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DE20106005U1 - Antenna module, in particular for frequencies in the GHz range for use in motor vehicles, preferably for dual-band or multi-band radio operation - Google Patents

Antenna module, in particular for frequencies in the GHz range for use in motor vehicles, preferably for dual-band or multi-band radio operation

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DE20106005U1
DE20106005U1 DE20106005U DE20106005U DE20106005U1 DE 20106005 U1 DE20106005 U1 DE 20106005U1 DE 20106005 U DE20106005 U DE 20106005U DE 20106005 U DE20106005 U DE 20106005U DE 20106005 U1 DE20106005 U1 DE 20106005U1
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line
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Description

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Antennenmodul, insbesondere für Frequenzen im GHz-Bereich zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, vorzugsweise für einen Dualband- bzw. MuItibandfunkbetriebAntenna module, especially for frequencies in the GHz range for use in motor vehicles, preferably for dual-band or multi-band radio operation

Die Erfindung betrifft ein Antennenmodul, insbesondere für Frequenzen im GHz-Bereich zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, vorzugsweise für einen Dualband- bzw. MuItibandfunkbetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an antenna module, in particular for frequencies in the GHz range for use in motor vehicles, preferably for dual-band or multi-band radio operation according to the preamble of claim 1.

Diese Antennenmodule sind insbesondere für den Mobilfunkbetrieb in einem GSM-900/l.800-Band bzw. im UMTS-Band in Europa sowie in den Bändern AMPS/PCS und IMT 2000 in den USA geeignet.These antenna modules are particularly suitable for mobile radio operation in a GSM 900/1.800 band or in the UMTS band in Europe and in the AMPS/PCS and IMT 2000 bands in the USA.

Aus dem Stand der Technik sind grundsätzliche zwei Antennenkonzepte für Dualbandfunkbetrieb bekannt:Basically, two antenna concepts for dual-band radio operation are known from the state of the art:

1. Linienförmige Antennen, wie Monopol oder Dipol, 5 die durch entsprechenden Aufbauten und geeignete1. Line-shaped antennas, such as monopole or dipole, 5 which are equipped with appropriate structures and suitable

Beschaltung als Dualbandantenne funktionieren.Circuitry to function as a dual band antenna.

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2. Flächenförmige Antennen, wie Patche, die je nach der Länge, Beschaltung der Blindelemente sowie Kopplung mit parasitären Elementen als Dualbandantennen funktionieren.
52. Surface-shaped antennas, such as patches, which function as dual-band antennas depending on the length, wiring of the dummy elements and coupling with parasitic elements.
5

Derartige Antennen sind aber für den vorliegenden Anwendungszweck nur bedingt einsetzbar bzw. weisen nicht stets die gewünschten charakteristischen elektrischen Eigenschaften auf.
10However, such antennas can only be used to a limited extent for the present application or do not always have the desired characteristic electrical properties.
10

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, eine möglichst flachbauende Antenne zu schaffen, insbesondere für den Mobilfunkbereich, der als Dual- oder Multiband-Funkantenne vor allem auch für europäische wie aber auch nordamerikanische Funksysteme, insbesondere in Kraftfahrzeugen, einsetzbar ist.The object of the present invention is therefore to create an antenna that is as flat as possible, in particular for the mobile radio sector, which can be used as a dual- or multi-band radio antenna, especially for European as well as North American radio systems, in particular in motor vehicles.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. The object is achieved according to the features specified in claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Erfindungsgemäß wird nunmehr eine Antenne insbesondere für den angegebenen Zweck vorgeschlagen, die sich aus zumin-5 dest einem Flächen- und zumindest einem Linienelement zusammensetzt, also in einer Kombination, wie sie bisher insbesondere für das spezifische Anwendungsfeld in der Mobilfunktechnik nicht eingesetzt worden ist. Eine derartige Antenne lässt sich sehr kompakt bauen und weist ^gute elektrische charakteristische Sende- und Empfangseigen-According to the invention, an antenna is now proposed, particularly for the stated purpose, which is composed of at least one surface element and at least one line element, i.e. in a combination that has not previously been used, particularly for the specific field of application in mobile radio technology. Such an antenna can be built very compactly and has good electrical characteristic transmission and reception properties.

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schäften auf.shafts on.

Weitere Vorteilen und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich auch aus den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:Further advantages and details of the invention will become apparent from the following embodiments. In detail:

Figur 1 : eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Antenneneinrichtung;
10Figure 1: a schematic perspective view of a first embodiment of an antenna device according to the invention;
10

Figur 2 : ein gegenüber Figur 1 abgewandeltes Ausfürhungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenneneinrichtung ;Figure 2: an embodiment of an antenna device according to the invention modified compared to Figure 1;

Figur 3 : ein weiteres, nochmals abgewandeltes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antenneneinrichtung; Figure 3: a further, further modified embodiment of the antenna device according to the invention;

Figur 4 : eine weitere erfindungsgemäße Antennenein-0 richtung; undFigure 4: another antenna device according to the invention; and

Figur 5aFigure 5a

bis 5d : vier Beispiele für unterschiedlich gestaltete linienförmige Monopole.to 5d: four examples of differently designed linear monopoles.

In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne gezeigt, die aus einem Antennenmodul 1 mit einem Flächenelement 3 besteht, das parallel zu einer größeren metallischen Fläche 7, welche als Grundplatte 7' dient, aufgebaut ist, sowie einem vertikalste-Figure 1 shows a first embodiment of an antenna according to the invention, which consists of an antenna module 1 with a surface element 3, which is constructed parallel to a larger metallic surface 7, which serves as a base plate 7', and a vertically

henden bzw. im Wesentlichen vertikalstehenden Linienelement 9, welches ebenfalls auf der Grundplatte 71 aufgebaut ist. Hierbei ist das Flächenelement 3 hauptsächlich für den Sende- und Empfangsbetrieb im unteren Frequenzband und das Linienelement 9 für Sende- und Empfangsbetrieb im oberen Frequenzband zuständig. Die Anregung des Flächenelementes 3 erfolgt über eine vertikal stehende Leitung 11, die eventuell über ein Speisenetzwerk 13 (Leiterplatte 13) mit dem Innenleiter eines Koaxialkabels 15 kontaktiert ist. Das Linienelement 9 wird ebenfalls direkt oder über ein Netzwerk am Koaxialkabel 15 angeschlossen. Der Außenleiter des Koaxialkabels hat galvanischen Kontakt zur Grundplatte und damit dasselbe Potential. Schließlich ist in den Figuren auch noch ein Kurzschluss 17 gezeigt, der bevorzugt gegenüberliegend zum Linienelement 9 ausgebildet und vorgesehen ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Kurzschluss plattenförmig gestaltet und weist eine Vertikalerstreckung vergleichbar der Vertikalerstreckung der vertikal stehenden Leitung 11 auf, so dass das Flächenelement 3 parallel zur Grundplatte 7' zu liegen kommt. Der Kurzschluss 17 ist zwischen dem Flächenelement 3 und der metallischen Fläche 7 der Grundplatte 71 vorgesehen.standing or essentially vertical line element 9, which is also built on the base plate 7 1. The surface element 3 is mainly responsible for transmitting and receiving in the lower frequency band and the line element 9 for transmitting and receiving in the upper frequency band. The surface element 3 is excited via a vertical line 11, which is possibly contacted with the inner conductor of a coaxial cable 15 via a feed network 13 (circuit board 13). The line element 9 is also connected to the coaxial cable 15 directly or via a network. The outer conductor of the coaxial cable is in galvanic contact with the base plate and thus has the same potential. Finally, the figures also show a short circuit 17, which is preferably designed and provided opposite the line element 9. In the embodiment shown, the short circuit is designed in the shape of a plate and has a vertical extension comparable to the vertical extension of the vertically standing line 11, so that the surface element 3 lies parallel to the base plate 7'. The short circuit 17 is provided between the surface element 3 and the metallic surface 7 of the base plate 7 1 .

Die Ausführung über eine kapazitive Kopplung über Fahrzeugglassscheibe ist ebenfalls denkbar.Implementation via capacitive coupling via vehicle glass is also conceivable.

Der Aufbau bzw. die Konstellation der Flächen- und Linienelemente zueinander können in verschiedenen Formen geschehen.
30The structure or constellation of the surface and line elements in relation to each other can take different forms.
30

So ist beispielsweise der Aufbau des Linienelementes um das Flächenelement herum (seitlich links oder rechts, sowie vorne und hinten) denkbar. Dies ist beispielsweise anhand den Figuren 2 und 3 gezeigt, bei denen jeweils das Speisenetzwerk 13 nach rechts bzw. nach links vom Flächenelement verlaufend auf der Grundplatte vorgesehen ist, so dass das linienförmige Strahlerelement 9 eher in der Längsrichtung des länglich gestreckten Flächenelementes 3 zu liegen kommt. Über das Speisenetzwerk 13 erfolgt eine elektrische Anbindung einmal über die vertikal stehende Leitung 11 zum Flächenelement 3 und zum anderen zum Linienelement 9 .For example, it is conceivable to construct the line element around the surface element (on the left or right side, as well as at the front and back). This is shown, for example, in Figures 2 and 3, in which the feed network 13 is provided on the base plate running to the right or to the left of the surface element, so that the line-shaped radiator element 9 is positioned more in the longitudinal direction of the elongated surface element 3. The feed network 13 provides an electrical connection via the vertical line 11 to the surface element 3 and to the line element 9.

Bei Figur 3 ist eine ähnliche Darstellung zu Figur 2 gezeigt, bei welcher das linienförmige Element an der gegenüberliegenden Seite zum Flächenelement angeordnet ist, also entfernter zu der vertikal stehenden Leitung 11 zur Einspeisung des Flächenelementes 3 liegt. Ebenso kann das Linienelement 9 gegenüberliegend zu Figur 1 hinter dem Flächenelement 3 angeordnet sein.Figure 3 shows a similar representation to Figure 2, in which the linear element is arranged on the opposite side to the surface element, i.e. further away from the vertical line 11 for feeding the surface element 3. The linear element 9 can also be arranged opposite to Figure 1 behind the surface element 3.

Eine besondere Aufbauform, die platzsparend und effektiv ist, ist der Aufbau eines Linienelementes im Bereich des Flächenelementes, so dass das Linienelement das Flächenelement „durchstösst", ohne mit ihm galvanisch zu kontaktieren. Dies ist anhand von Figur 4 wiedergegeben. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist hierzu eine Ausnehmung oder ein Loch 19 in dem Flächenelement 3 eingebracht, welches also in geeigneter Position auf dem Flä-0 chenstrahler vorgesehen ist. Das Linienelement 9 ist dabeiA special design that is space-saving and effective is the construction of a line element in the area of the surface element, so that the line element "pierces" the surface element without making galvanic contact with it. This is shown in Figure 4. In the embodiment according to Figure 4, a recess or hole 19 is made in the surface element 3 for this purpose, which is therefore provided in a suitable position on the surface radiator. The line element 9 is

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wieder über die Leiterplatte, d.h. das Speisenetzwerk 13, elektrisch kontaktiert und vorzugsweise mechanisch gehalten, und zwar derart, dass das Linienelement 9 die Ausnehmung oder das Loch 19 im Flächenelement nach oben hin durchragt.again via the circuit board, i.e. the supply network 13, electrically contacted and preferably mechanically held, in such a way that the line element 9 projects upwards through the recess or hole 19 in the surface element.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist, dass die Ankopplungspunkte des Flächen- und Linienelements nah zueinander liegen und über einen kurzen Weg zur Koaxialleitung geführt werden können.A further advantage of this design is that the coupling points of the surface and line elements are close to each other and can be routed to the coaxial cable over a short distance.

Ein typisches Flächenelement, welches für das Antennenmodul geeignet ist, ist die PIFA (Planar Inverted F Antenna) . Als Linienelement kommen Monopole und Dipole in verschiedenen Aus führungs formen in Frage. Das sind 1A Wellenlänge Monopol, Vi Wellenlänge Monopol, Koaxialantenne mit Sperrtopf (Sleeve Dipole) und ähnliches.A typical surface element that is suitable for the antenna module is the PIFA (Planar Inverted F Antenna). Monopoles and dipoles in various designs can be used as line elements. These are 1 A wavelength monopoles, Vi wavelength monopoles, coaxial antennas with a sleeve dipole and the like.

Um die Höhe des Linienelementes zu reduzieren, kann man es im unteren Bereich durch eine spulenförmige Ausführung elektrisch verlängern und damit mechanisch verkürzen. Eine weitere Verkürzung der Linienelemente kann durch Umbiegen des freien Endes des vertikale Elementes realisiert werden.
25In order to reduce the height of the line element, it can be electrically extended in the lower area using a coil-shaped design and thus mechanically shortened. The line elements can be further shortened by bending the free end of the vertical element.
25

Anhand der Figuren 5a bis 5d sind unterschiedliche Formen für das linienförmige Element gezeigt, wobei bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 5a und 5b das Linienelement 9 mit einer einige Windungen umfassenden Spule 21 gebildet 0 sind. Wie auch gezeigt ist, kann am oberen Ende des Li-Figures 5a to 5d show different shapes for the linear element, whereby in the embodiments according to Figures 5a and 5b the linear element 9 is formed with a coil 21 comprising several turns. As is also shown, at the upper end of the linear element 9

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nienelementes 9 noch eine Abwinkelung 23 ausgebildet sein,niche element 9 nor a bend 23 may be formed,

Claims (11)

1. Antennenmodul, insbesondere für Frequenzen im GHz-Bereich zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, vorzugsweise für einen Dualband- bzw. Multibandfunkbetrieb für zwei oder mehrerer Bänder, dadurch gekennzeichnet, dass das Antennenmodul zumindest ein Flächenelement (3) und zumindest ein Linienelement (9) umfasst, wobei vorzugsweise das zumindest eine Flächenelement (3) für das zumindest eine untere Frequenzband und das zumindest eine Linienelement (9) für das zumindest eine obere Frequenzband vorgesehen ist. 1. Antenna module, in particular for frequencies in the GHz range for use in motor vehicles, preferably for dual-band or multi-band radio operation for two or more bands, characterized in that the antenna module comprises at least one surface element ( 3 ) and at least one line element ( 9 ), wherein preferably the at least one surface element ( 3 ) is provided for the at least one lower frequency band and the at least one line element ( 9 ) is provided for the at least one upper frequency band. 2. Antennenmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Linienelement (9) vom Flächenelement (3) in Draufsicht beabstandet ist und vorzugsweise vor, hinter, rechts oder links vom Flächenelement (3) angeordnet ist. 2. Antenna module according to claim 1, characterized in that the line element ( 9 ) is spaced from the surface element ( 3 ) in plan view and is preferably arranged in front of, behind, right or left of the surface element ( 3 ). 3. Antennenmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Linienelement (9) vertikal oder im Wesentlichen vertikal gegenüber einer Grundplatte (7') und/oder einer metallischen Fläche (7) ausgerichtet ist, vor dem parallel dazu das Flächenelement (3) beabstandet ist. 3. Antenna module according to claim 1 or 2, characterized in that the line element ( 9 ) is aligned vertically or substantially vertically with respect to a base plate ( 7 ') and/or a metallic surface ( 7 ), in front of which the surface element ( 3 ) is spaced parallel thereto. 4. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (3) über eine vertikal stehende Leitung (11) mit einem Speisenetzwerk (13) elektrisch in Verbindung steht. 4. Antenna module according to one of claims 1 to 3, characterized in that the surface element ( 3 ) is electrically connected to a feed network ( 13 ) via a vertical line ( 11 ). 5. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Linienelement (9) im Bereich eines Speisenetzwerkes (13), welches auf der Grundplatte (7') ausgebildet bzw. vorgesehen ist, elektrisch kontaktiert und vorzugsweise gegenüber der Grundplatte (7') mechanisch gehalten ist. 5. Antenna module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the line element ( 9 ) is electrically contacted in the region of a feed network ( 13 ) which is formed or provided on the base plate ( 7 ') and is preferably mechanically held relative to the base plate ( 7 '). 6. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (3) eine Ausnehmung oder ein Loch (19) aufweist, welches von dem Linienelement (9) durchragt wird, ohne das Flächenelement galvanisch zu kontaktieren. 6. Antenna module according to one of claims 1 to 5, characterized in that the surface element ( 3 ) has a recess or a hole ( 19 ) through which the line element ( 9 ) extends without galvanically contacting the surface element. 7. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (3) aus einer PIFA-Antenne und/oder einer Patch-Antenne und/oder dergleichen besteht. 7. Antenna module according to one of claims 1 to 6, characterized in that the surface element ( 3 ) consists of a PIFA antenna and/or a patch antenna and/or the like. 8. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Linienelement (9) aus einem Monopol, einem Dipol, einer Koaxialantenne mit Sperrtopf oder ähnlichem besteht. 8. Antenna module according to one of claims 1 to 7, characterized in that the line element ( 9 ) consists of a monopole, a dipole, a coaxial antenna with a blocking pot or the like. 9. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Linienelement (9) als gerader vertikaler Stab ausgebildet ist. 9. Antenna module according to one of claims 1 to 8, characterized in that the line element ( 9 ) is designed as a straight vertical rod. 10. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Linienelement (9) verkürzt ausgebildet ist, indem es zumindest in einer Teillänge als Spule (21) bzw. spulenförmiger Draht ausgebildet ist. 10. Antenna module according to one of claims 1 to 8, characterized in that the line element ( 9 ) is shortened in that it is designed as a coil ( 21 ) or coil-shaped wire at least over a partial length. 11. Antennenmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende des Linienelementes (9) aus einem gegenüber der Vertikalerstreckung des Linienelementes (9) weg verlaufenden bzw. weg gebogenen Abwinkelung (23) besteht. 11. Antenna module according to one of claims 1 to 10, characterized in that the upper end of the line element ( 9 ) consists of an angled portion ( 23 ) extending or bent away from the vertical extension of the line element ( 9 ).
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