Antennenstruktur für ein Fahrzeug Die Erfindung betrifft eine Antennenstruktur für ein Fahrzeug. Die Antennenstruktur weist eine elektrisch leitende Struktur auf, die auf zwei rechtwinklig zueinander angeordneten und sich kreuzenden isolierenden Substratplatten angeordnet ist. Auf der elektrisch leitenden Struktur ist jeweils ein Dipol vorgesehen. Die Dipole bilden jeweils eine erste U- förmige Dipolstruktur auf beiden Substratplatten. Die Dipolstruktur weist auf einem oberen Randbereich der Substratplatte jeweils ein Leitungselement und auf Seitenbereichen der Substratplatte elektrisch leitende Schenkel auf.

Eine derartige Antennenstruktur ist aus der Druckschrift US 6,329,954 Bl für eine Kombinationsantenne für Satelliten und terrestrischen Empfang bekannt. Die bekannte Antennenstruktur schließt einen Kreuzdipol zum Empfangen eines zirku- lar polarisierten Satellitensignals und eine Mehrzahl von Mo ^¬ nopolen zum Empfangen linear polarisierter terrestrischer Signale ein. Die Monopole sind dazu symmetrisch um den Kreuz ^¬ dipol angeordnet. Ein Nachteil der bekannten Antennenstruktur liegt darin, dass für die Monopolantenne und für die Kreuzdi- polantenne getrennte Einspeisungspunkte vorzusehen sind, wo ^¬ mit ein erheblicher Raumbedarf und zusätzliche Kosten verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Integration von MIMO- Antennen (Multiple In and Multiple Out - Antennen) für einen Wimax-Datendienst vorzusehen, der raumsparend und kostengüns ^¬ tig in bestehende Antennenstrukturen integrierbar ist. Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ans ^¬ prüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Erfindungsgemäß wird eine Antennenstruktur für ein Fahrzeug geschaffen. Die Antennenstruktur weist eine elektrisch leitende Struktur auf, die auf zwei rechtwinklig zueinander angeordneten und sich kreuzenden isolierenden Substratplatten angeordnet ist. Auf der elektrisch leitenden Struktur ist je- weils ein Dipol vorgesehen. Die Dipole bilden jeweils eine erste U-förmige Dipolstruktur auf beiden Substratplatten. Die Dipolstruktur weist auf einem oberen Randbereich einer jeweiligen Substratplatte ein Leitungselement und auf Seitenberei ^¬ chen der Substratplatte elektrisch leitende Schenkel auf. Die elektrisch leitende Struktur weist jeweils einen asymmetrisch zu der Dipolstruktur angeordneten Monopol zum jeweiligen Einspeisen des Dipols auf.

Mit dieser Antennenstruktur können über den Monopol und damit über einen einzigen Einspeisepunkt pro Substratplatte sowohl der Monopol als auch der Dipol versorgt werden. Durch die zu ^¬ einander rechtwinklig angeordneten Dipole der beiden Substratplatten wird eine Entkopplung der beiden Dipole erreicht, so dass sich ein Mehrantennensystem ergibt. Außerdem werden die Signale in die Dipole nicht zentral und symmetrisch ein ^¬ gekoppelt, sondern asymmetrisch dadurch, dass der Monopol in einem elektromagnetisch koppelnden Abstand zu einem der

Schenkel bzw. dem Ende der Dipole angeordnet ist. Dabei kön ^¬ nen die sich kreuzenden Substratplatten insbesondere bei ei- ner Installation bzw. einem Einbau am Fahrzeug vertikal aus ^¬ gerichtet und in einem Außenbereich des Fahrzeugs angeordnet sein . Mit einer derartigen, mit sich kreuzenden Dipolen versehenen Antennenstruktur können je nach Auslegung des Leitungselements am oberen Rand der Substratplatten und der Auslegung der Schenkel auf den Seitenbereichen der Substratplatten die unterschiedlichen Frequenzbänder der so genannten Wimax-

Datendienste zwischen 2,3 GHz < fl < 2,7 GHz oder der Wimax- Datendienste der USA mit Frequenzen fl zwischen

2,496 GHz < fl < 2,7 GHz oder der europaweiten Wimax- Datendienste zwischen 3,3 GHz < fl < 3,8 GHz bedient werden.

Der ankoppelnde Monopol kann in einer weiteren Ausführungs ^¬ form der Erfindung derart gestaltet werden, dass er einen In- terfahrzeug-Informationsaustauschdienst bzw. "car-to car"- Dienst mit Frequenzen f2 zwischen 5,875 GHz < f2 < 5,925 GHz bedient und gleichzeitig die Ankopplung an die Dipolstruktur gewährleistet .

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Monopol eine Ellipsenfläche auf, deren Längserstreckung eine untere Frequenzgrenze von 5,875 GHz mitbestimmt und deren

Quererstreckung eine obere Frequenzgrenze von 5, 925 GHz für den Interfahrzeug-Informationsaustauschdienst definiert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind jeweils zweite U-förmige Dipolstrukturen für ein höheres Frequenzband als die erste Dipolstruktur auf den sich kreuzenden Substratplatten angeordnet. Dazu sind die Dimensionen der zweiten Dipolstrukturen kleiner als die Dimensionen der ersten Dipolstrukturen .

Eine oben erwähnte zweite U-förmige Dipolstruktur kann in ei ^¬ nem elektromagnetisch ankoppelnden Abstand zu der ersten Dipolstruktur angeordnet sein. Andererseits ist es auch mög ^¬ lich, die zweite U-förmige Dipolstruktur in einem elektromag- netisch ankoppelnden Abstand zu dem Monopol anzuordnen. Damit ist der Vorteil verbunden, dass das höhere Frequenzband für den Interfahrzeug-Informationsaustauschdienst den Raumbedarf der Antennenstruktur nicht vergrößert, jedoch weitere Dienste in das Mehrantennensystem integriert.

Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Monopole der Substrat ^¬ platten über eine induktive Ankopplungsschleife oder ein An ^¬ passungsnetzwerk aus Leitungselementen mit entsprechenden Einspeisepunkten auf der jeweiligen Substratplatte elektrisch in Verbindung stehen.

Um diese Strukturen optimal auf kleinstem Raum zu realisie ^¬ ren, weist eine erste der (vertikal angeordneten) Substrat- platten einen mittleren (vertikalen) Spalt auf, in dem die zweite kreuzende Substratplatte angeordnet ist. Anders aus ^¬ gedrückt, bei einer möglichen vertikalen Ausrichtung der ersten Substratplatte verläuft auch der mittlere Spalt in verti ^¬ kaler Richtung, so dass die zweite Substratplatte auch verti- kal ausgerichtet in der ersten Substratplatte angeordnet wer ^¬ den kann. Die zweite kreuzende Substratplatte weist ihrer ^¬ seits in einem oberen Rand eine spaltförmige Aussparung auf, in welcher der obere Rand der ersten Substratplatte angeord ^¬ net ist. Das Leitungselement im oberen Randbereich der beiden sich kreuzenden Substratplatten ist entsprechend an die Aussparung der zweiten Substratplatte angepasst, während das Leitungselement im oberen Randbereich der ersten Substratplatte geradlinig vorgesehen werden kann. Weiterhin ist es vorgesehen, in den unteren Randbereichen der sich kreuzenden Substratplatten Lotanschlussflächen anzubringen, mit denen diese Substratplatten auf einer horizontalen Bestückungsplatine oberflächenmontierbar sind. Eine derartige Antennenstruktur kann für Straßenfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Schienenfahrzeuge und Luftfahrzeuge einge ^¬ setzt werden. Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert .

Figuren 1A und 1B zeigen eine schematische perspektivische

Ansicht einer Antennenstruktur gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht ei ^¬ ner Substratplatte mit einer Antennenstruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht ei ^¬ ner Substratplatte mit einer Antennenstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; Figur 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht ei ^¬ ner Substratplatte mit einer Antennenstruktur gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Die in den Figuren 1 gezeigte Antennenstruktur 1 weist eine Mehrfachantenne aus zwei gekreuzten Dipolen auf. Die gekreuz ^¬ ten Dipole 8 und 9 sind durch eine leitende Struktur 5 auf sich rechtwinklig kreuzenden isolierenden Substratplatten 6 bzw. 7 aufgebracht, wobei in Figur 1A die Substratplatte 6 mit ihrer leitenden Struktur 5 zu sehen ist und in Figur 1B die Substratplatte 6 um 90° um die Achse Z gedreht gegenüber Figur 1A angeordnet ist, so dass nun auch die leitende Struk ^¬ tur 5 der zweiten Substratplatte 7 zu sehen ist. Die Dipole 8 und 9 sind nahezu gleich strukturiert, wobei ei ^¬ ne erste U-förmige Dipolstruktur 10 auf der Substratplatte 6 in Figur 1A zu sehen ist. Die U-förmige Dipolstruktur 10 weist in einem oberen Randbereich ein Leitungselement 27 auf, das an den Seitenbereichen 14 und 15 in elektrisch leitende Schenkel 12 und 13 übergeht. Das Leitungselement 27 folgt der Kontur des oberen Randbereiches 11, der eine zentrale Ausspa ^¬ rung 23 aufweist, um die rechtwinklige Anordnung der Subs ^¬ tratplatten 6 und 7 zu ermöglichen, ohne dass die beiden Di- pole galvanisch verbunden sind. Der Dipol 8 der Substratplat ^¬ te 6 wird nicht symmetrisch über eine zentrale Achse ver ^¬ sorgt, sondern asymmetrisch durch einen Monopol 16, der entlang einem Kopplungsbereich 28 in einem elektromagnetisch ankoppelnden Abstand a zu dem Schenkel 13 bzw. Ende des Dipols 8 angeordnet ist. Der Monopol 16 ist seinerseits über eine

Ankopplungsschleife 18 mit einem Einspeisepunkt 19 elektrisch verbunden .

Die leitende Struktur 5 der zweiten Substratplatte 7 ist in Figur 1B zu sehen und weist die gleiche Struktur wie die

Substratplatte 6 von Figur 1A auf. Auch hier ist ein Dipol 9 entsprechend dem Dipol 8 realisiert, der die U-förmige Dipol ^¬ struktur 10 der Figur 1A aufweist. Lediglich im oberen Randbereich 11 ist ein geradlinig ausgerichtetes Leitungselement 27 angeordnet, während das Leitungselement 27 des ersten Di ^¬ pols 8 auf der ersten Substratplatte 6 eine Kontur aufweist, die dem oberen Randbereich der Substratplatte 6 angepasst ist . In der zweiten Substratplatte 7 ist ein zentraler Spalt 21 vorgesehen, in welchem die erste Substratplatte 6 eingescho ^¬ ben ist, um die beiden Substratplatten 6 und 7 und damit die Dipole 8 und 9 in einem rechten Winkel zueinander anzuordnen. Durch diese rechtwinklige Anordnung sind die beiden Dipole nicht miteinander gekoppelt, so dass der zweite Dipol 9 über eine separate Einspeisungsstruktur mit einem angekoppelten Monopol 16 in einem elektromagnetisch ankoppelnden Abstand a von dem Schenkel 13 des Dipols 9 versorgt werden kann.

Die beiden Substratplatten 6 und 7 weisen somit gleiche leitende Strukturen 5 auf, wobei die Substratplatte 7 einen zu ^¬ sätzlichen Einspeisepunkt 20 aufweist, der wiederum über eine Ankopplungsschleife 18 den Monopol 16 und damit auch den Di- pol 9 versorgt. Außerdem ist in Figur 1B eine Lotanschluss ^¬ fläche 25 im unteren Randbereich 24 angeordnet, mit dem der Kreuzdipol, wie ihn Figur 1 zeigt, auf einer horizontalen Leiterplatte fixiert werden kann. Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Substratplatte 7 mit einer Antennenstruktur 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Da die erste Substratplatte 6 und die zweite Substratplatte 7, bis auf das im obe ^¬ ren Randbereich 11 angeordnete Leitungselement 27 der Dipole 8 und 9, gleiche elektrisch leitende Strukturen 5 aufweisen, ist die erste Substratplatte 6 in den nachfolgenden Figuren 2 bis 4 für die weiteren Ausführungsformen der Erfindung weggelassen. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in Figur 1 werden in den Figuren 2 bis 4 mit gleichen Bezugszeichen ge- kennzeichnet und nicht extra erörtert.

Der Unterschied zu dem Kreuzdipol in Figur 1 besteht darin, dass bei der in Figur 2 gezeigten leitenden Struktur 5 eine weitere zweite U-förmige Dipolstruktur 17 angeordnet ist, die in dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung mit der ersten U-förmigen Dipolstruktur 11 über einen elektromagnetisch ankoppelnden Abstand b zwischen den Dipolstrukturen 10 und 17 angeordnet ist. Die zweite U-förmige Dipolstruktur 17 ist für ein höheres Frequenzband ausgelegt als die erste Dipolstruk- tur 10. Dementsprechend sind sowohl das Leitungselement 27 und die Schenkel 13 und 14 entsprechend kürzer dimensioniert.

Während die erste Dipolstruktur 10 für die Übertragung von Wimax-Datendiensten in einem Frequenzbereich zwischen 2,3 GHz und 2,7 GHz bzw. für einen Europaweiten Wimax-Datendienst zwischen 3,3 GHz und 3,8 GHz vorgesehen ist, können mit der zweiten U-förmigen Dipolstruktur 17 ein Frequenzband zwischen 5,875 GHz und 5,925 GHz vorgesehen werden und damit Inter- fahrzeug-Informationsaustauschdienste übertragen werden. Die ^¬ se Interfahrzeug-Informationsaustauschdienste sollen sicher ^¬ heitsrelevante Informationen von Fahrzeug zu Fahrzeug im Straßenverkehr übertragen, um somit vor Staubereichen oder Witterungsbedingungen zu warnen und diese entsprechend in je- dem der angeschlossenen Fahrzeuge akustisch oder visuell anzuzeigen .

Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Substratplatte 7 (auch stellvertretend für eine korrespondie- rende Substratplatte 6) mit einer Antennenstruktur 3 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die dritte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform der Erfindung dadurch, dass die zweite U- förmige Dipolstruktur 17 nicht an die erste Dipolstruktur 10 angekoppelt ist, sondern in einem elektromagnetisch ankoppelnden Abstand bl zu dem Monopol 16 angeordnet ist und somit von diesem Monopol mit versorgt werden kann.

Figur 4 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Substratplatte 7 (wiederum auch stellvertretend für eine kor ^¬ respondierende Substratplatte 6) mit einer Antennenstruktur 4 gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen dadurch, dass der Monopol selbst nun das höhe- re Frequenzband für einen Interfahrzeug-Informationsaustausch bedient, indem die Monopolantenne entsprechend angepasst strukturiert ist. Dabei wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Monopolantenne durch eine elliptische Fläche dargestellt, welche mit ihrer Quererstreckung eine obere Fre ^¬ quenzgrenze definiert und mit ihrer Längserstreckung ein ^¬ schließlich der induktiven Verlängerung durch die Ankopp- lungsschleife 18 eine untere Frequenzgrenze definiert. Somit kann über einen einzigen Einspeisepunkt 20 sowohl das Fahrzeug mit einem Wimax-Datendienst verbunden sein als auch mit einem Interfahrzeug-Informationsaustauschdienst zusammen ^¬ wirken. Somit kann mit Hilfe der asymmetrischen Ansteuerung des Kreuzdipols eine Reihe von Varianten eines Mehrantennen- Systems bereitgestellt werden, das äußerst flexibel und kos ^¬ tengünstig strukturiert werden kann.

Offenbart ist eine Antennenstruktur für ein Fahrzeug aufwei ^¬ send elektrisch leitende Strukturen 5, die auf zwei sich rechtwinklig zueinander kreuzende und senkrecht auf einem unteren Einspeisebereich stehenden, isolierenden Substratplatten 6, 7 angeordnet sind; mindestens zwei Dipole 8, 9 als elektrisch leitende Strukturen, wobei erstens die zwei Dipole 8, 9 jeweils eine U-förmige Dipolstruktur 10 auf den Subs- tratplatten 6, 7 bilden, und zweitens wobei die U-förmige Di ^¬ polstruktur 10 auf einem oberen Randbereich 11 der Substratplatte 6, 7 ein Leitungselement 27 und auf Seitenbereichen 14, 15 der Substratplatte 6, 7 elektrisch leitende Schenkel 12, 13 aufweist, die mit dem Leitungselement in Kontakt ste- hen. Insbesondere können dabei die elektrisch leitenden

Strukturen 5 jeweils in einem elektromagnetisch ankoppelnden Abstand a zu einem der Schenkel 12, 13 der U-förmigen Dipol ^¬ struktur 10 einen asymmetrisch zu der Dipolstruktur 10 angeordneten Monopol aufweisen. Bezugs zeichenliste

1 Antennenstruktur (1. Ausführungsform)

2 Antennenstruktur (2. Ausführungsform)

3 Antennenstruktur (3. Ausführungsform)

4 Antennenstruktur (4. Ausführungsform)

5 leitende Struktur

6 Substratplatte

7 Substratplatte

8 Dipol

9 Dipol

10 erste U-förmige Dipolstruktur

11 oberer Randbereich

12 Schenkel

13 Schenkel

14 Seitenbereich

15 Seitenbereich

16 Monopol

17 zweite U-förmige Dipolstruktur

18 Ankopplungsschleife

19 Einspeisepunkt

20 Einspeisepunkt

21 Spalt

22 oberer Rand der zweiten Platte

23 spaltförmige Aussparung

24 unterer Randbereich

25 Lotanschlussfläche

26 Ellipsenfläche

27 Leitungselement

28 Kopplungsbereich a elektromagnetisch ankoppelnder Abstand von Monopol zu erster Dipolstruktur b elektromagnetisch ankoppelnder Abstand von erster zu zweiter Dipolstruktur

b' elektromagnetisch ankoppelnder Abstand von zweiter Dipolstruktur zu Monopol

d Quererstreckung einer Ellipsenfläche

1 Längserstreckung einer Ellipsenfläche