DE4032013A1 - Antennenvorrichtung zur gemeinsamen benutzung fuer drei frequenzbereiche - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antennenvorrichtung mit einer einzigen Antenne, die gleichzeitig als Antenne für einen Rundfunkempfänger im AM und FM Band sowie als Antenne für ein Mobilfunk-Autotelefon dient. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Antennenvorrichtung mit einer kollinearen Gruppenantenne mit Halbwellendipolantennen, die für Mobilfunkempfänger geeignet sind und in zwei Stufen übereinander angeordnet sind. Diese Antennenart kann für in einem Fahrzeug eingebaute Radioempfänger und Mobiltelefone verwendet werden und gestattet dabei ein effizientes Empfangen von AM und FM Radiosignalen sowie das Senden und Empfangen eines Mobiltelefonsignals.

Üblicherweise werden AM/FM Radioempfänger mit einer 1 bis 1,4 m langen Stabantenne verwendet, wobei die Stabantenne teleskopartig ausgebildet ist und z. B. auf dem Dach des Autos befestigt ist. Ein 75 oder 50 Ohm Koaxialkabel ist mit der Basis der Stabantenne verbunden. Die AM und FM Radiosignale werden über ein Koaxialkabel dem AM/FM Radioempfänger zugeführt, welcher unabhängig von der Antenne im Wageninneren an der Konsole befestigt ist. Autotelefone, die heute weit verbreitet sind, haben eine zweistufige kollineare Gruppenantenne. Diese Antennenart wird durch Übereinandersetzen von für Mobiltelefonsignale geeigneten Halbwellendipolantennen gebildet, wobei die Antennen z. B. auf der Motorhaube des Autos befestigt sind. Ein 75 oder 50 Ohm Koaxialkabel verbindet die Basis der kollinaren Gruppenantenne mit dem im Wageninneren angeordneten Telefonsender-/Empfänger und ermöglicht diesen dadurch das Übertragen und Empfangen von Telefonsignalen.

Wie oben ausgeführt, hat ein Fahrzeug, welches mit einem AM/FM Funkempfänger und einem Telefon ausgestattet ist, üblicherweise sowohl eine Stabantenne als auch eine zweistufige kollineare Gruppenantenne. Das Befestigen von einer Vielzahl von Antennen auf einem Fahrzeug ist aus Gründen der Verschlechterung des Fahrzeugdesigns sowie dem Auftreten von Zischgeräuschen während der Fahrt unerwünscht. Natürlich sind auch eine Vielzahl von aus den der Karrosserie hervortetenden Antennen gefährlicher als eine einzelne Antenne. Zur Reduzierung der Antennenanzahl kann eine Stabantenne für AM/FM Funk, die eine Länge von einem Meter aufweist, so konstruiert werden, daß sie auch die Antennenfunktion für das Telefon mitübernimmt. Es sei angemerkt, daß eine Länge von 1 m der Stabantenne etwa mit einem Viertel der Wellenlänge von FM Funk übereinstimmt und dazu geeignet ist, einen hohen Antennengewinn für FM Rundfunksignale durch Resonanz zu erreichen. Die aus der Fahrzeugkarrosserie hervortretende Antenne sollte so kurz wie möglich sein, um wie oben erwähnt, dem Fahrzeug eine attraktive Erscheinung zu verleihen, Zwischengeräusche zu redzieren und das Anschlagen oder Berühren mit einer Garage, Konstruktionen auf der Fahrbahn usw. zu vermeiden. Eine Lösungsmöglichkeit ist es daher, die zweistufige, kollineare Gruppenantenne sowohl als Antenne für das Telefon als auch als Antenne für den AM/FM Rundfunkempfänger zu verwenden. Diese Antenne ist jedoch nur etwa 40 cm lang, erreicht daher keine Resonanz von FM Rundfunksignalen und ist wegen des geringen Antennengewinns nicht als FM Antenne geeignet. Eine solche Antenne ist auch nicht geeignet, AM Rundfunksignale zu empfangen, da die zu empfangende Signalstärke um so kleiner ist je kleiner die Antennenlänge ist. Es ist daher ungünstig, eine kollineare Gruppenantenne mit der herkömmlichen Struktur für Autotelefone und AM/FM Empfänger zu verwenden.

Die zweistufige kollineare Gruppenantenne und das Koaxialkabel müssen so angepaßt sein, daß das über die Antenne ankommende Telefonsignal effizient dem Telefonempfängerteil zugeführt werden kann und das Telefonsignal von der Antenne effizient abgestrahlt werden kann. Zu diesem Zweck wurde eine Speiseanordnung vorgeschlagen, bei der die Basis der kollinearen Gruppenantenne in das Innere des Fahrzeugs verlängert wird und die an einer Stelle sitzt, wo die Antenne an das mit ihr elektrisch verbundene Koaxialkabel angepaßt werden kann. Ist jedoch die Trägerfrequenz in der Größenordnung von 870 bis 940 MHz wie es für Telefonsignale der Fall ist, ist die Wellenlänge verhältnismäßig klein. Weicht jedoch die Stelle wo die Antenne elektrisch mit dem Koaxialkabel verbunden ist, auch nur leicht ab, so ist diese Abweichung kritisch, wenn sie in die Größenordnung der Wellenlänge kommt und die gewünschte Anpassung wird verhindert. Es ist daher wünschenswert, daß die Stelle des Speisepunkts zum Zeitpunkt der Produktion eingestellt werden kann.

Das US-Patent 44 47 629 gibt eine Anordnung an, bei der die Rolle der Antenne für AM/FM Funkempfang und die der Antenne für Mobiltelefonempfang von einer einzigen Antenne gespielt wird. Bei dieser Anordnung ist es außerdem möglich, den Speisepunkt, welcher an der Basis der einzelnen Antenne liegt, einzustellen und dabei die Eingangs-/Ausgangsimpedanz einzustellen. Der Nachteil einer solchen Implementierung ist der, daß sich ein Stummel (stub, balun) mit einer Länge von ungefähr einem Viertel der Wellenlänge sich merklich von dem Speisepunkt in das Wageninnere erstreckt. Darüberhinaus wurden keine Betrachtungen zu dem Abfall der Signalstärke der empfangenden FM Rundfunksignale, welcher auf die kurze Antenne zurückzuführen ist, angestellt.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine gemeinsame Antennenvorrichtung zu schaffen, welche in der Lage ist, AM und FM Rundfunksignale zufriedenstellend zu empfangen und Mobiltelefonsignale zu übertragen und zu empfangen unter Verwendung einer einzigen zweistufigen kollinearen Gruppenantenne, die verhältnismäßig kurz und von einer Gruppe von Halbwellendipolantennen, die für Telefonsignale geeignet sind, gebildet wird.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine gemeinsame Antennenvorrichtung zu schaffen, die einen Feldeffekttransistor für die Umwandlung der Ausgangsimpedanz für ein AM Rundfunksignal, welches von einer einzelnen kurzen zweistufigen kollinearen Gruppenantenne empfangen wird benützt.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antennenvorrichtung, die von drei verschiedenen Wellenbereichen benützt wird zu schaffen, und die es zuläßt, die Eingangs/Ausgangsimpedanz für ein Mobilfunksignal, welches von einer zweistufigen kollinearen Gruppenantenne übertragen und empfangen wird, anzupassen und darüberhinaus nicht merklich in die Fahrgastkabine ragt.

Eine Antennenvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die es einem AM/FM Funkempfänger erlaubt AM und FM Rundfunksignale zu empfangen, und die einem Mobilfunkempfänger das Senden und Empfangen von Telefonsignalen erlaubt, umfaßt eine einzelne zweistufige kollineare Gruppenantenne, die Halbwellendipolantennen enthält, welche für Telefonsignale geeignet sind, und die in zwei Stufen angeordnet sind, und die weiter ein erstes Koaxialkabel umfaßt für die Zuführung von AM und FM Rundfunksignalen, die von der Antenne empfangen wurden, zu dem AM/FM Funkempfänger und ein zweites Koaxialkabel umfaßt um die von der Antenne empfangenen Telefonsignale einem Mobiltelefon zuzuführen und die Telefonsignale, die von dem Mobiltelefon ausgegeben werden, der Antenne zuzuführen, die weiterhin einen ersten Anpassungsschaltkreis umfaßt, welcher zwischen die Basis der Antenne und das erste Koaxialkabel geschaltet ist, um die Antenne an das erste Koaxialkabel anzupassen, wenn ein AM Rundfunksignal empfangen wird und einen zweiten Anpassungsschaltkreis enthält, um die Antenne und das erste Koaxialkabel anzupassen, wenn ein FM Rundfunksignal empfangen wird. Der erste und zweite Anpassungsschaltkreis führt seine Ausgangssignale dem AM/FM Rundfunkempfänger über das erste Koaxialkabel zu.

Anhand der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gegeben wird, werden die oben genannten Ziele und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung deutlich. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild welches die gemeinsame Antennenvorrichtung der vorliegenden Erfindung schematisch wiedergibt;

Fig. 2 einen Schaltplan, einer speziellen Konstruktion des beschriebenen Ausführungsbeispiels;

Fig. 3a-3c Blockschaltbilder von speziellen Anordnungen, die das Vergleichen der Leistungsfähigkeiten der beschriebenen Ausführungsform mit herkömmlichen Ausführungsformen über Hörtests ermöglicht;

Fig. 4a-4d Blockschaltbilder einer Methode für die Messung des Träger-Rausch-Verhältnisses;

Fig. 5 einen Vertikalschnitt, der eine spezielle Konstruktion des Speisungsteiles, wie er in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wird, wiedergibt;

Fig. 6 einen vergrößerten Teilausschnitt des Speisungsteils;

Fig. 7a-7c anschauliche Bilder zum Verständnis der elektrischen Eigenschaften der Antennenvorrichtung von Fig. 5 bei Mobilfunksignalen; und

Fig. 8 einen Graphen, welcher den Wechsel in der Standwellencharakteristik aufgrund der Einstellung des Speisepunkts verdeutlicht.

Fig. 1 zeigt eine Antennenvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die eine zweistufige kollineare Gruppenantenne 10 enthält. Die Antenne 10 weist Dipolatennen 12 und 12b, die übereinandergesteckt sind und eine dazwischenliegende Spule zur Phasenanpassung 14 auf. Die Dipolantennen 12a und 12b haben eine Länge, die etwa einer halben Wellenlänge des Mobilfunks (870 bis 940 MHz) entspricht. Mit der Basis 10a der kollinearen Gruppenantenne 10 verbunden sind ein Bandpaßfilter 16 zum Durchlassen der Telefonsignale, ein Tiefpaß oder Bandpaßfilter 18, welcher ein FM Rundfunksignal durchläßt (76 bis 90 MHz), und ein Tiefpaß- oder Bandpaßfilter 20, der ein AM Rundfunksignal (525 bis 1605 KHz) durchläßt. Diese Filter 16, 18 und 20 teilen die Signale, welche zu individuellen Frequenzbändern gehören, auf. Ein Telefonsignal, welches von dem Filter 16 durchgelassen wird, wird einem Telefonempfänger/-sender 24 über ein Koaxialkabel oder ein ähnliches Kabel 22, dessen Impedanz z. B. 50 Ohm ist, zugeführt. Ein FM Rundfunksignal, welches von dem Filter 18 durchgelassen wird, wird durch einen Anpassungsschaltkreis 26, einem rauscharmen Verstärker 28 zugeführt und dabei verstärkt. Der Ausgang des Verstärkers 28 wird einem Bandpaßfilter 30 zugeführt, der wiederum nur das FM Signal weitergibt. Weiterhin wird ein AM Rundfunksignal, welches den Filter 20 passiert hat, einem Tiefpaßfilter 34 über einen Anpassungsschaltkreis 32 zugeführt. Die FM und AM Signale, die entsprechend jeweils den Bandpaßfilter 30 und den Tiefpaßfilter 34 durchlaufen haben, werden erneut überlagert und dann einem AM/FM Funkempfänger 38 über ein Koaxialkabel 36, dessen Impedanz z. B. 50 Ohm beträgt, zugeführt. Die Filter 6, 18, 20, 30 und 34, die Anpassungsschaltkreise 26 und 32 und der rauscharme Verstärker 28 sind in einem einzigen Metallgehäuse 40 angeordnet und das Gehäuse 40 ist an der Basis der Antenne 10 befestigt.

Fig. 2 zeigt genauer die Antennenvorrichtung von Fig. 1. In Fig. 2 sind Teilschaltkreise, die die einzelnen Blöcke von Fig. 1 verkörpern, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Wie man sieht, ist die Basis 10a der kollinearen Gruppenantenne 10 mit dem Anpassungsschaltkreis 26 über das Filter 18 verbunden. Der Anpassungsschaltkreis 26 weist Spulen 42, 44 und 46 auf, die miteinander in einer Glied-Anordnung verbunden sind und einen Impedanzwandlungsschaltkreis darstellen. Der Ausgang des Anpassungsschaltkreises oder Impedanzwandlungsschaltkreises 26, d. h. das Signal mit der gewandelten Impedanz, wird einem rauscharmen Verstärker 28, der einen Transistor 48 als verstärkendes Element enthält, zugeführt. Der verstärkte Ausgang des Verstärkers 28 wird einem Bandpaßfilter 30 zugeführt mit dem Ergebnis, daß damit nur das verstärkte FM Rundfunksignal durchgelassen und einem Koaxialkabel 36 zugeführt wird. Die Basis 10a der Antenne 10 ist außerdem mit einem Koaxialkabel 22 über einen Bandpaßfilter 16 der als T-Glied gebildet aus den Kapazitäten 50 und 52 sowie der Spule 54 besteht, verbunden. Weiterhin ist die Basis 10a mit dem Gate-Anschluß 62g eines n-Kanal MOS FET 62 über den Tiefpaßfilter 20 verbunden. Der Tiefpaßfilter 20 weist eine serielle Verbindung zwischen einer Spule 56, einer Kapazität 58 und einer Kapazität 60 auf, die miteinander als L-Glied verschaltet sind. Der Gate-Anschluß 62g des FET 62 ist über den Widerstand 64 mit der Erde verbunden, der Drainanschluß 62d ist mit einer Spannungsquelle V_c über den Widerstand 66 verbunden, und der Sourceanschluß 62s ist direkt mit der Erde verbunden. Der Anpassungsschaltkreis 22 der den FET 62 enthält, bildet außerdem einen Impedanzwandlungsschaltkreis. Der Drainanschluß 62d des FET 62 ist weiterhin mit dem Koaxialkabel 36 über den Tiefpaßfilter 34, der eine T-Gliedanordnung zwischen den Kapazitäten 68 und 70 sowie der Spule 72 aufweist, verbunden. Diese Schaltkreise, die sich von der Basis 10a der Antenne 10 zu den Koaxialkabeln 22 und 36 erstrecken, sind in dem vorher erwähnten Gehäuse 40 enthalten.

Die kollineare Gruppenantenne 10 ist zu kurz, um eine Resonanz der Rundfunksignale hervorzurufen, womit die Ausgangsimpedanz für ein solches Signal an der Basis oder des Speisungspunktes der Antenne 10 praktisch unendlich ist. Sogar wenn das 75 oder 50 Ohm Koaxialkabel 36 beispielsweise mit der Basis 10a verbunden ist, wird der Großteil der Rundfunksignale aufgrund von Fehlanpassung reflektiert und nicht zu dem Funkempfänger übertragen. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird daher ein AM Signal, das von der Antenne 10 kommt, dem Gateanschluß 62g des FET 62 dessen Eingangsimpedanz extrem hoch ist, zugeführt, und der sich ergebende verstärkte Ausgang in eine geeignete Ausgangsimpedanz gewandelt und dann dem Koaxialkabel 36 zugeführt. Damit wird eine Anpassung zwischen der Antenne und dem Koaxialkabel 36 erreicht, und damit eine wirksame Übertragung des AM Signals über das Kabel 36 mit einem Minimum an Reflexion.

Für die FM Rundfunksignale weicht die Ausgangsimpedanz 10 stark von der Eingangsimpedanz des Koaxialkabels 36 ab, obwohl sie nicht unendlich ist. Darüberhinaus ist die Antenne 10 zu kurz um eine Resonanz der FM Signale zu erreichen, so daß das empfangende Signal schwach ist. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Anpassungsschaltkreis oder Impedanzwandlungsschaltkreis 26, für die FM Rundfunksignale, mit der Basis 10a der Antenne 10 verbunden. Eine derartige Konfiguration paßt die Antenne 10 an das Koaxialkabel 36 an und überträgt damit die empfangenen FM Signale effiktiver zu dem Rundfunkempfänger.

Die Leistung der beschriebenen Ausführungsform wird im folgenden beschrieben. Da das beschriebene Ausführungsbeispiel eine zweistufige kollineare Gruppenantenne 10 verwendet, die für Empfänger und Sendeteil eines Autotelefons bestimmt ist, weist sie natürlich dieselben Fähigkeiten wie herkömmliche Vorrichtungen bezüglich den Telefonsignalen auf. Das beschriebene Ausführungsbeispiel wird daher nur bedeutend sein, wenn es eine gleichwertige oder bessere Leistung gegenüber den herkömmlichen Vorrichtungen, mit einer Stabantenne, von mehr als 1 m, erzielt. Wir führten Hörtests und Messungen des Träger-Rausch-Verhältnisses (C/N) durch, um die Leistung des beschriebenen Ausführungsbeispiels zu bestimmen. Dies wird im folgenden beschrieben.

So wie es in Fig. 3a gezeigt ist, werden für Hörtests eine herkömmliche Vorrichtung, mit einer mehr als 1 m langen Stabantenne, deren Basis mit einem Schwächungsglied 76 über ein 50 Ohm und ungefähr 5 m langes Koaxialkabel 74 verbunden ist zum Vergleich herangezogen. Das Schwächungsglied 76 ist mit einem Funkempfänger 80 über ein 50 Ohm und 1 m langes Koaxialkabel 78 verbunden.

Wie in Fig. 3b dargestellt ist, weist das beschriebene Ausführungsbeispiel für AM Rundfunksignale einen Anpassungs- oder Impedanzwandlungsschaltkreis 32 auf, der mit der Basis 10a der kollinearen Gruppenantenne 10 verbunden ist, und der Ausgangsanschluß des Schaltkreis 32 ist mit dem Schwächungsglied 76 über ein Koaxialkabel 74 verbunden. Der Rest der Schaltung ist mit der aus Fig. 3a identisch. Für FM Rundfunksignale, wie sie in Fig. 3c gezeigt sind, weist das beschriebene Ausführungsbeispiel einen Anpassungsschaltkreis oder Impedanzwandlungsschaltkreis 26 auf, der mit der Basis 10a der Antenne 10 verbunden ist, der rauscharme Verstärker 28 ist seriell mit der Ausgangsklemme des Schaltkreises 26 verbunden, und die Ausgangsklemme des Verstärkers 28 ist mit dem Koaxialkabel 74 verbunden. Der Rest der Schaltung ist der gleiche wie der aus Fig. 3a. Natürlich ist der AM/FM Funkempfänger 80 wie in Fig. 3a gezeigt in seiner Leistung vergleichbar mit dem entsprechenden AM Rundfunkempfänger 80 und FM Rundfunkempfänger 80 aus den Fig. 3b und 3c bezüglich des Vergleichs zwischen AM und FM Rundfunksignalen. Es wurden Hörtests durchgeführt, bei denen die maximale Lautstärke die mit dem AM/FM Funkempfänger erreichbar ist eingestellt wurde, das Signal durch das Schwächungsglied 76 geschwächt wurde, und die Größe der Schwächung gemessen wurde, wenn die Sprache, die aus dem Empfänger 80 gegeben wurde, gerade schwierig zu verstehen war. Der Empfänger 80 wurde auf die in Japan verfügbaren speziellen AM Rundfunkfrequenzen von 594 KHz, 810 KHz, 954 KHz 1134 KHz und 1242 KHz eingestellt. Während die gemessenen Größen für die Abschwächung mit herkömmlichen Geräten bei 26 dB, 4 dB, 10 dB, 13 dB und 11 dB für die vorher genannten Frequenzen lag, war die Höhe der Abschwächung, die für das beschriebene Ausführungsbeispiel gemessen wurden, 38 dB, 22 dB, 22 dB, 21 dB und 15 dB. Da das beschriebene Ausführungsbeispiel bezüglich der Höhe der Abschwächung bei den speziellen Frequenzen größer war als die bei herkömmlichen Geräten, ist das erstgenannte in der Lage, AM Rundfunksignale effektiver zu dem AM/FM Funkempfänger 80 zu übertragen als die herkömmlichen Geräte. Weiterhin wurde der AM/FM Rundfunkempfänger 80 auf die speziellen FM Rundfunkfrequenzen von 77,1 MHz, 80,0 MHz und 86,2 MHz wie sie ebenfalls in Japan zur Verfügung stehen, eingestellt. Die Höhe der Abschwächung, die bei der Verwendung derartiger FM Frequenzen gemessen wurde betrugen 0 dB, 2 dB und 42 dB mit herkömmlichen Geräten und 7 dB, 15 dB und 52 dB mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es ist daher einzusehen, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel in der Lage ist, auch FM Rundfunksignale effektiver zu dem Empfänger 80 zu übertragen als herkömmlich Vorrichtungen. Für die Messung von Träger-Rausch-Verhältnissen (C/N ratios) bei dem Empfang von AM Rundfunk, wird eine herkömmliche Vorrichtung für den Vergleich mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel so angeordnet, wie in Fig. 4a dargestellt. Insbesondere wird die Basis der etwa 1 m langen Stabantenne mit einem Vorverstärker 82, der einen Gewinn von 30 dB bei einem 5 m langen Koaxialkabel 74 aufweist, verbunden. Der Ausgang des Vorverstärkers 82 wird mit einem Spektrumanalyzer 84 über ein Koaxialkabel 78 verbudnen. Dagegen ist wie in Fig. 4b gezeigt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Anpassungsschaltkreis oder Impedanzwandlungsschaltkreis 32 mit der Basis 10a der kollinearen Gruppenantenne 10 verbunden. Der Ausgang des Schaltkreises 32 ist mit dem Vorverstärker 82 über ein Koaxialkabel 74 verbunden, der Rest der Anordnung entspricht der mit dem herkömmlichen Gerät von Fig. 4a. Da das Antennenrauschen geringer ist als das Eingangsrauschen an dem Spektrumanalyzer 84, wird der Vorverstärker 82 dazu benutzt, das Antennenrauschen zu verstärken, so daß der Spektrumanalyzer es verarbeiten kann.

Mit der herkömmlichen Vorrichtung von Fig. 4a wurden mit dem Spektralanalyzer 84 C/N Verhältnisse von 15 dB, 10 dB, 20 dB, 19 dB und 20 dB bei den speziellen AM Frequenzen von 594 KHz, 810 KHz, 1134 KHz und 1242 KHz gemessen. Im Gegensatz dazu betragen die C/N Verhältnisse, wie sie mit dem Spektrumanalyzer 84 für das beschriebene Ausführungsbeispiel gemessen wurden, 25 dB, 9 dB, 19 dB, 23 dB und 18 dB bei denselben AM Frequenzen wie bei der herkömmlichen Vorrichtung. Das beschriebene Ausführungsbeispiel erreicht daher C/N Verhältnisse, die über das gesamte Frequenzband vergleichbar mit denen von herkömmlichen Geräten sind.

Zur Messung von C/N Verhältnissen beim Empfang von FM Rundfunksignalen wird zu Vergleichszwecken eine herkömmliche Vorrichtung, so angeordnet wie es in Fig. 4c dargestellt ist. Wie dargestellt wird die Basis einer etwa 1 m langen Stabantenne mit einem ersten Verstärker 86 ein über Koaxialkabel 74, das 5 m lang ist und eine Impedanz von 50 Ohm hat, verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 86 wird mit dem Spektrumanalyzer über ein 50 Ohm und 1 m langes Koaxialkabel 74 verbunden. Wie in Fig. 4d gezeigt, ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Basis 10a der kollinearen Gruppenantenne 10 mit dem Anpassungsschaltkreis oder Impedanzwandlungsschaltkreis 26 verbunden. Der Ausgang des Schaltkreises 26 ist mit dem ersten Verstärker 86 über ein Koaxialkabel 74 verbunden. Der Rest der Anordnung ist der gleiche wie bei der herkömmlichen Vorrichtung wie sie in Fig. 4c gezeigt ist.

Mit der herkömmlichen Vorrichtung aus Fig. 4c wurden mit dem Spektralanalyzer 84 C/N Verhältnisse von 11 dB, 13 dB und 56 dB für die speziellen Frequenzen von 77,1 MHz, 80 MHz und 86,3 MHz entsprechend gemessen. Die C/N Verhältnisse für das beschriebene Ausführungsbeispiel wurden gemessen zu 18 dB, 21 dB und 57 dB für die gleichen FM Frequenzen wie für die herkömmliche Vorrichtung. Es wird mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Verbesserung gegenüber der herkömmlichen Vorrichtung über das gesamte FM Frequenzband erreicht.

Wie oben gesagt, empfängt das beschriebene Ausführungsbeispiel AM und FM Rundfunksignale und überträgt ein Mobilfunksignal mit gleicher oder sogar besserer Leistung gegenüber herkömmlichen Geräten durch Verwendung einer einzelnen Antenne. Insbesondere wenn die Basis 10a der kollinearen Gruppenantenne 10 und das Koaxialkabel durch einen Anpassungs- oder Impedanzwandlungsschaltkreis 32, der durch einen FET 62 wie in Fig. 2 gezeigt, ausgeführt ist, angepaßt wird, wird das von der Antenne empfangene AM Signal effektiv zu dem Koaxialkabel 36 und von dort zu dem AM Radioempfänger übertragen. Die kollineare Antenne 10 ist für Autotelefone geeignet und etwa 40 cm kurz, womit sie kleiner als die halbe Länge von herkömmlichen AM/FM Funkantennen, die etwa 1 m aufweisen, ist. Ein Fahrzeug mit einer derartig kurzen gemeinsamen Antenne weist ein attraktives Aussehen, ein durch die Antenne erzeugtes reduziertes Zischen und eine kleinere Wahrscheinlichkeit für den Bruch der Antenne durch eine Garage oder durch Straßenkonstruktionen auf. Während bisher zwei getrennte Antennen gebraucht wurden, eine für den Empfang von AM und FM Rundfunk und die andere für das Senden und Empfangen von Telefonsignalen, so benötigt das beschriebene Ausführungsbeispiel nur eine einzige Antenne, und daher verringern sich die Kosten für die gesamte Vorrichtung.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Antenne, die gemeinsam von drei verschiedenen Wellenlängen benützt wird, durch eine zweistufige kollineare Antenne 10, die zwei Halbwellendipolantennen aufweist, die für Autotelefonsignale geeignet sind, und übereinander angeordnet sind, gebildet. Alternativ hierzu könnte die gemeinsame Antenne als zweistufige kollineare Gruppenantenne mit einer Halbwellendipolantenne, die für Autotelefonsignale geeignet ist, und einer Viertelwellendipolantenne, die übereinander gesteckt sind, gebildet werden.

Im folgenden wird eine spezielle Konstruktion eines Speiseabschnitts, wie er in der gemeinsamen Antennenvorrichtung der vorliegenden Erfindung beinhaltet ist, beschrieben. Es wird angenommen, daß die gemeinsame Antennenvorrichtung eine zweistufige kollineare Gruppenantenne ist mit einer Halbwellendipolantenne für den AM/FM Funkempfänger, einer Phasenanpassungsspule, und einer Viertelwellendipolantenne, die jeweils übereinander gesteckt sind. Die Speiseanordnung, wie sie beschrieben wird, erlaubt das Ausrichten des Speisepunkts so wie er gebraucht wird. Bezugnehmend auf die Fig. 5, 6 und 7a bis 7c weist eine zweistufige kollineare Gruppenantenne, eine Halbwellendipolantenne 102, eine Phasenanpassungsspule 104 und eine Viertelwellendipolantenne 106 auf, die alle zusammengesteckt sind. Die Viertelwellen- oder untere Dipolantenne weist einen Antennenstab 108 auf, die um ungefähr 5/12 der Wellenlänge in den Fahrzeugkörper von der Seite der Basis der Antenne 106 ausgehend ragt. Ein Speisungsfederelement (feed spring) 110 ist an dem verlängerten Teil des Antennenstabs 108 festgemacht und dient als leitendes Federelement. Das Speisungsfederelement 110 hat einen Gleitabschnitt, der beispielsweise aus Phosphorbronze gefertigt ist und eine zylinderähnliche Form aufweist. Der Antennenstab 108 ist gleitend in einem Speisungsrohr 112, das aus leitendem Material gefertigt ist eingeführt, der Gleitabschnitt. Das Speisungsfederelement 110 steht in Gleitkontakt mit der Innenwand des Rohrs 112. Das Speisungsrohr 112 hängt mit einem rohrförmigen Sockelelement (base member) 116 mit einer dazwischenliegenden Schicht von Isoliermaterial 114 zusammen. Einrichtungen für das Fixieren des rohrförmigen Sockelelements 116 an den Fahrzeugkörper ist in geeigneter Weise an dem leitenden Ende des Sockelelements 116 vorgesehen, wenngleich dies in den Figuren nicht gezeigt wird. Ein rohrförmiger Speisungssockel (tubular feed base member) 118 mündet in das hintere Ende des Sockelelements 116. Eine isolierende Schicht ist in den Speisungssockel 118 angeordnet und mit einer durchgehenden Bohrung für das Aufnehmen des Speisungsrohres 112 versehen. Ein leitendes Speisungsohr 122 für das Ausrichten ist im Inneren der durchgehenden Bohrung der isolierenden Schicht 120 angeordnet und gemeinsam mit der Wand der durchgehenden Bohrung gebildet. Wenn der Speisungssockel (feed base member) 118 in das rohrförmige Sockelelement 116 eingeführt wird, greift das vordere Ende des Justierspeiserohrs 122 verschiebbar mit dem hinteren Ende des Speisungsrohres 112 ineinander und ist elektrisch verbunden. Das hintere Ende des Justierspeiserohres 122 ist teilweise geschnitten und aufgebogen, um eine Klinke 124 als Speisepunkt zu bilden. Ein Koaxialkabel 126 ist mit der Klinke 124 verbunden und spielt die Rolle der Speiseleitung. Feststellschrauben 128a und 128b sind im Gewinde des rohrförmigen Sockelelementes 116 eingeführt, um die Positionierung des Justierspeiserohrs 122 gegenüber dem Speisungsrohr 112 festzulegen. Die Feststellschrauben 128a und 128b können gelöst werden, um die Positionierung des Justierspeiserohrs 122 gegenüber dem Speisungsrohr 112 in der axialen Richtung des Antennenstabs 108 festzulegen. Wenn das Speisungsrohr 112 und das Justierspeisungsrohr 122 miteinander verbunden sind, so beträgt der Abstand zwischen dem vorderen Ende des Rohrs 112 und der Position des Rohrs 122, wo sich die Klinke124 befindet, etwa 5/12 der Wellenlänge. Der Abschnitt, wo die Klinke 124 und das Koaxialkabel 126 miteinander elektrisch verbunden sind, ist vollständig überzogen mit einer isolierenden Schicht 120. Eine Bewegungsleine (drive cord) 130 ist durch den Antennenstab 108 durchgezogen und mit dem hinteren Ende des einziehbaren oberen Antennenpols verbunden.

Wenn in der obigen Konstruktion der Bewegungsleine 130 von einem Motor, der nicht dargestellt ist, ausgefahren wird, so breitet sich der obere Antennenpol von dem Antennenstab 108 in die ausfahrende Richtung aus. Dann wird der Antennenstab 108 zu dem vorderen Ende des Speisungsrohres 112 hin bewegt, bis das Speisungsfederelement (feed spring) 110 diese Bewegung unterbindet. Damit ist die kollineare Gruppenantenne 100 vollkommen ausgefahren. Wenn die Bewegungsleine 130 aufgerollt wird, so wird der obere Antennenpol in den Antennenstab 108 zurückgezogen. Daran anschließend bewegt sich der Antennenstab 108 in das Speisungsrohr 112 in der einziehenden Richtung mit dem Ergebnis, daß die Antenne 100 vollkommen in den Fahrzeugkörper eingefahren ist.

Fig. 7a zeigt den ausgefahrenen Zustand der Antenne 100. In diesem Zustand sind Strom und Spannung, so wie dies in Fig. 7b und 7c gezeigt ist, verteilt. Wenn der Speisungspunkt, an dem das Koaxialkabel 126 festgemacht ist, so eingestellt wird, daß er etwa 5/12 der Wellenlänge gemessen von dem Fahrzeugkörper, beabstandet ist, so beträgt die Eingangs/Ausgangsimpedanz für Autotelefonsignal am Speisungspunkt ungefähr 50 Ohm. Dann können die Feststellschrauben 128a und 128b gelockert werden, um den Speisungssockel 118 in seiner axialen Richtung zu verschieben bis die passende Länge des Justierspeiserohrs 122 mit dem Speiserohr 112 richtig um ein l eingestellt ist wie in Fig. 6 gezeigt. Damit kann erfolgreich eine optimale Eingangs/Ausgangsimpedanz für das Koaxialkabel 126 eingestellt werden.

Fig. 8 zeigt das Stehwellenverhältnis wie es mit dem oben beschriebenen Einstellvorgang erreicht werden kann. Wie gezeigt ist es durch Einstellen des Speisungspunkts möglich, die kollineare Gruppenantenne 100 mit unterschiedlichen Stehwellenverhältnissen zu beaufschlagen, so wie es bei der durchgezogenen und der gestrichelten Linie in der Figur gezeigt ist.

Wie oben gesagt wurde, kann nachdem die gemeinsam benützte Antennenvorrichtung hergestellt wurde, die Position für das Justierspeiserohr 122 eingestellt werden und dadurch der Speisungspunkt der Antenne, und damit Unregelmäßigkeiten in der Dimensionierung und anderen Faktoren entgegengewirkt werden. Dies verbunden mit der Tatsache, daß der Speisungspunkt so angeordnet ist, daß er eine optimale Eingangs/Ausgangsimpedanz liefert, paßt die kollineare Gruppenantenne 100 und das Koaxialkabel 126 verläßlich an. Besonders da das Autotelefonsignal eine hohe Trägerfrequenz aufweist, wird die Anpassung auch bei einer geringfügigen Justierung des Justierspeisungsrohrs merklich verbessert. Es existiert kein Stummel mehr, der sich vom Speisungspunkt, an dem das Koaxialkabel festgemacht ist, ausdehnt, wodurch ein merkliches Hineinragen der Antenne 100 in den Wagenkörper verhindert wird. Wenn der Antennenstab 108 in das Speisungsrohr 112 eingeführt wird mit dem dazwischenliegenden Speisungsfederelement oder elastischen Federelement 110, so ist der Antennenstab 108 teleskopartig in dem Speisungsrohr 112 bewegbar, um als Teleskopantenne zu wirken.

Für den Fachmann werden sich eine Vielzahl von Möglichkeiten der Veränderung auftun, nachdem er mit der vorliegenden Beschreibung die technische Lehre erhalten hat, ohne daß diese Modifikation aus der Reichweite der Erfindung fallen müssen. Beispielsweise können die Feststellschrauben 128a und 128b, welche zum Justieren des Speisungsrohr 122 verwendt werden, durch beliebig andere dazu geeignete Befestigungseinrichtungen ersetzt werden, solange diese in der Lage sind, das Rohr 122 nach dem Justieren von einer Verschiebung abzuhalten.

Claims (6)

1. Antennenvorrichtung, die einem AM/FM Radioempfänger den Empfang von AM und FM Rundfunksignalen ermöglicht, und die einem Autotelefonempfänger/-sender das Übertragen und Empfangen von Telefonsignalen ermöglicht mit:
einer einzelnen zweistufigen kollinearen Gruppenantenne, die Halbwellendipolantennen aufweist, die für Telefonsignale geeignet sind und in zwei Stufen übereinander angeordnet sind;
einem ersten Koaxialkabel für das Zuführen der von der Antenne empfangenen AM und FM Rundfunksignale an den AM/FM Radioempfänger;
einem zweiten Koaxialkabel für das Zuführen der von der Antenne empfangenen Telefonsignale an den Telefonsender/-empfänger und für das Zuführen der von dem Telefonsender/-empfänger ausgegebenen Telefonsignale an die Antenne;
einer ersten Anpassungseinrichtung, die zwischen der Basis und dem ersten Koaxialkabel verbunden ist, für das Anpassen der Antenne an das erste Koaxialkabel während dem Empfang von AM Rundfunksignalen; und
eine zweite Anpassungseinrichtung für das Anpassen der Antenne an das erste Koaxialkabel während des Empfangs von FM Rundfunksignalen;
wobei die erste und zweite Anpassungseinrichtung ihre Radioempfänger einspeisen.

2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Anpasungseinrichtung einen Impedanzwandlungsschaltkreis aufweist für das Wandeln der Impedanz an der Basis der Antenne für AM Rundfunksignale.

3. Antennenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandlungsschaltkreis einen Feldeffekttransistor (FET) enthält, dessen Gateanschluß mit der Basis der Antenne verbunden ist, das von der Antenne empfange AM Rundfunksignal dem Gateanschluß des FET zugeführt wird, und bei dem das von dem FET verstärkte Ausgangssignal von dem Drainanschluß des FET einem ersten Koaxialkabel zugeführt wird.

4. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Anpassungseinrichtung einen Impedanzwandlungsschaltkreis aufweist für das Wandeln der Impedanz an der Basis der Antenne für FM Fundfunksignale.

5. Antennenvorichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne weiterhin enthält: einen Antennenstab, der sich von der Basis der Antenne aus erstreckt;
ein Speisungsrohr, das mit dem Antennenstab elektrisch verbunden ist und den Antennenstab in seinem Inneren unterbringt; und
ein Justierspeisungsrohr (adjusting feed tube), das elektrisch mit dem Speisungsrohr verbunden ist und an einem Ende verschiebbar auf dem hinteren Ende des Speisungsrohrs befestigt ist und an seinem anderen Ende zu einem Speisungspunkt ausgebildet ist.

6. Antennenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne weiterhin ein Speisungsfederelement (feed spring) aufweist, das zwischen dem Antennenstab und dem Speisungsrohr liegt, um den Antennenstab die Bewegung in dem Speisungsrohr zu ermöglichen, und der ein gleitendes Federelement aufweist.