. Die Höhe dieses Hohlraumes, von der gedruckten Schaltkarte 61 bis zur Durchführung 89 beträgt 19,1 mm (0,75 Zoll). Die Innenfläche des Hohlraumes bei der gedruckten Schaltkarte 61 beträgt 5,23 cm (2,6 Zoll) im Quadrat. Die Schale 87 hat eine Wanddicke von 2,5 mm (0,1 Zoll). Die 2,0:1-VSWR-Bandbreite des Speisungssystemes, die die dargestellte Metallschale anschließt, erstreckt sich von 830 bis 880 Megahertz. Wenn die Höhe des Hohlraumes, der durch die Metallschale 87 gebildet wird, auf 25,4 mm (1 Zoll) erhöht wird, die Bandbreite reduziert.
Bei anderen Ausführungsformen kann das Antennenanbringeelement 47 einfach ein geformtes Kunststoffelement aufweisen.
Das Anbringeelement 47 sollte aerodynamisch geformt sein, um seinen Windwiderstand zu minimieren. Die minimale Basisfläche des Anbringeelementes 47 ist hauptsächlich eine Funktion der Haftmittelfläche, die erforderlich ist, um das System bei hohen Geschwindigkeiten an Ort und Stelle zu halten, anstatt der Fläche, die durch die außenseitigen Platten 29 und 31 erforderlich wird. Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Basisfläche ungefähr 6,4 cm (2,5 Zoll) im Quadrat, vergleichbar mit den entsprechenden Elementen bei Systemen des Standes der Technik.
Die Platten 23, 25, 29 und 31 und das Anbringeelement 47 können an der Windschutzscheibe durch Kleber, doppelseitiges Klebeband oder andere Mittel befestigt sein, die den Fachleuten bekannt sind.

Streustrahlung

Mehrere Faktoren tragen zu dem geringen Wert der Streustrahlung innerhalb des Fahrgastraumes des Fahrzeuges bei, der durch das vorliegende Speisungssystem geliefert wird. Einer ist, daß potentiell strahlende Komponenten, so wie die Komponenten des Abgleichnetzwerkes, nach außerhalb des Fahrzeuges gelegt worden sind. Ein weiterer ist, daß die koaxiale Abschirmung der Speisungsleitung sich über den gesamten Weg zu der Windschutzscheibe erstreckt, anstatt daß sie an einem zwischengeschalteten Abgleichschaltkreis endet. Noch ein weiterer Faktor ist die Verwendung von zwei Paaren von koppelnden Platten, eine an den koaxialen Mittelleiter gekoppelt und eine an die koaxiale Abschirmung gekoppelt, was weitgehend die zugeordneten elektromagnetischen Felder auf den schmalen Bereich zwischen diesen Paaren von Platten einschränkt, anstatt daß es ihnen ermöglicht wird, in einem unbeschränkten Muster um ein einzelnes Paar von Platten zu streuen, wie es beim Stand der Technik auftritt. Weitere Faktoren, die zu dem geringen Wert der Streustrahlung beitragen, werden in dem Abschnitt mit dem Vergleich mit Antennensystemen des Standes der Technik, s. u., diskutiert.
Um weiter die Streustrahlung innerhalb des Fahrgastraumes des Fahrzeuges zu minimieren, kann das Speisungssystem 21 ein entkoppelndes Element zum Reduzieren des Fließens des Hochfrequenzstromes auf dem Abschirmleiter 37 des koaxialen Kabels 33 umfassen. Dieses entkoppelnde Element kann eine Abstimmleitung 95 mit einer elektrischen Länge einer ungeraden Zahl von Viertelwellenlängen bei der gewünschten Betriebsfrequenz sein. Die Abstimmleitung 95 ist an ihrem proximalen Ende mit der zweiten innenseitigen Platte 25 verbunden, wie in den Fig. 2 und 5 gezeigt. Die Abstimmleitung 95 ist so gezeigt, daß sie sich senkrecht von der Windschutzscheibe 27 erstreckt, aber sie kann alternativ in irgendeine Anzahl von Formen gekrümmt sein, um sich an die Raumerfordernisse einer speziellen Anwendung anzupassen. Ähnlich kann die Abstimmleitung 95 induktiv belastet sein, um ihre physikalische Länge zu reduzieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das entkoppelnde Element ein leitendes Buchsenelement 97 aufweisen, das einen Abschnitt der koaxialen Speisungsleitung 33 umgibt, wie in Fig. 13 gezeigt. Ein erstes Ende 99 des Buchsenelementes 97 ist mit dem Abschirmleiter 37 des koaxialen Speisungskabels 33 in einer Entfernung verbunden, die von dem Ende 101 des koaxialen Kabels 33 beabstandet ist. Die Buchse 97 erstreckt sich, isoliert von dem Abschirmleiter 37, über eine Entfernung d, die im wesentlichen gleich einer ungeraden Anzahl von elektrischen Viertelwellenlängen in der Buchse ist, auf das Ende 101 des koaxialen Kabels 33 zu, angrenzend an die erste und zweite innenseitige leitende Platte 23 und 25. Für maximale Wirksamkeit sollte die Buchse 97 so positioniert werden, daß sie nahe dem Ende 101 des koaxialen Kabels 33 endet.
Die entkoppelnde Abstimmleitung 95 und die Buchse 97 dienen zusätzlich der wünschenswerten Funktion, dabei zu helfen, die innenseitige Platte 25 auf HF-Erde zu halten, wodurch die Leistungsfähigkeit des Antennensystems optimiert wird.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform kann das entkoppelnde Element eine HF-Drossel 103 aufweisen, wie in Fig. 14 gezeigt. Eine solche Drossel kann einen kringelförmigen ferromagnetischen Kern 105 umfassen, durch welchen ein koaxiales Speisungskabel 33 schleifenartig gewunden ist.
Vergleich mit Antennensystemen des Standes der Technik Das Parfitt-Antennensystem des Standes der Technik ist kommerziell unter dem Warenzeichen ANTENNA SPECIALIST erhältlich. Eine physikalische Untersuchung des Abgleichnetzwerkes, das der 800 Megahertz-Version dieses Systems zugeordnet ist, zeigt, daß der Mittelleiter der einlaufenden koaxialen Zuleitung virtuell mit der Erde kurzgeschlossen ist, wo sie in die Abdeckung des Abgleichnetzwerkes eintritt. Die Abdeckung des Abgleichnetzwerkes ist ein kleines Aluminiumgehäuse, auf dem ein aufnehmender Koaxialverbinder angebracht ist. Ein 9,53 mm (0,375 Zoll), 14 Standard, langer Kupferdraht verbindet den Mittelleiter dieses Verbinders mit einer kleinen Kupferplatte, die an der Innenfläche des Aluminiumgehäuses angenietet ist, angrenzend an den Verbinder. Dieser Draht bildet die untere Wicklung eines Autotransformators von geringer Impedanz zu hoher Impedanz. Das Transformationsverhältnis der Impedanz übersteigt 500 zu 1, wodurch es nötig wird, daß die sehr kleine Induktivität den Mittelleiter des Verbinders auf Erde verbindet. Eine solche Konfiguration jedoch ist inhärent mit Verlusten behaftet, weil das Q der kleinen Induktivität sehr gering ist (d. h., der Widerstand des kurzen Drahtstücks ist im Vergleich zu seinem induktiven Endwiderstand aufgewertet).
Die Verwendung einer solchen kleinen Induktivität bei dem Abgleichschaltkreis macht auch die Rückkehrverbindung durch das Aluminiumgehäuse zwischen der genieteten Kupferplatte und dem Verbinder zu einem nicht vernachlässigbaren Element des Induktors. Eine solche Verwendung der Aluminiumabdeckung als ein Schaltkreiselement bewirkt, daß sich stehende Wellen auf der Fläche der Abdeckung entwickeln, was zu einer Strahlung innerhalb des Fahrgastraumes des Fahrzeuges führt.
Das Parfitt-System leidet weiterhin an dem Vorliegen einer hohen Impedanz (nämlich 25.000 bis 100.000 Ohm) am Kopplungskondensator. Die Windschutzscheibe, die als das isolierende Medium des Kopplungskondensators dient, ist kein perfekter Isolator. Die Verluste, die bei der Verwendung irgendeines nicht perfekten Isolators inhärent sind, werden vergrößert, wenn solche Isolatoren in Hochimpedanzsystemen verwendet werden und werden im vorliegenden Beispiel wegen der beteiligten ultrahohen Frequenzen noch weiter vergrößert.
Im Gegensatz dazu umfaßt das Speisungssystem der vorliegenden Erfindung kein verlustreiches induktives Element mit geringem Q, das direkt im Nebenschluß über die einlaufende Speisungsleitung geschaltet ist. Auch benutzt die vorliegende Erfindung nicht als ein kritisches Element des Abgleichnetzwerks die Fläche einer Metallabdeckung, die innerhalb des Fahrzeuges angebracht ist. Schließlich werden die Verluste, die mit der Verwendung eines nicht perfekten Isolators in den Kopplungskondensatoren verbunden sind, bei der vorliegenden Erfindung dadurch minimiert, daß diese Kondensatoren in einem Niederimpedanzschaltkreis betrieben werden.
Feldstärkemessungen bei 800 Megahertz bei der Parfitt-Antenne des Standes der Technik und der Antenne, die in Fig. 2 gezeigt ist, zeigen, daß die Streustrahlung innerhalb des Fahrgastraumes bei der vorliegenden Erfindung mehr als 10 dB unterhalb dessen liegt, die bei dem Parfitt-System gemessen wird.
Fernfeldmessungen außerhalb des Fahrzeuges zeigten auch einen merkbaren Unterschied zwischen den beiden Systemen. Wenn die Antennen auf dem oberen Teil der vorderen Windschutzscheibe eines Fahrzeuges angebracht waren, war die Feldstärke hinter dem Fahrzeug mehrere Dezibel geringer bei dem Parfitt-System als bei der vorliegenden Erfindung. Dies kann den unterschiedlichen Stromverteilungen entlang der beiden Antennen zugeschrieben werden. Bei der vorliegenden Erfindung liegt der maximale Strompunkt, von dem aus die meiste Energie abgestrahlt wird, leicht oberhalb der Dachlinie, in der Mitte des unteren Halblängenabschnittes 81 des Antennenelementes 67. Bei dem Parfitt-System jedoch liegt der maximale Strompunkt sehr nah bei der äußeren Kopplungsplatte, gut unterhalb der Dachlinie, wegen der schweren kapazitiven Last der Antenne, die durch den durch das Glas wirkenden Kopplungskondensator eingeführt wird. Da dieser Punkt der maximalen Abstrahlung niedrig gelegt ist, strahlt das Parfitt-System wenig Energie in eine rückwärtige Richtung ab und strahlt mehr Energie durch die Windschutzscheibe und in den Fahrgastraum des Fahrzeuges.
Wenn das Treiberelement aus der Parfitt-Antenne entfernt wird, werden die Fernfeld-Feldstärkemessungen nur gering reduziert. Dies zeigt die verlustreiche Natur des Parfitt-Abgleichsystems und gibt beispielhaft den Grad der Strahlung an, die von der Abdeckung des Abgleichschaltkreises vorliegt. Im Gegensatz dazu fällt bei der vorliegenden Erfindung die Fernfeld-Feldstärke im wesentlichen auf Null, wenn das Antennenelement entfernt wird.
Im Vergleich mit dem Rychlik-System zeigt die vorliegende Erfindung eine angepaßte Impedanz und somit einen geringen VSWR an den innenseitigen Platten, wodurch der Übertragungsbetrieb möglich wird. Die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des Rychlik-Systemes, wenn die Windschutzscheibe naß ist, wird bei der vorliegenden Erfindung auch beseitigt, indem die Energie durch die Windschutzscheibe bei einer geringen Impedanz gekoppelt wird. Diese Niederimpedanzkopplung ist das genaue Gegenteil der Lehre von Rychlik.
Die vorliegende Erfindung liefert auch viele Vorteile gegenüber der Mobile Mark OW-900-Antenne. Der maximale Strompunkt bei den OW-900-Strahlern liegt an der außenseitigen Kopplungsplatte, weit unterhalb dem Niveau des Daches des Fahrzeuges. Dies trägt zu der Verzerrung des Strahlungsmusters bei der OW-900 und zu dem hohen Strahlungswert bei, der durch die Windschutzscheibe und in den Fahrgastraum des Fahrzeuges läuft. Im Gegensatz dazu hat die vorliegende Erfindung den maximalen Strompunkt des Strahlers weit oberhalb der Dachlinie, was diese Probleme ausschaltet. Ähnlich wird das Fehlen der Verstärkung bei dem OW-900-System hier überwunden, indem die Verwendung von solchen Strahlern, so wie Halbwellenelementen und kollinearen Anordnungen erlaubt wird, die ungerichtete Verstärkung erzeugen.

Betriebsweise

Indem eine Zwei-Leiter-Übertragungsleitung verwendet wird, die bei geringer Impedanz betrieben wird, um Hochfrequenzenergie durch eine Windschutzscheibe zu koppeln, werden die Wirkungen von Streuimpedanzen, die an die innenseitigen und außenseitigen leitenden Platten der vorliegenden Erfindung gekoppelt sind, minimiert. Beispielsweise wird die Wirkung eines Streuwiderstandes, der im Nebenschluß über die beiden außenseitigen leitenden Platten 29 und 31 durch das Vorliegen von Wasser auf der Windschutzscheibe 27 gelegt wird, weitgehend reduziert, wenn mit anderen durch das Glas wirkenden Speisungssystemen verglichen wird, die eine hohe Impedanz angrenzend an die Fläche der Windschutzscheibe zeigen.
Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe 27 kann auch die wirksame Fläche der Kopplungskondensatoren ändern, die durch die innenseitigen und außenseitigen Platten gebildet werden, in einer Weise, die grob analog zu dem ist, was mit Vorbedacht in dem Kirkendall-System implementiert ist. Dieser vom Wasser induzierte Effekt jedoch ist eine zufällige Funktion, die die Impedanz des Speisungspunktes der Antenne unvorhersagbar macht. Die geringe Impedanz über sowohl das innenseitige als auch das außenseitige Paar von Platten der vorliegenden Erfindung minimiert wiederum diesen Effekt verglichen mit den Hochimpedanzsystemen.
Schließlich geht die Kopplung einer aus zwei Leitern bestehenden Speisungsleitung mit geringer Impedanz durch das Glas dahin, die elektromagnetischen Felder auf den Bereich zwischen den Paaren der Platten zu begrenzen, so daß parasitäre Kopplung zu externen Körpern, so wie Windschutzscheiben- Wischblättern, minimiert wird. Somit kann bei der vorliegenden Erfindung ein Fremdkörper die Abdeckung 49 berühren und in enger Nähe zum Anbringeelement 47 kommen, ohne die Abstimmung des Systemes zu zerstören. Bei dem Parfitt-System würde im Gegensatz dazu durch einen solchen Fremdkörper die Abstimmung vollständig zerstört.
Durch Koppeln einer abgeglichenen Zwei-Leiter-Übertragungsleitung durch die Windschutzscheibe bei einer geringen Impedanz arbeitet das dargestellte Speisungssystem mit hohem Wirkungsgrad und überwindet viele Unzulänglichkeiten der Vorrichtungen des Standes der Technik.

Claims

1. Verfahren zum kapazitiven Koppeln von Hochfrequenzenergie durch einen Isolator (27) zwischen einer Zwei-Leiter- Übertragungsleitung (33) und einer Antenne (67), wobei das Verfahren aufweist: das Bereitstellen eines innenseitigen Paares von beabstandeten kopplungsplatten (23, 25) auf einer Innenfläche des Isolators (27) und eines außenseitigen Paares von beabstandeten Kopplungsplatten (29, 31) auf einer Außenfläche des Isolators; das Anbringen des innenseitigen Paares von Platten (23, 25) im wesentlichen gegenüber dem außenseitigen Paar von Platten (29, 31); das Koppeln der Antenne (67) an das außenseitige Paar von Kopplungsplatten (29, 31); und das Koppeln der beiden Leiter (35, 37) der Übertragungsleitung (33) an das innenseitige Paar von Kopplungsplatten (23, 25), wobei die beiden Leiter eine Kennimpedanz der Übertragungsleitung (33) zu den innenseitigen Platten (23, 25) zeigen; wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: das Verwenden einer koaxialen Übertragungsleitung als der Übertragungsleitung (33); das Koppeln der Leiter (35, 37) der koaxialen Übertragungsleitung (33) an die jeweilige innere Kopplungsplatte (23, 25), ohne eine Abgleicheinrichtung zwischen die Platten (23, 25) und die Übertragungsleitung (33) zu legen; das Koppeln eines Ausganges einer Abgleicheinrichtung (39) an die Antenne (67); und das Koppeln von Eingängen der Abgleicheinrichtung (39) an das außenseitige Paar von Kopplungsplatten (29, 31), wobei die Antenne (67) und das außenseitige Paar von Kopplungsplatten (29, 31) über die Abgleicheinrichtung (39) gekoppelt sind, welche im wesentlichen die Impedanz der Antenne (67) an die Kennimpedanz der koaxialen Übertragungsleitung (33) anpassen und welche eine Impedanz von 200 Ω oder weniger über das außenseitige Paar von Kopplungsplatten (29, 32) zeigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Entkoppeln der Übertragungsleitung (33) von der Antenne (67) aufweist.

3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, einschließlich des Transformierens einer Impedanz, die von der Übertragungsleitung (33) gezeigt wird, auf das innenseitige Paar von Kopplungsplatten (23, 25).

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches weiterhin das Transformieren einer von der Antenne (67) gezeigten Impedanz auf das außenseitige Paar von Kopplungsplatten (29, 31) umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches weiterhin das Bereitstellen eines induktiven Blindwiderstandes (59) zum Kompensieren eines kapazitiven Blindwiderstandes, der von den kapazitiven Kopplungsplatten (23, 25, 29, 31) eingeführt wird, umfaßt.

6. Fahrzeugantennenspeisungssystem (21), welches Mittel zum kapazitiven Koppeln von Hochfrequenzenergie durch einen Isolator (27) zwischen einer Zwei-Leiter-Übertragungsleitung (33) und einer Antenne (67) umfaßt, wobei die Übertragungsleitung eine Kennimpedanz hat, wobei das Speisungssystem aufweist: ein innenseitiges Paar von beabstandeten Kopplungsplatten (23, 25), das auf einer Innenfläche des Isolators (27) angeordnet ist, wobei ein erster und zweiter Leiter der Übertragungsleitung (33) an das innenseitige Paar von Kopplungsplatten (23, 25) gekoppelt ist, ein außenseitiges Paar von beabstandeten Kopplungsplatten (29, 31), das auf einer Außenfläche des Isolators im wesentlichen gegenüber dem innenseitigen Paar von Kopplungsplatten (23, 25) angeordnet ist; und eine Antenne (67), die an das außenseitige Paar von Kopplungsplatten (29, 31) gekoppelt ist; wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, daß: die Übertragungsleitung (33) eine koaxiale Übertragungsleitung ist, mit Leitern (35, 37), die an eine jeweilige der innenseitigen Kopplungsplatten (23, 25) ohne eine Abgleicheinrichtung (39) zwischen den Platten (23, 25) und der Übertragungsleitung (33) gekoppelt ist; und die Antenne (67) mit dem Ausgang der Abgleicheinrichtung (39) verbunden ist, wobei die Eingänge der Abgleicheinrichtung (39) mit dem außenseitigen Paar von Kopplungsplatten (29, 31) verbunden sind, wobei die Abgleicheinrichtung (39) so angeordnet ist, daß sie die Antennenimpedanz, wie sie an die koaxiale Übertragungsleitung (33) gekoppelt ist, in eine Impedanz transformiert, welche im wesentlichen an die Kennimpedanz der koaxialen Übertragungsleitung (33) angepaßt ist und welche eine Impedanz von 200 Ω oder weniger über das außenseitige Paar von Kopplungsplatten (29, 32) zeigt.

7. Speisungssystem nach Anspruch 6, bei dem die Übertragungsleitung (33) einen abgeschirmten Leiter (37) umfaßt und der abgeschirmte Leiter direkt mit einer des innenseitigen Paares von Kopplungsplatten (23, 25) verbunden ist.

8. Speisungssystem nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Antenne (67) volle Größe hat und selbstresonant ist.

9. Speisungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Abgleicheinrichtung (399 sowohl einen Induktor (59) als auch einen Kondensator (57) umfaßt.

10. Speisungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 9, einschließlich eines Übertragungsleitungswandlers (45).

11. Speisungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die Antenne (67) zwei kollineare Halbwellenelemente (81, 83) aufweist, die durch eine Phasenspule (85) verbunden sind, wobei die Phasenspule bewirkt, daß die beiden Halbwellenelemente in Phase strahlen.

12. Speisungssystem nach Anspruch 11, bei ein unteres (81) der beiden Halbwellenelemente wenigstens einen Abschnitt (86) mit einem Durchmesser größer als einem Durchmesser eines oberen (83) der beiden Halbwellenlelemente hat.

13. Speisungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 12, welches weiterhin ein entkoppelndes Element (95) umfaßt, das mit einer der innenseitigen Kopplungsplatten (23, 25) verbunden ist und eine elektrische Länge einer ungeradzahligen Zahl von Viertelwellenlängen hat, zum Entkoppeln der Übertragungsleitung (33) von der Antenne (67).

14. Speisungssystem nach Anspruch 13, bei dem das entkoppelnde Element eine Muffe (97) aufweist, innerhalb derer die Übertragungsleitung angeordnet ist.

15. Speisungssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 14, bei dem die Übertragungsleitung bei den innenseitigen Kopplungsplatten (23, 25) so gewickelt ist, daß sie eine Hochfrequenzdrossel (103) bildet.

16. Speisungssystem nach Anspruch 6, bei dem die Antenne zwei Antennenelemente (75, 77) aufweist, von denen jedes wenigstens an eine der außenseitigen Platten (29, 31) gekoppelt ist.

17. Speisungssystem nach Anspruch 6, bei dem: die Abgleicheinrichtung (39) einen Reihen-Induktor-Kondensator-Schaltkreis (57, 59) umfaßt, welcher über das außenseitige Paar von Platten (29, 31) geschaltet ist und so ausgelegt ist, daß er eine geringe Impedanz über das außenseitige Paar von Platten zeigt; und die Antenne (67) zwei Halbwellenelemente (81, 83) aufweist, die über eine Phasenspule (85) verbunden sind, und die Antenne mit einer Verbindungsstelle (55) zwischen dem Kondensator und dem Induktor verbunden ist.