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Dokumentenidentifikation DE602004005634T2 13.12.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001501154
Titel Verborgenes Antennensystem
Anmelder ASG Technology Ltd., Bristol, GB
Erfinder Hopley, Ian Benjamin, Stoke Bishop Bristol, BS9 1BB, GB
Vertreter LEINWEBER & ZIMMERMANN, 80331 München
DE-Aktenzeichen 602004005634
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 23.07.2004
EP-Aktenzeichen 042543934
EP-Offenlegungsdatum 26.01.2005
EP date of grant 04.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.12.2007
IPC-Hauptklasse H01Q 1/32(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01Q 13/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01Q 1/44(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01Q 15/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01Q 1/38(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne zur Verwendung in einem Fahrzeug-Funkkommunikationssystem zur Übermittlung von Positionsdaten oder anderen Daten an ein und/oder von einem Fahrzeug weg, vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, unter Verwendung von Funkwellen im Bereich einer Frequenz von 900 MHz oder mehr. In dieser Beschreibung wird der Terminus „Fahrzeug" zur Bezeichnung eines motorisierten Fahrzeugs mit Rädern zur Verwendung auf öffentlichen Straßen oder, als Alternative dazu, von mit Rädern und/oder einem Raupenlaufwerk ausgestatteten Baustellengeräten verwendet.

Derzeit geht die Tendenz der Fahrzeug-Datenkommunikationssysteme in Richtung der Verwendung einer Viertelwellen-Peitschenantenne, die oberhalb einer Grundebene angebracht ist, welche durch eine Oberfläche des Körpers des betroffenen Fahrzeugs bereitgestellt ist. Diese Anordnung ist für unfallbedingt oder absichtlich zugefügte Schäden anfällig und macht in einem großen Ausmaß den Wert eines solchen Funkkommunikationssystems als Sicherheitshilfsmittel zunichte, da eine Person, die versucht ein Fahrzeug zu stehlen, lediglich für die Funktionsunfähigkeit der Antenne zu sorgen hat, um die Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Basisverfolgungsstation zu unterbrechen. Die Funktionsunfähigkeit der Antenne kann physisch durch Abbrechen derselben, durch Verdrehen oder Deformieren, so dass die Antenne nicht mehr länger funktioniert, oder durch elektrisches Abschirmen der Antenne erzielt werden.

Die Verwendung einer verborgenen Antenne ist eine mögliche Lösung zur Behebung des oben erläuterten Problems. Die Anmeldung GB-2.352.334 des Anmelders offenbart eine zum Verbergen im Inneren eines Fahrzeugs geeignete Schlitzantenne. Dieser Ansatz weist jedoch einige erhebliche Einschränkungen auf. Verbrecher würden schnell die mögliche Position der verborgenen Antenne entdecken und, im Falle der Schlitzantenne, könnte Metallfolie über den Antennenbereich positioniert werden, wodurch diese nicht mehr funktioniert.

Das Dokument GB-2.341.504 des Anmelders beschreibt ein Fahrzeugverfolgungssystem mit einer Vielzahl an Funkkommunikationsantennen, die im Inneren des Fahrzeugs befestigt und so angeordnet sind, dass, wenn eine Antenne funktionsunfähig ist, die anderen oder die verbleibenden imstande sind, die Funktionsfähigkeit fortzuführen. Das Problem der Entdeckung der Antennen und die Herbeiführung ihrer Funktionsunfähigkeit ist jedoch noch immer nicht behoben.

Das Dokument WO99/21247 offenbart eine direktionale Antennenanordnung zur Verwendung in Fahrzeugen. Die Antenne ist eine Halbwellen-Dipolantenne, die in einem Rückspiegel oder in einer Bremslichtanordnung befestigt ist.

Das Dokument EP-0 343 813 offenbart eine Struktur zum Reflektieren von sichtbarem Licht, welche eine elektrisch leitende Materialschicht umfasst, die eine Anordnung an Schlitzen darin aufweist, um für die Mikrowellenstrahlung im Wesentlichen durchlässig zu sein, während sie Licht reflektiert.

In Versuchen hat der Erfinder das Verbergen einer Antenne in einer der Lampeneinheiten eines Fahrzeugs erprobt. Tatsächlich ist es möglich, mehr als eine Antenne zu haben, wobei sich jede Antenne in einer anderen Lampeneinheit befindet. Daher hat der potentielle Dieb zuerst alle möglichen Antenneneinkapselungen mit leitender Folie abzudecken und folglich wären für ein Fahrzeug fünf Abdeckungen notwendig – für die vorderen Scheinwerfer, die Rückfahrscheinwerfer und die Schlussleuchte. Ein Abdecken dieses Typs würde das Fahrzeug am Tage verdächtig aussehen lassen und in der Nacht das Fahren des Fahrzeugs unmöglich machen.

Das Verbergen einer Antenne in der Lampeneinheit eines Fahrzeugs ist jedoch kein einfaches Unterfangen. Es ist notwendig sicherzustellen, dass die Antenne die Lichtquelle nicht behindert und auch, dass in der Lampeneinheit vorhandenes Metall das effektive Senden und Empfangen der Funkwellen nicht verhindert. Es ist ebenfalls erwünscht, dass die Lampeneinheit so gestaltet ist, dass sie kompakt ist und sich in ihrer Erscheinung nicht von einer herkömmlichen Lampeneinheit ohne Antenne unterscheidet.

Demgemäß stellt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, in seiner allgemeinsten Art, eine Lampeneinheit für ein Fahrzeug, umfassend eine Antenne zum Senden und/oder Empfangen von Funkwellen und einen optischen Reflektor zum Reflektieren von Licht bereit, worin der optische Reflektor Abschnitte elektrisch leitenden Materials umfasst, die voneinander elektrisch isoliert sind, um die Leitung der elektrischen Ströme im optischen Reflektor zu begrenzen.

Daher kann ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Lampeneinheit für ein Fahrzeug bereitstellen, umfassend einen gekrümmten optischen Reflektor mit einer konvexen Seite und einer konkaven Seite zum Reflektieren von Licht aus der Lampeneinheit, eine Lichtquelle, die angrenzend an die konkave Seite des Reflektors angeordnet ist, und eine Schlitzantenne, die der konvexen Seite des optischen Reflektors zum Senden und/oder Empfangen von Funkwellen gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die konkave Seite des optischen Reflektors Abschnitte aus elektrisch leitendem Material zum Reflektieren von Licht aus der Lampeneinheit umfasst, welche Abschnitte aus elektrisch leitendem Material voneinander isoliert sind, um so die Induktion von elektrischen Strömen im Reflektor zu begrenzen, wobei der optische Reflektor ferner ein elektrisch nichtleitendes Material zum Tragen oder Zusammenhalten der Abschnitte aus elektrisch leitendem Material umfasst.

Herkömmliche optische Reflektoren in modernen Scheinwerfersystemen umfassen einen Isolierkörper, der mit einem reflektierenden Metallfilm beschichtet ist. Wenn dieser herkömmliche Typ eines optischen Reflektors in der vorliegenden Erfindung verwendet werden würde, dann würde ein Signal von der Antenne die Induktion von Strömen in der Metallbeschichtung des optischen Reflektors bewirken. In der oben genannten Konfiguration kann dieses Problem jedoch durch das gegenseitige Isolieren der Abschnitte elektrisch leitenden Materials im Reflektor verhindert werden und die Abschnitte können klein genug gemacht werden, sodass die induzierten Ströme auf ein Minimum reduziert werden. Besonders zirkulierende Ströme und ein senkrecht zur Längslänge des Schlitzes der Schlitzantenne verlaufender Strom werden im Wesentlichen verringert oder verhindert. Die Abschwächung des ausgestrahlten Signals kann daher reduziert und auf einem vernachlässigbaren Pegel gehalten werden.

Da der optische Reflektor das ausgestrahlte Signal nicht erheblich abschwächt, ist ferner die Positionierung der Schlitzantenne hinter der Lichtquelle möglich (wenn erhebliche Abschwächung aufträte, wäre die Antenne vor der Lichtquelle zu positionieren). Wenn sie hinter der Lichtquelle positioniert wird, kann die Sichtbarkeit der Antenne verhindert werden und die Lichtprojektion aus der Lampeneinheit wird dabei nicht gestört.

Daher sollten die Funkwellen imstande sein, durch den optischen Reflektor ohne erhebliche Abschwächung hinauszutreten, sicherlich aber mit verringerter Abschwächung verglichen mit einem Fall, wenn ein herkömmlicher Reflektor verwendet wird. Wenn das System ein 900MHz-System verwendet, dann sind die einzelnen Abschnitte des elektrisch leitenden Materials vorzugsweise nicht größer als 150 mm2 (beispielsweise 10 × 15 mm Platten), sonst wird das gesendete Signal etwas abgeschwächt werden. Natürlich können die Abschnitte des elektrisch leitenden Materials viel kleiner sein. Bei höheren Frequenzen wird die Größe der Abschnitte des elektrisch leitenden Materials dementsprechend kleiner sein.

Vorzugsweise liegt das elektrisch nichtleitende Material in Form eines Substrats vor, auf dem die Abschnitte des elektrisch leitenden Materials angebracht sind. Jedes geeignete elektrisch nichtleitende Material kann verwendet werden, beispielsweise Kunststoffmaterialien, vorzugsweise Kunststoff mit sehr geringem Leistungsverlust bei Antennenfrequenz.

Das elektrisch leitende Material ist üblicherweise ein Metall.

Die Abschnitte elektrisch leitenden Materials können durch Platten aus elektrisch leitendem Material bereitgestellt sein, welche voneinander elektrisch isoliert sind. Üblicherweise werden die Platten auf einem Isoliersubstrat aus elektrisch nichtleitendem Material befestigt. Die Platten übernehmen die Funktion der Lichtreflektion von der Lichtquelle, um das Licht aus der Lampeneinheit hinaus zu projizieren. Das Substrat dient als Plattenträger.

Die Platten, können in einer Matrix angeordnet sein, etwa einer Vielzahl an quadratischen oder rechteckigen, in einem Gitter angeordneten Platten. Als Alternative dazu können die Matrixplatten dreieckig, pentagonal, hexagonal oder andere Formen annehmen. Der Grund für die Plattenanordnung in einer sogenannten „Matrix" ist, dass, wenn die konkave Oberfläche des optisch reflektierenden Materials in eine Vielzahl an sowohl der Länge als auch der Breite nach verlaufenden Segmenten unterteilt ist, dann die Zirkulation im optischen Reflektor für große Ströme nicht möglich ist. Wenn längere, sich entlang der Gesamtbreite oder Gesamtlänge des optischen Reflektors erstreckende Platten verwendet werden, dann würde ein größeres Risiko bestehen, dass die zirkulierenden Ströme Leistung aus den Funksignalen ableiten, wenn diese durch den optischen Reflektor hindurchtreten.

Im Allgemeinen sollten die Platten in einer geometrischen Anordnung angeordnet sein, die ausgebildet ist, um die Zirkulation der Ströme im Inneren des optischen Reflektors zu verhindern. Beispielsweise anhand einer Matrix oder durch eine parallele Ausrichtung der Streifen zur Längsausdehnung des Antennenschlitzes, um die Streifen normal zum E-Vektor, wie oben beschrieben, zu halten. Der Bereich und die Ausrichtung der Platten ist derart, dass die Abschwächung minimiert wird. Die Spalte zwischen den Platten (welche voneinander elektrisch isoliert sind) können klein genug gehalten werden, sodass die optische Leistung des Reflektors im Wesentlichen unbeeinträchtigt bleibt.

Obwohl die Spalte zwischen den Platten klein gehalten werden können, kann es doch möglich sein, dass ein interessierter Beobachter die Trennlinien auf der konkaven Oberfläche des optischen Reflektors entdeckt. Daher wird bevorzugt, dass ein vorderes Fenster der Lampeneinheit (welches den Eintritt von Licht in die Einheit erlaubt) ein Muster aufweist, welches die Trennlinien zwischen den Platten des optischen Reflektors undeutlich werden lässt.

Eine Möglichkeit ist ein Fenster oder eine Linse mit einer Reihe von Rippen oder Prismen (z.B. eine Fresnel-Linse) bereitzustellen. Eine solche Anordnung lenkt im Allgemeinen das durch diese hindurchtretende Licht ab, so dass eine Überprüfung der Oberfläche des optischen Detektors nicht möglich ist. Die Rippen oder Prismen fokussieren oder konzentrieren also üblicherweise das Licht in einer bestimmten Richtung.

Es wäre ebenfalls möglich, dass die Platten eine Vielzahl an dünnen länglichen Streifen aus leitendem Material sind, wobei sich jeder Streifen über den gesamten Reflektor erstreckt; diese Anordnung ist wirksam, wenn der E-Vektor der Funkwellen normal zur Längsrichtung der Streifen ist. Dies ist jedoch in unmittelbarer Nähe zur Antenne nicht immer der Fall und die konkave Form des Reflektors bedeutet, dass der E-Vektor auf diesen an verschiedenen Winkeln wirken wird. Daher ist diese Konfiguration nicht so wirksam wie die oben beschriebene Plattenmatrix.

Die Platten können einzeln auf dem Substrat angebracht werden oder sie können durch Riefenbildung einer optisch reflektierenden Leiterschicht ausgebildet werden, die auf einem nichtleitenden Substrat befestigt ist. Solange die Schnitte tief genug sind, sich zum nichtleitenden Substrat nach unten zu erstrecken, werden die durch das letztgenannte Verfahren ausgebildeten einzelnen Platten aus leitendem Material voneinander elektrisch isoliert. Ein Plattengitter kann durch Erzeugen vertikaler und horizontaler Riefen über die Leiterschicht ausgebildet werden. Längliche Streifenplatten können durch Riefenbildung der Leiterschicht in nur einer Richtung, etwa horizontal, ausgebildet werden.

Als Alternative zu den elektrisch leitenden Platten kann der Reflektor eine Schicht aus Metall-Lack, bestehend aus Metallpartikeln in einem elektrisch nichtleitendem Bindemittel (etwa einer Lösung für Metallpartikel) umfassen. Die Metallpartikel sind dann voneinander durch das Bindemittel elektrisch isoliert, wenn der Lack getrocknet ist. Üblicherweise wird der Metall-Lack auf einem elektrisch nichtleitenden Substrat aufgetragen, das ein Teil des optischen Reflektors ist.

Vorzugsweise umfasst die Lampeneinheit eine Einkapselung, welche die Lichtquelle, den Reflektor und die Schlitzantenne ummantelt. Die Einkapselung wird an einer Seite, welche der konkaven Seite des optischen Reflektors gegenüberliegt, ein Fenster aufweisen, so dass das durch den optischen Reflektor reflektierte Licht durch das Fenster austreten kann.

Vorzugsweise sind die anderen Wände der Einkapselung mit einer Leiterschicht beschichtet. Diese Leiterschicht dient dann als ein Schirmleiter, welcher die ausgestrahlten Funksignale in der gewünschten Richtung aus der Lampeneinheit hinaus lenkt, wenn die Antenne sendet, und die Außeninterferenz reduziert, wenn die Antenne empfängt.

Vorzugsweise sind die Außenwände der Einkapselung aus einem nichtleitendem Material ausgebildet und die Außenoberflächen dieser Wände sind mit einem leitenden Material beschichtet. Auf diese Weise ist der durch das leitende Material auf den Außenoberflächen bereitgestellte Schirmleiter praktischerweise von der Schlitzantenne elektrisch isoliert, welche dann gegen die Innenoberflächen der Wände anstößt.

Als Alternative dazu können die Wände der Einkapselung aus einem nichtleitenden Material ausgebildet sein, aber nicht mit einem leitenden Material beschichtet sein, d.h. nicht abgeschirmt sein. Dies ermöglicht es der Strahlung, durch die Wände der Einkapselung hindurchzutreten. Während dies in Fahrzeugen mit Metallkörperplatten nicht erwünscht ist, werden heutzutage eine wachsende Anzahl an Fahrzeugen teilweise aus Kunststoffen hergestellt. Werden die Fahrzeugplatten (beispielsweise Flügel oder Stoßstange) aus einem Metall hergestellt, dann wird die durch diese hindurchtretende Strahlung großteils absorbiert. In dem Fall ist der einzig mögliche Pfad zum Eintritt und Austritt des Funksignals durch das Fenster der Lampeneinheit. Wenn jedoch die Fahrzeugkörperteile aus Kunststoff sind, dann ist es möglich, dass die Strahlung durch diese Platten hindurchtritt und es kann von Vorteil sein, eine nichtabgeschirmte Scheinwerfereinkapselung zu verwenden, um das Senden und Empfangen der Strahlung zu maximieren.

Vorzugsweise liegen alle Leiter in der Lampeneinheit, besonders die leitenden Kabel (beispielsweise der Mantel eines koaxialen, mit der Antenne verbundenen Kabels oder eines mit der Lichtquelle verbundenen Zuleitungskabels) im Wesentlichen vollständig in der Ebene, in der die Längsachse des Schlitzes der Schlitzantenne liegt, oder in einer dazu parallelen Ebene. Dies verringert oder verhindert die Leistungsreduktion durch Induktion der Ströme in den Komponenten der Lampeneinheit.

Vorzugsweise werden alle Kabel zur Versorgung der Lichtquelle mit Drosselspulen, wie etwa schraubenförmig gewickelten Spulen, bereitgestellt. Dies hilft bei der Reduktion des Signalverlusts aufgrund des Sendens der Leistung aus der Einkapselung über die Lichtquellen-Versorgungskabel hinaus.

Vorzugsweise umfasst die Schlitzantenne eine elektrisch leitende Platte mit einem länglichen Schlitz darin, wobei die effektive Länge des Schlitzes etwa ein ganzzahliger Teil der Wellenlänge der Strahlung ist, die für die Antenne verwendet wird. Der Schlitz kann ein Hohlraum sein oder, als Alternative, mit einem elektrisch nichtleitenden Material gefüllt sein; in jedem Fall ist es wichtig, dass er nichtleitendend ist.

Die Schlitzantenne kann praktischerweise in Form einer Substratplatte eines nicht-elektrischen Leitermaterials und einer Schicht aus elektrisch leitendem Material vorliegen, welche auf einer Seite des Substrats beschichtet oder angebracht ist, wobei ein länglicher Schlitz in der Leiterschicht ausgebildet ist.

Das nichtelektrische Leitermaterial der Substratplatte sollte einen niedrigen Leistungsfaktor (interner Leistungsverlust) bei Antennenfrequenz haben. Sie kann einen Schlitz haben, der an einer dem länglichen Schlitz der Leiterschicht entsprechenden Position weggeschnitten wurde. Wenn die Substratplatte einen auf diese Weise entstandenen Schlitz hat, dann ist es wahrscheinlich, dass die Antenne noch effektiver ist und eine bessere Abstimmung hat, als dies der Fall wäre, wenn sie darüber nicht verfügt. In Abhängigkeit vom Frequenzbereich der verwendeten Sendungen, kann ausgewählt werden, ob die Substratplatte einen dem Schlitz der elektrischen Leiterschicht entsprechenden Schlitz hat oder nicht.

Vorzugsweise hat die Schlitzantenne ein koaxiales Speisekabel, dessen Mittelleiter mit einer Längskante des Schlitzes der Antenne verbunden ist und dessen Schirmleiter mit der anderen Längskante des der ersten Verbindung gegenüberliegenden Schlitzes verbunden ist.

Vorzugsweise ist die Verbindung des Speisekabels mit dem Schlitz auf eine solche Weise hergestellt, dass die Speiseleitung bei Betriebsfrequenz nicht resonant ist und, unabhängig von der Länge des Speisekabels, an die Impedanz der Antenne angepasst ist.

Vorzugsweise weist die Antenne Mittel zum Befestigen ihrer leitenden Platten an der Struktur des Fahrzeugs (etwa der Lampeneinheit) in einer solchen Weise auf, dass die vertikale Polarisation des elektrischen Vektors der Strahlung erzielt wird, wenn die Längsachse des nichtleitenden Bereichs (des Schlitzes) im Wesentlichen horizontal ist.

Vorzugsweise liegt der Schlitz der Substratplatte in Form eines parallelseitigen Schlitzes, eines Hantelschlitzes oder einer rechteckigen, in die Kante der Substratplatte geschnittenen Vertiefung vor.

Vorzugsweise ist die Substratplatte der Antenne in der Form eines gefalteten rechteckigen Schlitzes ausgebildet.

Die Lampeneinheit kann ebenfalls ein Funkwellen-Reflektorelement umfassen, das an die Seite der Schlitzantenne, welche von der konvexen Seite des optischen Reflektors weg orientiert ist, angrenzend positioniert ist. Das Funkwellen-Reflektorelement dient dann zur Reflektion des auf der Seite der Schlitzantenne ausgestrahlten Signals, wodurch das in eine gewünschte Richtung (etwa durch das Fenster der Lampeneinheit) ausgestrahlte Signal erhöht wird. Das reflektierte Signal kann dann durch den Antennenschlitz hindurchtreten und, in einigen Fällen, auch rund um die Kanten der Antennenplatte und die optische Reflektoranordnung herum. Das Funkwellen-Reflektorelement kann von der Antenne mithilfe von Isolierstützelementen, Isolierwänden der Lampeneinheiteinkapselung oder anderen Mittel isoliert werden.

Das Funkwellen-Reflektorelement kann die Form einer leitenden Platte annehmen und ist vorzugsweise zumindest eine Größe größer als die leitende Platte der Schlitzantenne. Wenn eine feste leitenden Platte als Funkwellen-Reflektorelement verwendet wird, dann wird dieses am besten in einem Abstand in der Größenordnung von einem Viertel der Wellenlänge des durch die Antenne ausgestrahlten Signals von der Antenne entfernt positioniert. Dies stellt sicher, dass eine erhebliche Menge der Strahlung reflektiert wird. Wenn anstelle einer festen Platte jedoch ein abgestimmter Resonator, etwa eine leitende Platte mit einem Schlitz in dieser, stattdessen verwendet wird, dann kann diese näher an der Schlitzantenne positioniert werden und die Lampeneinheit kann kompakter gemacht werden. Dieser Ansatz wird weiter unten im zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Vorzugsweise ist die leitende Platte planar.

Vorzugsweise ist die Lampeneinheit Teil eines Fahrzeugverfolgungssystems. Vorzugsweise umfasst das System Mittel zum Bestimmen der Position des Fahrzeugs anhand der empfangenen Funkwellen (etwa GPS-Signale, die durch eine am Fahrzeug befestigte GPS-Antenne empfangen werden können), Mittel zum Erzeugen von Fahrzeugpositions-Datensignalen, die auf den empfangenen Funkwellen beruhen, und Mittel (etwa eine Schlitzantenne) zur Übertragung der Fahrzeugpositions-Datensignale an eine Basisverfolgungsstation.

Vorzugsweise umfasst das System eine Vielzahl an Antennen (wobei jede in einer anderen Lampeneinheit positioniert werden kann) und die Antennen sind elektrisch phasengleich und so abgestimmt, dass im Falle einer nicht funktionierenden Antenne die andere Antenne oder die verbleibenden Antennen in der Lage sind, die Funktion weiterzuführen.

Im Allgemeinen hat sich die Verwendung von Schlitzantennen in Fahrzeugverfolgungssystemen als praktisch herausgestellt. Und zwar deswegen, weil Schlitzantennen einfach in ein vorhandenes Gestell des Fahrzeugs eingebaut werden können, sie einfach zu verbergen sind und ihre Herstellung kostengünstig sein kann. Wenn eine Schlitzantenne verwendet wird, ist die Verwendung eines Funkwellen-Reflektorelements auf einer der Schlitzantenne gegenüberliegenden Seite erwünscht, um die Strahlung in die gewünschte Richtung zu leiten (und um im Empfangszustand die Hintergrundstrahlung abzuschirmen).

Eine mögliche Lösung ist die Verwendung einer leitenden Platte als Funkwellen-Reflektorelement. Dies weist jedoch den Nachteil auf, dass eine solche Platte bei etwa einer Viertelwellenlänge der Frequenz der Funkwellen positioniert werden muss, um von der Schlitzantenne entfernt verwendet werden zu können, wenn diese am besten funktionieren soll. Dies kann bewirken, dass das Antennensystem viel Platz benötigt. Der benötigte Platz ist ein wichtiger zu bedenkender Aspekt, wenn die Schlitzantenne in einer Lampeneinheit verborgen ist, aber auch in anderen Situationen, wenn die Schlitzantenne in einem anderen Teil des Fahrzeugs positioniert wird. Im Allgemeinen gilt: je kleiner das Antennensystem, umso leichter ist es dieses zu verbergen.

Daher ist das Funkwellen-Reflektorelement vorzugsweise ein abgestimmter Resonator in Form einer leitenden Platte mit einem länglichen Schlitz. Der abgestimmte Resonator kann auf etwa die Resonanzfrequenz der Schlitzantenne abgestimmt sein; tatsächlich kann er dieselben physischen Abmessungen haben und aus demselben Material wie die Schlitzantenne sein, aber er unterscheidet sich darin, dass er nicht mit einer der leitenden Zuleitungen zum Senden/Empfangen eines Signals verbunden ist. Wenn ein abgestimmter Resonator als Funkwellen-Reflektorelement verwendet wird, kann er näher an der Schlitzantenne positioniert werden. Dies ist möglich, da die Phase des im abgestimmten Resonator induzierten Stroms verglichen mit einer festen Leiterreflektorplatte durch Auswählen oder Anpassen der Abstimmung des Resonators in geeigneter Weise verändert werden kann. Im Allgemeinen wird sich die Resonanzfrequenz des abgestimmten Resonators von der Signalfrequenz (oder der Resonanzfrequenz der Schlitzantenne) um nicht mehr als 20% unterscheiden. In diesem Fall kann der abgestimmte Resonator in einem Abstand von weniger als einer Viertelwellenlänge der Resonanzfrequenz der Schlitzantenne hinter der Schlitzantenne positioniert werden. Vorzugsweise sind die Schlitzantenne und der abgestimmte Resonator zueinander parallel. Vorzugsweise sind sie in einem Abstand voneinander beabstandet, so dass, bei Verwendung, ein von der Schlitzantenne gesendetes Signal konstruktiv am Fenster der Lampeneinheit mit durch die Schlitzantenne zurück und um diese herum durch den abgestimmten Resonator reflektierter Strahlung interferiert.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Schlitzantennensystem zur Verwendung in einem Fahrzeug-Funkkommunikationssystem bereit, umfassend eine elektrisch leitende Platte, die zum Tragen von oder als Teil einer Struktur des Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei die Platte einen länglichen Schlitz in ihr hat, dessen effektive Länge etwa ein ganzzahliger Teil der Wellenlänge der Strahlung ist, mit der das Antennensystem verwendet wird, sowie ein koaxiales Speisekabel, dessen Mittelleiter vorzugsweise mit einer Längskante des Schlitzes verbunden ist und dessen Schirmleiter vorzugsweise mit der anderen Längskante des der ersten Verbindung gegenüberliegenden Schlitzes verbunden ist, wobei die Speisekabelverbindung zum Schlitz vorzugsweise so ausgebildet ist, dass die Speiseleitung bei Betriebsfrequenz nicht resonant ist und an die Impedanz der Antenne, unabhängig von der Länge des Speisekabels, angepasst ist, wobei ein elektrisch leitendes Funkwellen-Reflektorelement zum Reflektieren der Funkwellen nahe an eine Seite der leitenden Platte angrenzend positioniert ist und von der leitenden Platte so beabstandet ist, dass das Reflektorelement zur Reflektion des auf der Seite der leitenden Platte dient, um das in einer gewünschten Richtung ausgestrahlte Signal zu erhöhen; wobei das Funkwellen-Reflektorelement die Form einer leitenden Platte mit darin befindlichem Schlitz (d.h. einer Öffnung) hat.

Vorzugsweise weist der Schlitz solche Abmessungen auf, dass das Reflektorelement abgestimmt ist, um eine starke Reflektion in Richtung der Schlitzantenne bei Frequenzen zu erzeugen, welche durch die Schlitzantenne zum Senden und/oder Reflektieren der Signale verwendet werden.

Mit anderen Worten, das Funkwellen-Reflektorelement ist ein abgestimmter Resonator, der (innerhalb von 20%) auf etwa die Resonanzfrequenz der Schlitzantenne abgestimmtist.

Da das Funkwellen-Reflektorelement ein abgestimmter Resonator ist, kann es näher als eine Viertelwellenlänge der ausgestrahlten Funkwellen zur Schlitzantenne positioniert werden und immer noch einen erheblichen Teil der Funkwellen reflektieren. Daher ermöglicht der abgestimmte Resonator die Herstellung eines kompakten Antennensystems. Vorzugsweise ist der abgestimmte Resonator näher als eine Viertelwellenlänge der ausgestrahlten Funkwellen der Schlitzantenne positioniert.

Das Funkwellen-Reflektorelement ist von der Schlitzantenne vorzugsweise in einem solchen Abstand beabstandet, dass ein von der Schlitzantenne gesendetes Funksignal mit einem mithilfe des Funkwellen-Reflektorelements durch die Schlitzantenne zurück oder um diese herum reflektierten Signal an einem Fenster einer Lampeneinheit, in der diese eingeschlossen sind, konstruktiv interferiert.

Das Funkwellen-Reflektorelement umfasst vorzugsweise eine leitende Platte mit einem Schlitz. Der Schlitz kann ein Hohlraum sein oder mit einem nichtleitenden Material gefüllt sein. Vorzugsweise wird die leitende Platte auf einer nichtleitenden Platte befestigt. Die leitende Platte kann beispielsweise aus Metallfolie und die nichtleitende Platte aus Kunststoff sein.

Das System des zweiten Aspekts der Erfindung bildet vorzugsweise einen Teil eines Fahrzeugverfolgungssystems.

Die Anordnung gemäß des zweiten Aspekts der Erfindung kann im ersten Aspekt der Erfindung, wie oben erwähnt, verwendet werden. In dem Fall der Verwendung eines abgestimmten Resonators als Funkwellen-Reflektorelement hinter der konvexen Seite des optischen Reflektors ermöglicht es der Lampeneinheit kompakt zu sein, während die Funkwellen effektiv in die gewünschte Richtung geleitet werden.

In den oben genannten Aspekten der Erfindung können Mittel zum Ändern der Resonanzfrequenz der Antenne und/oder des Funkwellen-Reflektorelements bereitgestellt sein.

Im Allgemeinen weist der Schlitz einer Schlitzantenne eine Länge von etwa der Hälfte einer Wellenlänge des Signals auf, welches von diesem gesendet wird. Die Abstimmung einer Schlitzantenne kann durch die Anpassung der Schlitzlänge und, in geringerem Ausmaße, durch die Anpassung der Schlitzbreite durchgeführt werden. Wird eine Schlitzantenne zusammen mit einem abgestimmten Resonator (als Funkwellen-Reflektorelement) verwendet, dann ist der abgestimmte Resonator im Allgemeinen in Bezug auf die Schlitzantenne etwas verstimmt und daraus ergibt sich, dass ein Phasenverhältnis zwischen den beiden verändert werden kann. Diese Phasendifferenz ermöglicht es, die Trennung zwischen der Schlitzantenne und dem abgestimmten Resonator zu verändern. Wenn eine feste leitende Folie als Funkwellen-Reflektorelement anstelle eines abgestimmten Resonators verwendet wird, dann tritt eine 180°-Phasenänderung bei der Reflexion auf und die Trennung zwischen der Schlitzantenne und der festen leitende Folie sollte zur optimalen Verstärkung des ausgestrahlten Signals in der Vorwärtsrichtung üblicherweise eine Viertelwellenlänge sein.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine schematische Darstellung eines Antennensystems ist;

2 eine schematische Vorderansicht einer Schlitzantenne zur Verwendung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

3 eine Querschnittsansicht einer Lampeneinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

4 eine Vorderansicht eines optischen Reflektors ist, umfassend eine Vielzahl an elektrisch leitenden Platten zur Verwendung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

5 eine Vorderansicht eines abgestimmten Resonators zur Verwendung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

6 eine Vorderansicht eines weiteren Beispiels ist;

7 eine Querschnittsansicht des Beispiels von 6 ist;

8 eine Vorderansicht eines abgestimmten Resonators zur Verwendung in dem Beispiel von 6 ist;

9 eine schematische Darstellung eines Antennensystems zur Verwendung in einem großen Transportfahrzeug ist;

10 eine schematische Darstellung eines Antennensystems zur Verwendung in einem Gelenktransportfahrzeug ist; und

11 eine schematische Abbildung einer Scheinwerfereinheit ist, die keinen Strahlungsschirmleiter um ihre Außenwände herum hat.

Das vorgeschlagene Fahrzeug-Funkkommunikationssystem umfasst die Verwendung von zwei Antennen, wobei jede im Inneren einer Scheinwerfer-, einer Rücklicht- oder einer Schlusslichteinheit eines Fahrzeugs enthalten ist. Damit sichergestellt werden kann, dass alle Übertragungen unterdrückt werden, müsste ein Dieb alle möglichen Antenneneinkapselungen mit leitender Folie abdecken und folglich wären fünf Abschirmungen notwendig. Das Abschirmen auf diese Weise würde das Fahrzeug am Tage verdächtig aussehen lassen und in der Nacht wäre es nicht möglich, mit dem Fahrzeug zu fahren.

1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeug-Funkkommunikationssystems zum Empfangen und Senden von Funkwellen, die Informationen bezüglich der Fahrzeugposition enthalten. Eine mobile Steuereinheit 1 empfängt ein Positionssignal von einer GPS-Antenne 2 und gibt diese Details an eine Basisverfolgungsstation über Schlitzantennen 4 und 5 weiter, wobei jede dieser Antennen in einer entsprechenden Lampeneinheit des Fahrzeugs positioniert ist. Die Antennen 4 und 5 werden von derselben Quelle über eine T-Abzweigungs-Einheit 3 mit geeigneter Impedanzanpassung gespeist. 1 zeigt die Anordnung der Verbindungen der Antennen 4 und 5 von der T-Abzweigung 3. Die koaxialen Speisekabel 6 und 7 von der T-Abzweigung zu den Antennen müssen einander in der Länge gleichen und auch einem ganzzahligen Vielfachen an halben Wellenlängen der Betriebssignale innerhalb des koaxialen Speisekabel 6 und 7 gleich sind.

Das erste Kriterium stellt sicher, dass die von den Antennen 4 und 5 ausgestrahlten modulierten Signale phasengleich sind, das zweite Kriterium stellt sicher, dass jede Länge der koaxialen Speisekabel 6 und 7 als 1:1-Umwandler dient und dass die durch die jeweilige Länge des Kabels an der T-Abzweigung dargestellte Impedanz gleich der Impedanz der entsprechenden Antennen 4 und 5 ist. Wenn die Verbindung einer Antenne getrennt wird, entweder unfallbedingt oder als Ergebnis eines absichtlichen Versuchs Schaden herbeizuführen, dann wird die Impedanz der abgetrennten Verbindung unendlich.

Folglich wird die durch das gegenüberliegende Ende des beschädigten Kabels an der T-Abzweigung dargestellte Impedanz ebenfalls unendlich und die verbleibende Hälfte des Systems wird, wenn auch mit einigen Fehlanpassungen, an der T-Abzweigung weiter arbeiten. Wenn das zweite Kriterium nicht erfüllt wird, könnte eine unendliche Impedanz an der Verbindung mit der Antenne, welche durch Trennen des Kabels entstanden ist, zu einer vernachlässigbaren Impedanz an der T-Abzweigung führen und die zweite Antenne ebenfalls funktionsunfähig machen.

Idealerweise sollte die charakteristische Impedanz der Kabel 6 und 7 doppelt so groß sein, wie die Impedanz des Kabels 1a zwischen der mobilen Steuereinheit 1 und der Abzweigungs-Einheit 3.

Was die jeweiligen Lampeneinheiten anbetrifft, so ist eine Schlitzantenne zum Senden und/oder Empfangen der Funkwellen im Inneren des Körpers jeder Lampeneinkapselung positioniert. Der Aufbau der Schlitzantenne ist in 2 veranschaulicht.

Die Schlitzantenne ist durch Schneiden eines Schlitzes 8 in eine Isolierplatte 9 ausgebildet, das Material derselben weist einen niedrigen Leistungsfaktor bei Sendefrequenz auf. In dieser Ausführungsform ist der Schlitz 8 ein leerer Hohlraum und dies stellt sicher, dass sich das Feld des E-Vektors der ausgestrahlten Welle durch den freien Raum bewegt und nicht durch das Vorhandensein von Isoliermaterial mit einer relativ hohen Permittivität zwischen der oberen und der unteren Kante des Schlitzes vermindert wird. Der Schlitz 8 hat eine effektive Länge, welche etwa ein ganzzahliger Teil der Wellenlänge der Strahlung ist, bei der das Antennensystem verwendet werden sollte.

Eine leitende Folie 10 ist auf der gesamten Fläche der Platte 9, mit Ausnahme des Schlitzes 8, angebracht. Das zu sendende Signal wird der Schlitzantenne über ein Speisekabel zugeführt: ein koaxiales Kabel 11, welches in zwei separaten Zuleitungen 12 endet. Die Zuleitungen 12 verzweigen sich und sind an der oberen bzw. unteren Kante des Schlitzes angebracht, wie in 2 dargestellt. Auf diese Weise ist der Mittelleiter des koaxialen Speisekabels mit einer Längskante des Schlitzes 8 verbunden und der Schirmleiter des koaxialen Speisekabels ist mit der anderen Längskante des Schlitzes 8 an einer der ersten Verbindung gegenüberliegenden Position verbunden.

Damit stehende Wellen im koaxialen Kabel vermieden werden können, wird die Antennenimpedanz an die Impedanz des koaxialen Kabels angepasst. Die Anpassung kann durch eine Justierung von „X", dem Abstand zwischen dem Ende des Schlitzes 8 und den Verbindungspunkten 13 der Zuleitungen 12 zum Schlitz 8, und durch Änderung der Länge „d" der sich verzweigenden Zuleitungen 12 erzielt werden. Die Antennenimpedanz ändert sich mit dem für die Verbindung ausgewählten Punkt 13 und die sich verzweigenden Zuleitungen dienen als Impedanzumwandler. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Speiseleitung nicht resonant ist und an die Impedanz der Antenne, unabhängig von der Länge des Speisekabels, angepasst ist.

3 stellt eine Querschnitts-Seitenansicht einer Scheinwerfereinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Die Scheinwerfereinheit umfasst eine Lichtquelle in Form einer elektrischen Lampe 50 und eine Schlitzantenne 8, 9, 10, die beide in einer Einkapselung 15, 16, 55 eingeschlossen sind. Ein gekrümmter optischer Reflektor 14 ist zwischen der Lichtquelle 50 und der Schlitzantenne 8, 9, 10 positioniert; er hat eine an die Lichtquelle angrenzende konkave Seite zum Reflektieren des Lichts aus einem Fenster 55 am vorderen Ende der Einkapselung hinaus und eine konvexe Seite, hinter der die Schlitzantenne 8, 9, 10 positioniert ist. Auf diese Weise ist die Schlitzantenne verborgen.

Die Schlitzantenne umfasst eine Isolierplatte 9 mit einem Antennenschlitz 8 und einer elektrisch leitenden Metallfolie 10, die auf der Seite der Isolierplatte 9 angebracht ist und diese, mit Ausnahme des Schlitzes 8, abdeckt, wie oben beschrieben. Ein koaxiales Speisekabel (B) ist mit der Antenne verbunden, wie oben für das Senden und/oder Empfangen eines Signals von oder zur Schlitzantenne beschrieben. Das koaxiale Speisekabel (B) liegt in einer horizontalen Ebene, die die Mittelachse der Lampeneinheit-Antennenanordnung umschließt. Diese horizontale Ebene enthält ebenfalls die Achse des Schlitzes der Schlitzantenne.

In einem herkömmlichen modernen Scheinwerfersystem besteht der Reflektor aus einem Isolierkörper mit einem reflektierenden Metallfilm. Wenn ein nicht modifizierter Reflektor dieses Typs in einer derzeit gebräuchlichen Anordnung verwendet werden würde, würde das Signal von der Antenne zu induzierende Ströme in der Metallbeschichtung des optischen Reflektors hervorrufen. Als Resultat würde eine starke Abschwächung des gesendeten Signals von der Antenne auftreten. Folglich ist es notwendig, den optischen Reflektor zu modifizieren, um die vernachlässigbare Abschwächung eines ausgestrahlten Signals zu bewirken, das durch diesen hindurchtritt, ohne den Betrieb des optischen Systems zu beeinträchtigen.

Dies wird durch Unterteilen des Oberflächenbereichs des optischen Reflektors 14 in eine Vielzahl an Abschnitten des elektrisch leitenden Materials zum Reflektieren des Lichts aus einer Lichtquelle 50 aus der Lampeneinheit erreicht. Die Abschnitte des elektrisch leitenden Materials sind voneinander elektrisch isoliert und die Induktion von elektrischen Strömen im Reflektor ist daher begrenzt oder wird verhindert.

In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der optische Reflektor 14 eine elektrisch leitende Oberflächenschicht (aus Metall), die auf einem elektrischen (nichtleitenden) Isoliersubstrat angebracht ist. Die Metallschicht ist in eine Vielzahl an recheckigen Platten 60 unterteilt, die etwa 1 cm Höhe × 2 cm Breite aufweisen und so angeordnet sind, dass sie ein Gitter bilden, wie in 4 dargestellt. Die Platten 60 sind voneinander durch Unterteilungen (Spalte) zwischen diesen elektrisch isoliert und werden von dem Isoliersubstrat getragen. Die Funktion der Unterteilungen zwischen den Platten ist es, den vertikalen elektrischen Vektor der elektromagnetischen Welle am Induzieren eines Stroms im optischen Reflektor zu hindern. Ein Kratzer auf der reflektierenden Metalloberfläche, vorausgesetzt er ist tief genug, um das Isoliersubstrat zu erreichen, reich aus, um die Induktion der Ströme im Reflektor zu verhindern. Der optische Reflektor 14 bewirkt daher eine vernachlässigbare Abschwächung einer durch diesen hindurch gesendeten elektromagnetischen Welle. Das durch die Unterteilungen zwischen den Platten 60 ausgebildete Muster des optischen Reflektors 14 kann durch eine gerippte Struktur im Fenster 55 der Lampeneinheit verborgen werden. Die Kreise C und D in 4 stellen die Position der Glühbirnen der Scheinwerfer dar.

Die Leiter im Inneren der Lampeneinheit, beispielsweise der Mantel eines koaxialen Kabels (B) im Inneren der Lampeneinkapselung und das Speisekabel (A) für die Glühbirne 50 des Scheinwerfers, liegen vollständig in einer horizontalen Ebene. Wenn dieser Zustand nicht erfüllt werden würde, würde das vertikale E-Feld der elektromagnetischen Welle einen Strom im Leiter induzieren und die ausgestrahlte Leistung würde verringert werden.

Der Leistungsverlust von der Lampeneinkapselung über die Lampen-Speiseleitung kann durch die Bereitstellung der Drosselspulen (nicht abgebildet), bestehend aus schraubenförmig gewickelten Spulen, in den Speiseleitungen (A) an einem Eintrittspunkt in die Einkapselung verringert werden.

Die Scheinwerfereinkapselung von 3 hat nichtleitende (etwa aus einem Kunststoff bestehende) Wände 15, 16, wobei deren Außenoberflächen mit einer leitenden Schicht (etwa einer Metallschicht) beschichtet sind, um die ausgestrahteln Funkwellensignale in die gewünschte Richtung zu lenken; in diesem Fall in Richtung der Mittelachse. Tatsächlich bildet die äußere leitende Schicht einen Schirmleiter und dieser Schirmleiter ist von der Schlitzantenne 8, 9, 10 durch das Isoliermaterial der einschließenden Wände 15, 16 isoliert.

Etwa die Hälfte der (Funkwellen-)Energie, die durch die Schlitzantenne 8, 9, 10 ausgestrahlt wird, wird in Richtung der Rückseite der Scheinwerfereinkapselung (d.h. in Richtung der Wand 15) gelenkt. Ein erheblicher Teil der Energie wird zur Vorderseite des Scheinwerfers durch ein Funkwellen-Reflektorelement in Form eines abgestimmten Resonators 17, welcher zwischen der Schlitzantenne und der Rückwand 15 der Lampeneinheit positioniert ist, zurückreflektiert.

In 3 lenkt die leitende Einkapselung auf den Außenoberflächen der Wände 15, 16 das ausgestrahlte Signal in Richtung der Mittelachse. Dies verhindert, dass Strahlung in die leitende Einkapselung, welche durch die Innenoberfläche des Fahrzeug-Flügels aus Metall ausgebildet ist, eintritt; da solche Strahlung in hohem Maße im Fahrzeuginneren eingeschlossen sein würde. Diese Strahlung würde in der Kommunikation mit der entfernten Empfangsantenne keine Rolle spielen und wäre folglich vergeudet. Der durch die leitenden Schichten ausgebildete Schirmleiter weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass das Empfangssignal von der entfernten Sendeantenne von fokal erzeugter Interferenz geschützt wäre, wie etwa dem Zündungssystem des Motors und irgendwelchen unterhalb der Straßenoberfläche verlegten Kabeln. Es wird jedoch immer mehr üblich, dass Fahrzeuge Körperplatten aufweisen, die aus Kunststoffmaterial ausgebildet sind. In diesem Fall ist es wünschenswert, dass die Lampe nicht abgeschirmt ist, also es ist besser, die Außenoberflächen der Lampeneinheit-Einkapselung nicht mit einer leitenden Schicht abzudecken. Wenn kein externer Schirmleiter vorhanden ist, kann die Strahlung durch die Seiten der Lampeneinkapselung eintreten und trägt zu dem in Richtung des entfernten Empfängers ausgestrahlten Signals bei, da sie imstande ist, durch die aus Kunststoffmaterial bestehenden Flügel des Fahrzeugs hindurchzutreten. Als Alternative wäre es möglich, einen externen Schirmleiter bereitzustellen, der lediglich einen Teil der Außenoberfläche der Lampeneinkapselung abdeckt. Die modifizierte Lampe, ohne externen Schirmleiter oder nur einen begrenzten Bereich ihrer Außenoberflächen abdeckenden Teilschirmleiter, weist beispielsweise die folgenden Anwendungen auf:

  • (a) einen in einem Fahrzeug mit Flügeln aus Kunststoff angebrachten Scheinwerfer;
  • (b) einen im Inneren der Kunststoffstoßstange eines Fahrzeugs angebrachten Nebelscheinwerfer;
  • (c) einen auf einer Stange oberhalb der Stoßstange eines Fahrzeugs angebrachten Nebelscheinwerfer;
  • (d) einen an der Rückseite des Fahrzeugs als zusätzliches Rücklicht im Inneren einer hinteren Stoßstange aus Kunststoff angebrachten roten Nebelscheinwerfer.

Die Auswirkung lokal erzeugter Interferenzen könnte durch Anbringen eines Teilschirmleiters an der Außenoberfläche des Lampeneinkapselung oder, als Alternative, durch Befestigen eines Schirmleiters in einem Abstand von der Lampeneinkapselung verringert werden.

Eine alternative Anordnung einer Lampeneinkapselung und Schlitzantenne ohne einen Schirmleiter ist in 11 abgebildet. Die Zeichnung stellt eine Seitenansicht der Lampe mit der Achse der Schlitzantenne 3 in senkrechter Ausrichtung zur Papierebene dar.

Das Lampenfenster ist mit 55 bezeichnet.

Die Kunststoffwände der Lampeneinkapselung sind für Strahlung aus der Antenne durchlässig und mit 200 gekennzeichnet. Die Schlitzantenne ist mit 9 bezeichnet.

Ein Funkwellen-Reflektorelement zum Reflektieren der Strahlung in Richtung des Lampenfenster ist mit 17 bezeichnet. Das Element 17 könnte eine planare leitende Folie sein, die parallel zur Ebene der Antenne in einem Abstand von einer Viertelwellenlänge von dieser angebracht ist. In diesem Fall ist das virtuelle Bild 700 der Schlitzantenne so weit hinter dem Funkwellen-RefÍektorelement, wie die Schlitzantenne vor, diesem ist, wie anhand der Darstellung ersichtlich. Als Alternative könnte das Funkwellen-Reflektorelement in Form eines abgestimmten Resonators vorliegen.

Ein Teil der reflektierten Strahlung wird durch die Wände der Einkapselung hindurchtreten, wie durch die Pfeile 500 gekennzeichnet.

Ein Teil der Strahlung von der Antenne wird durch die Wände der Einkapselung, wie durch die Pfeile 600 dargestellt, hindurchtreten.

Eine Vorderansicht eines abgestimmten Resonators ist in 5 dargestellt. Der abgestimmte Resonator in dieser Ausführungsform umfasst eine Metallfolie 17, die an einer nichtleitenden Platte 17a (nicht in 5 abgebildet) befestigt ist, die einen niedrigen Leistungsfaktor bei der Frequenz während der Verwendung aufweist, und die Metallfolie 17 weist einen einen Bereich 18 der Platte umschließenden Schlitz auf. Dieser entspricht einer auf eine durch die Abmessungen des Bereichs 18 bestimmte Frequenz abgestimmten Schlitzantenne, die so angepasst ist, dass sie eine starke Reflektion in Richtung der Vorderseite (also in Richtung des Fensters 55) der Scheinwerfereinkapselung aufweist.

Während ein Funkwellen-Reflektorelement, einfach bestehend aus einer rechteckigen leitenden Folie, anstelle eines abgestimmten Resonators verwendet werden könnte, wenn eine einfache reflektierende Folie verwendet werden würde, würde der Abstand von der Schlitzantenne zum Funkwellen-Reflektorelement notwendigerweise etwa eine Viertelwellenlänge der gesendeten Strahlung betragen. Die Verwendung eines abgestimmten Resonators ermöglicht die Reduktion dieser Trennung. Der abgestimmte Resonator ist in seiner Antwort ebenfalls selektiv und folglich ist das Antennensystem für Interferenzen weniger anfällig, wenn es als ein Empfänger verwendet wird.

Die Verwendung eines abgestimmten Resonators, so hat sich herausgestellt, erhöht das Ausgangssignal der Schlitzantenne. In einem Versuch hat sich gezeigt, dass das Schlitzantennenausgangssignal um 130% erhöht ist, im Vergleich zum Ausgangssignal während des Nicht-Vorhandenseins des abgestimmten Resonators. Die Details dieses Versuchs lauten wie folgt:

Frequenz des Senders: 911,6 MHz

Abmessungen des Antennenschlitzes: 15,3 cm × 1,65 cm

Abmessungen des Resonatorschlitzes: 9,1 cm × 6,4 cm

Abstand der Schlitzantenne und des Resonators: 6,5 cm oder 0,2 × Wellenlänge

Die oben erwähnten Abmessungen des Antennenschlitzes liefern, so hat sich gezeigt, gute Ergebnisse. Ein breiter Schlitz tendiert dazu, Probleme mit der Beabstandung der sich verjüngenden Sendeleitung zu bereiten. Der abgestimmte Resonator entspricht einer strahlungsgekoppelten Antenne, deren Leistung von der direkt gespeisten Antenne (der Schlitzantenne) stammt und die keine Art der Verbindung mithilfe eines koaxialen Kabels benötigt. Im Allgemeinen ist ein erheblicher Anpassungsbereich als Folge der vielen in der Dimensionierung beinhaltenden Variablen möglich.

Während in der oben erwähnten Ausführungsform der optische Reflektor in eine Vielzahl an elektrisch leitende Abschnitte durch Befestigen von Metallplatten oder durch Riefenbildung in einer auf einem Isoliersubstrat befestigten Metallschicht unterteilt ist, könnte ein ähnliches Ergebnis stattdessen durch Aufbringen eines Metall-Lacks auf die nichtleitende Oberfläche des Isoliersubstrats erzielt werden. Metall-Lack besteht aus leitenden Metallpartikeln in einem Bindemittel. Wenn der Lack getrocknet ist, sind die Metallpartikel voneinander isoliert und folglich treten zirkulierende Ströme nicht in der Reflektoroberfläche auf.

Ein weiteres Beispiel wird im Folgenden beschrieben. Viele Motorfahrzeuge verfügen über eine Bremslichteinheit, bestehend aus einer Reihe von lichtemittierenden Dioden, die in einer horizontalen Linie angeordnet sind und hinter einem Rückfenster der Einheit angebracht sind.

6 ist eine Vorderansicht einer Lampeneinheit des oben genannte Typs, welche so modifiziert ist, dass sie auch als eine Schlitzantenne zur Verwendung in dem oben beschriebenen Fahrzeug-Funkkommunikationssystem dient. Eine Anordnung an lichtemittierenden Dioden 21 ist direkt hinter einem Antennenschlitz 19 einer Schlitzantenne angebracht. Die lichtemittierenden Dioden (LEDs) sind mit dem Schlitz 19 der Schlitzantenne so ausgerichtet, dass das Licht der LEDs durch den Schlitz 19 geleitet wird. Der Schlitz 19 ist in eine Platte aus nichtleitendem Material geschnitten und die leitende Metallfolie 20 ist an dem Bereich der Platte, der den Schlitz 19 umgibt, angebracht. Die Schlitzantenne wird gespeist und die Impedanz ist in der für die erste Ausführungsform oben beschriebenen Weise angepasst.

7 zeigt eine Seitenansicht der Lampeneinheit des Beispiels von 6. Eine aus Isoliermaterial ausgebildete Einkapselung 23 umschließt die Reihe lichtemittierender Dioden 21, die auf einem nichtleitenden Streifen 22, der direkt hinter dem Schlitz 19 einer Schlitzantenne befestigt ist, getragen werden. Die Schlitzantenne ist im Inneren einer Wand der Einkapselung 23 ausgebildet. Das Versorgungskabel (A) für die Dioden und das koaxiale Speisekabel (B) für die Antenne liegen in einer horizontalen Ebene, die durch die Mittelachse der Lampeneinheiteinkapselung 23 hindurchtritt.

Funkwellen von der Schlitzantenne, welche sich in Richtung der Rückseite der Einkapselung (also in Richtung der Rückwand 70) bewegen, werden durch einen abgestimmten Resonator 24, wie oben für die erste Ausführungsform beschrieben, reflektiert. Der abgestimmte Resonator 24 ist zwischen der Schlitzantenne und der Rückwand 70 der Einkapselung 23 positioniert, wie oben für die erste Ausführungsform beschrieben. Dessen Beabstandung von der Schlitzantenne beträgt vorzugsweise weniger als R der Wellenlänge der von der Antenne verwendeten Strahlungsfrequenz.

Die Außenoberfläche der Isoliereinkapselung 23 wird durch eine leitende Schicht 101 abgedeckt, um die Strahlung in Richtung der Lampenachse zu begrenzen.

8 veranschaulicht die Konstruktion des abgestimmten Resonators. Eine Metallfolie 25 ist an einer Isolierplatte 25a (in 8 nicht zu sehen, welche eine Vorderansicht darstellt) mit Ausnahme des Schlitzbereiches 26, an dem keine Folie ist, angebracht. Der Resonator dient daher als eine Schlitzantenne und ist abgestimmt, um eine starke Reflektion bei Sendefrequenz auszugeben. Als Alternative könnte ein Isoliermaterial vom Schlitzbereich 26 zur Erstellung eines Hohlraums entfernt werden. Dies würde einen Resonator mit einem höheren „Q" mit genauerer Abstimmung als in der vorherigen Anordnung ergeben.

In den oben dargelegten Ausführungsformen sind die zur Verbindung der Antennen mit den Sendern verwendeten koaxialen Leitungen unsymmetrische Leitungen. Die oben beschriebenen Antennen würden dazu tendieren, als eine symmetrische Last zu dienen und die oben beschriebenen Anordnungen sollten daher, wo es nötig ist, das Einsetzen eines Symmetrieübertragers oder Baluns zwischen die koaxialen Leitungen und die Antenne umfassen.

Die oben beschriebenen Anordnungen sind für die Anwendung in Motorfahrzeugen und etwas größeren Fahrzeugen geeignet. Das Antennensystem könnte jedoch auch an große Transportfahrzeuge, einschließlich Gelenktransportfahrzeuge, bestehend aus einem Zugfahrzeug und einem angekuppelten Anhänger, angepasst werden. Während die Antenne(n) in der Lampeneinheit (den Lampeneinheiten), wie oben beschrieben, befestigt werden würde(n), könnten die Verbindung der Antenne und die Konfiguration des Systems einige Anpassungen aufgrund der größeren, auftretenden Abstände benötigen. In diesen Fällen würde beispielsweise die Brems-Lampeneinheit wahrscheinlich an dem höchsten Punkt des Lastkraftwagens oder Anhängers befestigt werden.

Diese Anordnung würde ein hinteres koaxiales Verbindungskabel von beträchtlicher Länge benötigen und dies würde zu einer erheblichen Abschwächung des von der Rückseite des Fahrzeugs ausgestrahlten Signals führen. In diesen Anwendungen würde die Lampeneinheit einen Funkfrequenzverstärker zur Aufrechterhaltung der ausgestrahlten Signalstärke umfassen. Der Verstärker würde seine Leistung von der Niederspannungs-Gleichstromversorgung des Fahrzeugs erhalten und, durch Verwendung der entsprechenden Funkfrequenzfilter, könnte die Gleichstromversorgung zum Verstärker über das koaxiale Verbindungssystem geleitet werden.

Die allgemeine Anordnung für ein großes Transportfahrzeugssystem ist in 9 veranschaulicht.

Die vordere Scheinwerferantenne 4 ist mit der Abzweigungs-Einheit 3, in der zuvor beschriebenen Weise, über ein koaxiales Kabel 6 verbunden. Das zweite koaxiale Kabel 30 führt zu einer hinteren Bremslichtanordnung des Fahrzeugs 33, welche den Verstärker umfasst, um die Abschwächung des gesendeten Signals entlang des Kabels 30 zu kompensieren.

Das folgende Kriterium sollte in dieser Modifikation des Originalsystems angewendet werden: Die Leitungen 6 und 30 sollten eine solche Länge aufweisen, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches an Halbwellenlängen des Betriebssignals innerhalb des Sendeleitungen umfassen. Diese Anforderung, welche im GB-Patent Nr. 2.341.504 beschrieben ist, stellt sicher, dass eine Antenne weiter arbeiten würde, wenn das koaxiale Kabel zu einer der Antennen an der Lampenanordnung durchgeschnitten wäre.

10 stellt die Anordnung für ein Gelenkfahrzeug, bestehend aus einem Zugfahrzeug mit einem angekuppelten Anhänger, dar.

Die Antenne des vorderen Scheinwerfers ist mit der Abzweigungs-Einheit 3 über ein koaxiales Kabel 6 verbunden. Das zweite koaxiale Kabel 31 führt zu einer koaxialen Verbindungsleitung 27 zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger des Gelenkfahrzeugs. Das koaxiale Kabel 32 ist entlang des Anhängers zur Rücklichtanordnung und zur Verstärkereinheit 33 geführt.

Das folgende Kriterium sollte in dieser Modifikation des Originalsystems angewendet werden:



Die Leitungen 6 und 30 sollten eine solche Länge aufweisen, dass sie ein ganzzahliges Vielfaches an Halbwellenlängen des Betriebssignals innerhalb des Sendeleitungen aufweisen. Diese Anforderung, welche im GB-Patent Nr. 2.341.504 beschrieben ist, stellt sicher, dass die vordere Scheinwerferantenne weiter arbeiten würde, wenn die Verbindung zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger an einem Punkt 27 unterbrochen wäre, um das Zugfahrzeug ohne seinen dazugehörigen Anhänger zu bewegen.

Das koaxiale Kabel 32 zwischen dem Verbinder 27 und der Rücklichtanordnung sollte eine ganzzahliges Vielfaches an Halbwellenlängen des Betriebssignals enthalten, um sicherzustellen, dass die Scheinwerferantenne weiter arbeiten wird, wenn das koaxiale Kabel an der Bremslichtanordnung getrennt wird.

Die koaxiale Kabelverbindungsleitung zwischen dem Zugfahrzeug und dem Anhänger sollte Teil eines mehrfachen Verbinders sein, der die Leistungsversorgung für den Anhänger bereitstellt. Diese Anordnung wird sicherstellen, dass ein Unterbrechen der Antennenverbindung nicht möglich ist, ohne dabei alle Anhängererstromversorgungen zu unterbrechen.

Beide oben beschriebenen Anordnungen werden zu einer Zeitverzögerung zwischen den von der vorderen und hinteren Antenne ausgestrahlten Signalen führen. Aufgrund der auftretenden Kabellängen ist die Zeitverzögerung sehr kurz. Es ist zwar unwahrscheinlich, aber wenn die Verzögerung doch Probleme beim Senden auf einem zellularem Netz verursacht, dann können die Kabel von der Abzweigungs-Einheit zu beiden Antennen in der Länge aneinander angeglichen werden, wobei sowohl für die vordere als auch die hintere Antenne dann eine geeignete Verstärkung nötig wäre.

In allen oben erwähnten Ausführungsformen werden Schlitzantennen verwendet. Im Allgemeinen umfasst eine Schlitzantenne einen in eine (vorzugsweise rechteckige) leitende Platte geschnittenen Schlitz. Üblicherweise ist der den Schlitz (welcher ein leerer oder ein mit nichtleitendem Material gefüllter Hohlraum ist) umgebende leitende Bereich größenordnungsmäßig zehnmal so groß wie der Bereich des Schlitzes. Damit eine vertikal polarisierte Strahlung erzeugt werden kann, sollte die Antenne mit dem Schlitz in einer im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung positioniert sein.


Anspruch[de]
Lampeneinheit für ein Fahrzeug, umfassend einen gekrümmten, optischen Reflektor (14) mit einer konvexen Seite und einer konkaven Seite zum Reflektieren von Licht aus der Lampeneinheit, eine Lichtquelle (50), die angrenzend an die konkave Seite des optischen Reflektors (14) angeordnet ist, und eine Schlitzantenne (9, 8), die der konvexen Seite des optischen Reflektors gegenüberliegend angeordnet ist, zum Senden und/oder Empfangen von Funkwellen, wobei die konkave Seite des optischen Relektiors Abschnitte aus elektrisch leitendem Material (60) zum Reflektieren von Licht aus der Lampeneinheit umfasst, welche Abschnitte aus elektrisch leitendem Material (60) voneinander elektrisch isoliert sind, um so die Induktion von elektrischen Strömen im Reflektor (14) zu begrenzen, wobei der optische Reflektor (14) ferner ein elektrisch nichtleitendes Material zum Tragen oder Zusammenhalten der Abschnitte (60) aus elektrisch leitendem Material umfasst. Lampeneinheit nach Anspruch 1, worin der Reflektor eine Schicht aus Metall-Lack umfasst, welcher metallische Partikel in einem elektrisch nichtleitenden Bindemittel enthält. Lampeneinheit nach Anspruch 1, worin das elektrisch nichtleitende Material die Form eines Substrats aufweist und die Abschnitte aus elektrisch leitendem Material eine Vielzahl an auf dem Substrat befestigten Platten aus elektrisch leitendem Material sind. Lampeneinheit nach Anspruch 3, worin die Platten in einer Matrix angeordnet sind oder worin die Platten in Form von länglichen, parallel zur Längsausdehnung des Antennenschlitzes angeordneten Streifen sind, um dadurch die Streifen normal zum E-Vektor der gesendeten oder empfangenen Strahlung zu halten. Lampeneinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Lampeneinheit ein Gehäuse zum Einkapseln der Lichtquelle, des optischen Reflektors und der Schlitzantenne umfasst, welches an einem der konkaven Seite des optischen Reflektors gegenüberliegenden Ende ein Fenster aufweist, so dass das durch den optischen Reflektor reflektierte Licht durch das Fenster austreten kann. Lampeneinheit nach Anspruch 5, worin die Außenwände des Gehäuses aus einem nichtleitenden Material gebildet sind. Lampeneinheit nach Anspruch 6, worin die Außenoberflächen der Wände mit einem leitenden Material beschichtet sind. Lampeneinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die leitenden Kabel der Einheit im Wesentlichen vollständig in der Ebene, in der die Längsachse des Schlitzes der Schlitzantenne liegt, oder in einer dazu parallelen Ebene liegen. Lampeneinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Kabel zum Versorgen der Lichtquelle mit Elektrizität mit Drosselspulen vesehen sind. Lampeneinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Schlitzantenne ein koaxiales Speisekabel aufweist, dessen Mittelleiter mit einer Längskante des Schlitzes der Antenne verbunden ist und dessen Schirmleiter mit der anderen Längskante des der ersten Verbindung gegenüberliegenden Schlitzes verbunden ist, wobei die Verbindungspunkte so gewählt sind, dass die Speiseleitung bei der Betriebsfrequenz der Antenne nicht resonant und an die Impedanz der Antenne angepasst ist. Lampeneinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiters umfassend ein Funkwellen-Reflektorelement, das an der Seite der Schlitzantenne angrenzend angeordnet ist, welche von der konvexen Seite des optischen Reflektors weg zeigt. Lampeneinheit nach Anspruch 11, worin das Funkwellen-Reflektorelement eine leitende Platte ist, die im Wesentlichen parallel zur Ebene der Schlitzantenne liegt und von der Schlitzantenne durch einen Abstand von ungefähr einem Viertel der Wellenlänge der Resonanzfrequenz der Schlitzantenne beabstandet ist. Lampeneinheit nach Anspruch 11, worin das Funkwellen-Reflektorelement ein Resonator in Form einer leitenden Platte mit einem darin befindlichen Schlitz ist, wobei der Resonator zum Schwingen auf eine Frequenz eingestellt ist, die um nicht mehr als 20% von der Resonanzfrequenz der Schlitzantenne abweicht. Fahrzeugverfolgungssystem, umfassend eine Lampeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, worin das Fahrzeugverfolgungssystem ein Mittel zum Bestimmen der Position des Fahrzeuges mithilfe von Funkwellen, ein Mittel zum Erzeugen von auf den empfangenen Funkwellen basierenden Fahrzeugpositions-Datensignalen und ein Mittel zum Veranlassen der Schlitzantenne zur Übermittlung der Fahrzeugpositions-Datensignale an eine Basisverfolgungsstation umfasst.






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