EP3276745B1 - Breitbandige omnidirektionale antenne, insbesondere für schienenfahrzeuge und ein solches schienenfahrzeug - Google Patents

Breitbandige omnidirektionale antenne, insbesondere für schienenfahrzeuge und ein solches schienenfahrzeug Download PDF

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EP3276745B1
EP3276745B1 EP17179452.2A EP17179452A EP3276745B1 EP 3276745 B1 EP3276745 B1 EP 3276745B1 EP 17179452 A EP17179452 A EP 17179452A EP 3276745 B1 EP3276745 B1 EP 3276745B1
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EP
European Patent Office
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radiator
omnidirectional antenna
holding
baseplate
holding means
Prior art date
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EP17179452.2A
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EP3276745A1 (de
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Stefan Wechselberger
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Huber and Suhner AG
Original Assignee
Kathrein SE
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/40—Element having extended radiating surface
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome

Definitions

  • the invention relates to a broadband omnidirectional antenna, which is used in particular in rail vehicles and just such a rail vehicle.
  • Omnidirectional antennas are multi-band capable due to their broadband and preferably emit in vertical polarization. When used in rail vehicles, such as locomotives or cars, this is achieved in that the vehicle can be in communication with a base station.
  • the WO 2015/008607 A1 shows an antenna assembly that can be used in automobiles and trains.
  • a trough-shaped radiator arrangement is fastened with a first end region to a base plate and is fed via this end region.
  • the trough-shaped radiator arrangement widens in the direction of a second End region, wherein in the vicinity of the second end region, a GPS module is disposed within the trough-shaped radiator assembly.
  • the trough-shaped radiator arrangement also comprises two retaining means, which are fastened at a distance from one another to the base plate. Between these holding means, the trough-shaped radiator arrangement is arranged.
  • the holding means engage around the circumferential second end region of the trough-shaped radiator arrangement.
  • the WO 2015/069309 A1 describes an omnidirectional antenna arrangement comprising a cup-shaped radiator arrangement.
  • the cup-shaped radiator arrangement is fastened with a first end region to a base plate and is fed via this end region.
  • a cover covers the cup-shaped radiator arrangement.
  • a holding means is attached to the base plate and has a receiving area in which the cup-shaped radiator arrangement is arranged and supported with its first end region.
  • the inner wall of the holding means, by which the receiving area is bounded, is adapted to a shape of the cup-shaped radiator arrangement in its first end region.
  • the radiator arrangement comprises a cup-shaped radiator consisting of two separate parts. In this cup-shaped radiator, a GPS module is stationary.
  • An omnidirectional antenna is known as an indoor antenna inside buildings is attached.
  • the omnidirectional antenna comprises a monopole radiator having a tapered portion and spaced above a base plate or counterweight surface.
  • the monopole radiator is connected on the one hand via its base to the base plate or the counterweight surface and via an inner hood which surrounds the monopole radiator held.
  • the inner hood is in turn surrounded by an outer hood.
  • a disadvantage of the antenna which in the DE 103 59 605 A1 is shown that the mounting of the antenna is expensive and this does not provide a sufficiently high resistance to vibration, as can occur, for example, in rail vehicles.
  • these vibrations are due to vibrations by the drive device (eg diesel engine) or to leaks in the track itself, which allow a deformation-free expansion of the track at higher temperatures.
  • the object of the present invention to provide a broadband omnidirectional antenna and a rail vehicle with such an omnidirectional antenna, which do not have the disadvantages of the prior art.
  • the broadband omnidirectional antenna is to be made easier and withstand the loads occurring when used in rail vehicles permanently and can be operated very broadband.
  • the object is achieved with regard to the broadband omnidirectional antenna by the independent claim 1.
  • a corresponding rail vehicle is in the claim 11 indicated.
  • the claims 2 to 10 are advantageous embodiments of the broadband omnidirectional antenna again.
  • the broadband omnidirectional antenna comprises a baseplate and a monopole radiator comprising a foot point and an end region, the end region being located opposite the foot point.
  • the radiator extends along a longitudinal axis which is perpendicular or predominantly perpendicular to the base plate. This means that the radiator extends away from the base plate, that is, elevates, wherein it is arranged with its base closer to the base plate than with its end region.
  • the radiator widens in terms of its cross section along its longitudinal axis in at least a first portion, which lies between its base and its end, wherein a receiving space is formed by the thus diverging walls of the radiator.
  • the omnidirectional antenna also comprises at least one cup or trough-shaped holding and / or receiving device.
  • An inner contour holding and / or receiving device is adapted at least over a partial circumference to an outer contour of the first portion of the radiator, whereby the radiator is at least partially immersed with at least its first portion in the holding and / or receiving device and is held by this particular form-fitting.
  • the omnidirectional antenna also comprises a holding device, which is fastened with its first end to the base plate and which is fastened with its second end, which is opposite to the first end, directly or indirectly to the radiator.
  • the holding device and the holding and / or receiving device are mutually separate structures, which are arranged on the common base plate.
  • the omnidirectional antenna also includes a GNSS module (Global Navigation Satellite System).
  • a GNSS module can be used to determine the position of the omnidirectional antenna and thus of the rail vehicle.
  • a GNSS module may be, for example, GPS, GLONASS (GLObal Navigation Satellite System), Galileo and / or Beidou.
  • the GNSS module is arranged in the receiving space of the radiator in the end region. This results in a space-saving installation of the GNSS module, which still has a good reception of the satellite navigation signals.
  • the GNSS module does not extend beyond the end region of the radiator or is located at least predominantly or altogether within the reception space. Furthermore, only a cover is provided here.
  • the cover is positively and / or non-positively connected to the base plate and also moisture-tight and surrounds the radiator, the holding device and the holding and / or receiving device.
  • the cover is arranged without contact with the radiator, the holding device and the holding and / or receiving device.
  • a spring element which is arranged between the cover and the end portion of the radiator or the GNSS module, wherein a spring force of the spring element holds the GNSS module in position within the receiving space.
  • the omnidirectional antenna comprises a holding device which is selected or set in its diameter and / or its electrical resistance so that the holding device can serve as a fuse in the event that a catenary of an electrically driven rail vehicle in which the broadband omnidirectional antenna can be used, releases from its anchorage and falls onto the broadband antenna.
  • a saturated short circuit would occur, whereby the in-board control technology could detect the short-circuit current and turn off the corresponding network segment de-energized.
  • the receiving devices connected to the radiator would be protected from damage.
  • the use of the cup-shaped or trough-shaped holding and / or receiving device is particularly advantageous, which can be funnel-shaped at least in a partial circumferential area and on the one hand serves as a centering aid for the reception of the spotlight during assembly and, on the other hand, supports it permanently after completion of the installation.
  • the spotlight is in this case with a large contact surface on the holding and / or receiving device in a form-fitting manner.
  • This bearing surface is preferably several square centimeters, in particular more than 3 or more than 5 or more than 7 or more than 10 or more than 15 or more than 20 cm 2 . This achieves a very high stability.
  • the holding device is both firmly connected to the base plate and fixed to the radiator itself.
  • the base plate is preferably via a screw connection with the Rail vehicle connected.
  • the thus created omnidirectional antenna on the one hand mechanically very stable and can be made on the other hand very easy in production. In the final assembly is - as explained later - completely dispensed with solder joints. At the same time, the electrical properties of the omnidirectional antenna are approximately constant throughout its lifetime.
  • the antenna according to the invention is an omnidirectional antenna. Due to the achievable broadband, all common frequency ranges, such as GSM, UMTS and LTE can be covered.
  • the antenna also operates at upper limit frequencies of over 2500 MHz or 3000 MHz or 3500 MHz or 4000 MHz or 4500 MHz or 5000 MHz or 5500 MHz. Preferably, it can be operated in a frequency range of 697 MHz to 6000 MHz. Basically, a use for lower and higher frequencies is conceivable.
  • the omnidirectional antenna comprises a supporting and fastening section which belongs to the holding and / or receiving device or is connected thereto.
  • the support and attachment portion is preferably fastened via connecting elements to an outer contour of the cup or trough-shaped holding and / or receiving device.
  • the support and attachment section rests with a support surface on the base plate and / or is screwed to it. This support surface preferably extends rectangularly from the holding and / or receiving device away, so that the center of mass of the support and attachment portion preferably does not coincide with the longitudinal axis, which passes through the radiator and the holding and / or receiving device.
  • the support and attachment portion may also be referred to as a foot section.
  • the radiator comprises a second section, wherein the cross section remains constant in the second section.
  • the second section either directly adjoins the first section or is spaced from the first section by a further section.
  • the height of the first section and that of the second section vary along the longitudinal axis in the circumferential direction of the radiator.
  • the variation can affect the bandwidth of the omnidirectional antenna.
  • the radiator has an asymmetrical cross section in its cross section transverse to its longitudinal axis. In this case, it could have a part-circular cross-section in a first partial region and comprise one or more straight-running cross-sectional regions in another partial region.
  • the radiator is cone-shaped in a partial circumferential area and cuboid in other partial circumferential areas. These two areas can even be formed simultaneously along a certain height, that is, a length along the longitudinal axis.
  • the end portion of the radiator in plan view is designed predominantly rectangular or square.
  • a bridge-like connecting portion is provided, which is arranged on the radiator or on the holding device and connects the radiator with the holding device or the holding device with the radiator.
  • the connecting section preferably extends outward with a radial component with respect to the longitudinal axis from the radiator, or the connecting section extends with a radial component with respect to the longitudinal axis of the retaining device in the direction of the radiator.
  • the holding device is firmly connected to the end of the connecting portion, which is located farthest from the radiator.
  • the connecting portion is arranged in particular at the end region of the radiator. This achieves a very high stability.
  • the holding device is integrally formed together with the connecting portion and the radiator. This means that they consist of a common part and are preferably made together by a casting process.
  • the holding device is galvanically connected to the radiator.
  • the holding device and the radiator consist of two separate parts, wherein the Connecting portion belongs either to the holding device or the radiator. The holding device and the radiator are then firmly connected to one another, in particular with a screw connection.
  • the radiator is made of metal or a metal alloy or comprises metal or a metal alloy.
  • it could also consist of a dielectric, wherein the outside and / or the inside is or are provided with an electrically conductive layer.
  • the radiator could be produced in a plastic injection molding process. The same applies to the holding device.
  • the omnidirectional antenna comprises exactly one holding device.
  • the radiator is connected electrically only via the exactly one holding device and mechanically stable with a position of the base plate.
  • a holding device can also be understood as a pillar. The holding device is connected at exactly one point with the base plate. As a result, further costs can be saved in the production.
  • the omnidirectional antenna for feeding the radiator at the base of a feed device.
  • the feeder extends, starting from the base, in the direction of the base plate.
  • a Plug element which is preferably in the form of a socket (eg N-socket) is arranged.
  • a supply cable in particular in the form of a coaxial cable, can be connected.
  • the base plate preferably has a receiving opening for the plug element on its underside.
  • the plug element preferably has an external thread, which corresponds to an internal thread of the receiving opening, so that the plug element can be screwed into the receiving opening of the base plate.
  • the feed device In the assembled state of the omnidirectional antenna, the feed device extends into the plug element at least with its first end, wherein the first end of the feed device is designed to receive and electrically contact an inner conductor of the supply cable.
  • the first end of the feeder can be slotted in the longitudinal direction, whereby a spring effect sets. By this spring action, a reproducible electrical contact between the feed device and the male inner conductor of the supply cable can be achieved.
  • the feed device is itself galvanically isolated from the base plate.
  • the feed device is galvanically but solderless connected to the radiator or alternatively capacitively coupled thereto.
  • the feed device comprises at its second end over a partial length an external thread.
  • the feed device with preferably a defined torque in a corresponding internal thread at the base of the radiator in this screwed or screwed, whereby a galvanic contact is formed.
  • a dielectric in particular in the form of a sleeve, may be arranged between the base of the radiator and the feed device.
  • the sleeve can have an inner and an outer thread, wherein the feed device can be screwed with its external thread into the internal thread of the dielectric sleeve.
  • the dielectric sleeve is in turn mechanically connectable via its external thread with a corresponding internal thread at the base of the radiator. How far extends the feed device in the receiving space of the beam through the base in can be set arbitrarily.
  • the radiator comprises at least one support shoulder (preferably a plurality of support shoulders) which extends from the inside of the radiator, ie starting from the inner contour of the radiator, into its receiving space.
  • the GNSS module rests on the at least one support shoulder. This ensures that the position of the GNSS module does not change within the recording area, even if vibrations occur, which could degrade reception.
  • the holding device comprises an externally accessible receiving groove which extends over the entire length of the holding device and over the connecting portion, which belongs either to the holding device or to the radiator itself.
  • This receiving groove then opens into the receiving space the spotlight.
  • a connection cable can be inserted into the receiving groove, which serves to supply the GNSS module. Through a hole in the bottom plate of this connection cable can be passed through them.
  • the omnidirectional antenna also comprises a cover, which is positively and / or non-positively connected to the base plate and surrounds both the radiator and the holding device and the holding and / or receiving device and prevents the penetration of moisture into the omnidirectional antenna.
  • the GNSS module may be bolted to the one or more support shoulders via either one or more screw connections, or a spring force may be applied to the GNSS module via a spring element which forces the module onto the support shoulders. Such a spring element could be arranged between the hood and the end region of the beam or the GNSS module.
  • the rail vehicle according to the invention is in particular a locomotive or a railway carriage.
  • the rail vehicle is equipped with the broadband omnidirectional antenna according to the invention.
  • the omnidirectional antenna is mounted on the roof of the locomotive or the train or train wagon.
  • the rail vehicle is electrically driven, and this can relate or receive the electrical energy from a catenary.
  • the omnidirectional antenna may also be installed on other vehicles such as automobiles (e.g., cars or trucks) or ships or other means of transportation such as subways or trams.
  • FIG. 1 shows a spatial representation of the broadband omnidirectional antenna 1 according to the invention in an exploded view.
  • the antenna 1 comprises a base plate 2, which preferably has a square or rectangular cross-section.
  • the base plate 2 can be screwed to a rail vehicle.
  • the base plate 2 corresponding (threaded) holes 3.
  • the base plate 2 comprises a bottom 2a, which faces in the direction of the support surface of the rail vehicle and a top 2b, which is also referred to as mounting side 2b.
  • the antenna 1 further comprises a monopole radiator 4, which comprises a foot point 4a and an end region 4b opposite the foot point, the radiator 4 comprising a longitudinal axis 5 (see FIG. 2) which extends predominantly perpendicular to the base plate 2.
  • the radiator 4 rises in the assembled state of the base plate 2. His foot 4a is placed closer to the base plate 2 as its end portion 4b.
  • the radiator 4 widens with respect to its cross section along its longitudinal axis 5 in at least a first portion 6a, which lies between its base 4a and its end portion 4b.
  • the thus diverging side walls of the radiator 4 define a receiving space 8
  • FIG. 2 an enlarged view of the radiator 4 is shown.
  • a cross-section of the radiator 4 remains constant in a second section 6b, wherein the second section 6b in this embodiment directly adjoins the first section 6a. It would also be possible for the second section 6b to be spaced from the first section 6a by a further section.
  • the first and the second Section 6a, 6b preferably run along the longitudinal axis 5.
  • the height of the first section 6a and of the second section 6b varies along the longitudinal axis 5 in the circumferential direction of the radiator 4. This means that the first section 6a extends in a partial circumferential area of the radiator 4 over a greater height (parallel to the longitudinal axis 5) than in another partial circumferential area. The same applies to the second section 6b.
  • the radiator 4 in its cross-section transverse to its longitudinal axis 5 has an asymmetrical cross-section.
  • the cross section is at least partially circular and there is another partial region in the same cross-sectional representation, which has at least one preferably a plurality of straight cross-sectional regions. This would be the case, for example, in the case of a cross section along the dotted line through the plane 18.
  • radiator 4 is cone-shaped in one part-peripheral region and cuboid-shaped in another partial peripheral region.
  • the course in the second section 4b is preferably predominantly cube-shaped and in the first section 4a predominantly conical.
  • the end portion 4b of the radiator 4 is configured rectangular or square. He could be another Have cross-sectional shape and in principle also be held n-polygonal.
  • the radiator 4 comprises at its end region 4b on at least one side 7 at least over a partial width a protruding extension section 9, which extends along the longitudinal axis 5 in the direction of the base plate 2.
  • This extension section 9 preferably extends with a radial component with respect to the longitudinal axis 5 to the outside. Its upper side 9a preferably ends flush with the end region 4b of the radiator 4 or does not project beyond the end region 4b of the radiator 4.
  • the extension section 9 in this case runs in the direction of the foot point 4 a of the radiator 4 in the direction of the longitudinal axis 5. However, it tapers in the direction of the longitudinal axis the further it extends in the direction of the foot point 4 a.
  • the extension section 9 also encloses with its side walls another receiving space. This further receiving space is preferably separated from the receiving space 8 of the radiator 4. However, this would not necessarily be the case.
  • the omnidirectional antenna 1 also comprises a holding device 10.
  • This holding device 10 is fixedly connected to the radiator 4, in particular it is fixedly connected to the radiator 4 at its end portion 4b.
  • the holding device 10 and the radiator 4 consist of a common casting, which can be produced, in particular, in a die-casting process (eg, die-cast aluminum). It would also be possible that the holding device 10 and the radiator 4 are formed of separate parts, preferably via a Screw connection mechanically firmly connected to each other.
  • the receiving space 8 of the radiator 4 is preferably free of the holding device 10.
  • the height of the radiator 4 is preferably not increased or influenced by the holding device 10.
  • the holding device 10 comprises a first end 10 a, which is connected via a screw connection 17 with the base plate 2 or connectable.
  • the screw of the screw 17 is preferably passed over the bottom 2a of the base plate 2 through this and screwed into the bottom of the first end 10a of the holding device 10. This is in the sectional view FIG. 5 to recognize.
  • the holding device 10 is preferably connected to the radiator 4 via a bridge-like connecting section 11.
  • the connecting portion 11 may be formed integrally with the holding device 10 or integrally with the radiator 4. In the event that the holding device 10 and the radiator 4 consist of a common part, the connecting portion 11 is also part of it.
  • the connecting portion 11 is arranged at the second end 10b, ie at the upper end 10b of the holding device 10 and extends with a radial component with respect to the longitudinal axis 5 in the direction of the radiator 4.
  • the radiator 4 is fixedly connected to the end of the connecting portion 11, which the holding device 10 is located farthest. In this case, such a connection would take place via preferably a screw connection.
  • the radiator 5 would also be possible for the radiator 5 to have such a connecting section 11, which at its end region 4b is arranged.
  • the connecting portion 11 would then like a bridge with a radial component with respect to the longitudinal axis 5 to the outside, ie from the radiator 4 away.
  • the holding device 10 would be at its upper end 10b fixedly connected to the end of the connecting portion 11 that is arranged by the radiator 4 farthest. In such a connection, it would preferably also turn a screw connection. Other types of connections would also be conceivable. However, a connection section 11 does not necessarily have to be present.
  • the holding device 10 could also be arranged directly on the radiator 4. In both types of connection, however, one speaks of a "direct" connection between the holding device 10 and the radiator 4.
  • the holding device 10 and the radiator 4 preferably consist of a common casting.
  • the holding device 10 is formed with the connecting portion 11 in particular L-shaped or approximated an L-shape.
  • the holding device 10 and the holding and / or receiving device 12 are preferably separate structures, which are arranged on the common base plate 2 and in particular screwed thereto. They are therefore not formed from a common casting or injection molding (one-piece).
  • the radiator 4 is preferably made of metal or a metal alloy and comprises metal or a metal alloy. In principle, it could also consist of a dielectric, wherein its outside and / or its inside is coated with an electrically conductive layer.
  • the holding device 10 preferably also consists of metal or a metal alloy or comprises metal or a metal alloy.
  • the radiator 4 is preferably electrically conductive, for example, via its end region 4b, that is to say galvanically connected to the holding device 10, which in turn is electrically conductively connected, thus galvanically, to the base plate 2.
  • the omnidirectional antenna 1 preferably comprises exactly one holding device 10. This means that only one side wall 7 of the radiator 4 is connected to the holding device 10. The arrangement of exactly one holding device 10 to the radiator 4 is therefore asymmetrical. As a result, costs can be saved in the production.
  • the radiator 4 comprises, at least in sections, a funnel-like shape.
  • the omnidirectional antenna 1 comprises a cup-shaped or trough-shaped holding and / or receiving device 12.
  • An inner contour 13a of the holding and / or receiving device 12 is at least over a partial circumference to a Outward contour 13b of the first portion 6a of the radiator 4 adjusted. This makes it possible that the radiator 4 after assembly at least partially with at least its first portion 6a dips into the holding and / or receiving device 12 and is held by this particular form-fitting and tool-free.
  • This connection is preferably free from a frictional connection (eg screw connection) and in particular free from a material connection (eg solder connection).
  • the holding and / or receiving device 12 consists of a dielectric, in particular of plastic and can be produced for example in a plastic injection molding process.
  • the omnidirectional antenna 1 also preferably comprises a support and attachment portion 14, which is fastened via connecting elements 15 with the tray or trough-shaped holding and / or receiving device 12.
  • the connecting elements 15 are attached to an outer contour 16 of the holding and / or receiving device 12.
  • the support and attachment portion 14 includes a first, preferably circular segment 14 a, which is penetrated in the center of an opening. This is preferably followed by a second, preferably square or rectangular segment 14b, which is connectable to the base plate 2 via a screw connection. At the first segment 14a, the connecting elements 15 are arranged. In a plan view of the holding and / or receiving device 12, the second segment 14b protrudes laterally on at least one side or on exactly one side. This increases the necessary support surface over which rests the support and mounting portion 14 on the base plate 2.
  • the holding and / or receiving device 12 is preferably made in one piece together with the supporting and fastening section 14. This is further preferably achieved in a common plastic injection molding process.
  • the radiator 4 is held in a form-fitting manner by the holding and / or receiving device 12 over a partial circumference over a partial length of the first section 4a.
  • the holding and / or receiving device 12 is also partially funnel-shaped. It preferably comprises a widening for receiving the extension section 9 of the radiator 4.
  • FIG. 3 shows the omnidirectional antenna 1 in an assembled state, with an additional cover 20 first in the FIGS. 4A . 4B and 5 is shown.
  • FIG. 5 shows a sectional view through the omnidirectional antenna according to the invention 1.
  • a feed device 21 is shown, as this example, in FIG. 1 can be seen.
  • the feeder 21 is preferably formed on one piece and extends from the base 4a of the radiator 4 in the direction of the base plate 2.
  • a plug element 22 is preferably formed on one piece and extends from the base 4a of the radiator 4 in the direction of the base plate 2.
  • a plug element 22 at a bottom 2a of the base plate 2, which faces the mounting side 2b, which is a plug element 22, in particular in the form of a socket (eg. arranged, wherein the plug element 22 is connectable to a supply cable, in particular in the form of a coaxial cable.
  • the feed device 21 preferably represents the inner conductor of the plug element 22.
  • the feed device 21 is electrically conductively connected or connected to an inner conductor of the supply cable to be picked up or received.
  • the feed device 21 is designed slotted at its first end 21a, preferably slotted in the longitudinal direction to thereby better absorb the inner conductor of the male coaxial cable and to be able to contact electrically conductive.
  • the plug element 22 is therefore preferably constructed in several parts. It comprises a housing or an outer conductor 26 and a dielectric 25. Depending on the point of view, the feed device 21 is also part of the plug element 22.
  • the feeder 21 is preferably designed pin-shaped and is further galvanically separated from the base plate 2.
  • the feed device 21 is preferably galvanically but solderless connected to the radiator 4 or alternatively capacitively coupled thereto.
  • the feed device 21 comprises a partial length at its second end 21b an external thread, which is preferably screwed with a defined torque in a corresponding internal thread at the base 4a of the beam 4 in this.
  • the feed device 21 therefore also passes through the holding and / or receiving device 12 and the support and attachment section 14.
  • the feeder 21 is preferably through the dielectric 25 (see FIG. 5 ) is electrically isolated from the outer conductor 26 of the male member 22 and further preferably at least partially held or fixed.
  • the outer conductor 26 of the plug element 22 is preferably galvanically connected to the base plate 2, which consists of a metal or a metal alloy or comprises a metal or a metal alloy.
  • this preferably also comprises a GNSS module 30, which, for example, in FIG FIG. 3 is shown.
  • the GNSS module 30 is preferably a GPS module, which is arranged in the receiving space 8 of the radiator 4 in its end region 4b.
  • the GNSS module 30 preferably does not extend beyond the end region 4b of the radiator 4 in the mounted state of the omnidirectional antenna 1, and thus is preferably located entirely exclusively within the receiving space 8. As a result, the overall height is kept low. However, the GNSS module 30 could also protrude beyond the end portion 4b of the radiator 4.
  • the omnidirectional antenna 1 comprises at least one support shoulder 31 (see FIG. 5 ) extending from the inside of the radiator 4 into its receiving space 8 inside.
  • the GNSS module 30 lies on the at least a support shoulder 31.
  • the at least one support shoulder 31 comprises a threaded bore, so that the GNSS module with a (for example, dielectric or metallic) screw connection with the support shoulder 31 can be screwed, whereby a frictional connection is formed.
  • the GNSS module 30 is preferably a printed circuit board having an antenna structure mounted thereon for receiving position signals transmitted via satellites. Preferably, the necessary electronic components are also mounted on this GNSS module 30 so that it outputs only a digital signal.
  • This connection cable 32 is passed through an opening in the base plate 2 through this.
  • the holding device 10 preferably comprises a receiving groove 33 accessible from the outside, that is, accessible from at least one side (see FIG FIG. 2 ) in which the connection cable 32 is arranged.
  • the receiving groove 33 preferably extends along the holding device 10 approximately parallel to the longitudinal axis 5, wherein the receiving groove 33 extends at the upper end 10b of the holding device 10 approximately parallel to the base plate 2 in the direction of the radiator 4 and opens into the receiving space 8.
  • connection cable 32 can be easily inserted into the receiving groove 33 after assembly.
  • it has a slightly larger cross section than the inner diameter of the receiving groove 33.
  • the connecting cable 32 has to be pressed in somewhat, whereby it can not slip out of the receiving groove 33, even with later occurring vibrations.
  • the connecting cable 32 preferably extends partially below the receiving device 12 and more preferably below the supporting and fastening portion 14 of the receiving device 12.
  • the receiving device 12 and in particular the support and mounting portion 14 can be screwed its end 14 b with a screw in the base plate 2. This happens after the final installation of the connection cable 32. Due to the contact pressure, which is thereby exerted on the connecting cable 32, this is strain relieved. That when pulling on the fully assembled antenna 1 on the connection cable 32, no damage to the antenna 1 or its components contained.
  • the cover 20 (see FIGS. 4A . 4B and 5 ) is positively and / or non-positively connected to the base plate 2 and surrounds the radiator 4, the holding device 10 and the holding and / or receiving device 12 and prevents the penetration of moisture.
  • the base plate 2 has a limiting web 35 or corresponding projections.
  • the boundary web 35 or the projections are preferably designed circumferentially closed extend closed around and the radiator 4, the holding device 10 and the holding and / or receiving device 12 around.
  • the boundary web 35 engages in a corresponding receiving groove of the cover 20, as in the cross section FIG. 5 is shown.
  • the limiting web 35 is preferably part of the base plate 2.
  • the limiting web 35 and the base plate 2 are therefore preferably in one piece, more preferably produced in a common casting process.
  • a sealing compound is preferably embedded, whereby the penetration of moisture into the antenna 1 is avoided.
  • the boundary web 35 could consist of a rubber or other sealant.
  • the cover 20 is preferably additionally bolted to the base plate 2.
  • the cover 20 is made of a material that is permeable to electromagnetic waves. It is preferably exactly one cover 20 used.
  • the cover 20 is further preferably non-contact with the radiator 4, the holding device 10 and holding and / or receiving device 12 is arranged.
  • the omnidirectional antenna 1 can be arranged on a rail vehicle or other means of transport. Preferably, however, this is mounted on a locomotive, so that a reliable communication with this or the operator is possible.
  • the holding device 10 is preferably selected from its diameter and / or its electrical resistance such that the holding device 10 can serve as a fuse. This is important when a catenary triggers its anchorage and falls onto the broadband antenna 1.
  • the base plate 2 is of its mounting holes, which are used for fastening or cable supply, so chosen that these mounting holes have a distance from each other, which is identical to the mounting holes of older base plates of other broadband antennas.
  • the hole pattern is therefore identical to older antennas. In this case, an exchange is easily possible.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine breitbandige omnidirektionale Antenne, die insbesondere in Schienenfahrzeugen eingesetzt wird und ebensolches Schienenfahrzeug.
  • Omnidirektionale Antennen sind aufgrund ihrer Breitbandigkeit multibandfähig und strahlen bevorzugt in vertikaler Polarisation. Beim Einsatz in Schienenfahrzeugen, wie Lokomotiven oder Wägen, wird dadurch erreicht, dass das Fahrzeug in Kommunikationsverbindung mit einer Basisstation stehen kann.
  • Die WO 2015/008607 A1 zeigt eine Antennenanordnung, die in Kraftfahrzeugen und Zügen verwendet werden kann. Eine wannenförmige Strahleranordnung ist mit einem ersten Endbereich an einer Grundplatte befestigt und wird über diesen Endbereich gespeist. Die wannenförmige Strahleranordnung verbreitert sich in Richtung eines zweiten Endbereichs, wobei in der Nähe des zweiten Endbereichs ein GPS-Modul innerhalb der wannenförmigen Strahleranordnung angeordnet ist. Die wannenförmige Strahleranordnung umfasst noch zwei Haltemittel, die beabstandet voneinander an der Grundplatte befestigt sind. Zwischen diesen Haltemitteln ist die wannenförmige Strahleranordnung angeordnet. Die Haltemittel umgreifen den umlaufenden zweiten Endbereich der wannenförmigen Strahleranordnung.
  • Die WO 2015/069309 A1 beschreibt eine omnidirektionale Antennenanordnung, die eine kelchförmige Strahleranordnung umfasst. Die kelchförmige Strahleranordnung ist mit einem ersten Endbereich an einer Grundplatte befestigt und wird über diesen Endbereich gespeist. Eine Abdeckhaube überdeckt die kelchförmige Strahleranordnung. Ein Haltemittel ist an der Grundplatte befestigt und weist einen Aufnahmebereich auf, in welchem die kelchförmige Strahleranordnung mit ihrem ersten Endbereich angeordnet und abgestützt ist. Die Innenwandung des Haltemittels, durch die der Aufnahmebereich umgrenzt ist, ist an eine Form der kelchförmigen Strahleranordnung in ihrem ersten Endbereich angepasst.
  • Aus der WO 2007/048258 A1 ist eine Breitband-Monopol-Antenne bekannt, die in Verkehrsmitteln eingesetzt werden kann. Die Strahleranordnung umfasst einen aus zwei separaten Teilen bestehenden kelchförmigen Strahler. In diesem kelchförmigen Strahler ist ein GPS-Modul stationär angeordnet.
  • Aus der DE 103 59 605 A1 ist eine omnidirektionale Antenne bekannt, die als Indoor-Antenne innerhalb von Gebäuden angebracht wird. Die omnidirektionale Antenne umfasst einen monopolförmigen Strahler, der einen kegelförmigen Abschnitt aufweist und beabstandet über einer Grundplatte oder Gegengewichtsfläche angeordnet ist. Der monopolförmige Strahler wird einerseits über seinen Fußpunkt mit der Grundplatte bzw. der Gegengewichtsfläche verbunden als auch über eine Innenhaube, die den monopolförmigen Strahler umgibt, gehalten. Die Innenhaube ist selbst wiederum von einer Außenhaube umgeben.
  • Nachteilig an der Antenne, die in der DE 103 59 605 A1 gezeigt wird, ist, dass die Montage der Antenne aufwendig ist und diese keinen ausreichend hohen Widerstand gegenüber Vibrationen bietet, wie sie beispielsweise bei Schienenfahrzeugen auftreten können. Diese Vibrationen sind unter anderem auf Vibrationen durch die Antriebsvorrichtung (z.B. Dieselmotor) oder auf Verlegelücken im Gleis selbst zurückzuführen, die ein verformungsloses Ausdehnen des Gleises bei höheren Temperaturen erlauben.
  • Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine breitbandige omnidirektionale Antenne und ein Schienenfahrzeug mit einer solchen omnidirektionale Antenne zu schaffen, die die Nachteile aus dem Stand der Technik nicht aufweisen. Dabei soll die breitbandige omnidirektionale Antenne einfacher hergestellt werden und den auftretenden Belastungen beim Einsatz in Schienenfahrzeugen dauerhaft standhalten und sehr breitbandig betrieben werden können.
  • Die Aufgabe wird hinsichtlich der breitbandigen omnidirektionalen Antenne durch den unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Ein entsprechendes Schienenfahrzeug ist im Anspruch 11 angegeben. In den Ansprüchen 2 bis 10 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen der breitbandigen omnidirektionalen Antenne wieder.
  • Die breitbandige omnidirektionale Antenne umfasst eine Grundplatte und einen monopolförmigen Strahler, der einen Fußpunkt und einen Endbereich umfasst, wobei der Endbereich gegenüberliegend zum Fußpunkt angeordnet ist. Der Strahler erstreckt sich entlang einer Längsachse, die senkrecht oder überwiegend senkrecht zur Grundplatte verläuft. Dies bedeutet, dass sich der Strahler von der Grundplatte weg erstreckt, also erhebt, wobei er mit seinem Fußpunkt näher an der Grundplatte angeordnet ist als mit seinem Endbereich. Der Strahler verbreitert sich hinsichtlich seines Querschnitts entlang seiner Längsachse in zumindest einem ersten Abschnitt, der zwischen seinem Fußpunkt und seinem Endbereich liegt, wobei durch die dadurch divergierenden Wände des Strahlers ein Aufnahmeraum gebildet wird. Die omnidirektionale Antenne umfasst außerdem zumindest eine schalen- oder wannenförmige Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung. Eine Innenkontur Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung ist zumindest über einen Teilumfang an eine Außenkontur des ersten Abschnitts des Strahlers angepasst, wodurch der Strahler zumindest teilweise mit zumindest seinem ersten Abschnitt in die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung eintaucht und von dieser insbesondere formschlüssig gehalten ist. Weiterhin umfasst die omnidirektionale Antenne noch eine Halteeinrichtung, die mit ihrem ersten Ende an der Grundplatte befestigt ist und die mit ihrem zweiten Ende, welches dem ersten Ende gegenüberliegt, direkt oder mittelbar an dem Strahler befestigt ist. Die Halteeinrichtung und die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung sind voneinander getrennte Gebilde, die auf der gemeinsamen Grundplatte angeordnet sind.
  • In einer ersten Alternative umfasst die omnidirektionale Antenne noch ein GNSS-Modul (engl.: Global Navigation Satellite System; dt.: globales Navigationssatellitensystem) . Über ein solches GNSS-Modul kann die Position der omnidirektionalen Antenne und damit des Schienenfahrzeugs bestimmt werden. Bei einem solchen GNSS-Modul kann es sich beispielsweise um GPS, GLONASS (GLObal NAvigation Satellite System), Galileo und/oder Beidou handeln. Das GNSS-Modul ist dabei im Aufnahmeraum des Strahlers in dessen Endbereich angeordnet. Dadurch erfolgt eine platzsparende Anbringung des GNSS-Moduls, wobei dieses immer noch einen guten Empfang der Satellitennavigationssignale hat. Das GNSS-Modul erstreckt sich im montierten Zustand der omnidirektionalen Antenne nicht über den Endbereich des Strahlers hinaus oder befindet sich zumindest überwiegend oder insgesamt innerhalb des Aufnahmeraums. Weiterhin ist hier lediglich eine Abdeckhaube vorgesehen. Die Abdeckhaube ist mit der Grundplatte form- und/oder kraftschlüssig und zudem feuchtigkeitsdicht verbunden und umgibt den Strahler, die Halteeinrichtung und die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung. Die Abdeckhaube ist berührungsfrei zu dem Strahler, der Halteeinrichtung und der Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung angeordnet. Es ist weiterhin ein Federelement vorgesehen, das zwischen der Abdeckhaube und dem Endbereich des Strahlers oder dem GNSS-Modul angeordnet ist, wobei eine Federkraft des Federelements das GNSS-Modul in Position innerhalb des Aufnahmeraums hält.
  • Ergänzend oder alternativ umfasst die omnidirektionale Antenne in einer zweiten Alternative eine Halteeinrichtung, die in ihrem Durchmesser und/oder ihrem elektrischen Widerstand derart gewählt bzw. eingestellt ist, dass die Halteeinrichtung als Schmelzsicherung für den Fall dienen kann, dass sich eine Oberleitung eines elektrisch angetrieben Schienenfahrzeugs, in welchem die breitbandige omnidirektionale Antenne einsetzbar ist, aus ihrer Verankerung löst und auf die breitbandige Antenne fällt. In diesem Fall würde ein satter Kurzschluss entstehen, wodurch die bahninterne Steuerungstechnik den Kurzschlussstrom detektieren und das entsprechende Netzsegment stromlos schalten könnte. Gleichzeitig wären die Empfangseinrichtungen, die mit dem Strahler verbunden sind, vor einer Beschädigung geschützt.
  • Besonders vorteilhaft ist einerseits der Einsatz der schalen- oder wannenförmigen Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung, die zumindest in einem Teilumfangsbereich trichterförmig ausgestaltet sein kann und einerseits während der Montage als Zentrierhilfe für die Aufnahme des Strahlers dient und diesen andererseits nach Abschluss der Montage dauerhaft abstützt. Der Strahler liegt dabei mit einer großen Auflagefläche formschlüssig an der Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung auf. Diese Auflagefläche beträgt vorzugsweise mehrere Quadratzentimeter, insbesondere mehr als 3 oder mehr als 5 oder mehr als 7 oder mehr als 10 oder mehr als 15 oder mehr als 20 cm2. Dadurch wird eine sehr hohe Stabilität erreicht. Um die Stabilität weiter zu erhöhen, ist die Halteeinrichtung sowohl fest mit der Grundplatte als auch fest mit dem Strahler selbst verbunden. Die Grundplatte wird dabei vorzugsweise über eine Schraubverbindung mit dem Schienenfahrzeug verbunden. Die so geschaffene omnidirektionale Antenne ist einerseits mechanisch sehr stabil aufgebaut und kann andererseits in der Fertigung sehr einfach hergestellt werden. In der Endmontage wird - wie später noch erläutert - auf Lötverbindungen vollständig verzichtet. Gleichzeitig sind die elektrischen Eigenschaften der omnidirektionalen Antenne über die gesamte Lebensdauer in etwa konstant.
  • Wie die Bezeichnung omnidirektional schon sagt, handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Antenne um einen Rundstrahler. Aufgrund der erzielbaren Breitbandigkeit können alle gängigen Frequenzbereiche, wie GSM, UMTS und LTE abgedeckt werden. Die Antenne arbeitet insbesondere auch bei oberen Grenzfrequenzen von über 2500 MHz oder 3000 MHz oder 3500 MHz oder 4000 MHz oder 4500 MHz oder 5000 MHz oder 5500 MHz. Vorzugsweise kann sie in einem Frequenzbereich von 697 MHz bis 6000 MHz betrieben werden. Grundsätzlich ist auch ein Einsatz für niedrigere und höhere Frequenzen denkbar.
  • In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die omnidirektionale Antenne einen Auflage- und Befestigungsabschnitt, der zur Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung gehört bzw. mit dieser verbunden ist. Der Auflage- und Befestigungsabschnitt ist dabei vorzugsweise über Verbindungselemente an einer Außenkontur der schalen- oder wannenförmigen Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung befestigt. Der Auflage- und Befestigungsabschnitt liegt dabei mit einer Auflagefläche auf der Grundplatte auf und/oder ist mit dieser verschraubt. Diese Auflagefläche erstreckt sich vorzugsweise rechteckförmig von der Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung weg, so dass der Massenschwerpunkt des Auflage- und Befestigungsabschnitts vorzugsweise nicht mit der Längsachse zusammenfällt, die den Strahler und die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung durchsetzt. Der Auflage- und Befestigungsabschnitt kann auch als Fußabschnitt bezeichnet werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Strahler einen zweiten Abschnitt, wobei der Querschnitt in dem zweiten Abschnitt konstant bleibt. Der zweite Abschnitt schließt sich dabei entweder unmittelbar an den ersten Abschnitt an oder ist von dem ersten Abschnitt durch einen weiteren Abschnitt beabstandet. Dadurch erhöht sich zwar die Bauhöhe der omnidirektionalen Antenne geringfügig, dafür wird allerdings die Bandbreite, mit der die omnidirektionale Antenne betrieben werden kann, deutlich erhöht.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform variieren die Höhe des ersten Abschnitts und die des zweiten Abschnitts entlang der Längsachse in Umfangsrichtung des Strahlers. Über die Variation kann die Bandbreite der omnidirektionalen Antenne beeinflusst werden. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, dass der Strahler in seinem Querschnitt quer zu seiner Längsachse einen unsymmetrischen Querschnitt aufweist. In diesem Fall könnte er in einem ersten Teilbereich einen teilkreisförmigen Querschnitt aufweisen und in einem anderen Teilbereich einen oder mehrere gerade verlaufende Querschnittsbereiche umfassen. Grundsätzlich ist es dabei möglich, dass der Strahler in einem Teilumfangsbereich kegelförmig und in anderen Teilumfangsbereichen kubusförmig gestaltet ist. Diese beiden Bereiche können sogar gleichzeitig entlang einer bestimmten Höhe, also einer Länge entlang der Längsachse ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Endbereich des Strahlers in Draufsicht überwiegend rechteckförmig oder quadratisch gestaltet.
  • Vorzugsweise ist ein brückenartiger Verbindungsabschnitt vorgesehen, der am Strahler oder an der Halteinrichtung angeordnet ist und den Strahler mit der Halteinrichtung bzw. die Halteinrichtung mit dem Strahler verbindet. Dabei erstreckt sich der Verbindungsabschnitt vorzugsweise mit einer Radialkomponente gegenüber der Längsachse vom Strahler hin nach außen weg bzw. der Verbindungsabschnitt erstreckt sich mit einer Radialkomponente gegenüber der Längsachse von der Halteeinrichtung in Richtung des Strahlers. Die Halteeinrichtung ist dabei mit dem Ende des Verbindungsabschnitts fest verbunden, das vom Strahler am entferntesten angeordnet ist. Umgekehrt gilt das Gleiche auch bei der anderen Ausführungsform für den Strahler, der dann mit dem Ende des Verbindungsabschnitts fest verbunden ist, das von der Halteeinrichtung am entferntesten angeordnet ist. Der Verbindungsabschnitt ist insbesondere am Endbereich des Strahlers angeordnet. Dadurch wird eine sehr hohe Stabilität erreicht.
  • Vorzugsweise ist die Halteeinrichtung zusammen mit dem Verbindungsabschnitt und dem Strahler einteilig ausgebildet. Dies bedeutet, dass sie aus einem gemeinsamen Teil bestehen und vorzugsweise durch ein Gussverfahren gemeinsam hergestellt sind. Die Halteeinrichtung ist dabei galvanisch mit dem Strahler verbunden. Grundsätzlich wäre es auch möglich, dass die Halteeinrichtung und der Strahler aus zwei separaten Teilen bestehen, wobei der Verbindungsabschnitt entweder zur Halteeinrichtung oder zum Strahler gehört. Die Halteeinrichtung und der Strahler werden dann, insbesondere mit einer Schraubverbindung, fest miteinander verbunden.
  • In vorteilhafter Weise besteht der Strahler aus Metall oder einer Metalllegierung oder umfasst Metall oder eine Metalllegierung. Alternativ dazu könnte er auch aus einem Dielektrikum bestehen, wobei die Außenseite und/oder die Innenseite mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen ist bzw. sind. Im letzteren Fall könnte der Strahler in einem Kunststoffspritzverfahren hergestellt werden. Das Gleiche gilt auch für die Halteeinrichtung.
  • Aufgrund des Einsatzes der schalen- oder wannenförmigen Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung wird eine ausreichende Stabilität der omnidirektionalen Antenne bereits dann gewährleistet, wenn die omnidirektionale Antenne genau eine Halteeinrichtung umfasst. Dies bedeutet, dass der Strahler lediglich über die genau eine Halteeinrichtung elektrisch leitend und mechanisch stabil mit einer Stelle der Grundplatte verbunden ist. Unter einer Halteeinrichtung kann auch eine Säule verstanden werden. Die Halteeinrichtung ist dabei an genau einer Stelle mit der Grundplatte verbunden. Dadurch können weitere Kosten in der Herstellung eingespart werden.
  • In vorteilhafter Weise umfasst die omnidirektionale Antenne zur Speisung des Strahlers an dessen Fußpunkt eine Speiseeinrichtung. Die Speiseeinrichtung erstreckt sich, ausgehend vom Fußpunkt, in Richtung der Grundplatte. An einer Unterseite der Grundplatte, die der Montageseite mit dem aufgenommenen Strahler gegenüberliegt, ist ein Steckerelement, welches vorzugsweise in Form einer Buchse (z.B. N-Buchse) ausgebildet ist, angeordnet. An dieses Steckerelement ist ein Versorgungskabel, insbesondere in Form eines Koaxialkabels, anschließbar. Die Grundplatte weist an ihrer Unterseite vorzugsweise eine Aufnahmeöffnung für das Steckerelement auf. Das Steckerelement weist hierzu vorzugsweise ein Außengewinde auf, welches zu einem Innengewinde der Aufnahmeöffnung korrespondiert, so dass das Steckerelement in die Aufnahmeöffnung der Grundplatte eingedreht werden kann. Die Speiseeinrichtung erstreckt sich im montierten Zustand der omnidirektionalen Antenne zumindest mit ihrem ersten Ende in das Steckerelement hinein, wobei das erste Ende der Speiseeinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Innenleiter des Versorgungskabels aufzunehmen und elektrisch zu kontaktieren. Das erste Ende der Speiseeinrichtung kann in Längsrichtung geschlitzt sein, wodurch sich eine Federwirkung einstellt. Durch diese Federwirkung kann ein reproduzierbarer elektrischer Kontakt zwischen der Speiseeinrichtung und dem aufzunehmenden Innenleiter des Versorgungskabels erreicht werden. Die Speiseeinrichtung ist dabei selbst galvanisch von der Grundplatte getrennt. Vorzugsweise ist die Speiseeinrichtung galvanisch aber lötfrei mit dem Strahler verbunden oder alternativ dazu kapazitiv mit diesem gekoppelt.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Speiseeinrichtung an ihrem zweiten Ende über eine Teillänge ein Außengewinde. Über dieses Außengewinde ist die Speiseeinrichtung mit vorzugsweise einem definierten Drehmoment in ein dazu korrespondierendes Innengewinde am Fußpunkt des Strahlers in diesen eindrehbar bzw. eingedreht, wodurch ein galvanischer Kontakt entsteht. Für den Fall, dass lediglich eine kapazitive Kopplung gewünscht ist, kann zwischen dem Fußpunkt des Strahlers und der Speiseeinrichtung noch ein Dielektrikum, insbesondere in Form einer Hülse angeordnet sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Hülse über ein Innen- und ein Außengewinde verfügen, wobei die Speiseeinrichtung mit ihrem Außengewinde in das Innengewinde der dielektrischen Hülse eindrehbar ist. Die dielektrische Hülse ist wiederum über ihr Außengewinde mit einem dazu korrespondierenden Innengewinde am Fußpunkt des Strahlers mechanisch verbindbar. Wie weit sich die Speiseeinrichtung in den Aufnahmeraum des Strahles durch den Fußpunkt hinein erstreckt, kann beliebig eingestellt werden.
  • Um das GNSS-Modul ausreichend befestigen zu können, umfasst der Strahler in einer weiteren Ausführungsform zumindest eine Auflageschulter (vorzugsweise mehrere Auflageschultern), die sich von der Innenseite des Strahlers, also ausgehend von der Innenkontur des Strahlers, in dessen Aufnahmeraum hinein erstreckt. Das GNSS-Modul liegt dabei auf der zumindest einen Auflageschulter auf. Dadurch ist gewährleistet, dass sich die Position des GNSS-Moduls auch bei Auftreten von Vibrationen nicht innerhalb des Aufnahmeraums verändert, wodurch sich der Empfang verschlechtern könnte.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Halteeinrichtung eine von außen zugängliche Aufnahmenut, die sich über die gesamte Länge der Halteeinrichtung und über den Verbindungsabschnitt, der entweder zur Halteeinrichtung oder zum Strahler selbst gehört, erstreckt. Diese Aufnahmenut mündet dann in den Aufnahmeraum des Strahlers hinein. Dadurch ist ein Anschlusskabel in die Aufnahmenut eingebringbar, welches zur Versorgung des GNSS-Moduls dient. Über eine Bohrung in der Bodenplatte kann dieses Anschlusskabel durch diese hindurchgeführt werden.
  • Weiter vorzugsweise umfasst die omnidirektionale Antenne noch eine Abdeckhaube, die mit der Grundplatte form- und/oder kraftschlüssig verbunden ist und sowohl den Strahler als auch die Halteeinrichtung und die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung umgibt und das Eindringen von Feuchtigkeit in die omnidirektionale Antenne verhindert. Weiter vorzugsweise kann das GNSS-Modul entweder über eine oder mehrere Schraubverbindungen mit der einen oder den mehreren Auflageschultern verschraubt werden oder es kann über ein Federelement eine Federkraft auf das GNSS-Modul aufgebracht werden, durch die das Modul auf die Auflageschultern gedrückt wird. Ein solches Federelement könnte zwischen der Haube und dem Endbereich des Strahles bzw. dem GNSS-Modul angeordnet sein.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Schienenfahrzeug handelt es sich insbesondere um eine Lokomotive oder einen Eisenbahnwagen. Das Schienenfahrzeug ist dabei mit der erfindungsgemäßen breitbandigen omnidirektionalen Antenne ausgestattet. Vorzugsweise wird die omnidirektionale Antenne auf dem Dach der Lokomotive bzw. des Triebzuges oder des Eisenbahnwagons angebracht.
  • Vorzugsweise ist das Schienenfahrzeug elektrisch angetrieben, wobei dieses die elektrische Energie aus einer Oberleitung bezieht bzw. beziehen kann.
  • Selbstverständlich kann die omnidirektionale Antenne auch an anderen Fahrzeugen wie Kraftfahrzeugen (z.B. Autos oder LKWs) oder Schiffen bzw. anderen Verkehrsmitteln wie U-Bahnen oder Straßenbahnen installiert werden.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Gleiche Gegenstände weisen dieselben Bezugszeichen auf. Die entsprechenden Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
    • Figur 1:
    eine räumliche Darstellung der erfindungsgemäßen omnidirektionalen Antenne in Explosivdarstellung;
    Figur 2:
    eine vergrößerte räumliche Darstellung eines monopolförmigen Strahlers;
    Figur 3:
    eine räumliche Darstellung der erfindungsgemäßen omnidirektionalen Antenne;
    Figuren 4A, 4B:
    weitere räumliche Darstellungen der erfindungsgemäßen omnidirektionalen Antenne in Explosivdarstellung, wobei zusätzlich eine Abdeckhaube dargestellt ist; und
    Figur 5:
    einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße omnidirektionale Antenne.
  • Figur 1 zeigt eine räumliche Darstellung der erfindungsgemäßen breitbandigen omnidirektionalen Antenne 1 in Explosivdarstellung. Die Antenne 1 umfasst eine Grundplatte 2, die vorzugsweise einen quadratischen bzw. rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Die Grundplatte 2 kann an ein Schienenfahrzeug angeschraubt werden. Hierzu umfasst die Grundplatte 2 entsprechende (Gewinde-) Bohrungen 3. Die Grundplatte 2 umfasst eine Unterseite 2a, die in Richtung der Auflagefläche des Schienenfahrzeugs zeigt und eine Oberseite 2b, die auch als Montageseite 2b bezeichnet wird. Die Antenne 1 umfasst außerdem einen monopolförmigen Strahler 4, der einen Fußpunkt 4a und einen dem Fußpunkt gegenüberliegenden Endbereich 4b umfasst, wobei der Strahler 4 eine Längsachse 5 (siehe Figur 2) umfasst, die sich überwiegend senkrecht zur Grundplatte 2 erstreckt.
  • Der Strahler 4 erhebt sich in montiertem Zustand von der Grundplatte 2. Sein Fußpunkt 4a ist dabei näher an der Grundplatte 2 angeordnet als sein Endbereich 4b.
  • Der Strahler 4 verbreitert sich bezüglich seines Querschnitts entlang seiner Längsachse 5 in zumindest einem ersten Abschnitt 6a, der zwischen seinem Fußpunkt 4a und seinem Endbereich 4b liegt. Die dadurch divergierenden Seitenwände des Strahlers 4 begrenzen einen Aufnahmeraum 8. In Figur 2 ist eine vergrößerte Darstellung des Strahlers 4 gezeigt.
  • Mit Hinblick auf Figur 2 bleibt ein Querschnitt des Strahlers 4 in einem zweiten Abschnitt 6b konstant, wobei sich der zweite Abschnitt 6b in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar an den ersten Abschnitt 6a anschließt. Es wäre auch möglich, dass der zweite Abschnitt 6b durch einen weiteren Abschnitt von dem ersten Abschnitt 6a beabstandet ist. Der erste und der zweite Abschnitt 6a, 6b verlaufen vorzugsweise entlang der Längsachse 5.
  • Mit Hinblick auf Figur 2 ist zu erkennen, dass die Höhe des ersten Abschnitts 6a und des zweiten Abschnitts 6b entlang der Längsachse 5 in Umfangsrichtung des Strahlers 4 variiert. Dies bedeutet, dass sich der erste Abschnitt 6a in einem Teilumfangsbereich des Strahlers 4 über eine größere Höhe (parallel zur Längsachse 5) erstreckt als in einem anderen Teilumfangsbereich. Das gleiche gilt ebenfalls für den zweiten Abschnitt 6b.
  • Dies bedeutet außerdem, dass der Strahler 4 in seinem Querschnitt quer zu seiner Längsachse 5 einen unsymmetrischen Querschnitt aufweist. So gibt es einen Teilbereich, in dem der Querschnitt zumindest teilkreisförmig ist und es gibt einen anderen Teilbereich in derselben Querschnittsdarstellung, der zumindest einen vorzugsweise mehrere gerade verlaufende Querschnittsbereiche aufweist. Dies wäre beispielsweise bei einem Querschnitt entlang der gepunkteten Linie durch die Ebene 18 der Fall.
  • Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass der Strahler 4 in einem Teilumfangsbereich kegelförmig und in einem anderen Teilumfangsbereich kubusförmig gestaltet ist. Vorzugsweise ist der Verlauf im zweiten Abschnitt 4b überwiegend kubusförmig und im ersten Abschnitt 4a überwiegend kegelförmig.
  • Der Endbereich 4b des Strahlers 4 ist rechteckförmig oder quadratisch ausgestaltet. Er könnte auch eine andere Querschnittsform aufweisen und grundsätzlich auch n-polygonal gehalten sein.
  • Der Strahler 4 umfasst an seinem Endbereich 4b auf zumindest einer Seite 7 zumindest über eine Teilbreite einen abstehenden Verlängerungsabschnitt 9, der sich entlang der Längsachse 5 in Richtung der Grundplatte 2 erstreckt. Dieser Verlängerungsabschnitt 9 erstreckt sich vorzugsweise mit einer Radialkomponente gegenüber der Längsachse 5 nach außen hin weg. Seine Oberseite 9a endet vorzugsweise bündig mit dem Endbereich 4b des Strahlers 4 bzw. steht nicht über den Endbereich 4b des Strahlers 4 hinaus. Der Verlängerungsabschnitt 9 verläuft dabei in Richtung des Fußpunkts 4a des Strahlers 4 in Richtung der Längsachse 5. Allerdings verjüngt er sich in Richtung der Längsachse je weiter er sich in Richtung des Fußpunkts 4a erstreckt. Der Verlängerungsabschnitt 9 umgrenzt mit seinen Seitenwänden ebenfalls einen weiteren Aufnahmeraum. Dieser weitere Aufnahmeraum ist vorzugsweise von dem Aufnahmeraum 8 des Strahlers 4 getrennt. Dies müsste allerdings nicht zwingend der Fall sein.
  • Die omnidirektionale Antenne 1 umfasst außerdem eine Halteeinrichtung 10. Diese Halteeinrichtung 10 ist mit dem Strahler 4 fest verbunden, insbesondere ist sie mit dem Strahler 4 an dessen Endbereich 4b fest verbunden. Vorzugsweise bestehen die Halteeinrichtung 10 und der Strahler 4 aus einem gemeinsamen Gussteil, welches insbesondere in einem Druckgussverfahren (z. B. Aluminiumdruckguss) herstellbar ist. Es wäre auch möglich, dass die Halteeinrichtung 10 und der Strahler 4 aus separaten Teilen gebildet sind, die vorzugsweise über eine Schraubverbindung mechanisch fest miteinander verbindbar sind. Der Aufnahmeraum 8 des Strahlers 4 ist vorzugsweise frei von der Halteeinrichtung 10. Die Höhe des Strahlers 4 wird durch die Halteeinrichtung 10 vorzugsweise nicht vergrößert bzw. beeinflusst.
  • Die Halteeinrichtung 10 umfasst ein erstes Ende 10a, welches über eine Schraubverbindung 17 mit der Grundplatte 2 verbunden bzw. verbindbar ist. Die Schraube der Schraubverbindung 17 wird dabei vorzugsweise über die Unterseite 2a der Grundplatte 2 durch diese hindurchgeführt und darüber in die Unterseite des ersten Endes 10a der Halteeinrichtung 10 eingedreht. Dies ist in der Schnittdarstellung aus Figur 5 zu erkennen.
  • Die Halteeinrichtung 10 ist vorzugsweise über einen brückenartigen Verbindungsabschnitt 11 mit dem Strahler 4 verbunden. Der Verbindungsabschnitt 11 kann dabei einteilig mit der Halteeinrichtung 10 oder einteilig mit dem Strahler 4 ausgebildet sein. Für den Fall, dass die Halteeinrichtung 10 als auch der Strahler 4 aus einem gemeinsamen Teil bestehen, ist der Verbindungsabschnitt 11 ebenfalls Bestandteil davon. Der Verbindungsabschnitt 11 ist am zweiten Ende 10b, also am oberen Ende 10b der Halteeinrichtung 10 angeordnet und erstreckt sich mit einer Radialkomponente gegenüber der Längsachse 5 in Richtung des Strahlers 4. Der Strahler 4 ist dabei mit dem Ende des Verbindungsabschnitts 11 fest verbunden, das von der Halteeinrichtung 10 am entferntesten angeordnet ist. In diesem Fall würde eine solche Verbindung über vorzugsweise eine Schraubverbindung stattfinden. Es wäre auch möglich, dass der Strahler 5 einen solchen Verbindungsabschnitt 11 aufweist, der an dessen Endbereich 4b angeordnet ist. Der Verbindungsabschnitt 11 würde sich dann brückenartig mit einer Radialkomponente gegenüber der Längsachse 5 nach außen hin, also vom Strahler 4 weg erstrecken. Die Halteeinrichtung 10 wäre dabei an ihrem oberen Ende 10b mit dem Ende des Verbindungabschnitts 11 fest verbunden, dass vom Strahler 4 am entferntesten angeordnet ist. Bei einer solchen Verbindung würde es sich vorzugsweise ebenfalls wiederum eine Schraubverbindung handeln. Andere Verbindungsarten wären ebenfalls denkbar. Ein Verbindungsabschnitt 11 muss allerdings nicht zwingend vorliegen. Die Halteeinrichtung 10 könnte auch unmittelbar an dem Strahler 4 angeordnet sein. Bei beiden Verbindungsarten spricht man allerdings von einer "direkten" Verbindung zwischen der Halteeinrichtung 10 und dem Strahler 4. Es könnten allerdings noch weitere Teile dazwischen angeordnet sein, die weder einteilig mit der Halteeinrichtung 10 oder einteilig mit dem Strahler 4 ausgebildet sind wie der Verbindungsabschnitt 11. In diesem Fall würde man von einer "mittelbaren" Verbindung zwischen der Halteeinrichtung 10 und dem Strahler 4 sprechen. Es ist nochmals zu betonen, dass die Halteeinrichtung 10 und der Strahler 4 vorzugsweise aus einem gemeinsamen Gussteil bestehen. Die Halteeinrichtung 10 ist mit dem Verbindungsabschnitt 11 insbesondere L-förmig ausgebildet oder einer L-Form angenähert.
  • Die Halteeinrichtung 10 und die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 sind vorzugsweise voneinander getrennte Gebilde, die auf der gemeinsamen Grundplatte 2 angeordnet und insbesondere mit dieser verschraubt sind. Sie sind daher nicht aus einem gemeinsamen Guß- bzw. Spritzteil (einteilig) gebildet.
  • Der Strahler 4 besteht vorzugsweise aus Metall oder einer Metalllegierung und umfasst Metall oder eine Metalllegierung. Grundsätzlich könnte er auch aus einem Dielektrikum bestehen, wobei seine Außenseite und/oder seine Innenseite mit einer elektrisch leitfähigen Schicht beschichtet ist.
  • Die Halteeinrichtung 10 besteht vorzugsweise ebenfalls aus Metall oder einer Metalllegierung oder umfasst Metall oder eine Metalllegierung.
  • Das Gleiche gilt natürlich auch für den brückenartigen Verbindungsabschnitt 11.
  • Der Strahler 4 ist beispielsweise über seinen Endbereich 4b vorzugsweise elektrisch leitend, also galvanisch mit der Halteeinrichtung 10 verbunden, die wiederum elektrisch leitend, also galvanisch mit der Grundplatte 2 verbunden ist.
  • Die omnidirektionale Antenne 1 umfasst dabei vorzugsweise genau eine Halteeinrichtung 10. Dies bedeutet, dass lediglich eine Seitenwand 7 des Strahlers 4 mit der Halteeinrichtung 10 verbunden ist. Die Anordnung der genau einen Halteeinrichtung 10 an den Strahler 4 ist daher asymmetrisch. Dadurch können Kosten bei der Herstellung eingespart werden.
  • Der Strahler 4 umfasst zumindest abschnittsweise eine trichterartige Form.
  • Um den Strahler 4 noch besser auf der Grundplatte 2 stabilisieren zu können, umfasst die omnidirektionale Antenne 1 eine schalen- oder wannenförmige Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12. Eine Innenkontur 13a der Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 ist zumindest über einen Teilumfang an eine Außenkontur 13b des ersten Abschnitts 6a des Strahlers 4 angepasst. Dadurch ist es möglich, dass der Strahler 4 nach der Montage zumindest teilweise mit zumindest seinem ersten Abschnitt 6a in die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 eintaucht und von dieser insbesondere formschlüssig und werkzeugfrei gehalten ist. Diese Verbindung ist vorzugsweise frei von einem Kraftschluss (z. B. Schraubverbindung) und insbesondere frei von einem Stoffschluss (z. B. Lötverbindung).
  • Die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 besteht aus einem Dielektrikum, insbesondere aus Kunststoff und kann beispielsweise in einem Kunststoffspritzverfahren hergestellt werden.
  • Die omnidirektionale Antenne 1 umfasst außerdem vorzugsweise einen Auflage- und Befestigungsabschnitt 14, der über Verbindungselemente 15 mit der schalen- oder wannenförmigen Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 befestigt ist. Die Verbindungselemente 15 sind dabei an einer Außenkontur 16 der Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 angebracht. Der Auflage- und Befestigungsabschnitt 14 umfasst ein erstes, vorzugsweise kreisförmiges Segment 14a, welches im Zentrum von einer Öffnung durchsetzt ist. An dieses schließt sich vorzugsweise ein zweites, vorzugsweise quadratisches oder rechteckförmiges Segment 14b an, welches über eine Schraubverbindung mit der Grundplatte 2 verbindbar ist. An dem ersten Segment 14a sind die Verbindungselemente 15 angeordnet. In Draufsicht auf die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 steht das zweite Segment 14b auf zumindest einer Seite oder auf genau einer Seite seitlich hervor. Dadurch vergrößert sich die notwendige Auflagefläche, über die der Auflage- und Befestigungsabschnitt 14 auf der Grundplatte 2 aufliegt.
  • Die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 ist zusammen mit dem Auflage- und Befestigungsabschnitt 14 vorzugsweise einteilig hergestellt. Dies wird weiter vorzugsweise in einem gemeinsamen Kunststoffspritzgussverfahren erreicht.
  • Wie bereits erläutert, wird der Strahler 4 auf einer Teillänge des ersten Abschnitts 4a über einen Teilumfang formschlüssig durch die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 gehalten. Dies bedeutet, dass die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 auch teilweise trichterförmig ausgebildet ist. Sie umfasst vorzugsweise eine Verbreiterung zur Aufnahme des Verlängerungsabschnitts 9 des Strahlers 4.
  • Die Figur 3 zeigt die omnidirektionale Antenne 1 in einem montierten Zustand, wobei eine zusätzliche Abdeckhaube 20 erst in den Figuren 4A, 4B und 5 dargestellt ist.
  • Die Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung durch die erfindungsgemäße omnidirektionale Antenne 1. Am Fußpunkt 4a des Strahlers 4 ist eine Speiseeinrichtung 21 dargestellt, wie diese beispielsweise auch in Figur 1 zu erkennen ist. Die Speiseeinrichtung 21 ist vorzugsweise einteilig ausgebildet und erstreckt sich vom Fußpunkt 4a des Strahlers 4 in Richtung der Grundplatte 2. An einer Unterseite 2a der Grundplatte 2, die der Montageseite 2b gegenüberliegt, ist ein Steckerelement 22, insbesondere in Form einer Buchse (z. B. N-Buchse) angeordnet, wobei das Steckerelement 22 an ein Versorgungskabel, insbesondere in Form eines Koaxialkabels anschließbar ist. Im montierten Zustand der omnidirektionalen Antenne stellt die Speiseeinrichtung 21 vorzugsweise den Innenleiter des Steckerelements 22 dar. Die Speiseeinrichtung 21 ist in diesem Fall mit einem Innenleiter des aufzunehmenden oder aufgenommenen Versorgungskabels elektrisch leitend verbindbar bzw. verbunden. Hierzu ist die Speiseeinrichtung 21 an ihrem ersten Ende 21a vorzugsweise in Längsrichtung geschlitzt ausgeführt, um dadurch den Innenleiter des aufzunehmenden Koaxialkabels besser aufnehmen und elektrisch leitend kontaktieren zu können. Das Steckerelement 22 ist daher vorzugsweise mehrteilig aufgebaut. Es umfasst ein Gehäuse bzw. einen Außenleiter 26 und ein Dielektrikum 25. Je nach Betrachtungsweise ist auch die Speiseeinrichtung 21 Bestandteil des Steckerelements 22.
  • Die Speiseeinrichtung 21 ist vorzugsweise stiftförmig ausgestaltet und ist weiterhin galvanisch von der Grundplatte 2 getrennt. Die Speiseeinrichtung 21 ist vorzugsweise galvanisch aber lötfrei mit dem Strahler 4 verbunden oder alternativ dazu kapazitiv mit diesem gekoppelt. Insbesondere umfasst die Speiseeinrichtung 21 über eine Teillänge an ihrem zweiten Ende 21b ein Außengewinde, welches vorzugsweise mit einem definierten Drehmoment in ein dazu korrespondierendes Innengewinde am Fußpunkt 4a des Strahles 4 in diesen eingedreht ist.
  • Die Speiseeinrichtung 21 durchsetzt daher ebenfalls die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 und den Auflage- und Befestigungsabschnitt 14.
  • Die Speiseeinrichtung 21 ist vorzugsweise durch das Dielektrikum 25 (siehe Figur 5) von dem Außenleiter 26 des Steckerelements 22 galvanisch getrennt und weiter vorzugsweise zumindest teilweise gehalten bzw. fixiert. Der Außenleiter 26 des Steckerelements 22 ist vorzugsweise galvanisch mit der Grundplatte 2 verbunden, die aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht oder ein Metall oder eine Metalllegierung umfasst.
  • Um den Anwendungsbereich der omnidirektionalen Antenne 1 zu vergrößern, umfasst diese vorzugsweise noch ein GNSS-Modul 30, welches beispielsweise in Figur 3 dargestellt ist. Beim GNSS-Modul 30 handelt es sich vorzugsweise um ein GPS-Modul, welches in dem Aufnahmeraum 8 des Strahlers 4 in dessen Endbereich 4b angeordnet ist. Das GNSS-Modul 30 erstreckt sich in montiertem Zustand der omnidirektionale Antenne 1 vorzugsweise nicht über den Endbereich 4b des Strahlers 4 hinaus und befindet sich damit weiter vorzugsweise insgesamt ausschließlich innerhalb des Aufnahmeraums 8. Dadurch wird die Bauhöhe niedrig gehalten. Das GNSS-Modul 30 könnte allerdings auch über den Endbereich 4b des Strahlers 4 hinausstehen.
  • Um die Positionierung des GNSS-Moduls 30 zu erleichtern, umfasst die omnidirektionale Antenne 1 zumindest eine Auflageschulter 31 (siehe Figur 5) die sich von der Innenseite des Strahlers 4 in dessen Aufnahmeraum 8 hinein erstreckt. Das GNSS-Modul 30 liegt dabei auf der zumindest einen Auflageschulter 31 auf. Vorzugsweise umfasst die zumindest eine Auflageschulter 31 eine Gewindebohrung, so dass das GNSS-Modul mit einer (beispielsweise dielektrischen oder metallischen) Schraubverbindung mit der Auflageschulter 31 verschraubt werden kann, wodurch ein Kraftschluss entsteht.
  • Bei dem GNSS-Modul 30 handelt es sich vorzugsweise um eine Leiterplatte mit einer entsprechend darauf angebrachten Antennenstruktur zum Empfang von Positionssignalen, die über Satelliten ausgesendet werden. Vorzugsweise sind ebenfalls die notwendigen elektronischen Bauteile auf diesem GNSS-Modul 30 angebracht, so dass diese lediglich ein digitales Signal ausgibt. Die Ansteuerung und/oder Versorgung des GNSS-Moduls 30 erfolgt über ein Anschlusskabel 32. Dieses Anschlusskabel 32 wird durch eine Öffnung in der Grundplatte 2 durch diese hindurchgeführt. Vorzugsweise umfasst die Halteeinrichtung 10 eine von außen, also von zumindest einer Seite aus zugängliche Aufnahmenut 33 (siehe Figur 2) in der das Anschlusskabel 32 angeordnet ist. Die Aufnahmenut 33 erstreckt sich vorzugsweise entlang der Halteeinrichtung 10 in etwa parallel zur Längsachse 5, wobei die Aufnahmenut 33 am oberen Ende 10b der Halteeinrichtung 10 in etwa parallel zur Grundplatte 2 in Richtung des Strahlers 4 verläuft und in den Aufnahmeraum 8 hineinmündet.
  • Das Anschlusskabel 32 kann nach der Montage problemlos in die Aufnahmenut 33 eingelegt werden. Vorzugsweise umfasst es einen geringfügig größeren Querschnitt als der Innendurchmesser der Aufnahmenut 33. In diesem Fall muss das Anschlusskabel 32 etwas hineingedrückt werden, wodurch es auch bei später auftretenden Vibrationen nicht aus der Aufnahmenut 33 herausrutschen kann.
  • Das Anschlusskabel 32 verläuft vorzugsweise teilweise unterhalb der Aufnahmevorrichtung 12 und weiter vorzugsweise unterhalb des Auflage- und Befestigungsabschnitts 14 der Aufnahmevorrichtung 12. Die Aufnahmevorrichtung 12 und insbesondere der Auflage- und Befestigungsabschnitt 14 kann seinem Ende 14b mit einer Schraube in die Grundplatte 2 geschraubt werden. Dies geschieht nach der endgültigen Montage des Anschlusskabels 32. Durch den Anpressdruck, der dadurch auf das Anschlusskabel 32 ausgeübt wird, ist dieses zugentlastet. D.h. wenn an der fertig montierten Antenne 1 an dem Anschlusskabel 32 gezogen wird, entsteht kein Schaden an der Antenne 1 oder ihren enthaltenen Bauteilen.
  • Die Abdeckhaube 20 (siehe Figuren 4A, 4B und 5) ist mit der Grundplatte 2 form- und/oder kraftschlüssig verbunden und umgibt den Strahler 4, die Halteeinrichtung 10 und die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 und verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit. Vorzugweise weist die Grundplatte 2 einen Begrenzungssteg 35 bzw. entsprechende Vorsprünge auf. Der Begrenzungssteg 35 bzw. die Vorsprünge sind vorzugsweise umlaufend geschlossen gestaltet erstrecken sich geschlossen um und den Strahler 4, die Halteeinrichtung 10 und die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 herum. Der Begrenzungssteg 35 greift dabei in eine entsprechende Aufnahmenut der Abdeckhaube 20 ein, wie dies in dem Querschnitt aus Figur 5 dargestellt ist.
  • Der Begrenzungssteg 35 ist vorzugsweise Teil der Grundplatte 2. Der Begrenzungssteg 35 und die Grundplatte 2 sind daher vorzugsweise einteilig, weiter vorzugsweise in einem gemeinsamen Gießverfahren hergestellt. In der Aufnahmenut der Abdeckhaube 20 ist vorzugsweise eine Dichtmasse eingelassen, wodurch das Eindringen von Feuchtigkeit in die Antenne 1 vermieden wird. Grundsätzlich könnte allerdings auch der Begrenzungssteg 35 aus einem Gummi oder einer anderen Dichtmasse bestehen.
  • Die Abdeckhaube 20 ist vorzugsweise noch zusätzlich mit der Grundplatte 2 verschraubt. Die Abdeckhaube 20 besteht aus einem Material, das für elektromagnetische Wellen durchlässig ist. Es wird vorzugsweise genau eine einzige Abdeckhaube 20 verwendet. Die Abdeckhaube 20 ist weiter vorzugsweise berührungsfrei zu dem Strahler 4, der Halteeinrichtung 10 und Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 angeordnet.
  • Die omnidirektionale Antenne 1 kann auf einem Schienenfahrzeug oder einem anderen Transportmittel angeordnet werden. Vorzugsweise wird diese allerdings auf einer Lokomotive angebracht, so dass eine zuverlässige Kommunikation mit dieser bzw. dem Bedienpersonal möglich ist. Bevorzugt ist die Halteeinrichtung 10 von ihrem Durchmesser und/oder ihrem elektrischen Widerstand her derart gewählt, dass die Halteeinrichtung 10 als Schmelzsicherung dienen kann. Dies ist dann von Bedeutung, wenn sich eine Oberleitung aus ihrer Verankerung löst und auf die breitbandige Antenne 1 fällt.
  • Die Grundplatte 2 ist von ihren Befestigungsöffnungen, die zum Befestigen oder zur Kabelzufuhr dienen, derart gewählt, dass diese Befestigungsöffnungen einen Abstand zueinander aufweisen, der identisch zu den Befestigungsöffnungen von älteren Grundplatten anderer breitbandiger Antennen ist. Das Lochmuster ist daher identisch zu älteren Antennen. In diesem Fall ist ein Austausch problemlos möglich.
  • Im Weiteren werden nochmals gesondert einige erfindungsgemäße Weiterbildungen der breitbandigen omnidirektionalen Antenne 1 hervorgehoben.
  • Ein Vorteil der breitbandigen omnidirektionalen Antenne 1 besteht, wenn:
    • ein Auflage- und Befestigungsabschnitt 14 vorgesehen ist, der über Verbindungselemente 15 an einer Außenkontur 16 der schalen- oder wannenförmigen Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 befestigt ist;
    • der Auflage- und Befestigungsabschnitt 14 mit einer Auflagefläche auf der Grundplatte 2 aufliegt und/oder mit dieser verschraubt und/oder vernietet ist.
  • Ein ergänzender Vorteil der breitbandigen omnidirektionalen Antenne 1 besteht, wenn:
    • auf zumindest einer Teillänge des ersten Abschnitts 6a des Strahlers 4 ist dieser Strahler 4 zumindest über einen Teilumfang formschlüssig durch die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 gehalten ist.
  • Außerdem besteht ein Vorteil bei der breitbandigen omnidirektionalen Antenne 1 besteht, wenn:
    • die Halteeinrichtung 10 galvanisch mit dem Strahler 4 verbunden ist.
  • Außerdem besteht bei der breitbandigen omnidirektionalen Antenne 1 ein Vorteil, wenn:
    • die Speiseeinrichtung 21 an ihrem zweiten Ende 21b ein Außengewinde umfasst, das sich über eine Teillänge der Speiseeinrichtung 21 erstreckt;
    • die Speiseeinrichtung 21 über das Außengewinde mit einem definierten Drehmoment in ein dazu korrespondierendes Innengewinde am Fußpunkt 4a des Strahlers 4 in diesen eingedreht ist.
  • Bei der breitbandigen omnidirektionalen Antenne 1 besteht auch dann ein Vorteil, wenn:
    • die zumindest eine Auflageschulter 31 eine Gewindebohrung umfasst;
    • das GNSS-Modul 30 über eine Schraubverbindung mit der Auflageschulter 31 verschraubt ist.
  • Schlussendlich besteht bei der breitbandigen omnidirektionalen Antenne 1 ein Vorteil, wenn:
    • die Halteeinrichtung 10 und die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung 12 voneinander getrennte Gebilde sind, die auf der gemeinsamen Grundplatte 2 angeordnet sind.
  • Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale beliebig miteinander kombinierbar.

Claims (11)

  1. Breitbandige omnidirektionale Antenne (1), insbesondere für Schienenfahrzeuge, mit den folgenden Merkmalen:
    - mit einer Grundplatte (2) und mit einem monopolförmigen Strahler (4), der einen Fußpunkt (4a) und einen dem Fußpunkt (4a) gegenüberliegenden Endbereich (4b) umfasst, wobei der Strahler (4) eine Längsachse (5) aufweist, die sich überwiegend oder näherungsweise senkrecht zur Grundplatte (2) erstreckt;
    - der Strahler (4) erhebt sich von der Grundplatte (2), wobei er mit seinem Fußpunkt (4a) näher an der Grundplatte (2) angeordnet ist als mit seinem Endbereich (4b) ;
    - der Strahler (4) verbreitert sich bezüglich seines Querschnitts entlang seiner Längsachse (5) in zumindest einem ersten Abschnitt (6a), der zwischen seinem Fußpunkt (4a) und seinem Endbereich (4b) liegt, wobei durch die divergierenden Wände (7) des Strahlers (4) ein Aufnahmeraum (8) gebildet ist;
    - mit einer Halteeinrichtung (10), die mit ihrem ersten Ende (10a) an der Grundplatte (2) befestigt ist und die mit ihrem zweiten Ende (10b), das dem ersten Ende (10a) gegenüber liegt, direkt oder mittelbar an dem Strahler (4) befestigt ist;
    gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - mit einer schalen- oder wannenförmigen Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung (12);
    - eine Innenkontur (13a) der Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung (12) ist zumindest über einen Teilumfang an eine Außenkontur (13b) des ersten Abschnitts (6a) des Strahlers (4) angepasst, wodurch der Strahler (4) zumindest teilweise mit zumindest seinem ersten Abschnitt (6a) in die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung (12) eintaucht und von dieser gehalten ist;
    - die Halteeinrichtung (10) und die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung (12) sind voneinander getrennte Gebilde, die auf der gemeinsamen Grundplatte (2) angeordnet sind;
    und:
    a)
    - mit einem GNSS-Modul (30), insbesondere in Form eines GPS-Moduls;
    - das GNSS-Modul (30) ist im Aufnahmeraum (8) des Strahlers (4) in dessen Endbereich (4b) angeordnet;
    - das GNSS-Modul (30) erstreckt sich im montierten Zustand der omnidirektionalen Antenne (4) nicht über den Endbereich (4b) des Strahlers (4) hinaus oder befindet sich zumindest überwiegend oder insgesamt innerhalb des Aufnahmeraums (8);
    - mit lediglich einer Abdeckhaube (20);
    - die Abdeckhaube (20) ist mit der Grundplatte (2) form- und/oder kraftschlüssig und zudem feuchtigkeitsdicht verbunden und umgibt den Strahler (4), die Halteeinrichtung (10) und die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung (12);
    - die Abdeckhaube (20) ist berührungsfrei zu dem Strahler (4), der Halteeinrichtung (10) und der Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung (12) angeordnet;
    - mit einem Federelement;
    - das Federelement ist zwischen der Abdeckhaube (20) und dem Endbereich (4b) des Strahlers (4) oder dem GNSS-Modul (30) angeordnet, wobei eine Federkraft des Federelements das GNSS-Modul (30) in Position innerhalb des Aufnahmeraums (8) hält;
    und/oder
    b) die Halteeinrichtung (10) ist von ihrem Durchmesser und/oder ihrem elektrischen Widerstand her derart gewählt, dass diese als Schmelzsicherung für den Fall fungiert, dass sich eine Oberleitung eines elektrisch angetrieben Schienenfahrzeugs, in welchem die breitbandige omnidirektionale Antenne (1) einsetzbar ist, aus ihrer Verankerung löst und auf die breitbandige omnidirektionale Antenne (1) fällt.
  2. Breitbandige omnidirektionale Antenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - der Querschnitt des Strahlers (4) bleibt in einem zweiten Abschnitt (6b) konstant, wobei sich der zweite Abschnitt (6b):
    a) unmittelbar an den ersten Abschnitt (6a) anschließt; oder
    b) durch einen weiteren Abschnitt von dem ersten Abschnitt (6a) beabstandet ist;
    - eine Höhe des ersten Abschnitts (6a) und des zweiten Abschnitts (6b) entlang der Längsachse (5) variiert in Umfangsrichtung des Strahlers (4).
  3. Breitbandige omnidirektionale Antenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - der Strahler (4) weist in seinem Querschnitt quer zu seiner Längsachse (5) einen unsymmetrischen Querschnitt auf, vorzugsweise mit einem teilkreisförmigen Querschnitt in einem Teilbereich und mit mehreren gerade verlaufenden Querschnittsbereichen in einem anderen Teilbereich; und/oder
    - der Strahler (4) ist in einem Teilumfangsbereich kegelförmig und in anderen Teilumfangsbereichen kubusförmig gestaltet; und/oder
    - der Endbereich (4b) des Strahlers ist rechteckförmig oder quadratisch gestaltet; und/oder
    - der Strahler (4) umfasst an seinem Endbereich (4b) auf zumindest einer Seite über eine Teilbreite einen abstehenden Verlängerungsabschnitt (9), der sich entlang der Längsachse (5) in Richtung der Grundplatte (2) erstreckt.
  4. Breitbandige omnidirektionale Antenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - die breitbandige omnidirektionale Antenne (1) umfasst lediglich eine Halteeinrichtung (10); und/oder
    - die Halteeinrichtung (10) ist am Endbereich (4b) des Strahlers (4) befestigt; und
    a) der Strahler (4) weist einen Verbindungsabschnitt (11) auf, der am Endbereich (4b) des Strahlers (4) angeordnet ist, wobei sich der Verbindungsabschnitt (11) brückenartig mit einer Radialkomponente gegenüber der Längsachse (5) nach außen hin erstreckt; die Halteeinrichtung (10) ist mit dem Ende des Verbindungsabschnitts (11) fest verbunden, das vom Strahler (4) am entferntesten angeordnet ist;
    oder
    b) die Halteeinrichtung (10) umfasst einen brückenartigen Verbindungsabschnitt (11), der sich am oberen Ende (10b) der Halteeinrichtung (10) mit einer Radialkomponente gegenüber der Längsachse (5) in Richtung des Strahlers (4) erstreckt;
    der Strahler (4) ist mit dem Ende des Verbindungsabschnitts (11) fest verbunden, das von der Halteeinrichtung (10) am entferntesten angeordnet ist.
  5. Breitbandige omnidirektionale Antenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - der Strahler (4) besteht aus Metall oder einer Metalllegierung oder umfasst Metall oder eine Metalllegierung oder er besteht aus einem Dielektrikum, wobei die Außenseite und/oder Innenseite mit einer elektrisch leitfähigen Schicht versehen ist;
    und/oder
    - die Halteeinrichtung (10) besteht aus Metall oder einer Metalllegierung oder umfasst Metall oder eine Metalllegierung;
    und/oder
    - die Halteeinrichtung (10) und der Strahler (4) sind einteilig aus einem gemeinsamen Teil und in einem gemeinsamen Gussverfahren hergestellt, oder
    die Halteeinrichtung (10) und der Strahler (4) bestehen aus zwei Teilen, die miteinander fest verbunden, insbesondere verschraubt sind;
    und/oder
    - die Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung (12) besteht aus einem Dielektrikum, insbesondere aus Kunststoff oder umfasst dieses.
  6. Breitbandige omnidirektionale Antenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - am Fußpunkt (4a) des Strahlers (4) ist eine Speiseeinrichtung (21) angeordnet;
    - die Speiseeinrichtung (21) erstreckt sich in Richtung der Grundplatte (2);
    - an einer Unterseite (2a) der Grundplatte (2), die der Montageseite (2b) mit dem aufgenommenen Strahler (4) gegenüberliegt, ist ein Steckerelement (22), insbesondere in Form einer Buchse, angeordnet, wobei das Steckerelement (22) an ein Versorgungskabel anschließbar ist;
    - die Speiseeinrichtung (21) erstreckt sich zumindest mit ihrem ersten Ende (21a) in das Steckerelement (22) hinein, wobei das erste Ende (21a) der Speiseeinrichtung (21) dazu ausgebildet ist, einen Innenleiter des Versorgungskabels aufzunehmen und elektrisch zu kontaktieren.
  7. Breitbandige omnidirektionale Antenne (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - die Speiseeinrichtung (21) ist galvanisch von der Grundplatte (2) getrennt;
    - die Speiseeinrichtung (21) ist galvanisch aber lötfrei mit dem Strahler (4) verbunden oder kapazitiv mit diesem gekoppelt.
  8. Breitbandige omnidirektionale Antenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - der Strahler (4) umfasst zumindest eine Auflageschulter (31), die sich ausgehend von der Innenseite des Strahlers (4) in dessen Aufnahmeraum (8) hinein erstreckt;
    - das GNSS-Modul (30) liegt auf der zumindest einen Auflageschulter (31) auf.
  9. Breitbandige omnidirektionale Antenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - die Halteeinrichtung (10) umfasst eine von außen zugängliche Aufnahmenut (33);
    - in der Aufnahmenut ist das Anschlusskabel (32) angeordnet, das zur Versorgung des GNSS-Modul (30) dient.
  10. Breitbandige omnidirektionale Antenne (1) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    - die Aufnahmenut (33) setzt sich in der Grundplatte (2) fort, wobei das Anschlusskabel (32) in der Aufnahmenut (33) in der Grundplatte (2) angeordnet ist und zumindest teilweise von der Aufnahmevorrichtung (12) überdeckt ist;
    im montierten Zustand der omnidirektionalen Antenne (1) wird ein Anpressdruck durch die Aufnahmevorrichtung (12) auf das Anschlusskabel (32) ausgeübt, wodurch das Anschlusskabel (32) zugentlastet ist;
    und/oder
    - mit einem Auflage- und Befestigungsabschnitt (14), der über Verbindungselemente (15) an einer Außenkontur (16) der schalen- oder wannenförmigen Halte- und/oder Aufnahmevorrichtung (12) befestigt ist;
    der Auflage- und Befestigungsabschnitt (14) liegt mit einer Auflagefläche auf der Grundplatte (2) auf und/oder ist mit dieser verschraubt;
    die Aufnahmenut (33) setzt sich in der Grundplatte (2) fort, wobei das Anschlusskabel (32) in der Aufnahmenut (33) in der Grundplatte (2) angeordnet ist und zumindest teilweise von dem Auflage- und Befestigungsabschnitt (14) überdeckt ist;
    im montierten Zustand der omnidirektionalen Antenne (1) wird ein Anpressdruck durch den Auflage- und Befestigungsabschnitt (14) auf das Anschlusskabel (32) ausgeübt, wodurch das Anschlusskabel (32) zugentlastet ist.
  11. Schienenfahrzeug, insbesondere in Form einer Lokomotive oder einer U-Bahn oder einer Straßenbahn oder eines Wagens, wobei das Schienenfahrzeug zumindest eine breitbandige omnidirektionale Antenne (4) zur Kommunikation umfasst, wobei die breitbandige Antenne (4) gemäß einem der vorherigen Ansprüche aufgebaut ist.
EP17179452.2A 2016-07-29 2017-07-04 Breitbandige omnidirektionale antenne, insbesondere für schienenfahrzeuge und ein solches schienenfahrzeug Active EP3276745B1 (de)

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