DE20003422U1

DE20003422U1 - Antenna module

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Publication number: DE20003422U1
Application number: DE20003422U
Authority: DE
Original assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Current assignee: Fuba Automotive GmbH and Co KG
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2000-05-25
Anticipated expiration: 2010-02-26
Also published as: DE20009402U1

Description

AntennenmodulAntenna module

Die Erfindung betrifft ein Bauelement zur modularen Aufnahme mehrerer Antennen für mobilen Empfangs- und auch Sendebetrieb in unterschiedlichen Frequenzbereichen, das insbesondere für den Einsatz bei Fahrzeugen konzipiert wurde.The invention relates to a component for the modular accommodation of several antennas for mobile reception and transmission operations in different frequency ranges, which was designed in particular for use in vehicles.

Antennen für Empfang und Kommunikation sowie für die Steuerung von technischen Funktionen in Kraftfahrzeugen werden heute überwiegend so in den Fahrzeugaufbau integriert, daß sie die Fahrzeugsilhuette nicht beeinträchtigen. Dafür stehen vor allem die Heckscheibe, feststehende Seitenscheiben (soweit vorhanden) und, unter bestimmten Voraussetzungen, auch die Frontscheibe zur Verfugung.Today, antennas for reception and communication as well as for controlling technical functions in motor vehicles are mostly integrated into the vehicle structure in such a way that they do not affect the vehicle's silhouette. The rear window, fixed side windows (if available) and, under certain conditions, the windshield are particularly suitable for this purpose.

Es wurde auch schon vorgeschlagen, Antennenleiter-Strukturen, wie sie bei den Scheiben üblich sind, an Karosserieteilen aus Kunststoff anzuordnen. Realisiert wird dieser Ansatz zunächst bei Kofferhauben. Die Kofferhauben gehören mit zu den ersten Karosserieteilen, die bei Fahrzeugen mit Ganzmetall-Karosserie in Metall-Kunststoff-Bauweise oder gänzlich aus Kunststoff ausgeführt werden.It has also been suggested that antenna conductor structures, such as those commonly found on windows, be placed on plastic body parts. This approach is being implemented initially on trunk lids. Trunk lids are among the first body parts to be made of metal-plastic construction or entirely of plastic on vehicles with all-metal bodies.

Allen bekannten Lösungen ist gemeinsam, daß dem Antennenentwickler von seinem Kunden ein fertiges, in allen konstruktiven und gestalterischen Details festgelegtes Fahrzeug vorgegeben wird. Er muß sich bei der Ausfuhrung der Antennen und der Anschlußpunkte, der Schaltungsmodule für Anpaß- und Verstärkungsschaltungen sowie der Masseanbindung diesen Gegebenheiten unterordnen. Das geht bis zur Schaltungsplatine und zum Schaltungsgehäuse, die bei jedem Fahrzeug, entsprechend den oft beengten Platzverhältnissen und unterschiedlichen Einbauorten, anders auszubilden sind.All known solutions have one thing in common: the antenna developer is given a finished vehicle by his customer, with all the structural and design details specified. He must take these conditions into account when designing the antennas and the connection points, the circuit modules for matching and amplifying circuits, and the ground connection. This extends to the circuit board and the circuit housing, which have to be designed differently for each vehicle, depending on the often cramped space and different installation locations.

Eine gewisse Vereinheitlichung ergibt sich daraus, daß die Strahlerstrukturen sich in unterschiedliche Typen einordnen lassen und daß der Schaltungsaufbau der aktiven Komponenten vom Layout her meist gleichartig ist, unabhängig von der jeweiligen angepaßten äußeren Platinenform. Trotzdem stellt jeder Fahrzeugtyp in bezug auf seine Antennenausstattung ein Unikat dar. Der Entwicklungs- und Fertigungsaufwand ist entsprechend hoch, weil bei der Konfiguration der Empfangssysteme gewissermaßen jedesmal bei Null angefangen wird.A certain standardization results from the fact that the radiator structures can be classified into different types and that the circuit design of the active components is usually similar in terms of layout, regardless of the respective adapted external circuit board shape. Nevertheless, each vehicle type is unique in terms of its antenna equipment. The development and production costs are correspondingly high because the configuration of the reception systems starts from scratch each time.

Die Erfindung bezweckt nun, einen Weg zu konfektionierten, möglichst weitgehend von Fahrzeugspezifika unabhängigen Antennenanordnungen zu finden. Dazu wird versucht, die Wichtung der für ein bestimmtes Fahrzeug typischen Einflußfaktoren, die die Freiheitsgrade der Konfiguration des Empfangssystems limitieren, zu verringern.The invention aims to find a way to produce prefabricated antenna arrangements that are as independent as possible of vehicle specifics. To this end, an attempt is made to reduce the weighting of the influencing factors that are typical for a particular vehicle and that limit the degrees of freedom of the configuration of the receiving system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitgehend autonome Antennenbaugruppe zu konzipieren, die ohne aufwendige Anpassungsarbeiten als Empfangssystem für unterschiedliche Fahrzeuge und darüber hinaus auch für andere variable Einsatzorte wahlweise verwendbar ist.The invention is based on the object of designing a largely autonomous antenna assembly which can be used as a reception system for different vehicles and, moreover, for other variable locations without complex adaptation work.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst. Die Unteransprüche enthalten bevorzugte Ausführungsdetails und -Varianten.This object is achieved according to the invention with the features specified in the characterizing part of the main claim. The subclaims contain preferred design details and variants.

Das erfindungsgemäße Modul stellt sich dar als vorzugsweise mehrschichtiges Plattenelement aus dielektrischem Material mit einer elektrisch leitenden Umrandung. Die Betriebsposjtion ist vorzugsweise waagerecht, wodurch günstige Bedingungen für eine Rundumstrahlung der in das Modul integrierten Antennen, aber auch für den Satellitenempfang gegeben sind. Aus der bevorzugten weitgehend waagerechten Betriebsposition resultiert, daß das Modul speziell für die Verwendung in und an Teilen einer Fahrzeugkarosserie geeignet ist, die ebenfalls im wesentlichen waagerecht sind, z.B. das Dach eines Pkw.The module according to the invention is preferably a multilayer plate element made of dielectric material with an electrically conductive border. The operating position is preferably horizontal, which provides favorable conditions for all-round radiation from the antennas integrated into the module, but also for satellite reception. The preferred largely horizontal operating position means that the module is particularly suitable for use in and on parts of a vehicle body that are also essentially horizontal, e.g. the roof of a car.

Das Modul wird als separates Element aufgebaut und eingesetzt. Der Massebezug ist für die jeweilige Antennenkombination durch die metallische Umrandung und den zusätzlichen, geteilten orthogonalen Metallstreifen gegeben. Beim Einbau des Moduls in die Fahrzeugkarosserie werden die metallische Umrandung und der orthogonale Metallstreifen mit Masseleitungen oder direkt mit metallischen Komponenten des Fahrzeugaufbaus verbunden. Dabei wird die elektrische und HF-Konfiguration des Moduls wie bekannt davon beeinflußt, ob die Einbauumgebung metallisch ist (Metallkarosse) oder aus Plastikelementen besteht.The module is constructed and used as a separate element. The ground reference for the respective antenna combination is provided by the metal border and the additional, split orthogonal metal strip. When the module is installed in the vehicle body, the metal border and the orthogonal metal strip are connected to ground lines or directly to metal components of the vehicle body. As is well known, the electrical and RF configuration of the module is influenced by whether the installation environment is metallic (metal body) or consists of plastic elements.

Andererseits wird bei Einbau des Moduls in eine metallische Dachhaut - also bei Vorhandensein einer metallischen Umrandung - auch die Bedeutung der metallischen Umrandung für die Funktion der Antennen im Modul geringer. Wenn ein geeigneter Massebezug der Antennen gewährleistet ist, könnte im Extremfall der Karosserierand die moduleigene Umrandung ersetzen.On the other hand, if the module is installed in a metal roof - i.e. if there is a metal border - the importance of the metal border for the function of the antennas in the module is reduced. If a suitable ground connection for the antennas is ensured, in an extreme case the edge of the body could replace the module's own border.

Allgemein gesehen, bietet die Erfindung jedoch die Möglichkeit, das Modul als weitgehend autonomes Element in einigen wenigen Typen vorzufertigen. Zu dem einbaufertigen Modul würde das komplette Empfangs- und -sendesystem, eventuell in unterschiedlichem Komplettierungsgrad, gehören. Für den Einbau und für die Berücksichtigung der Fahrzeugspezifika können variable &ldquor;Abstimmelemente" zur Impedanzanpassung verwendet werden, so daß sich die Einfügung in den Fahrzeugaufbau auf mechanische und auf Designfragen beschränken kann. Variationsmöglichkeiten der Antennenkombination und der Antennenzahl ergeben sich, indem man z.B. zwei erfindungsgemäße Module nebeneinander anordnet oder sie in unterschiedliche Elemente und Ebenen der Karosserie einfügt, z.B. eines in das Dach und das andere in die KofFerhaube. Eine solche getrennte, in bezug auf den Verlauf des elektromagnetischen Felds weitgehend entkoppelte Anordnung unterstützt wirkungsvoll die Bildung von Mehrantennensystemen für Antennendiversity. Eine Kombination mit effektiver feldmäßiger Entkopplung erhält man jedoch auch, wenn man das Antennenmodul mit einem Empfangssystem in der Heckscheibe kombiniert, indem man das Modul dachseitig an den hinteren Dachhohn anfügt, an dessen anderer Seite sich die Heckscheibe befindet.In general, however, the invention offers the possibility of prefabricating the module as a largely autonomous element in a few types. The ready-to-install module would include the complete receiving and transmitting system, possibly in varying degrees of completion. For installation and to take the specifics of the vehicle into account, variable "tuning elements" can be used for impedance matching, so that the integration into the vehicle structure can be limited to mechanical and design issues. Variations in the antenna combination and the number of antennas can be achieved by, for example, arranging two modules according to the invention next to each other or by inserting them into different elements and levels of the body, e.g. one in the roof and the other in the trunk. Such a separate arrangement, largely decoupled with respect to the course of the electromagnetic field, effectively supports the formation of multiple antenna systems for antenna diversity. However, a combination with effective field decoupling can also be achieved if the antenna module is combined with a receiving system in the rear window by attaching the module to the roof side of the rear roof eaves, on the other side of which the rear window is located.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausfiihrungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigenThe invention is explained in more detail below using an embodiment. The accompanying drawing shows

Figur 1. Erfindungsgemäßes Antennenmodul in schematischer Darstellung in Draufsicht Figur 2. Maßbenennung des MetallstreifensFigure 1. Antenna module according to the invention in schematic representation in plan view Figure 2. Dimension designation of the metal strip

Das Modul nach Figur 1 besteht aus den - hier transparent dargestellten - Platten oder Folien 1 und dem Metallrahmen 2. Das Modul mißt z.B. 900 &khgr; 300 &khgr; 40 mm. Die beiden Längsseiten des metallischen Rahmens 2 sind durch den Metallstreifen 3 verbunden. Der Metallstreifen besteht aus zwei Segmenten, die durch den Spalt 3.1 getrennt sind. Der Metallstreifen 3 ist bei dem vorliegenden Beispiel mittig, bezogen auf die Längsseite des Moduls, angeordnet.The module according to Figure 1 consists of the plates or foils 1 - shown here transparent - and the metal frame 2. The module measures e.g. 900 x 300 x 40 mm. The two long sides of the metal frame 2 are connected by the metal strip 3. The metal strip consists of two segments which are separated by the gap 3.1. In the present example, the metal strip 3 is arranged centrally in relation to the long side of the module.

Auf die Oberflächen der Platten oder Folien 1 sind metallische Leiterstrukturen aufgebracht. Es sind dies bei dem Alisführungsbeispiel:Metallic conductor structures are applied to the surfaces of the plates or foils 1. In the Alis example, these are:

4 kapazitives Auskoppelelement für Hörrundfunk / AM, 150 kHz bis 2 MHz, gleichzeitig: erste Antenne für Hörrundfunk / FMl, 76 bis 108 MHz,4 capacitive coupling element for radio broadcasting / AM, 150 kHz to 2 MHz, simultaneously: first antenna for radio broadcasting / FMl, 76 to 108 MHz,

5 zweite Antenne für Hörrundfunk / FM2, 76 bis 108 MHz, alternativ: Antenne fur DAB, 170 bis 240 MHz,5 second antenna for radio broadcasting / FM2, 76 to 108 MHz, alternatively: antenna for DAB, 170 to 240 MHz,

6 TV-Antenne-TVl, 170 bis 900 MHz,6 TV antenna TVl, 170 to 900 MHz,

7 TV-Antenne-TV2,170 bis 900 MHz,7 TV antenna-TV2,170 to 900 MHz,

8 TV-Antenne-TV3, 47 bis 800 MHz (Optimum 100 bis 700 MHz),8 TV antenna TV3, 47 to 800 MHz (optimum 100 to 700 MHz),

9 TV-Antenne-TV4, 47 bis 800 MHz (Optimum 100 bis 700 MHz),9 TV antenna TV4, 47 to 800 MHz (optimum 100 to 700 MHz),

10 Mobilfunk-Antenne, 820 bis 960 MHz sowie 1,7 bis 2.0 GHz,10 mobile radio antenna, 820 to 960 MHz and 1.7 to 2.0 GHz,

11 GPS-Antenne, 1575 MHz,11 GPS antenna, 1575 MHz,

12 DAB L-Band, 1452 bis 1492 MHz.12 DAB L-Band, 1452 to 1492 MHz.

Selbst die schematische Darstellung zeigt deutlich, daß weitgehende Gestaltungsfreiheit für die einzelnen Strukturen und in bezug auf die Zahl der Antennen besteht. Sie ist zum einen durch die relativ großen Abmessungen der Modulfläche gegeben, die noch dazu nicht auf das hier beispielhaft angegebene Maß begrenzt sind. Weitere Optionen ergeben sich aus der Schichtung mehrerer antennentragender Flächen und aus der Möglichkeit, z.B. zwei derartige Module nebeneinander anzuordnen.Even the schematic representation clearly shows that there is a great deal of freedom in terms of design for the individual structures and in terms of the number of antennas. This is due, on the one hand, to the relatively large dimensions of the module surface, which are not limited to the dimensions given here as an example. Further options arise from the layering of several antenna-bearing surfaces and from the possibility of arranging two such modules next to one another, for example.

Die Flächen 4.1 und 5.1 stellen Beispiele für passive Mittel zur Impedanzanpassung der Strahlerstrukturen dar, hier für die Antennen 4 und 5. Die Flächen 4.1 und 5.1 können auch in Skelettierung ausgeführt sein.The surfaces 4.1 and 5.1 represent examples of passive means for impedance matching of the radiator structures, here for the antennas 4 and 5. The surfaces 4.1 and 5.1 can also be designed in skeletonization.

Ein wesentliches Element und Merkmal der Erfindung ist der Metallstreifen Bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach Figur 1 ist er A = 100 mm breit, und der Abstand zur Ebene der Strahlerstrukturen beträgt B = 40 mm. Der Spalt 3.1 ist C = 4 mm breit. Das Maß D des kurzen Segments des Metallstreifens beträgt 70 mm.An essential element and feature of the invention is the metal strip. In the embodiment according to Figure 1, it is A = 100 mm wide and the distance to the plane of the radiator structures is B = 40 mm. The gap 3.1 is C = 4 mm wide. The dimension D of the short segment of the metal strip is 70 mm.

Mit dem Metallstreifen können die Empfangseigenschaften und die Anpassung der FM-Antennen beeinflußt werden. Die Einflußgrößen sind im wesentlichen der Abstand B zur Ebene der Strahler, die Position und die Breite des Spalts 3.1, die Breite A des Metallstreifens sowieThe metal strip can be used to influence the reception properties and the adjustment of the FM antennas. The influencing factors are essentially the distance B to the plane of the radiator, the position and width of the gap 3.1, the width A of the metal strip and

die Position des Metallstreifens entlang der Längsachse des Antennenmoduls. Der Metallstreifen kann gleichzeitig als Massebezugsfläche fur Strahler für hohe Frequenzen dienen. Bei dem Ausfuhrungsbeispiel sind dies die Antennen 10,11 undthe position of the metal strip along the longitudinal axis of the antenna module. The metal strip can simultaneously serve as a ground reference surface for radiators for high frequencies. In the exemplary embodiment, these are the antennas 10,11 and

Claims

1. Antenna module, particularly suitable as a complex, ready-to-install antenna assembly for motor vehicles, having the following features:

- the module consists of a traverse-like, preferably multilayer plate element (1) made of dielectric material, which is provided with metallic conductor structures (4 to 12) which form antenna configurations,

- the metallic structures (4 to 12) are preferably arranged in different planes,

- the module is preferably surrounded by a metallic border (2), which primarily forms the ground reference for the antennas,

- the module is preferably inserted into a substantially horizontal area of the body,

- the module contains not only passive antenna components but also means for impedance matching and active circuit components,

- for reception in the meter wave range, at least one conductor track (4) is provided, which preferably extends in the longitudinal direction of the module and whose radiation is supported by a metal strip (3) which is arranged below the conductor track and at a distance from it, preferably in the central region of the module,

- the metal strip (3) runs orthogonally to the direction of the conductor track (4) and extends from one edge of the module to the opposite edge,

- the metal strip (3) is interrupted by a gap (3.1), the reception properties in the meter wave range being able to be influenced by the width (C) of the gap and its position and also by the distance (B) of the metal strip to the plane of the radiators as well as by the position of the metal strip along the longitudinal axis of the module and by the width (A) of the metal strip.

2. Antenna module according to claim 1, characterized by the arrangement of the module in the roof area of the vehicle.

3. Antenna module according to claim 1, characterized by the arrangement of the module in the horizontal area of the trunk hood.

4. Antenna module according to claim 1, characterized by the combination with antennas in a rear window and optionally in fixed rear side windows, wherein the module is arranged directly adjacent to the rear window, separated from it by the roof pillar above the rear window.

5. Antenna module according to claim 1 and 4, characterized in that the module, in addition to the circuit components of its own radiators (4 to 12), preferably also accommodates circuit components of the antennas in the panes.

6. Antenna module according to claim 1, characterized in that the metallic conductor structures (4 to 12) are preferably applied to plastic film, and that the necessary different distances between the films are preferably achieved with the aid of foam plates.

7. Antenna module according to claim 1, characterized by transparent design of the entire arrangement, wherein glass-like plate elements (1) with conductor structures (4 to 12) are used, which are preferably separated by air as a dielectric.