用于机动车的多波段天线的制作方法
【专利摘要】一种尤其用于机动车中的多波段天线(1)，包括：具有对称轴线(R)的锥形发射器(3)，以便使锥形发射器(3)以其缩窄端被垂直于接地面(2)放置；第一单极发射器(12)，其沿对称轴线(R)的方向与锥形发射器(3)相连，其中第一单极发射器(12)与锥形发射器(3)的侧面(9)电连接。
【专利说明】用于机动车的多波段天线
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多波段天线，尤其是用于机动车中的、适用于车对车通信的多波段天线。
【背景技术】
[0002]在欧洲有多个频率段尤其用于移动通信，例如用于GSM的890-960MHZ和1710-1880MHZ和用于UMTS的1920_2170MHz。因此需要在机动车中使用多波段天线，即该天线可以用于多个频率带。也就是说，在机动车中使用的天线应该适用于发送和接收不同频率带中的无线信号。
[0003]除了当前存在的频率带，例如用于电信通信服务，无线电信号也应被用于数字广播以及未来的服务如LTE、WiMAX, WiBro, WLAN和UWB。这些附加的服务例如能够使用另外的位于5.9GHz附近的频率段，以用于传递车辆之间的信息，也就是用于车对车通信。
[0004]对于所有频率波段所期望的是，所用的多波段天线的接收和发射特性对于所有所期望的频率波段在水平面中是不依赖方向的，并且不会在特定方向上由单独的发射元件产生阻断。对于多波段天线这意味着，方向图在较高的带宽上具有很好的全向性，也就是没有较大的缩窄(Einzilge)，并且能够均匀地沿水平方向发射至通信接收者。
[0005]文献DE 10 2007 061 740 Al公开了一种具有两个单极的多波段天线，其垂直于平面延伸。所述单极具有下部的天线部段，其V形地从天线根部点延伸至平面上。在其中一个臂上连接有简单的、朝垂直平面定向的单极部段。在另一个臂上连接有L形单极部段。
[0006]由文献EPl 189 305 A2已知一种圆锥天线，其嵌入到介电材料中。圆锥天线设置在圆板上，并且从基板开始随着间距得增大而扩展。
[0007]由文献US 7 286 095还已知一种圆锥天线，其部分地容纳在塑料体内。该圆锥天线设置在盘形的基板上，因此利用其尖部竖立在基板上。
[0008]在文献US 2003/0103008 Al中描述一种多波段天线结构，其中圆锥形天线部段以其尖部设置在基板上。在圆锥形天线部段的宽的端部上连有圆柱形部段。天线结构从圆柱形部段的边缘平行于基板延伸，天线结构平行于基板定向。
[0009]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种尤其用于机动车中的多波段天线，其具有在多个频域中的与方向无关的全向性。
【发明内容】
[0010]所述技术问题由根据权利要求1所述的多波段天线以及根据并列的权利要求所述的多波段天线装置所解决。
[0011]本发明更多有利的设计方案由从属权利要求给出。
[0012]根据本发明的第一主题设置尤其用于机动车的多波段天线。该多波段天线包括:
[0013]-具有对称轴线的锥形发射器，用于使锥形发射器以其缩窄端垂直于接地面地放置；和[0014]-第一单极发射器，其沿对称轴的方向与锥形发射器相连，其中第一单极发射器与锥形发射器的侧面电连接。
[0015]上述多波段天线的理念在于，通过锥形发射器(锥形的发射器)和第一单极发射器的单独发射器元件的堆叠布置避免在水平面中在特定方向上出现阻断，所述水平面垂直于锥形发射器的对称轴线。此外优选的是，多波段天线的整体高度通过锥形发射器与第一单极发射器的主动耦连而被降低，并且因此尤其对于较低的频率能够实现非常宽带的天线性能。这尤其这样实现，即锥形发射器设计用于较高的频域，并且单极发射器设置在圆锥放射器上。如果所述装置的整体高度被使用，单极发射器必须与锥形发射器的侧面相连。此外在上述多波段天线中可行的是，发射器元件的阻抗适配(Impedanzanpassung)对于起自2-3GHz的频域仅通过设置锥形发射器的尺寸来进行。在直至2-3GHZ的下部频域中通过设置单极发射器的尺寸实现阻抗适配。
[0016]此外，第一单极发射器可以与锥形发射器的侧面齐平地相连。尤其能够设置第二单极发射器，其沿对称轴方向与锥形发射器相连，其中，第二单极发射器与锥形发射器的侧面电相连。
[0017]按照另一种实施形式，第二单极发射器与锥形发射器的侧面齐平地相连。第二单极发射器尤其可以与锥形发射器齐平地、与第一单极发射器对置地设置。
[0018]此外，第二单极发射器具有顶部电容，其尤其横向于对称轴线在锥形发射器上方延伸。
[0019]多波段天线在锥形发射器的缩窄端通过同轴电缆的内导线成为能接触的。
[0020]此外，锥形发射器的较宽的端部具有导电的锥体端面，在该锥体端面上设置GPS天线，其中GPS天线通过与锥形发射器绝缘的、穿过锥形发射器的导线成为能接触的。
[0021 ] 可以设置连接适配器，用于将同轴导线的内导线和锥形发射器相互连接。
[0022]按照另一方面，提供一种多波段天线装置，其具有上述多波段天线和接地面，该接地面尤其是机动车的车身外表面。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]本发明优选的实施形式一下结合附图进一步说明。在附图中:
[0024]图1示出多波段天线的示意侧面图；
[0025]图2示出图1的多波段天线的分解图；和
[0026]图3示出具有附加的GPS天线的多波段天线的备选实施形式。
【具体实施方式】
[0027]图1示出多波段天线I的示意横截面图，其能够设置在接地面2上。所述接地面2例如可以是车顶或单独设置的接地面。
[0028]在接地面2上设置与接地面2电绝缘的具有导电表面的锥形发射器3，其中锥形发射器3的对称轴R垂直于接地面2。
[0029]锥形发射器3具有缩窄的第一端部(该端部具有较小的横截面直径，或与锥形发射器的顶侧对应)，借助该端部锥形发射器3竖立在接地面2上，因此第二端部与接地面2相隔地布置，该第二端部参照锥形发射器3的对称轴线R相对所述缩窄端具有更大的直径。[0030]锥形发射器3具有相对于与接地面2平行的平面呈圆形的横截面，并且由此具有理想的全向性。备选地为了适配所期望的全向性，所述横截面也可以是与圆形横截面不同的横截面，例如椭圆形横截面。
[0031]锥形发射器3可以完全由导电材料，例如金属或涂有金属层的塑料体构成。备选地锥形发射器3也可以设计为空心体。
[0032]锥形发射器3是导电地，并且与接地面2绝缘地设置。接地面2具有入口 4，同轴电缆6的内导线5被导引通过所述入口，而不与接地面2电接触。同轴电缆6的外导线7(屏蔽层)与接地面2相连。同轴导线6的内导线5在此与锥形发射器3的外表面相连。
[0033]为了机械式地稳定锥形发射器3设置固定环8，其包围锥形发射器3并且支承在接地面2上。由此锥形发射器3可靠地保持在接地面2的定向位置上，并且尤其可以避免锥形发射器3的偏转，因此锥形发射器的对称轴R相对接地面2垂直。
[0034]固定环8优选由不导电的、绝缘体材料，例如普勒克西玻璃(有机玻璃)、塑料或类似材料所构成。圆锥天线3优选在锥形发射器3的外表面和固定环8的相应表面之间的接触面上、以及在固定环8在接地面2的支承面10上与固定环8粘接，或以其他方式固定。
[0035]锥形发射器3还具有沿周向延伸的、导电侧面9以及锥体端面11，锥体端面11可以设计为敞开或封闭的，导电或非导电的。
[0036]在所示实施例中，锥体端面11设计为封闭的，并且封闭锥形发射器3的较宽的端部。锥体端面11支承第一单极发射器12和第二单极发射器13，它们分别设计为导电的。第一单极发射器12齐平地连接在锥体端面11的边缘上，并且沿圆锥天线3的对称轴线R的方向、也就是垂直于接地面2从锥体端面11上突出(沿远离接地面2的方向)。第二单极发射器13基本上设置在锥体端面11的所述边缘的对置部段上，并且同样垂直于接地面2，也就是沿与第一单极发射器12相同的方向向上突出。
[0037]第一单极发射器12设计为直线形导体，而第二单极发射器13也具有直线形导体，该直线形导体具有横向突出的顶部电容14。为了构造顶部电容14，第二单极发射器13设计为L形并具有两个臂14、15。第一臂15垂直于接地面2延伸，并且第二臂14基本平行于接地面2，其中L形第二单极发射器13的远离锥形发射器3的第一臂14在锥体端面11上方、横向地朝向第一单极发射器12突出。在锥体端面11上方突出的顶部电容14的长度优选小于锥体端面11的直径。
[0038]第一单极发射器12的长度小于第二单极发射器13的与锥形发射器3相连的第二臂15的长度。
[0039]以下进一步说明多波段天线I的单独元件的尺寸确定。尤其设定以下参数的数值范围:圆锥角a作为由锥形发射器3的侧面9限定的角度，锥形发射器高度H。作为锥形发射器3沿其对称轴R方向的长度，第一单极发射器高度Hu作为第一单极发射器12的长度，第二单极发射器高度Hg作为第二单独发射器13的第二臂15的长度，顶部电容的长度Dt作为第二单极发射器13的第一臂14的长度，第一单极发射器宽度Bu作为第一单极发射器12的相对锥形发射器3的对称轴R的沿径向的宽度，第一单极发射器深度Tu作为第一单极发射器12的相对锥形发射器3的对称轴R的沿切向的宽度，第二单极发射器Bg作为第二单极发射器13的相对锥形发射器3的对称轴R的沿径向的宽度，第二单极发射器深度Tg作为第二单极发射器13的相对锥形发射器3的对称轴R的沿切向的宽度，和顶部电容宽度Bgt作为第一单极发射器12沿锥形发射器3的对称轴R方向的宽度。
[0040]锥形发射器3的几何尺寸按照输入阻抗定向，因此可以实现天线与同轴电缆6的阻抗的宽频适配。例如对于50Q的同轴电缆6、在使用由具有介电常数l=3.4的普勒克西玻璃构成的固定环8的情况下、在假设锥形发射器3无限延伸的情况下形成开口角a =48.65°。通过以有限的锥形发射器高度H。限定锥形发射器3可以在锥形发射器3的端部引起反射。由此在圆锥表面产生驻波，其在天线夹紧处引起输入阻抗Zin，该输入阻抗不再只有实部。效果是依赖频率的。
[0041]在此所示，对于不大于-1OdB的阻尼、在3GHz至9GHz之间的频域中a位于45°至66°之间，并且锥形发射器高度H。位于16至30毫米之间。优选地锥形发射器高度H。位于24至30毫米之间，而圆锥角a优选位于60°至70°之间。尤其作为理想值设定锥形发射器高度H。为27毫米，圆锥角a为66°。
[0042]在机动车中现代的无线通信系统在780MHz至5.925GHz之间的频域中工作，并且通常包括七种不同的无线服务。所推荐的多波段天线I因此应该具有大于5GHz的带宽并且具有相应的全向性。以下给出显示用于机动车的实际的无线服务和相应的频域的表格。
[0043]
【权利要求】
1.一种尤其用于机动车中的多波段天线(1)，包括: -具有对称轴线(R)的锥形发射器(3)，以便使所述锥形发射器(3)以其缩窄端垂直于接地面⑵放置； -第一单极发射器(12)，其沿对称轴线(R)的方向与锥形发射器(3)相连，其中第一单极发射器(12)与锥形发射器(3)的侧面(9)电连接。
2.按照权利要求1所述的多波段天线(1)，其中，第一单极发射器(12)与锥形发射器(3)的侧面(9)齐平地相连。
3.按照权利要求1或2所述的多波段天线(I)，其中，设置第二单极发射器(13)，其沿对称轴线(R)方向与锥形发射器(3)相连，其中，第二单极发射器(13)与锥形发射器(3)的侧面(9)电相连。
4.按照权利要求3所述的多波段天线(I)，其中，第二单极发射器(13)与锥形发射器(3)的侧面(9)齐平地相连。
5.按照权利要求3或4所述的多波段天线(I)，其中，第二单极发射器(13)参照锥形发射器(3)与第一单极发射器(12)对置地设置。
6.按照权利要求3至5之一所述的多波段天线(I)，其中，第二单极发射器(13)具有顶部电容(14)，所述顶部电容尤其横向于对称轴线(R)在锥形发射器(3)上方延伸。
7.按照权利要求1至6之一所述的多波段天线(I)，其中，多波段天线(I)在锥形发射器⑶的缩窄端通过同轴电缆(6)的内导线(5)能被接触。
8.按照权利要求1至7之一所述的多波段天线(I)，其中，锥形发射器(3)的较宽的端部具有导电的锥体端面(11)，在所述锥体端面上设置GPS天线(22)，其中GPS天线(22)通过与锥形发射器(3)绝缘的、穿过锥形发射器(3)的导线能被接触。
9.按照权利要求1至8之一所述的多波段天线(I)，其中，设置连接适配器(20)，用于将同轴电缆(6)的内导线(5)与锥形发射器(3)相互连接。
10.一种多波段天线装置，具有按照权利要求1至9之一所述的多波段天线(I)和接地面(2)，该接地面尤其是机动车的车身外表面。
【文档编号】H01Q1/32GK103797643SQ201280045044
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年8月9日 优先权日:2011年9月17日
【发明者】A.科沃泽克, Y.王 申请人:大众汽车有限公司