SE1150827A1

SE1150827A1 - Group antenna device for a vehicle

Info

Publication number: SE1150827A1
Application number: SE1150827A
Authority: SE
Inventors: Peter Lindberg; Shi Cheng; Erik Oejefors; Henrik Kratz
Original assignee: Integrated Antennas Ab
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-03-05
Also published as: SE535960C2

Description

15 20 25 30 35 40 2 Iation i en sådan antenngrupp är nyckel till highdiversity-förstärkning. Emellertid gör stor- leksrestriktionerna design och förverkligande av lågkorrelerade gruppantenner verkligen utmanande. När det rör sig om antenner installerade på taket av ett elektriskt drivet tåg el- ler lokomotiv måste tillkommande designöverväganden tas med i beräkningen, till exem- pel motstånd mot högspänning genererad av järnvägens luftledningar. Eftersom DVB- signaler överförs med användning av antingen vertikalt eller horisontalt polariserade an- tenner, beroende på regionerna och länder, är därför valet av antenner med riktig polari- sation mycket viktigt, i synnerhet i scenarior men raklinjig sändning. 15 20 25 30 35 40 2 Iation in such an antenna array is key to high diversity amplification. However, the size restrictions make the design and implementation of low-correlated group antennas really challenging. In the case of antennas installed on the roof of an electrically powered train or locomotive, additional design considerations must be taken into account, for example resistance to high voltage generated by the railway overhead lines. Since DVB signals are transmitted using either vertically or horizontally polarized antennas, depending on the regions and countries, the choice of antennas with correct polarization is therefore very important, especially in scenarios but straight-line transmission.

I fallet av horisontalt polariserade DVB-T-signaler erfordras i många länder såsom Sverige horisontal polarisation för Rx-antennerna. Detta innebär ytterligare tek- niska utmaningar i antenndesign, eftersom den stora närheten till det stora horisontala metalltaket hos ett fordon försämrar signifikant elektriska egenskaper, t.ex. impedans- bandbredd och isolering, hos horisontalt polariserade Rx-gruppantenner.In the case of horizontally polarized DVB-T signals, horizontal polarization for the Rx antennas is required in many countries such as Sweden. This poses further technical challenges in antenna design, as the large proximity to the large horizontal metal roof of a vehicle significantly impairs electrical properties, e.g. impedance bandwidth and isolation, of horizontally polarized Rx array antennas.

Konventionella teveantenner, såsom bat-wing, Yagi-Uda och reflektoranten- ner, uppvisar utmärkta elektriska parametrar. De är emellertid för skrymmande för att an- vändas på taket hos snabbrörliga fordon, i synnerhet när de utnyttjas för att bilda en di- versitygrupp.Conventional TV antennas, such as bat-wing, Yagi-Uda and reflector antennas, exhibit excellent electrical parameters. However, they are too bulky to be used on the roof of high-speed vehicles, especially when used to form a diversity group.

En uppgift för uppfinningen är således att tillhandahålla en gruppantennanord- ning för ett fordon, vilken kan utformas för mottagning av DVB-signaler.An object of the invention is thus to provide a group antenna device for a vehicle, which can be designed for receiving DVB signals.

Denna uppgift, bland andra, löses enligt föreliggande uppfinning av en grupp- antennanordning respektive ett elektriskt drivet tåg, såsom definieras i de bilagda kraven.This object, among others, is solved according to the present invention by a group antenna device and an electrically driven train, respectively, as defined in the appended claims.

Genom att tillhandahålla en gruppantennanordning för ett fordon i vilken nämnda gruppantennanordning innefattar ett flertal antennanordningar som uppvisar en generell kontur med en ytterperiferi, varvid varje antennanordning innefattar ett strålningselement som skall placeras över ett bottenplan, varvid varje strålningselement har formen av en sektor av nämnda generella kontur som uppvisar en ändöppen slits i nämnda ytterperiferi, varvid varje antennanordning vidare innefattar en matning tvärs nämnda ändöppna slits och en jordningspost vid centrum av den nämnda generella konturen utformad för att till- handahålla galvanisk förbindelse mellan det motsvarande stràlningselementet och ett bot- tenplan, kan den utformas för mottagning av horisontalt polariserade DVB-signaler.By providing a group antenna device for a vehicle in which said group antenna device comprises a plurality of antenna devices having a general contour with an outer periphery, each antenna device comprising a radiating element to be placed over a ground plane, each radiating element having the shape of a sector of said general contour having an end-open slot in said outer periphery, each antenna device further comprising a feed across said end-open slot and a ground post at the center of said general contour formed to provide galvanic connection between the corresponding radiating element and a ground plane, it may designed to receive horizontally polarized DVB signals.

Gruppantennanordningen innefattar föredraget tre antennanordningar, varvid varje sektor är 120°, för att tillhandahålla tillräcklig diversity.The array antenna device preferably comprises three antenna devices, each sector being 120 °, to provide sufficient diversity.

Bredden hos den ändöppna slitsen är föredraget åtminstone 30 mm, eller mera föredraget åtminstone 40 mm, för att tillhandahålla bred bandvidd hos varje antennanord- ning.The width of the end-open slot is preferably at least 30 mm, or more preferably at least 40 mm, to provide wide bandwidth of each antenna device.

En bred slits tillhandahåller induktans vid matning, och att bemöta detta är bredden på den ändöppna slitsen vid matningen tvärsöver densamma föredragen mindre än bredden på den ändöppna slitsen vid omkretsen.A wide slot provides inductance during feeding, and to counteract this, the width of the end-opened slot during feeding across it is preferably less than the width of the end-opened slot at the periphery.

För att undvika överslag uppvisar gruppantennanordningen med fördel en låg profil, varvid varje jordningspost är maximalt 180 mm, föredraget maximalt 150 mm.In order to avoid overshoot, the group antenna device advantageously has a low profile, each earthing post being a maximum of 180 mm, preferably a maximum of 150 mm.

För att avstämma en antennanordning till ett önskat driftfrekvensband, före- draget DVB, är den ändöppna slitsen föredraget en kvarts våglängd lång vid mittfrekven- sen för det önskade driftfrekvensbandet. 10 15 20 25 30 35 40 3 Beroende på ett lågt Q-värde för stràlningselementet är matningen med fördel placerad vid den ändöppna slitsen nära en àttondels våglängd från Omkretsen. Detta in- nebär en impedansskillnad från 50 Q, vilket emellertid skulle kunna uppnås genom att placera matningen nära den stängda änden av den ändöppna slitsen. Genom att föredra- get ha matningen uppvisande en konisk transmissionslinje, föredraget konisk mot mat- ningen, kan en hög impedans justeras till t.ex. 50 Q, vid portänden av matningen.To tune an antenna device to a desired operating frequency band, preferably DVB, the end-open slot is preferably a quarter of a wavelength long at the center frequency of the desired operating frequency band. 10 15 20 25 30 35 40 3 Due to a low Q-value for the radiating element, the supply is advantageously located at the end-opened slot close to one-eighth wavelength from the circumference. This implies an impedance difference from 50,, which could, however, be achieved by placing the supply near the closed end of the end-opened slot. By preferably having the supply having a conical transmission line, preferably conical to the supply, a high impedance can be adjusted to e.g. 50 Q, at the gate end of the feed.

Genom utformningen av stràlningselementet är varje antennanordning utfor- mad för mottagning av horisontalt polariserade signaler. Genom att låta antennanordning- arna bildas som cirkelsektorer är likaså mångfalden av antennanordningar inbördes or- togonala.Due to the design of the radiating element, each antenna device is designed to receive horizontally polarized signals. By allowing the antenna devices to form as circular sectors, the diversity of antenna devices is also mutually orthogonal.

Utöver tillhandahållandet av en låg profil, bottenplankompatibel, horisontalt po- lariserad, bredbandgruppantenner för digital tevemottagning, vilket är en god kandidat för diversitymottagande system enligt DVB som används ifordon under hög hastighet är till- kommande meriter såsom mekanisk robusthet, stort motstånd mot högspänningar, och strömlinjeutformningar av sådana antenner ytterligare fördelar.In addition to providing a low profile, ground plane compatible, horizontally polarized, broadband group antennas for digital television reception, which is a good candidate for DVB diversity reception systems used in high speed vehicles, there are additional merits such as mechanical robustness, high resistance to high voltages, and streamlined designs of such antennas further advantages.

Kort beskrivning av ritningar Föreliggande uppfinning kommer att mera fullständigt förstås genom den de- taljerade beskrivningen av utföringsformer givna nedan och de medföljande figurerna, vilka är givna endast som illustration och således inte är begränsande för uppfinningen, varvid Fig. 1 är en sidoelevationsvy av schematisk ritning av en gruppantennanord- ning enligt en första utföringsform av uppfinningen.Brief Description of the Drawings The present invention will be more fully understood from the detailed description of embodiments given below and the accompanying figures, which are given by way of illustration only and thus are not limiting of the invention, in which: Fig. 1 is a side elevational view of the schematic drawing; of a group antenna device according to a first embodiment of the invention.

Fig. 2 är en sidovy av Fig. 1.Fig. 2 is a side view of Fig. 1.

Fig. 3 är en planvy uppifrån av Fig. 1.Fig. 3 is a top plan view of Fig. 1.

Fig. 4 är en illustration av en enkel antennanordning i en gruppantennanord- ning enligt föreliggande uppfinning.Fig. 4 is an illustration of a simple antenna device in a group antenna device according to the present invention.

Fig. 5 är en schematisk illustration av en gruppantennanordning enligt förelig- gande uppfinning anordnad ovanpå ett tåg.Fig. 5 is a schematic illustration of a group antenna device according to the present invention arranged on top of a train.

Fig. 6 är en illustration av en enkel antennanordning i en gruppantennanord- ning enligt en andra utföringsform av föreliggande uppfinning.Fig. 6 is an illustration of a simple antenna device in a group antenna device according to a second embodiment of the present invention.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen I den följande beskrivningen har för ändamålet av förklaring och inte begräns- ning, specifika detaljer framlagts, såsom speciella tekniker och applikationer för att tillhan- dahålla en genomgående förståelse av uppfinningen. Emellertid kommer det att vara up- penbart för fackmannen att uppfinningen kan praktiseras i andra utföringsformer som av- viker från dessa specifika detaljer. l andra exempel är detaljerad beskrivning av kända för- faranden och apparaturer utelämnade för att inte fördunkla beskrivning av uppfinningen med onödiga detaljer.Detailed Description of the Invention In the following description, for purposes of explanation and not limitation, specific details have been set forth, such as particular techniques and applications for providing a thorough understanding of the invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the invention may be practiced in other embodiments that depart from these specific details. In other examples, detailed descriptions of known methods and apparatus are omitted so as not to obscure description of the invention with unnecessary details.

I den följande beskrivningen och i patentkraven har termen strålningselement använts. Man skall förstå att denna term är avsedd att täcka elektriskt konduktiva element anordnade för att mottaga och/eller sända radiosignaler. Vidare skall termen flertal eller mångfald tolkas som två eller fler. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 4 En gruppantennanordning för ett fordon, såsom ett elektriskt drivet tåg, enligt en första utföringsform av uppfinningen skall nu beskrivas med hänvisning tiil Fig. 1-5.In the following description and in the claims, the term radiating element has been used. It is to be understood that this term is intended to cover electrically conductive elements arranged to receive and / or transmit radio signals. Furthermore, the term plural or plural should be interpreted as two or more. A group antenna device for a vehicle, such as an electrically driven train, according to a first embodiment of the invention will now be described with reference to Figs. 1-5.

Gruppantennanordningen innefattar ett flertal av likadana antennanordningar 1, här beskrivna med tre likadana antennanordningar 1, placerat på metalltaket 2 hos ett elektriskt drivet tåg. Metalltaket kommer att fungera som ett bottenplan (jordat plan) 2 för de tre antennanordningarna. Varje antennanordning 1 innefattar ett stråiningselement 4, föredraget bildat av en metallplåt inrättad på toppen av en jordningspost 3, föredraget bil- dad av en metallstång. Jordningsposten 3 tillhandahåller galvanisk förbindelse till botten- planet 2. Varje stråiningselement 4 är gjort i form av en inskärning eller en ändöppen slits 5 inbäddad i metallplåten, fungerande som förlängningen av bottenplanet 2. Slitsarnas öppna ändar finns i periferin av den generella konturen som bildas av gruppantennanord- ningen, i denna utföringsform realiserad genom omkretsen av en cirkel. Varje antennan- ordning uppvisar en matning tvärs den ändöppna slitsen 5 galvaniskt ansluten till en mat- ningspunkt eller port på strålningselementet 4. Matningspunkten eller porten kan matas t.ex. genom en koaxialkabel, en transmissionslinje såsom mikrostrip eller co-planar waveguide (CPW). Gruppantennanordningen är perfekt inriktad parallellt med bottenpla- net 2 och galvaniskt ansluten till detta via jordningsposten 3. Jordningsposten kan vara antingen solid eller ihålig, men ändå galvaniskt separerad ovanför bottenplanet 2 från motsvarande jordningsposter hos andra antennanordningar hos gruppantennanordningen.The group antenna device comprises a plurality of identical antenna devices 1, described here with three identical antenna devices 1, placed on the metal roof 2 of an electrically driven train. The metal roof will act as a ground plane (ground plane) 2 for the three antenna devices. Each antenna device 1 comprises a radiation element 4, preferably formed of a metal plate arranged on top of a ground post 3, preferably formed of a metal rod. The ground post 3 provides a galvanic connection to the bottom plane 2. Each straw element 4 is made in the form of a notch or an end-open slot 5 embedded in the metal plate, acting as the extension of the bottom plane 2. The open ends of the slots are located in the periphery of the general contour formed by the group antenna device, in this embodiment realized by the circumference of a circle. Each antenna device has a feed across the end-opened slot 5 galvanically connected to a feed point or port on the radiating element 4. The feed point or port can be fed e.g. through a coaxial cable, a transmission line such as a microstrip or co-planar waveguide (CPW). The group antenna device is perfectly aligned parallel to the bottom plane 2 and galvanically connected to it via the ground post 3. The ground post can be either solid or hollow, but still galvanically separated above the bottom plane 2 from corresponding ground posts of other antenna devices of the group antenna device.

Matningskablar är föredraget dragna inne i en ihålig jordningspost. För att gruppantenn- anordningen skall uppfylla kraven att vara anordnad på taket av ett elektriskt drivet tåg är jordningsposterna föredraget utformade så att de har tillräckligt stor tvärsektion för möjlig exponering av cirka 40 kA, i fallet av en plötslig högspänningskortslutning. Icke-konduktiva poster kan läggas till gruppantennanordningen för att förbättra dess mekaniska stabilitet.Supply cables are preferably routed inside a hollow grounding post. In order for the group antenna device to meet the requirements to be arranged on the roof of an electrically driven train, the earthing posts are preferably designed so that they have a sufficiently large cross section for a possible exposure of about 40 kA, in the case of a sudden high voltage short circuit. Non-conductive posts can be added to the array antenna device to improve its mechanical stability.

Utformningen av gruppantennanordningen enligt den första utföringsformen av uppfinningen skall nu beskrivas med design för DVB-T Rx-drift på ultrahögt frekvensband (UHF). Strälningselementen är här skapade som cirkelsektorer med radien 240 mm, var och en 120° av en hel cirkel och separerade genom ett litet gap, föredraget cirka 2 mm för att säkerställa att ingen galvanisk förbindelse existerar däremellan. Avståndet mellan strålningselementen och bottenplanet önskas vara så litet som möjligt för att uppnå bättre mekanisk robusthet och utseende. Emellertid skulle alltför litet avstånd resultera i minskad impedansbandbredd och ökad koppling mellan antennanordningarna hos gruppantennan- ordningen. Ett mellanrum av approximativt 150 mm är i detta fall lämpligt, vilket är signifi- kant mindre än vid konventionella teveantenner och lämpligt för de flesta fordon. I verklig- heten är taket på ett fordon ofta inte plant, utan krökt. Detta faktum är fördelaktigt vid an- tennutformningar eftersom det kan förbättra gruppantennens impedansbandbredd och korrelationskoefficienter.The design of the group antenna device according to the first embodiment of the invention will now be described with the design for DVB-T Rx operation on ultra-high frequency band (UHF). The radiating elements are here created as circular sectors with a radius of 240 mm, each 120 ° of a whole circle and separated by a small gap, preferably about 2 mm to ensure that no galvanic connection exists between them. The distance between the radiating elements and the ground plane is desired to be as small as possible in order to achieve better mechanical robustness and appearance. However, too small a distance would result in reduced impedance bandwidth and increased coupling between the antenna devices of the group antenna device. A gap of approximately 150 mm is suitable in this case, which is significantly smaller than with conventional TV antennas and suitable for most vehicles. In reality, the roof of a vehicle is often not flat, but curved. This fact is advantageous in antenna designs because it can improve the impedance bandwidth and correlation coefficients of the array antenna.

Varje ändöppen slits har en bredd 10 av föredraget åtminstone 30 mm, och mera föredraget 40 mm, för att öka impedansbandbredden, och är gjord approximativt en fjårdedels våglängd lång 9, cirka 150 mm vid det som mål satta frekvensbandet 470-860 MHz. För att reducera det effektiva gapet vid matningspunkten hos antennanordningen, matad tvärs den ändöppna slitsen, är ett elektriskt konduktivt utsprång 6, såsom tillkom- mande metallplåt 6, föredraget tillagts därtill på båda sidor av den ändöppna slitsen, vilket i sin tur reducerar den parasitära induktansen vid ingångsporten. Den reella delen av in- gångsimpedansen väljs att ha ett högt värde, cirka 150-250 Q, genom valet av kortslut- ningsiäget hos den ändöppna slitsen, i detta fall 70 mm. En konisk transmissionslinje, till- handahållande en jämn övergång för bredbandimpedansen från cirka 150-250 Q till stan- darden 50 Q läggs därefter till, föredraget i en mikrostripkonfiguration, mellan portänden 7 och matningskabeländen 8.Each end-open slot has a width of preferably at least 30 mm, and more preferably 40 mm, to increase the impedance bandwidth, and is made approximately a quarter wavelength long 9, about 150 mm at the target frequency band 470-860 MHz. To reduce the effective gap at the feed point of the antenna device, fed across the end-open slot, an electrically conductive protrusion 6, such as additional sheet metal 6, is preferably added thereto on both sides of the end-open slot, which in turn reduces the parasitic inductance. at the entrance gate. The real part of the input impedance is chosen to have a high value, approximately 150-250,, by selecting the short-circuit bearing of the end-open slot, in this case 70 mm. A conical transmission line, providing a smooth transition for the broadband impedance from about 150-250 till to the standard 50 därefter, is then added, preferably in a microstrip configuration, between the port end 7 and the supply cable end 8.

Med denna antennanordnings konfiguration är en reflexionsdämpning av bättre än 10 dB och isolering av högre än 14 dB inom 470-860 lVlHz uppnått. Dessutom är 10 15 20 25 30 35 40 45 5 enveloppkorrelationskoefficienten (ECC) huvudsakligen noll, vilket indikerar att antennan- ordningen är perfekt lämplig för diversityapplikationer, tillhandahållande både fasdiversity och amplituddiversity.With the configuration of this antenna device, a reflection attenuation of better than 10 dB and isolation of higher than 14 dB within 470-860 lVlHz is achieved. In addition, the envelope correlation coefficient (ECC) is substantially zero, indicating that the antenna arrangement is perfectly suited for diversity applications, providing both phase diversity and amplitude diversity.

Fastän en gruppantennanordning enligt uppfinningen är speciellt lämplig för ett elektriskt drivet tåg kan den med fördel även användas för andra större fordon såsom bussan Även om en gruppantennanordning enligt uppfinningen har beskrivits med tre antennanordningar skulle den även fungera skäligen bra med endast två antennanord- ningar i gruppen. Driften av gruppantennanordningen skulle ytterligare förbättras genom fler än de tre antennanordningarna, men inte tillräckligt mycket för att motverka tillkom- mande komplexitet.Although a group antenna device according to the invention is particularly suitable for an electrically driven train, it can advantageously also be used for other larger vehicles such as the bus. Although a group antenna device according to the invention has been described with three antenna devices, it would also work reasonably well with only two antenna devices in the group . The operation of the group antenna device would be further improved by more than the three antenna devices, but not enough to counteract additional complexity.

För användning av gruppantennanordningen vid ett alternativt frekvensband, såsom vid ett VHF-band lll, 174-230 MHz, skulle gruppantennanordningen utformas på det följade sättet. Jordningselementet är cirka 500 mm, radien för cirkelsektorerna är cirka 800 mm, längden av den ändöppna slitsen är cirka 500 mm, och läget för matningen är cirka 130 mm från omkretsen av cirkeln. Bredden av den ändöppna slitsen är cirka 130 mm, och bredden är reducerad vid matningen.For use of the group antenna device with an alternative frequency band, such as with a VHF band III, 174-230 MHz, the group antenna device would be designed as follows. The ground element is about 500 mm, the radius of the circle sectors is about 800 mm, the length of the end-opened slot is about 500 mm, and the position of the feed is about 130 mm from the circumference of the circle. The width of the end-open slot is about 130 mm, and the width is reduced when feeding.

En höjd hos gruppantennanordningen av cirka 500 mm är inte möjligt för t.ex. ett elektriskt drivet tåg, men genom att acceptera något högre reflexionsförluster kan höj- den enkelt minskas till 150 mm.A height of the group antenna device of approximately 500 mm is not possible for e.g. an electrically powered train, but by accepting slightly higher reflection losses, the height can easily be reduced to 150 mm.

En gruppantennanordning enligt en andra utföringsform av uppfinningen skall nu beskrivas med hänvisning till Fig. 6. Ett flertal enkla antennanordningar hos denna andra utföringsform av uppfinningen kan ersätta ett samma antal av enkla antennanord- ningar hos den första utföringsformen beskriven ovan. Fokus i beskrivningen av den andra utföringsformen kommer således att vara på en enkel antennanordning.A group antenna device according to a second embodiment of the invention will now be described with reference to Fig. 6. A plurality of simple antenna devices of this second embodiment of the invention may replace an equal number of simple antenna devices of the first embodiment described above. The focus in the description of the second embodiment will thus be on a simple antenna device.

Antennanordningen 1 innefattar ett strålningselement 24, föredraget bildat av en metallplàt anordnad överst på en jordningspost 3, föredraget bildad av en metallstång.The antenna device 1 comprises a radiating element 24, preferably formed by a metal plate arranged on top of a ground post 3, preferably formed by a metal rod.

Jordningsposten 3 tillhandahåller galvanisk förbindelse till bottenplanet 2. Strålningsele- mentet 24 är realiserat i form av en inskärning eller en ändöppen slits 25 inbäddad i me- tallplåten, fungerande som förlängningen av bottenplanet 2. Slitsarnas öppna ändar finns i den yttre periferin av den generella konturen hos gruppantennanordningen. Antennanord- ningen uppvisar en matning tvärs den ändöppna slitsen 25 till en virtuell, eller ickegalva- nisk, matningspunkt eller port på strålningselementet 24. Matningspunkten eller porten kan matas t.ex. genom en koaxialkabel, en transmissionslinje såsom mikrostrip eller co- planar waveguide (CPW). Gruppantennanordningen är perfekt inriktad parallellt med bot- tenplanet 2 och galvaniskt ansluten till detta via jordningsposten 3. Jordningsposten kan vara antingen solid eller ihålig, men ändå galvaniskt separerad ovanför bottenplanet 2 från motsvarande jordningsposter hos andra antennanordningar hos gruppantennanordningen.The ground post 3 provides a galvanic connection to the ground plane 2. The radiating element 24 is realized in the form of a notch or an end-open slot 25 embedded in the metal plate, acting as the extension of the bottom plane 2. The open ends of the slots are located in the outer periphery of the general contour. at the group antenna device. The antenna device has a feed across the end-opened slot 25 to a virtual, or non-galvanic, feed point or port on the radiating element 24. The feed point or port can be fed e.g. through a coaxial cable, a transmission line such as a microstrip or co-planar waveguide (CPW). The group antenna device is perfectly aligned parallel to the bottom plane 2 and galvanically connected to it via the ground post 3. The ground post can be either solid or hollow, but still galvanically separated above the bottom plane 2 from corresponding ground posts of other antenna devices of the group antenna device.

Matningskablar är föredraget dragna inne i en ihålig jordningspost. För att gruppantenn- anordningen skall uppfylla kraven att vara inrättad på taket av ett elektriskt drivet tåg är jordningsposterna föredraget utformade så att de har tillräckligt stor tvärsektion för möjlig exponering av cirka 40 kA, i fallet av en plötslig högspänningskortslutning. Icke-konduktiva poster kan läggas till gruppantennanordningen för att förbättra dess mekaniska stabilitet.Supply cables are preferably routed inside a hollow grounding post. In order for the group antenna device to meet the requirements to be set up on the roof of an electrically powered train, the earthing posts are preferably designed so that they have a sufficiently large cross section for a possible exposure of about 40 kA, in the event of a sudden high voltage short circuit. Non-conductive posts can be added to the array antenna device to improve its mechanical stability.

Utformningen av gruppantennanordningen enligt den första utföringsformen av uppfinningen skall nu beskrivas med design för DVB-T Rx-drift pà ultrahögt frekvensband (UHF). Strälningselementen är här skapade som sektorer med radien 240 mm, var och en 120° av en hel skiva och separerad genom ett litet gap, föredraget cirka 2 mm för att sä- kerställa att ingen galvanisk förbindelse existerar däremellan. Avståndet mellan strål- 10 15 20 25 30 35 6 ningselementen och bottenplanet önskas vara så litet som möjligt för att uppnå bättre me- kanisk robusthet och utseende. Emellertid skulle alltför litet avstånd resultera i minskad impedansbandbredd och ökad koppling mellan antennanordningarna hos gruppantennan- ordningen. Ett mellanrum av approximativt 150 mm är i detta fall lämpligt, vilket är signifi- kant mindre än vid konventionella teveantenner och lämpligt för de flesta fordon. I verklig- heten är taket på ett fordon ofta inte plant, utan krökt. Detta faktum är fördelaktigt vid an- tennutformningar eftersom det kan förbättra gruppantennens impedansbandbredd och korrelationskoefficienter.The design of the group antenna device according to the first embodiment of the invention will now be described with the design for DVB-T Rx operation on ultra-high frequency band (UHF). The radiating elements are here created as sectors with a radius of 240 mm, each 120 ° of an entire disk and separated by a small gap, preferably about 2 mm to ensure that no galvanic connection exists between them. The distance between the radiating elements and the ground plane is desired to be as small as possible in order to achieve better mechanical robustness and appearance. However, too small a distance would result in reduced impedance bandwidth and increased coupling between the antenna devices of the group antenna device. A gap of approximately 150 mm is suitable in this case, which is significantly smaller than with conventional TV antennas and suitable for most vehicles. In reality, the roof of a vehicle is often not flat, but curved. This fact is advantageous in antenna designs because it can improve the impedance bandwidth and correlation coefficients of the array antenna.

Varje ändöppen slits har en bredd 20 av föredraget åtminstone 30 mm, och mera föredraget 40 mm, för att öka impedansbandbredden, och är gjord approximativt en fjärdedels våglängd lång 29, elektriskt cirka 150 mm vid det som mål satta frekvensbandet 470-860 MHz. För att reducera det utrymme som den ändöppna slitsen upptar i den radi- ella riktningen är den försedd med vingarför att induktivt ladda slitsen. För att reducera det effektiva gapet vid matningspunkten hos antennanordningen, matad tvärs den änd- öppna slitsen, är ett elektriskt konduktivt utspràng 6, såsom tillkommande metallplàt 6, fö- redraget tillagts därtill på båda sidor av den ändöppna slitsen, vilket i sin tur reducerar den parasitära induktansen vid ingångsporten. Den reella delen av ingångsimpedansen väljs att ha ett högt värde, cirka 150-250 Q, genom valet av portdistans från kortslutningsläget hos den ändöppna slitsen, i detta fall 70 mm. En konisk transmissionslinje, tillhandahål- lande en jämn övergång för bredbandimpedansen från cirka 150-250 Q till standarden 50 Q läggs därefter till, föredraget i en mikrostripkonfiguration, mellan portänden 27 och mat- ningskabeländen 28. Portänden 27 är ickegalvaniskt förbunden med strålningselementet 24, och sträcker sig cirka en fjärdedels våglängd förbi den ändöppna slitsen 25 för att in- föra en virtuell kortslutning vid den punkten. Beroende pà krav på DC-jordning för monte- ring på taket på ett elektriskt drivet tåg behöver matningen vara galvaniskt ansluten till strålningselementet 25. Detta löses genom en stickledningsanpassning 31, en fjärdedels våglängd lång, på den andra sidan av den ändöppna slitsen 25, vilken stickledningsan- passning 31 i sin ände är galvaniskt ansluten till strålningselementet 24. Sektorns periferi är för denna antennanordning återgiven med raka linjer, jämfört med bågarna hos cirkel- sektorn i den första utföringsformen beskriven ovan.Each end-open slot has a width of preferably at least 30 mm, and more preferably 40 mm, to increase the impedance bandwidth, and is made approximately a quarter wavelength long 29, electrically about 150 mm at the target frequency band 470-860 MHz. To reduce the space that the end-open slot occupies in the radial direction, it is equipped with wings to inductively charge the slot. To reduce the effective gap at the feed point of the antenna device, fed across the end-open slot, an electrically conductive protrusion 6, such as additional metal plate 6, is preferably added thereto on both sides of the end-open slot, which in turn reduces it. parasitic inductance at the input gate. The real part of the input impedance is chosen to have a high value, approximately 150-250,, by selecting the gate distance from the short-circuit position of the end-open slot, in this case 70 mm. A conical transmission line, providing a smooth transition for the broadband impedance from about 150-250 till to the standard 50 därefter, is then added, preferably in a microstrip configuration, between the port end 27 and the supply cable end 28. The port end 27 is non-galvanically connected to the radiating element 24, and extends about a quarter wavelength past the open slot 25 to introduce a virtual short circuit at that point. Depending on the requirements of DC grounding for mounting on the roof of an electrically driven train, the supply needs to be galvanically connected to the radiating element 25. This is solved by a branch line adapter 31, a quarter wavelength long, on the other side of the end-open slot 25, which branch line adapter 31 at its end is galvanically connected to the radiating element 24. The periphery of the sector is for this antenna device represented by straight lines, compared with the arcs of the circular sector in the first embodiment described above.

Det kommer att vara uppenbart att föreliggande uppfinning kan varieras på en mångfald sätt. Sådana variationer skall inte betraktas som awikelser från omfånget av uppfinningen såsom den definieras av de bifogade patentkraven. Alla sådana variationer som det vore uppenbart för fackmannen avses vara inkluderat inom ramen för uppfinning- en såsom definieras av de bifogade patentkraven.It will be apparent that the present invention may be varied in a variety of ways. Such variations are not to be construed as departures from the scope of the invention as defined by the appended claims. All such variations as would be apparent to those skilled in the art are intended to be included within the scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims

10 15 20 25 30 35 40 PATENT REQUIREMENTS

Group antenna device for a vehicle, characterized in that the group antenna device comprises a plurality of antenna devices (1) having a general contour with an outer periphery, each antenna device comprising a radiating element (4; 24) to be placed over a ground plane (2), each radiating element (4; 24) being in the form of a sector of said general contour having an end-open slot (5; 25) in the outer periphery, each antenna device further comprising a feed (7, 8; 27, 28, 31 ) across the end-opened slot (5; 25) and a grounding post (3) at the center of said general contour designed to provide galvanic connection between the corresponding radiating element and a ground plane.

A group antenna device according to claim 1, comprising three antenna devices, each sector being 120 °, preferably a circular sector.

A group antenna device according to claim 1 or 2, wherein the width (10; 20) of said end-open slot is at least 30 mm, preferably at least 40 mm.

A group antenna device according to claim 3, wherein said radiating element comprises an electrically conductive projection (6; 26) into said end-open slot at a feed point of the antenna device.

A group antenna device according to any one of claims 1 to 4, wherein said feed comprises a conical transmission line (7, 8; 27, 28, 31), preferably conical to said feed.

Group antenna device according to one of claims 1 to 5, wherein each earthing post (3) is a maximum of 180 mm, preferably a maximum of 150 mm.

Group antenna device according to one of claims 1 to 6, wherein each end-open slot is a quarter wavelength long (9; 29) of a desired operating frequency.

A group antenna device according to any one of claims 1 to 7, wherein said feed is located at said slot a maximum of 80 mm from said circumference, preferably a maximum of 70 mm.

A group antenna device according to any one of claims 1 - 8, wherein each antenna device is designed to receive DVB signals.

A group antenna device according to any one of claims 1 to 9, wherein each antenna device is designed to receive horizontally polarized signals.

A group antenna device according to any one of claims 1 to 10, wherein said plurality of antenna devices are mutually orthogonal.

Electrically driven train, characterized in that it comprises a group antenna device according to one of claims 1 to 11 which is arranged on its roof forming a ground plane for said group antenna device.