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Die Erfindung betrifft eine Antenne,
wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.
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Eine solche Antenne ist bekannt aus
der
DE-35 34 572 A1 .
Bei ihr ist als Antennenleiter ein Streifenmonopol verwendet. Die
Antenne besitzt bei ihrer Serienresonanzfrequenz, also bei ihrer
Viertel-Wellenlängenresonanz
im UKW-Bereich resonanzartig einen niederohmigen Realteil und besitzt außerhalb
dieser Resonanz insbesondere bei höheren Frequenzen eine zu kleine
mittlere effektive Antennenfläche
und eine ungünstige
Impedanz. Es ist also sowohl die verfügbare Empfangsleistung des passiven
Antennenelements relativ klein als auch die breitbandige Transformation
der Impedanz am Ende des auf die Fensterscheibe gebrachten Leiters
mit verhältnismäßig großen Verlusten
behaftet. Diese Antenne ist vorzugsweise als UKW-Rundfunk-Empfangsantenne bestimmt
und ist demzufolge in ihrer Bandbreite auf dieses Band eingeschränkt.
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Ähnlich
verhält
es sich mit den aus dem Gebrauchsmuster
DE9217173U1 bekannten Strukturen,
deren Längen
auf Frequenzen des UKW-Hörrundfunks
abgestimmt sind und bei Frequenzen oberhalb dieses Bereichs aufgrund
ihrer Schmalbandigkeit eine kleine mittlere wirksame Antennenfläche und
eine ungünstige
Impedanz aufweisen.
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Weiterhin ist aus der
EP471449A1 eine Antenne in
der Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche aus zueinander
parallel geführten, stirnseitig
miteinander verbundenen Leitern besteht, die sich flächig über die
gesamte Fensterscheibe erstrecken und folglich mit der leitend umrahmten Fensteröffnung stark
verkoppelt ist. Ihre Wirkung ist im Frequenzbereich des UKW-Rundfunks wesentlich durch
diese starke Strahlungsverkopplung mit der Fensteröffnung und
deren Resonanzlänge
für diesen Frequenzbereich
bestimmt. Die Antenne wird dort entweder nur für den FM-Empfang oder den AM-Empfang
verwendet. Die Antenne besitzt den Nachteil der mangelnden Breitbandigkeit
im Hinblick auf die Frequenzen oberhalb des UKW-Hörrundfunks und
es ist sowohl die verfügbare
Empfangsleistung der Antennene relativ klein als auch die breitbandige Transformation
der Impedanz extrem schwierig.
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Mit wachsendem Bedarf für Rundfunkempfang
im Auto wird in neuerer Zeit auch Fernsehempfang im Auto gefordert.
Dies erzwingt Antennen, welche extrem breitbandig sein müssen, um
den Frequenzbereich von VHF und UHF zu überdecken. Häufig kommt
die Anforderung dazu, daß auch
der AM-Rundfunk, der UKW-Hörfunk
und manchmal auch Fernsehsender im Band I empfangen werden sollen.
Für eine
derartig breitbandige Empfangsaufgabe sind die Antennen nach dem
Stande der Technik ungeeignet.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, eine Fensterscheibenantenne der im Oberbegriff des Anspruchs
1 angegebenen Art zu schaffen, welche breitbandig für den Empfang
von Rundfunksignalen in den verschiedenen Rundfunkbereichen sowohl
hinsichtlich ihrer mittleren effektiven Fläche als auch hinsichtlich ihrer
Impedanz geeignete Werte ergibt. Ferner ist aus Gründen einer
unauffälligen
Gestaltung die Verwendung von vorzugsweise drahtförmigen Leitern
mit kleiner Breite notwendig.
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Diese Aufgabe wird bei einer Antenne
des Oberbegriffs des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil
dieses Anspruchs angegebenen Maßnahmen
gelöst.
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Der Vorteil der Erfindung liegt in
der extremen Breitbandigkeit der vorgeschlagenen Antennenkonfiguration
begründet.
Bei tiefen Frequenzen z.B. im LMK-Bereich, bei denen die Wellenlängen wesentlich
größer sind
als die Fahrzeugabmessungen, wirkt die Antenne als kapazitiver Monopol.
Bei Anschluß eines
kapazitiv hochohmigen Verstärkerelements
an der Antennenanschlußstelle 5 lassen
sich z. B. auf diese Weise sehr gute Signal-Rauschverhältnisse
erzielen. In diesem Frequenzbereich wirken die zweiten Antennenleiter 6 in
Verbindung mit dem ersten Antennenleiter 3 als kapazitive
Fläche,
deren Gegenpol 13 der leitende Fensterrahmen 2 mit
der Fahrzeugkarosserie bildet. Obwohl die vom Rundfunksender ausgestrahlte
elektrische Feldstärke
in diesem Frequenzbereich vertikal polarisiert ist, kann die Empfangsspannung
zwischen dieser kapazitiven Fläche
und dem Rahmen 2 unabhängig
von der Lage der Antennenanschlußstelle 5 mit etwa
gleicher Größe abgegriffen
werden.
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Im UKW-Bereich, in dem die Abmessungen üblicher
Fahrzeugfenster in die Größe nennenswerter
Anteile der Wellenlänge
kommt, lassen sich Antennen nach der Erfindung vorzüglich an
ein Antennenkabel bzw. mit Rauschanpassung an einen Verstärkereingang
anpassen. Durch Ausnutzung der Resonanz im Fensterrahmen lassen
sich hervorragende Empfangseigenschaften realisieren. Der darüber liegende
Frequenzbereich für
Fernsehen beginnt an seinem unteren Frequenzbandende bei ca. 180 MHz
und endet bei ca. 860 MHz. Insbesondere bei höheren Frequenzen wird der Fensterausschnitt groß im Vergleich
zur Wellenlänge.
In diesem Frequenzbereich wird die Antenne bevorzugt durch horizontale
elektrische Feldkomponenten erregt.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
der Figuren beschrieben. Es zeigen:
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1:
Eine Grundform der Antenne nach der Erfindung mit einem ersten Antennenleiter 3 parallel
zum benachbarten Holm 2a und mit maximaler Ausdehnung innerhalb
des maximal vorgegebenen Bereichs 8.
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2:
Antenne mit Antennenanschlußstelle 5 in
halber Höhe
der Fensterscheibe 1 und mit gleich langen, äquidistanten
zweiten Antennenleitern 6 mit maximaler Ausdehnung innerhalb
des maximal vorgegebenen Bereichs 8.
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3:
Antenne mit Antennenanschlußstelle 5 in
halber Höhe
mit äquidistanten
zweiten Antennenleitern 6, deren Länge mit wachsendem Abstand
von der Antennenanschlußstelle 5 kleiner
gewählt
ist.
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4:
Antenne in einer Seitenfensterscheibe 1 in der Nähe eines
im Fahrzeugheck befindlichen Holms, mit Antennenanschlußstelle 5 am
unteren Ende des ersten Antennenleiters 3 und mit zweiten Antennenleitern 6,
deren Längen
mit wachsendem Abstand von der Antennenanschlußstelle 5 kleiner gewählt sind.
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5:
Antenne mit Antennenanschlußstelle 5 am
unteren Ende des ersten Antennenleiters 3, wobei die zweiten
Antennenleiter 6 mit dem ersten Antennenleiter 3 durch
Kreuzungspunkte verbunden sind.
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6:
Antenne mit dicht an den Fensterpfosten gerückten parallelem Leiter 15 mit
Ausbildung der Antennenanschlußstelle 5 an
einem Ende und unterteiltem ersten Antennenleiter 3, wobei
die unterteilten ersten Antennenleiter 3 an ihrer jeweiligen
Anschlußstelle 4 über kurze
Verbindungsleitungen 16 mit dem Leiter 15 verbunden
sind.
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7:
Antenne mit nicht äquidistant
angebrachten zweiten Antennenleitern 6.
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8:
Antenne mit an der Antennenanschlußstelle 5 angeschlossenem
Antennenverstärker 18a,
welcher getrennte Übertragungswege
für den LMK-Bereich
und die andern Frequenzbereiche besitzt, wobei der Antennenverstärker 18a im
LMK-Frequenzbereich eingangsseitig eine hochohmige Eingangsimpedanz
aufweist.
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9:
Antenne mit mehreren Antennenanschlußstellen 5, 5', 5'' mit getrennt voneinander für verschiedene
Frequenzbereiche optimierten Antennenverstärkern bzw. Netzwerken 18, 18a und 18b.
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10:
Antenne mit auf einem sehr dicht am Holm geführten Leiter 15 gebildeten
Antennenanschlußstellen 5, 5', 5'' zum Anschluß von Antennenverstärkern bzw.
Netzwerken 18, 18a und 18b für verschiedene
Frequenzbereiche, z.B. LMK, UKW/VHF/UHF und Funktelefon.
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1 zeigt
eine Grundanordnung einer Antenne nach der Erfindung. Im Abstand 7 verläuft der erste
Antennenleiter 3 parallel zum benachbarten Holm 2a mit
wesentlicher vertikaler Ausdehnung. Antennen nach dem Stande der
Technik, welche ausschließlich
durch einen derartigen Leiter gekennzeichnet sind, besitzen eine
bevorzugte horizontale Polarisation nur dann, wenn die Spannung
im Empfangsfall zwischen der Anschlußstelle 4 und der
Antennenanschlußstelle 5 abgegriffen
wird. Diese Polarisation ist für
die Fernsehfrequenzen notwendig. Das wesentliche Merkmal einer Antenne
nach der Erfindung ist das Vorhandensein horizontal orientierter, paralleler
zweiter Antennenleiter 6. Diese zweiten Antennenleiter 6 bewirken
in Verbindung mit dem horizontalen Abstand 7 zwischen dem
ersten Antennenleiter 3 und dem Holm 2a die bevorzugte
horizontale Polarisation der Anordnung bei höheren Frequenzen. Es ist günstig, mehr
als 2 zweite Antennenleiter 6 zu verwenden. Die
Dichte der zweiten Antennenleiter 6 sollte jedoch nicht
so groß gewählt werden,
daß ein
Abstand von 1 cm zwischen benachbarten zweiten Antennenleitern 6 unterschritten
wird. Hierbei hat sich ein Abstand von 4 bis 6 cm zwischen benachbarten
zweiten Antennenleitern 6 als besonders günstig erwiesen.
Eine äquidistante
Verlegung der zweiten Antennenleiter 6 wird als besonders ästhetisch
empfunden. Neben der Polarisationsrichtung und dem daraus resultierenden
Richtdiagramm in Verbindung mit der Öffnung der Fensterscheibe ist die
Antennenimpedanz und deren breitbandige Lage in der Impedanzebene
von wesentlicher Bedeutung. Durch Vorgabe eines nicht zu überschreitenden,
im wesentlichen geradlinig begrenzten maximalen Bereichs 8,
dem die Antenne einzubeschreiben ist, wird die Breitbandigkeit der
Antennenimpedanz an der Antennenanschlußstelle bewirkt.
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Der maximale Bereich 8 ist
auf der Fensterscheibe 1 durch eine obere und untere horizontale Grenzlinie 9a und 9b,
die einen Abstand von maximal 50 cm voneinander besitzen und durch
seitliche Grenzlinien 10a und 10b bestimmt, wobei
die eine Grenzlinie 10a durch den benachbarten parallelen Holm 2a gegeben
ist und die andere seitliche Grenzlinie 10b durch eine
dazu im Abstand von maximal 25 cm geführte parallele Linie gebildet
ist.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung mehrerer
horizontal orientierten zweiten Antennenleiter 6 wird auch
bei vergleichsweise dünnen
Antennenleitern bewirkt, daß im
Vergleich zur Wellenlänge zu
lange Stromwege vermieden werden und die Impedanz auch am oberen
Frequenzbandende hinreichend breitbandig ist. Diese zweiten Antennenleiter 6 sind
entweder am ersten Antennenleiter 3 mit ihrem Ende (1 mit 4) oder in ihrem Kreuzungspunkt (5) mit diesem elektrisch
verbunden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
einer Antenne nach der Erfindung ist in 2 dargestellt, bei der zur Vermeidung
zu langer Stromwege bei höheren
Frequenzen die Antennenanschlußstelle 5 etwa
in halber Höhe
der Fensterscheibe angebracht ist. Die Anordnung zueinander paralleler,
vorzugsweise äquidistanter,
horizontaler zweiter Antennenleiter 6 bewirkt eine gute
Breitbandigkeit und eine gute mittlere effektive Antennenfläche im gesamten Frequenzbereich.
Durch äquidistante
Anordnung der zweiten Antennenleiter 6 wird auch bei Verwendung dünner Leiter
ein ästhetisches
Design realisiert. Hierbei hat sich ein Abstand 12 benachbarter
zweiter Antennenleiter 6 von 4 bis 6 cm als vorteilhaft
erwiesen.
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Eine weitere Verbesserung der Breitbandigkeit
insbesondere im oberen Frequenzbereich bei voller Leistungsfähigkeit
bei niedrigen Frequenzen wird mit einer Anordnung wie in 3 erzielt. Bei dieser Antenne
befindet sich die Antennenanschlußstelle 5 ebenfalls
in halber Höhe
der Fensterscheibe und der mittig angebrachte zweite Antennenleiter 6 besitzt
eine größtmögliche Länge, die
durch den maximalen Bereich 8 begrenzt ist. Bei Ausnutzung
des vollen Bereichs für
die anderen zweiten Antennenleiter 6 können sich für die von der Mitte abliegenden zweiten
Antennenleiter 6 im oberen Frequenzbereich zu lange Stromwege
ergeben. Es ist deshalb günstig, die
zweiten Antennenleiter 6 mit wachsendem Abstand von der
Antennenanschlußstelle 5 kürzer zu wählen.
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Dieser Gesichtspunkt ist ebenfalls
auf vorteilhafte Weise bei der Antenne nach 4 realisiert. Dort befindet sich die
Antennenanschlußstelle 5 am unteren
Ende des ersten Antennenleiters 3. Auch hier wird die Länge der
zweiten Antennenleiter 6 in der Nähe der Antennenanschlußstelle 5 relativ
groß gewählt und
mit wachsendem Abstand von der Antennenanschlußstelle werden kürzere, zweite
Antennenleiter 6 verwendet. Dadurch ergeben sich auch am
oberen Frequenzbandende noch hinreichend kurze Stromwege, welche
die Breitbandigkeit der Antenne gewährleisten. Ein günstiger
Abstand des Antennenleiters 3 vom benachbarten parallelem
Holm 2a wurde zu ca. 6 cm ermittelt. Die größte Länge der zweiten
Antennenleiter 6 wurde in einer besonders günstigen
Ausführungsform
der Antenne ca. 10 cm gewählt.
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Im Interesse der Unauffälligkeit
der Antennenkonfiguration sollten die zweiten Antennenleiter 6 nicht
breiter als 2 mm gewählt
werden. Es ist jedoch günstiger,
den ersten Antennenleiter 3 etwas breiter auszuführen, um
seine Eigeninduktivität
hinreichend klein zu gestalten. Günstige Breiten haben sich experimentell
zu 2 bis 4 mm ergeben. Diese Leiterabmessungen lassen sich in der üblichen
Siebdrucktechnik durch aufgedruckte Leiter leicht realisieren. Bei
Verbundglasscheiben können
die Antennenkonfigurationen nach der Erfindung auch durch zwischen
die Scheiben eingelegte Antennendrähte von 0.2 mm realisiert werden.
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In 5 sind
die zweiten Antennenleiter 6 in ihren Kreuzungspunkten
mit dem Antennenleiter 3 elektrisch verbunden. Für die Funktion
der Antenne ist es notwendig, für
alle Antennenleiter einen hinreichend großen Abstand 11 zum
Fensterrahmen 2 einzuhalten. Dieser Abstand 11 sollte
6 cm nicht unterschreiten. Auch eine derartige Antenne nach 5 besitzt die gewünschte große Bandbreite.
Bei einer solchen Antenne hat sich ein Abstand 7 zwischen dem
ersten Antennenleiter 3 und dem zu ihm benachbarten parallelem
Rahmenteil 2a mit 10 cm als günstig erwiesen. Hierbei wurde
der Abstand 11 zwischen den Enden der zweiten Antennenleiter 6 und dem
benachbarten parallelen Holm 2a zu 6 cm gewählt.
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Der Erfindungsgedanke läßt sich
ebenso verwirklichen bei einer Antenne wie in 6. Bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung
besitzt der erste Antennenleiter 3 Unterbrechungsstellen
derart, daß die gesamte
Breite der Konfigurationen, die sich aus dem Teilabschnitt des ersten
Antennenleiters 3 und den zweiten Antennenleitern 6 über die
Summe ihrer Abstände 12 voneinander
jeweils ergeben, den Wert von 10 cm nicht unterschreitet und die
Konfigurationen somit hinreichend flächenhaft sind. Bei diesen Konfigurationen,
deren Abstand 14 zueinander unterschiedlich sein kann,
ist ein Leiter 15 in dichtem Abstand zu dem dem ersten
Antennenleiter 3 benachbarten parallelen Holm 2a verlegt
und bildet mit diesem eine elektrische Leitung mit einem für Leitungen üblichen
Wellenwiderstand. Jedes Teilstück
des ersten Antennenleiters 3 wird über eine kurze Verbindungsleitung 16 an
der jeweiligen Anschlußstelle 4 mit
dem spannungsführenden
Anschluß 17 auf
diesem Leiter 15 verbunden. Vorteilhaft ergibt sich hierbei,
daß durch
die Leitungsführung
der Signale zur Antennenanschlußstelle 5 z.
B. am unteren Ende der Antenne keine schädlich langen Stromwege entstehen,
welche die Breitbandigkeit der Anordnung in Frage stellen könnte.
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In 7 ist
eine nach ästhetischen
Gestaltungsgesichtspunkten ausgeführte Antennenform mit nicht äquidistant
angebrachten zweiten Antennenleitern 6 dargestellt.
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8 zeigt
eine vorteilhafte Anwendung dieser Antenne nach der Erfindung als
aktive Antenne für
den LMKU-, VHF- und UHF-Frequenzbereich. Der Antennenverstärker
18a kann
beispielhaft so gestaltet sein, wie er in der
DE 33 15 458 beschrieben ist. Dieser
Verstärker
enthält
für den
LMK-Bereich und dem UKW-, VHF und UHF-Bereich bzw. dem UKW-Bereich
und dem VHF/UHF-Bereich getrennte Übertragungswege. Der Antennenverstärker
18a enthält an seinem
Eingang einen LMK-Verstärker
20 mit
im LMK-Frequenzbereich hochohmiger Eingangsimpedanz. Bedingung hierbei
ist die Hochohmigkeit des Antennenverstärkers
18a im LMK-Frequenzbereich.
Gleichermaßen
kann für
die Verstärkung
des gesamten Frequenzbereichs ein rauscharmer, linearer Hochfrequenzverstärker mit
im LMK-Frequenzbereich hochohmiger Eingangsimpedanz eingesetzt werden.
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Eine Auskopplung der verschiedenen
Frequenzbereiche aus der Antennenstruktur kann durch Schaffung mehrerer
Antennenanschlußstellen 5 erfolgen,
wie dies aus 9 ersichtlich
ist. Die verschiedenen Antennenanschlußstellen 5, 5' und 5'' entstehen über voneinander getrennte kurze Verbindungsleitungen 16 zwischen
dem ersten Antennenleiter 3 und den spannungsführenden
Anschlüssen 5a, 5a' und 5a'' zusammen mit den zweiten Anschlüssen 5b, 5b' und 5b'' an verschiedenen Stellen des benachbarten
parallelen Holms 2a. Die daran anzuschließenden Antennenverstärker 18, 18a, 18b bzw.
Netzwerke 18, 18a, 18b bzw. Antennenleitungen 19, 19a, 19b können somit
getrennt voneinander für
die betreffenden Frequenzbereiche ausgelegt werden. Bedingung hierbei
ist die Hochohmigkeit sämtlicher
angeschlossener Antennenverstärker bzw.
Netzwerke 18, 18a und 18b im LMK-Frequenzbereich.
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Auf ähnliche Weise kann die Auskopplung bzw.
Einkopplung von Signalen verschiedener Frequenzbereiche auf die
Antenne, wie in 10,
durch Anschlüsse
an den im dichtem Abstand zum Holm 2a geführten Leiter 15 erfolgen.
Soll die Antenne unter anderem auch für das Funktelefon verwendet
werden, so kann der Anschluß an
das Antennenkabel 19a des Telefondienstes z. B. über eine
kleine Kapazität
im Netzwerk 18a erfolgen, wodurch sichergestellt ist, daß dieses
Netzwerk 18a die Hochomigkeit bei LMK nicht stört.