EP1055931A2 - Schaltungsanordnung zum Prüfen der Funktionsbereitschaft mindestens einer Antenne - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Prüfen der Funktionsbereitschaft mindestens einer Antenne Download PDF

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EP1055931A2
EP1055931A2 EP00110408A EP00110408A EP1055931A2 EP 1055931 A2 EP1055931 A2 EP 1055931A2 EP 00110408 A EP00110408 A EP 00110408A EP 00110408 A EP00110408 A EP 00110408A EP 1055931 A2 EP1055931 A2 EP 1055931A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
circuit arrangement
arrangement according
voltage
test
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00110408A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1055931A3 (de
Inventor
Martin Fritzmann
Thomas Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nokia Oyj
Original Assignee
Nokia Mobile Phones Ltd
Nokia Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Nokia Mobile Phones Ltd, Nokia Inc filed Critical Nokia Mobile Phones Ltd
Publication of EP1055931A2 publication Critical patent/EP1055931A2/de
Publication of EP1055931A3 publication Critical patent/EP1055931A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for checking the operational readiness an antenna, especially in a vehicle telephone, which has several Has antennas.
  • the invention enables the vehicle telephone to make errors at any time the antenna cable, unmounted, incorrectly installed, or failed vehicle antennas, for example as a result of damage in a traffic accident recognize and automatically switch to a functional antenna.
  • Vehicle phones are usually equipped with an outside or window antenna equipped, their local location primarily according to the requirements of an optimal Receive and transmit quality is selected.
  • mm is an example from the publication EP 0 859 237-A1 known to install an emergency or alternative antenna at another installation location. This takes over after a functional failure of the one used as the main antenna External antenna for transmission / reception. Both antennas are each separate Coaxial cable connected to the radio telephone.
  • radio telephones with multiple antenna connections lead and extended equipment periodically, for example every 10th Minutes, a test procedure in which the antennas operate one after the other taken and checked for functionality. This is done, for example by comparing the strength of the received signals. Doing so will result in errors and damage recognized and reported on the antennas and lines, and in time for one functional antenna branch switched.
  • the test procedure is usually too performed when an emergency call is triggered, so that only the less powerful Emergency antenna is switched if the main antenna is canceled, for example of the antenna rod has failed.
  • a test procedure is carried out in accordance with the document EP 0 859 237 A1 Measurement of the antenna adaptation by determining the reflection factor on the Antenna line with a bidirectional directional coupler and a circuit for Forming the quality signal.
  • the disadvantage of this solution is the high effort for both the hardware as well as for the software to implement the test procedure.
  • a device is already from the document DE 196 27349-A1 known for testing vehicle antennas which are in a current loop Receiving coils from vehicle antennas constantly with a low quiescent test current supervised.
  • the receiving coils take along a rail vehicle Line conductor, such as the rails or the overhead line, inductive signal currents.
  • the Quiescent test current is preferably a direct current and continuously indicates that all Antennas are both present and connected to the vehicle.
  • the solution according to the invention includes an antenna with an open radiator, for example a rod heater.
  • This has a first end at which you can remove it or feeding the RF signal, an antenna line is connected, and a second End, which projects openly into the room, so that a capacity of the rod is distributed in the room an RF path that forms the signal circuit for message communication closes.
  • the radio telephone sends one via the antenna line Test current to the antenna. This happens regardless of the signal current.
  • the test current is advantageously a direct current or an alternating current with a wavelength that is around a Is many times larger than the wavelength of the signal current.
  • a secondary path with an impedance is on the radiator connected, which is a rear for the test current to the antenna line Current path forms and which is parallel to the RF path.
  • the Test current a voltage drop.
  • the circuit arrangement has one Voltage evaluator on, which is constantly on the antenna connections of the radio telephone monitors the voltage that occurs across the impedance as a result of the test current.
  • the radio telephone not only recognizes whether the rod radiator is correctly connected to the antenna connection is connected, but at least also possible short circuits of the antenna line.
  • the impedance value of the secondary path lies both for the signal current and for the test current many times over the radiation resistance of the antenna.
  • the Impedance at the radiator is short in relation to the transmission wavelength Connection line connected.
  • the impedance of the Secondary paths from a structure with an extended body length, which for example as Individual component has a length which is in the order of magnitude of the rod radiator, or a series connection of several discrete individual elements, so that the connecting lines to the individual elements in the secondary path in relation to the operating wavelength are short and influence the RF properties of the radiator as little as possible.
  • a radio telephone 10 has, as FIG. 1 shows, a transmitting / receiving part RF. This is connected via an antenna connection 12 to an antenna 14, which is preferably designed as an external antenna and is arranged, for example, on the roof of a vehicle, not shown.
  • the antenna connection 12 contains a signal contact O S and a ground contact O 0 .
  • the antenna 14 is a vertical known per se arranged rod radiator with a length of approximately a quarter of Transmission wavelength ⁇ of the transmit / receive signal.
  • the antenna line 16 is on lower end of the radiator connected. The other end protrudes for acceptance / delivery of high frequency radiation open into the room.
  • the open end of the radiator forms a capacitance C E distributed in space, which, as a capacitive RF path, closes the circuit for the high-frequency signal current I HF without a galvanic path between the open radiator end and the ground contact GND. Since the antenna 14 is attached to a vehicle body, there is a direct connection between the ground contact GND, the antenna line 16 and the conductive surface of the body.
  • both a voltage source and an input of a voltage evaluator are connected to the signal contact O S.
  • the voltage source provides a source voltage U S and causes a test current I C to flow to the antenna 14 via a source resistor R S.
  • a current source can be used, which advantageously provides a constant current.
  • the voltage evaluator is a window comparator COM, which determines whether its input voltage U IN is within a predetermined range.
  • the rod radiator of the antenna 14 is connected directly to a secondary path, which contains an impedance Z.
  • the secondary path closes the circuit for the test current I C from the rod radiator to the GND ground contact.
  • the impedance Z forms a voltage divider with the source resistance R S.
  • the impedance Z is connected to the rod radiator a connection line that is short in relation to the transmission wavelength ⁇ .
  • the impedance Z is connected as firmly as possible to the antenna 14, so that the absence of the antenna 14 by the rise in the test voltage U C at the signal contact O S is recognized as reliably as an interruption in the antenna line 16
  • the impedance Z can be formed both by a discrete ohmic resistor R and by a conductive structure, such as a thin high-resistance conductor track, which is mounted in the antenna body or its surface as an insulated resistor track.
  • a complex arrangement, such as an inductor with a correspondingly high series resistance, can also be used advantageously.
  • the impedance Z is an ohmic resistance with a resistance value approximately or equal to the source resistance R S , so that approximately half the source voltage U S is at the signal contact O S as in the present example.
  • a coupling capacitor C K is arranged between the signal contact O S and the RF port of the transmitting / receiving part RF, which prevents the circuit arrangement for testing and the transmitting / receiving part RF from influencing one another.
  • the decoupling resistor R K reduces the load on the high-frequency signal circuit I HF through the input of the window comparator COM.
  • FIG. 2 shows a radio telephone 30 with a transmitting / receiving part RF, which is alternatively connected either to the antenna 14 or to an antenna 20 via an antenna selector switch 18, for example in the form of a relay.
  • the radio telephone 30 has, in addition to the antenna connection 12, a further antenna connection 22 with a signal contact O S 2.
  • the antenna selector switch 18 is switched to the signal contact O S 1 of the antenna connector 12 in its rest position. Then this connection is occupied by the main antenna, which is positioned at a favorable receiving and transmitting location, and an emergency or alternative antenna is located at the antenna connection 22.
  • Each antenna 14, 20 is connected via a separate antenna line 16, 24 and contains a secondary path with its own impedance, in the present case the resistors R1 and R2.
  • the source voltage U S is connected to the output of the antenna selector switch 18, so that it also switches the current paths for the test currents I C 1 and I C 2 to the antennas 14, 20.
  • the antenna connection 12 has priority over the antenna connection 22 and the antenna selection switch 18 is predominantly in the corresponding position.
  • the test current I C 1 flows continuously to the antenna 14 in order to monitor its operational readiness.
  • the voltage evaluator VE is a window detector circuit for DC voltages, which constantly checks whether the test voltage U C at the output of the selector switch 18 is within a target range. If there is a short circuit or an open circuit at the antenna connection 12, the test voltage is outside the target range and signals that the antenna 14 is no longer ready for operation with certainty. Then the voltage evaluator VE immediately switches over to the emergency antenna, the antenna 20, with its output signal U 0 , in order to restore the operational readiness of the system.
  • a control circuit switches the antenna selector switch 18 periodically for a short period each time via the control connection S while the radio telephone 30 is idle Signal contact O S 1 to signal contact O S 2 around without a signal current I HF flowing.
  • the test current I C 2 flows through the resistor R2. If, when switching over to antenna 20, the test voltage U C is outside the target range due to a fault in the antenna connection 22, the radio telephone 30 signals, for example optically by means of a display in its display and / or acoustically, that the emergency antenna is not ready to be repaired . Since the communication system is still working in the event of an error on the emergency antenna, the telephone operation is carried out unchanged via the antenna 14.
  • test currents I C 1, I C 2 flow independently of the signal current I HF , so that switching to the antenna 20 is possible immediately after the antenna 14 has failed.
  • Another advantage of the circuit according to FIG. 2 is that the operational readiness of the antenna selector switch 18 is constantly checked.
  • the resistors R1 and R2 in the secondary paths depending on the designs of the antennas 14, 20 different Resistance values.
  • This allows the control circuit of the radio telephone 30 or a when mounting the antennas on the radio telephone connected external test device Automatically detect antenna types that are connected to antenna connections 12 and 22 are connected.
  • This enables a corresponding display of swapped connected antennas 14 and 20 and / or a corresponding internal correction the antenna selector switch 18.
  • the latter allows the antenna connections 12 and 22 at Assemble as you like.
  • the antenna selector switch 18 is advantageous Impulse relay or similar executed so that after identifying the connected antennas 14, 20 a set pulse the antenna selector switch 18 in the sets that of two positions, in the outside a preferred antenna (14), that is Main antenna, is connected.
  • the voltage evaluator shows VE for everyone Antenna design a separate detector window.
  • the voltage evaluator VE can be contained in the digital control circuit of the radio telephone.
  • the windows are represented by one or more value ranges of digital values and the digital value at the converter output is checked whether it lies in the or one of these value ranges.
  • measuring circuits for alternating voltage amplitudes are also conceivable, provided an alternating current source generates the test currents I C 1 and I C 2.
  • FIGS 3a to 3c show further embodiments of the invention. These have the advantage that the operational readiness of both antennas 14 and 20 is continuously monitored by the test currents I C 1 and I C 2 both during radio / transmission operation and in the standby of the radio telephone 40.
  • the radio telephone 40 in contrast to the radio telephone 30, has a separate source resistor R S 1 or R S 2 for each antenna connection 12, 23, which is connected directly to the corresponding signal contact O S 1 and O S 2.
  • the execution according to FIG. 3a also contains a separate voltage evaluator VE1 and VE2 for each antenna connection 12, 22, each of which is connected to the corresponding signal contact O S 1 and O S 2 via a decoupling resistor R K 1 or R K 2.
  • VE1 and VE2 for each antenna connection 12, 22, each of which is connected to the corresponding signal contact O S 1 and O S 2 via a decoupling resistor R K 1 or R K 2.
  • an indication signal U O 1 continuously indicates the operational readiness of antenna 14
  • an indication signal U O 2 indicates the operational readiness of antenna 20.
  • the designs according to FIG. 3b and FIG. 3c only the voltage evaluator VE1.
  • all possible combinations of functioning and / or faulty antenna connections 12 and 22 are identified by a corresponding voltage value that only occurs with the specific combination.
  • both decoupling resistors R K 1 and R K 2 are many times larger than the resistors R1 and R2 in the secondary paths and the input circuit of the voltage evaluator VE1 has an electrometer input, ie a very high input resistance R IN >> R K 2.
  • each antenna 14 and 20 can have one of three possible connection states: Neutral", operational "or In addition to the possibility that both antennas are operational, there are eight further possible combinations in which at least one antenna is not operational.
  • any possible combinations with at least one disturbed antenna connection 12 or 22 assume the input voltage U IN a voltage value typical for this combination. This is particularly advantageous when the antennas 14 and 20 are mounted on the radio telephone 40, because an error can also occur at both antenna connections 12, 22.
  • the voltage evaluator VE1 as part of the control circuit of the radio telephone 40, has the task of comparing the digitized value of the input voltage U IN with permanently stored value ranges and of outputting a data signal DS which uniquely identifies the current state of the assignment of the antenna connections 12 or 22.
  • This signal uses the control circuit of the radio telephone 40 or an analysis device connected during the assembly for error display. Each connection is uniquely assigned its current status. Even extreme error messages, such as Main antenna interrupted or not available! - Emergency antenna short-circuited! "Can thus be realized.
  • FIG. 3c also shows two further features of the invention.
  • the execution of FIG. 3c is based on the embodiment according to FIG. 3b and takes into account the fact that the present number of a total of nine possible combinations of error-free and faulty antenna connections 12, 22 can only be evaluated inexpensively with a microcomputer which is connected to an analog / digital converter. It is disadvantageous, however, that many analog / digital converters of microcomputers only work faultlessly due to an asymmetrical voltage supply if the input voltage U IN is above a minimum value.
  • the invention are according to a further feature in series to the Qellenwiderfacen R S1 and R S2 series resistors R V 1 and R V 2 and the Entkoppelwiderinterest R K1 and R K2 are at the connecting points connected in series.
  • the test voltages U C 3 and U C 4 contain the minimum value that the test current I C 1 or I C 2 causes at the series resistors R V 1 and R V 2, even if the antenna connection 12 or 22 is short-circuited, so that the analog / The digital converter of the voltage evaluator VE1 is working correctly.
  • both the source resistances R S 1 and R S 2 and the resistors R1 and R2 in the secondary paths can be selected to be large enough that the test currents I C 1 and I C 2 supply the operating power of the radio telephone 10, 30 or 40 only insignificantly.
  • the source resistances R S , R S 1 and R S 2 and the resistors R1 and R2 are around 10 k ⁇ and the test currents I C 1 and I C 2 are less than 1 mA.
  • the coupling resistors R K , R K 1 and R K 2, the source resistors R S , R S 1 and R S 2 and the resistors R1 and R2 are dimensioned so that the influence of the entire detection circuit on the RF circuit of the Cellular phones 10, 30 and 40 is minimal.
  • Another advantage of the invention is that it is also indicated if an incorrect antenna type is connected to the antenna connections 12, 22 when the vehicle is being installed. For example, a radio antenna that has no secondary path.
  • FIGS. 4 to 6 show different forms of antennas for the circuit according to the invention.
  • ⁇ denotes the transmission wavelength.
  • FIG.4 shows a particularly inexpensive version for an antenna with a Resistor R directly between the HF connection Si and the ground connection GND.
  • the box 26 represents a non-conductive covering for the area of the base, which connects the resistor R mechanically with the rod radiator. So that causes Breaking of the antenna 14 at a structurally planned predetermined breaking point in the area of Base bracket or disassembly also the removal of the side path with the Resistor R and thus leads to the desired detection by the circuit in Radio telephone 10, 30 or 40.
  • the antenna according to the embodiment according to FIG. 4 requires a constructive measure that ensures a break at the base
  • the antenna according to FIG. 5 break anywhere.
  • there is an impedance with distributed components in the present case a series connection composed of at least two individual resistors Ra and Rb, between a connection point on the antenna tip 28 and the ground connection GND.
  • This design enables a secondary path with discrete ohmic resistors to be attached to the outside of the antenna body.
  • their lead lengths 12 to 14 can be chosen so that each is shorter than ⁇ / 10.
  • the non-conductive sheathing encloses the entire radiator rod with the individual resistors Ra + Rb and their leads.
  • FIG. 6 shows a rod radiator 32 which is designed as a hollow body. This points on free end of a head 34 with an enlarged diameter.
  • the secondary path is housed with a resistor R.
  • the location of the resistor R in Head 34 ensures the function of the circuit in this embodiment, if the Rod emitter 32 breaks off at any point. Due to the inner location of the secondary path is a Influence on the radiation characteristics of the antenna is not expected. Only that Length l1 of the rod radiator 32 must be due to the higher spatial capacity of the head 34 Earth can be shortened somewhat.
  • the radiator 36 is used for the RF circuit one-sided open conductor coil used, the length of which is significantly shorter than one Rod heater.
  • FIG. 8 shows that the principle of the invention also applies to ⁇ / 2 dipole antennas applicable, which are open at the ends.
  • the present version shows a ⁇ / 2 vertical radiator in the form of an axially fed dipole.
  • the arrangement of the Secondary path corresponds to the design according to FIG. 5.
  • the secondary path can also be used ⁇ / 2 dipole antennas can also be designed in accordance with FIGS. 4 and 6.
  • FIG. 9 shows the design of a planar antenna, such as that shown in FIG Vehicle interior can be installed as an emergency antenna.
  • the dipole surfaces 42 and 44 are together with the resistor R and a balun BAL on a circuit board PB arranged.
  • the balun BAL points between the inputs and outputs galvanic connections, for example a detour line, and is therefore advantageous included in the constant monitoring of the operational readiness of the antenna.

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  • Monitoring And Testing Of Transmission In General (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Prüfen der Funktionsbereitschaft von Antennen (14, 20) für ein Funktelefon ( 40). Die Antennen (14, 20) weisen jeweils einen Strahler auf, der mit einem Ende offen in den Raum ragt. Unabhängig von einem Signalstrom (IHF) fließen Prüfströme (IC1, IC2), über Antennenleitungen zu den Antennen (14, 20). An jedem Strahler ist zum Rückführen des separaten Prüfstroms (IC1, IC2) parallel zum HF-Pfad ein Nebenpfad angeschlossen, der eine Impedanz (R1, R2) aufweist. Spannungsauswerter (VE1, VE2) überwachen den Funktionszustand der Antennen (14, 20) durch Vergleichen der von den Prüfströmen (IC, IC1, IC2) bewirkten Prüfspannungen (UC1, UC2) an den Antennenanschlüssen (12, 22) mit einem Sollwert (UREF) und generieren entsprechende Indikationssignale (UO1, UO2), die Aufschluss über den Funktionszustand der Antennen geben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Prüfen der Funktionsbereitschaft einer Antenne, insbesondere bei einem Fahrzeugtelefon, welches mehrere Antennen aufweist. Die Erfindung ermöglicht dem Fahrzeugtelefon jederzeit Fehler an der Antennenleitung, nicht montierte, fehlerhaft montierte, oder ausgefallene Fahrzeugantennen, beispielsweise in Folge von Beschädigung bei einem Verkehrsunfall, zu erkennen und selbsttätig auf eine funktionsfähige Antenne umzuschalten.
Da die Funktionsbereitschaft eines Funktelefons nur dann gegeben ist, wenn alle Baugruppen des Kommunikationssystems funktionieren und die Antennen wegen ihres Standorts mechanisch oft besonders empfindlich sind, erhöht die Lösung gemäß der Erfindung in einem Notfall wesentlich die Zuverlässigkeit eines Funktelefons.
Fahrzeugtelefone werden gewöhnlich mit einer Außen- oder Fensterantenne ausgestattet, deren örtliche Lage vorrangig nach den Anforderungen einer optimalen Empfangs- und Sendequalität ausgewählt wird.
Nachteilig ist jedoch, dass beim Auswählen einer solchen Lage die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass im Falle eines Unfalls mit dem Fahrzeug oder einer anderen äußeren Krafteinwirkung die Antenne bis mm Totalausfall beschädigt wird. Insbesondere bei einer Außenantenne kommen als Krafteinwirkung beispielsweise auch eine böswillige Zerstörung durch Fremde oder Abbrechen beim Durchfahren von niedrigen Hindernissen in Betracht. Ein Totalausfall der Antenne kann bei einem Verkehrsunfall oder Fahrzeugschaden fatale Folgen haben, da das Herstellen einer Telefonverbindung nicht mehr möglich ist, um Hilfe herbeizurufen.
Um diesen Mangel zu beseitigen, ist mm Beispiel aus der Druckschrift EP 0 859 237-A1 bekannt, an einem anderen Einbauort eine Not- oder Ausweichantenne anzubringen. Diese übernimmt nach einem Funktionsausfall der als Hauptantenne benutzten Außenantenne den Sende/Empfangsbetrieb. Beide Antennen sind je über ein separates Koaxialkabel mit dem Funktelefon verbunden.
Zum Erzielen einer maximalen Übertragungsqualität und Vermeiden von Interferenzen bei der Kommunikation, ist während der Funktion der Hauptantenne die Notantenne außer Betrieb. Das heißt, die selbsttätige Inbetriebnahme der Notantenne und der entsprechenden Leitung erfolgt grundsätzlich nur während eines Notfalls durch manuelles oder automatisches Aufbauen einer Notrufverbindung. Dafür wird entweder eine Notruftaste betätigt oder die Steuerung der Air bags und/oder Gurtstraffer sendet bei deren Auslösen ein entsprechendes Steuersignal an das Funktelefon, um dieses auf den zweiten Antennenanschluss umzuschalten.
Im Prinzip erfolgt das Umschalten zur Notantenne nach verschiedenen Lösungen:
Bei einfachen Lösungen löst der Aufbau einer Notrufverbindung im Funktelefon zwangsläufig ein Umschalten auf den Anschluss für die Notantenne aus, unabhängig vom Funktionszustand der Hauptantenne. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Notantenne auf Grund ihrer geschützten Einbaulage gemeinsam mit der separaten Antennenleitung mit hoher Wahrscheinlichkeit noch funktionsfähig ist.
Dabei entsteht das Problem, dass sowohl beim Anschließen der Antenne in der Fahrzeugfertigung als auch beim Gebrauch des Fahrzeugs Fehler oder Beschädigungen an der Antennenleitung zur Notantenne auftreten können, welche unentdeckt bleiben, weil diese für den normalen Betrieb nicht benutzt wird. Somit ist im Notfall unter Umständen die Antenne nicht funktionsfähig. Außerdem ist bei einem Inneneinbau der Notantenne die Effizienz auf Grund ihrer Einbaulage in der Regel geringer als die der Hauptantenne. Dieses führt gegebenenfalls dazu, dass in ungünstiger Fahrzeuglage ein Verbindungsaufbau zur Basisstation zwar mit einer intakten Hauptantenne möglich ist, aber nicht mit der leistungsschwächeren Notantenne.
Zum Vermeiden dieses Mangels führen Funktelefone mit mehreren Antennenanschlüssen und erweiterter Ausstattung periodisch, beispielsweise jeweils nach 10 Minuten, eine Prüfprozedur durch, bei der die Antennen nacheinander in Betrieb genommen und auf Funktionsfähigkeit geprüft werden. Dieses erfolgt beispielsweise durch Vergleich der Stärke der Empfangssignale. Dabei werden Fehler und Schäden an den Antennen und den Leitungen erkannt und gemeldet sowie rechtzeitig auf einen funktionsfähigen Antennenzweig umgeschaltet. Die Prüfprozedur wird in der Regel auch beim Auslösen eines Notrufes durchgeführt, so dass nur auf die leistungsschwächere Notantenne umgeschaltet wird, wenn die Hauptantenne beispielsweise durch Abbrechen des Antennenstabes ausgefallen ist.
Wenn beide Antennen auf Grund verschiedener Ausführungsformen und Standorte auch verschiedene Empfangsergebnisse aufweisen, ist diese Methode wegen ungleicher Intensität der Empfangssignale nicht sehr zuverlässig.
Bei einer Prüfprozedur gemäß der Druckschrift EP 0 859 237 A1 erfolgt eine Messung der Antennenanpassung durch Ermitteln des Reflexionsfaktors auf der Antennenleitung mit einem bidirektionalen Messrichtkoppler und einer Schaltung zum Bilden des Qualitätssignals. Von Nachteil dieser Lösung ist der hohe Aufwand sowohl für die Hardware als auch für die Software zum Realisieren der Prüfprozedur.
Darüber hinaus ist aus der Druckschrift DE 196 27349-A1 bereits eine Einrichtung zum Prüfen von Fahrzeugantennen bekannt, welche in einer Stromschleife liegende Empfangsspulen von Fahrzeugantennen ständig mit einem niedrigen Ruheprüfstrom überwacht. Die Empfangsspulen nehmen bei einem Schienenfahrzeug entlang eines Linienleiters, wie den Schienen oder der Oberleitung, induktiv Signalströme auf. Der Ruheprüfstrom ist vorzugsweise ein Gleichstrom und zeigt kontinuierlich an, dass alle Antennen am Fahrzeug sowohl vorhanden als auch angeschlossen sind.
Nachteilig ist jedoch, dass diese Fahrzeugantennen keine im Kraftfahrzeugbau bevorzugte Antennenform aufweist, wie beispielsweise eine gegen Erde erregte Stabantennen, sondern Empfangsspulen zur induktiven Signalankopplung. Die Lösung ist also für Kraftfahrzeuge nur anwendbar, wenn an Stelle der bisher benutzten vorteilhaften Stab- oder Dipolantennen mit einem offenen Stabstrahler ein an sich bekannter Faltdipol mit einem geschlossenen Schleifenstrahler vorhanden ist. Dieser ist jedoch gegenüber den benutzten Lösungen aufwendig und bietet für die vorgesehene Anwendung keine wesentlichen Vorteile. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösung besteht darin, dass ein Kurzschluss der Antennenleitung ebenfalls als funktionsfähige Antenne angezeigt wird.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, zum Prüfen der Funktionsbereitschaft mindestens einer Antenne für ein Funktelefon eine einfache, kostengünstige Schaltungsanordnung zu schaffen, welche die vorgenannten Mängel vermeidet und weitestgehend unabhängig von der Antennenform anwendbar ist. Darüber hinaus soll die Erfindung beim Anschluss von mehreren Antennen an einem Funktelefon mögliche Anschlussfehler eindeutig identifizieren.
Die Lösung gemäß der Erfindung enthält eine Antenne mit einem offenen Strahler, beispielsweise einem Stabstrahler. Dieser weist ein erstes Ende auf, an dem zum Abnehmen bzw. Einspeisen des HF-Signals eine Antennenleitung angeschlossen ist, und ein zweites Ende, welches offen in den Raum ragt, so dass eine im Raum verteilte Kapazität des Stabes einen HF-Pfad bildet, der den Signalstromkreis für die Nachrichtenkommunikation schließt.
Zum Lösen der Aufgabe sendet das Funktelefon über die Antennenleitung einen Prüfstrom zur Antenne. Dieses geschieht unabhängig vom Signalstrom. Der Prüfstrom ist vorteilhaft ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom mit einer Wellenlänge, die um ein Vielfaches größer ist als die Wellenlänge des Signalstroms.
Gemäß der Erfindung ist am Strahler ein Nebenpfad mit einer Impedanz angeschlossen, welcher für den Prüfstrom zur Antennenleitung einen rückwärtigen Strompfad bildet und der parallel zum HF-Pfad liegt. An dieser Impedanz bewirkt der Prüfstrom einen Spannungsabfall.
Im Gegensatz zur bekannten Lösung weist die Schaltungsanordnung einen Spannungsauswerter auf, welcher an den Antennenanschlüssen des Funktelefons ständig die Spannung überwacht, die infolge des Prüfstroms an der Impedanz entsteht. Damit erkennt das Funktelefon nicht nur, ob der Stabstrahler korrekt mit dem Antennenanschluss verbunden ist, sondern mindestens auch mögliche Kurzschlüsse der Antennenleitung.
Der Impedanzwert des Nebenpfades liegt sowohl für den Signalstrom als auch für den Prüfstrom um ein Vielfaches über den Strahlungswiderstand der Antenne. Die Impedanz ist am Strahler über eine im Verhältnis zur Übertragungswellenlänge kurze Anschlussleitung angeschlossen.
Nach einem speziellen Merkmal der Erfindung besteht die Impedanz des Nebenpfades aus einem Gebilde mit ausgedehnter Körperlänge, das beispielsweise als Einzelbauelement eine Länge aufweist, die in der Größenordnung des Stabstrahlers liegt, oder eine Serienschaltung mehrerer diskreter Einzelelemente, so dass die Verbindungsleitungen zu den Einzelelementen im Nebenpfad im Verhältnis zur Betriebswellenlänge kurz sind und die HF-Eigenschaften des Strahlers möglichst wenig beeinflussen.
Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert werden. Die entsprechenden Zeichnungen zeigen:
FIG. 1
das Grundprinzip der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung
FIG. 2
eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit mehreren Antennen
FIG. 3a bis 3c
weitere Ausführungsformen der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit mehreren Antennen
FIG. 4 bis 6
verschiedene Antennenformen für die Schaltungsanordnung entsprechend der Erfindung mit Stabstrahlern
FIG. 7
eine Ausführung mit einer Wendelantenne
FIG. 8
eine Antennenform mit einem senkrecht strahlenden Dipol und
FIG. 9
eine Antennenform mit einer Flächenantenne
Ein Funktelefon 10 weist, wie FIG.1 zeigt, ein Sende/Empfangsteil RF auf. Dieses ist über einen Antennenanschluss 12 mit einer Antenne 14 verbunden, welche vorzugsweise als Außenantenne ausgeführt und beispielsweise auf dem Dach eines nicht dargestellten Fahrzeuges angeordnet ist. Eine Antennenleitung 16, im vorliegenden Fall ein Koaxialkabel, welches in der Regel unter der Innenraumverkleidung des Fahrzeugs verlegt ist, verbindet die örtlich vom Funktelefon 10 abgesetzte Antenne 14 mit dem Antennenanschluss 12. Infolge der verdeckten Installation sind Fehler und Beschädigungen der Antennenleitung 16 und des Antennenanschlusses 12 optisch nur schwer erkennbar. Der Antennenanschluss 12 enthält einen Signalkontakt OS und einen Massekontakt O0.
Im vorliegenden Beispiel ist die Antenne 14 ein an sich bekannter vertikal angeordneter Stabstrahler mit einer Länge von annähernd einem Viertel der Übertragungswellenlänge λ des Sende/Empfangssignals. Die Antennenleitung 16 ist am unteren Ende des Strahlers angeschlossen. Das andere Ende ragt zur Aufnahme/Abgabe von hochfrequenter Strahlung offen in den Raum.
Bekanntlich bildet das offene Ende des Strahlers gegen die Erdoberfläche eine im Raum verteilte Kapazität CE, welche als kapazitiver HF-Pfad den Kreis für den hochfrequenten Signalstrom IHF schließt, ohne dass ein galvanischer Pfad zwischen dem offenen Strahlerende und dem Massekontakt GND besteht. Da die Antenne 14 an einer Fahrzeugkarosserie befestigt ist, besteht eine Direktverbindung zwischen dem Massekontakt GND, der Antennenleitung 16 und der leitenden Fläche der Karosserie.
Neben einem Sende/Empfangsteil RF sind am Signalkontakt OS sowohl eine Spannungsquelle als auch ein Eingang eines Spannungsauswerters angeschlossen. Im vorliegenden Beispiel stellt die Spannungsquelle eine Quellenspannung US bereit und bewirkt über einen Quellenwiderstand RS den Fluss eines Prüfstroms IC zur Antenne 14. An Stelle der Spannungsquelle kann jedoch eine Stromquelle benutzt werden, welche vorteilhaft einen Konstantstrom liefert. Der Spannungsauswerter ist bei dieser Ausführung ein Fensterkomparator COM, der feststellt, ob seine Eingangsspannung UIN innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt.
Gemäß der Erfindung ist der Stabstrahler der Antenne 14 direkt mit einem Nebenpfad verbunden, der eine Impedanz Z enthält. Der Nebenpfad schließt den Stromkreis für den Prüfstrom IC vom Stabstrahler zum Massekontakt GND. Die Impedanz Z bildet mit dem Quellenwiderstand RS einen Spannungsteiler. Der Prüfstrom IC erzeugt an der Impedanz Z eine Prüfspannung UC, deren Höhe vom Wert der Impedanz abhängt, welche zwischen dem Signalkontakt OS und dem Massekontakt O0 wirksam ist. Bei einer fehlenden oder nicht angeschlossenen Antenne 14 ist die Prüfspannung UC = US , während bei einem Kurzschluss des Antennenanschlusses 12 oder der Antennenleitung 16, die Spannung UC/n = 0 beträgt. Der Fensterkomparator COM vergleicht die Prüfspannung UC = UIN mit einer Referenzspannung UREF und generiert für eine nicht dargestellte Steuerschaltung des Funktelefons 10 ein Indikationssignal UO, das dem Funktionszustand von Antenne 14 entspricht.
Um den Einfluss des Nebenpfades auf die Strahlungseigenschaften der Antenne 14 möglichst gering zu halten, erfolgt der Anschluss der Impedanz Z an den Stabstrahler über eine im Verhältnis zur Übertragungswellenlänge λ kurze Anschlussleitung.
Vorteilhaft wird das Verhältnis von Impedanz Z und Quellenwiderstand RS so gewählt, dass der Fensterkomparator COM bei funktionsfähiger Antenne 14 deutlich die Prüfspannung UC = US/n am Signalkontakt OS von der Quellenspannung US unterscheidet, die bei einem Fehler an der Antenne 14 auftritt. Für die Funktion der Schaltungsanordnung ist wichtig, dass die Impedanz Z möglichst fest mit der Antenne 14 verbunden ist, so dass das Fehlen der Antenne 14 durch Ansteigen der Prüfspannung UC am Signalkontakt OS ebenso zuverlässig erkannt wird, wie eine Unterbrechung in der Antennenleitung 16. Die Impedanz Z kann sowohl von einem diskreten ohmschen Widerstand R als auch von einer leitfähigen Struktur, wie beispielsweise einer dünnen hochohmigen Leiterbahn gebildet werden, welche im Antennenkörper oder dessen Oberfläche als Widerstandsbahn isoliert gelagert ist. Auch eine komplexe Anordnung, wie eine Induktivität mit einem entsprechend hohen Serienwiderstand, ist vorteilhaft anwendbar.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist die Impedanz Z ein ohmscher Widerstand mit einem Widerstandswert annähernd oder gleich dem Quellenwiderstand RS, so dass wie im vorliegenden Beispiel am Signalkontakt OS etwa die halbe Quellenspannung US liegt.
Zwischen dem Signalkontakt OS und dem HF-Port des Sende/Empfangsteils RF ist ein Koppelkondensator CK angeordnet, der ein gegenseitiges Beeinflussen der Schaltungsanordnung zum Prüfen und des Sende/Empfangsteils RF verhindert. Der Entkoppelwiderstand RK verringert die Belastung des hochfrequenten Signalstromkreises IHF durch den Eingang des Fensterkomparators COM.
FIG. 2 zeigt ein Funktelefon 30 mit einem Sende/Empfangsteil RF, welches über einen Antennenwahlschalter 18, beispielsweise in Form eines Relais, alternativ entweder mit der Antenne 14 oder mit einer Antenne 20 verbunden ist. Im Gegensatz zur zuvor beschriebenen Ausführung weist das Funktelefon 30 neben dem Antennenanschluss 12 einen weiteren Antennenanschluss 22 mit einem Signalkontakt OS2 auf.
Es sei angenommen, dass der Antennenwahlschalter 18 in seiner Ruhelage auf den Signalkontakt OS1 des Antennenanschlusses 12 geschaltet ist. Dann ist dieser Anschluss mit der Hauptantenne belegt, welche an einem günstigen Empfangs- und Sendeort positioniert ist, und am Antennenanschluss 22 liegt eine Not- oder Ausweichantenne. Jede Antenne 14, 20 ist über eine separate Antennenleitung 16, 24 angeschlossen und enthält einen Nebenpfad mit einer eigenen Impedanz, im vorliegenden Fall die Widerstände R1 bzw. R2. Die Quellenspannung US ist bei dieser Ausführung am Ausgang des Antennenwahlschalters 18 angeschlossen, so dass dieser auch die Strompfade für die Prüfströme IC1 und IC2 zu den Antennen 14, 20 umschaltet.
Zum Aufbau einer Telefonverbindung hat der Antennenanschluss 12 gegenüber dem Antennenanschluss 22 Vorrang und der Antennenwahlschalter 18 befindet sich überwiegend in der entsprechenden Position. Während dieser Zeit fließt unabhängig von der Aktivität des Signalstroms IHF ständig der Prüfstrom IC1 zur Antenne 14, um deren Funktionsbereitschaft zu überwachen. Bei der vorliegenden Ausführung ist der Spannungsauswerter VE eine Fenster-Detektor-Schaltung für Gleichspannungen, die ständig überprüft, ob sich die Prüfspannung UC am Ausgang des Wahlschalters 18 innerhalb eines Sollbereichs befindet. Besteht am Antennenanschluss 12 ein Kurzschluss oder ein Leerlauf, so liegt die Prüfspannung außerhalb des Sollbereichs und signalisiert, dass die Antenne 14 mit Sicherheit nicht mehr betriebsbereit ist. Dann bewirkt der Spannungsauswerter VE mit seinem Ausgangssignal U0 sofort ein Umschalten auf die Notantenne, die Antenne 20, um die Funktionsbereitschaft des Systems wieder herzustellen.
Um auch die Funktionsbereitschaft der Antenne 20 zu überwachen, die bei intakter Antenne 14 nie aktiv ist, schaltet nach einem weiteren Merkmal der Erfindung während der Ruhezeit des Funktelefons 30 eine nicht dargestellte Steuerschaltung über den Steueranschluss S den Antennenwahlschalter 18 periodisch jeweils für eine kurze Dauer vom Signalkontakt OS1 zum Signalkontakt OS2 um, ohne dass dabei ein Signalstrom IHF fließt. Dabei fließt der Prüfstrom IC2 über den Widerstand R2. Liegt beim Umschalten auf Antenne 20 die Prüfspannung UC wegen eines Fehlers am Antennenanschluss 22 außerhalb des Sollbereichs, so signalisiert das Funktelefon 30, beispielsweise optisch durch Anzeige in seinem Display und/oder akustisch, dass die Notantenne nicht betriebsbereit ist, um eine Reparatur zu veranlassen. Da bei einem Fehler an der Notantenne das Kommunikationssystem noch funktioniert, wird der Telefonbetrieb unverändert über die Antenne 14 abgewickelt.
Von Vorteil ist, dass die Prüfströme IC1, IC2 unabhängig vom Signalstrom IHF fließen, so dass ein Umschalten auf die Antenne 20 unmittelbar nach dem Ausfall der Antenne 14 möglich ist. Ein weiterer Vorteil der Schaltung nach FIG. 2 besteht darin, dass auch die Funktionsbereitschaft des Antennenwahlschalters 18 ständig geprüft wird.
Gemäß einer Erweiterung der Erfindung weisen die Widerstände R1 und R2 in den Nebenpfaden abhängig von den Bauformen der Antennen 14, 20 verschiedene Widerstandswerte auf. Dadurch kann die Steuerschaltung des Funktelefons 30 oder eine beim Montieren der Antennen am Funktelefon angeschlossene externe Prüfvorrichtung die Antennenbauformen automatisch erkennen, die an den Antennenanschlüssen 12 und 22 angeschlossen sind. Dieses ermöglicht ein entsprechendes Anzeigen von vertauscht angeschlossenen Antennen 14 und 20 und/oder eine entsprechende interne Korrektur mit dem Antennenwahlschalter 18. Letzteres erlaubt die Antennenanschlüsse 12 und 22 beim Montieren beliebig zu belegen. Dafür wird vorteilhaft der Antennenwahlschalter 18 als Stromstoßrelais oder Ähnliches ausgeführt, so dass nach dem Identifizieren der angeschlossenen Antennen 14, 20 ein Setzimpuls den Antennenwahlschalter 18 in die jenige von zwei Positionen setzt, in der äußerlich eine bevorzugte Antenne (14), also die Hauptantenne, angeschlossen ist.
Auch eine einfache Anzeige, dass eine falsche Antennenbauform montiert wurde, ist damit zu realisieren.
Da die Sendeleistung bei Autotelefonen gegenüber herkömmlichen Mobiltelefonen etwa das Vierfache beträgt, können damit außerdem auch Maßnahmen gegen eine unzulässig hohe Sendefeldstärke im Fahrzeuginneren ausgelöst werden. Gewöhnlich wird die Hauptantenne eines Autotelefons außerhalb der Fahrzeugkarosserie in einem Abstand zu den Insassen angebracht, um bei dieser Sendeleistung unter anderem auch den Einfluss auf die Fahrzeuginsassen gering zu halten. Erhält nach dem Ausfall der Hauptantenne die Hilfsantenne im Fahrzeuginneren die gleiche Leistung, so kann dort ein starkes Sendefeld eine Gefahr für die Gesundheit der Insassen darstellen. Auch ungünstige Mehrfachreflexionen an den Innenflächen der Karosserie können die Ausbreitung des Sendesignals stören. Beim Erkennen einer solchen Antenne, veranlasst beispielsweise die Steuerschaltung das Sende/Empfangsteil RF, am aktiven Antennenanschluss die Sendeleistung zu reduzieren. Dieses erfolgt vorrangig dann, wenn beispielsweise nach einem Besuch einer Autowaschanlage vergessen wurde, die abnehmbare Außenantenne wieder zu montieren und der normale Telefonbetrieb über die Notantenne läuft. Beim Auslösen eines Notrufes sollte jedoch das Sende/Empfangsteil RF die der von der Basisstation geforderte maximale Leistung bereitstellen.
Bei dieser Erfindungsausführung weist der Spannungsauswerter VE für jede Antennenbauform ein separates Detektorfenster auf.
Es versteht sich von selbst, dass in der Praxis der Spannungsauswerter VE in der digitalen Steuerschaltung des Funktelefons enthalten sein kann. In einem solchen Fall, liegt am seinem Eingang ein Analog/Digitalwandler zum Wandeln der Prüfspannung UC in einen Digitalwert. Die Fenster werden durch einen bzw. mehrere Wertebereiche von Digitalwerten dargestellt und der am Wandlerausgang liegende Digitalwert wird geprüft, ob er in dem bzw. einem dieser Wertebereiche liegt. Als weitere Alternative zu den genannten Spannungsauswertern VE sind auch Messschaltungen für Wechselspannungsamplituden denkbar, sofern eine Wechselstromquelle die Prüfströme IC1 und IC2 generiert.
Die Figuren 3a bis 3c zeigen weitere Ausführungen der Erfindung. Diese haben den Vorteil, dass die Funktionsbereitschaft beider Antennen 14 und 20 sowohl während des Funk/Sendebetriebes als auch im Stand-by des Funktelefons 40 durch die Prüfströme IC1 und IC2 kontinuierlich überwacht wird. Dafür weist das Funktelefon 40 im Gegensatz zum Funktelefon 30 für jeden Antennenanschluss 12, 23 einen separaten Quellenwiderstand RS1 bzw. RS2 auf, welcher direkt am entsprechenden Signalkontakt OS1 und OS2 angeschlossen ist.
Die Ausführung nach FIG. 3a enthält auch für jeden Antennenanschluss 12, 22 einen separaten Spannungsauswerter VE1 und VE2, der jeweils über einen Entkoppelwiderstand RK1 bzw. RK2 mit dem entsprechenden Signalkontakt OS1 und OS2 verbunden ist. In Abhängigkeit von den entsprechenden Prüfspannungen UC1 und UC2 zeigt ein Indikationssignal UO1 ständig die Funktionsbereitschaft von Antenne 14 und ein Indikationssignal UO2 die Funktionsbereitschaft von Antenne 20 an.
Im Gegensatz dazu, benötigen die Ausführungen nach FIG. 3b und FIG. 3c nur den Spannungsauswerter VE1. Gemäß eines weiteren Merkmals der Erfindung werden alle möglichen Kombinationen aus funktionierenden und/oder fehlerhaften Antennenanschlüssen 12 und 22 durch einen entsprechenden Spannungswert identifiziert, der nur bei der bestimmten Kombination auftritt. Dazu führen die Entkoppelwiderstände RK1 und RK2 die Prüfspannungen UC1 und UC2 bzw. UC3 und UC4 beider Antennenanschlüsse 12 und 22 zusammen, wobei ein Entkoppelwiderstand um ein Mehrfaches n größer ist als der andere, beispielsweise RK2 = 3 RK1. Ausserdem sind beide Entkoppelwiderstände RK1 und RK2 um ein Vielfaches größer als die Widerstände R1 und R2 in den Nebenpfaden und die Eingangsschaltung des Spannungsauswerter VE1 weist einen Elektrometereingang auf, d.h. einen sehr hohen Eingangswiderstand RIN >> RK2. Bei diesen Bedingungen tritt folgender nützliche Effekt auf:
Solange an beiden Antennenanschlüssen 12 und 22 gleiche Anschlussbedingungen vorliegen, bleibt in Folge des Elektrometereingangs das Widerstandsverhältnis RK1 : RK2 ohne Einfluss auf die Höhe der Eingangsspannung UIN für den Spannungsauswerter VE1. Fehlen beide Antennen 14, 20, so stellt sich die Eingangsspannung UIN = UC ein. Sind beide Antennen fünktionsbereit und die Widerstände R1 = RS1 und R2 = RS2, so ist die Eingangsspannung UIN = 0,5 UC , und wenn beide Antennen kurzgeschlossen sind, dann stellt sich die Eingangsspannung UIN = 0 ein.
Liegen an den Antennenanschlüssen 12 und 22 jedoch ungleiche Impedanzen, so entsteht folglich auch eine Differenz ΔUC zwischen den Prüfspannungen UC1 und UC2, welche Einfluss auf die Eingangsspannung UIN hat. Die Entkoppelwiderstände RK1 und RK2 bilden für diese Differenz einen Spannungsteiler, und addieren die geteilte Spannungsdifferenz ΔUC zur kleinsten Prüfspannung UC1 oder UC2 hinzu.
Auf Grund der ungleichen Entkoppelwiderstände RK1 und RK2 wird für die Differenz ΔUC in Abhängigkeit von dem Antennenanschluss, an dem die höchste Prüfspannung UC1 oder UC2 liegt, jeweils ein anderes Teilerverhältnis wirksam.
Nach der Montage kann jede Antenne 14 und 20 einen von drei möglichen Anschlusszustände:
Figure 00100001
Leerlauf", betriebsfähig" oder kurz geschlossen" aufweisen. Damit ergeben sich neben der Möglichkeit, dass beide Antennen betriebsfähig sind, acht weitere mögliche Kombinationen, bei denen mindestens eine Antenne nicht betriebsfähig ist. Für alle diese Kombinationen nimmt die Eingangsspannung UIN je nach Zuordnung der Antennen zu den Antennenanschlüssen 12, 22 einen für jede Kombination typischen, von den drei vorgenannten Fällen abweichenden Spannungswert an. Dieser ermöglicht auf Grund der typischen Höhe ein eindeutiges Zuordnen jeder Störung zum entsprechenden Antennenanschluß.
Fehlt beispielsweise die Antenne 14 und ist die Antenne 20 funktionsfähig, so beträgt die Prüfspannung UC1 = US , die Prüfspannung UC2 = 0,5 US und die Differenz ΔUC = 0,5 US . Die Differenz ΔUC wird im Teilerverhältnis N1 = RK2 : (RK1 + RK2) geteilt. Mit dem genannten Verhältnis der Entkoppelwiderstände RK2 = 3 RK1 wird N1 = 3 RK1 : (RK1 + 3 RK1),
d.h., N1 = 3 : 4 = 0,75. Somit ist die Eingangsspannung UIN = UC2 + 0,75 ΔUC UIN = 0,5 US + 0,5*0,75 US = 0,5 US + 0,375 US = 0,875 US .
Fehlt jedoch die Antenne 20 und ist die Antenne 14 funktionsfähig, so beträgt die Prüfspannung UC1 = 0,5 US , die Prüfspannung UC2 = US und die Differenz ΔUC = 0,5 US . Die Differenz ΔUC wird jetzt jedoch im Teilerverhältnis N2 = RK1 : (RK1 + RK2) geteilt. Dann ist
N2 = RK1 : (RK1 + 3 RK1) = 1 : 4 = 0,25 und die Eingangsspannung UIN = UC2 + 0,25 ΔUC . D.h. die Eingangsspannung UIN = 0,5 US + 0,125 US = 0,625 US unterscheidet sich eindeutig von der bei der vorangegangenen Kombination.
Ist jedoch Antenne 20 kurzgeschlossen und Antenne 14 funktionsfähig, so beträgt die Prüfspannung UC1 = 0, die Prüfspannung UC2 = 0,5 US und die Differenz ebenfalls ΔUC = 0,5 US . Da die kleinste Prüfspannung UC1 = 0 beträgt und das Teilerverhältnis N2 = 1 : 4 wirksam ist stellt sich UIN = 0,125 US ein.
Wäre jedoch die Antenne 14 kurz geschlossen und Antenne 20 funktionsfähig, so wäre wegen des Teilerverhältnisses N2 = 1 : 4 die Eingangsspannung UIN = 0,375 US .
Aus dem Dargelegten ist ersichtlich, dass jede mögliche Kombinationen mit mindestens einem gestörten Antennenanschluss 12 oder 22 die Eingangsspannung UIN einen für diese Kombination typischen Spannungswert annimmt. Dieses ist insbesondere bei der Montage der Antennen 14 und 20 am Funktelefon 40 vorteilhaft, weil dabei auch an beiden Antennenanschlüssen 12, 22 ein Fehler auftreten kann. Der Spannungsauswerter VE1 hat in diesem Fall als Teil der Steuerschaltung des Funktelefons 40 die Aufgabe, den digitalisierten Wert der Eingangsspannung UIN mit fest gespeicherten Wertebereichen zu vergleichen und ein Datensignal DS auszugeben, welches eindeutig den aktuellen Zustand der Belegung der Antennenanschlüsse 12 oder 22 identifiziert. Dieses Signal nutzt die Steuerschaltung des Funktelefons 40 oder eine während der Montage angeschlossene Analyseeinrichtung zur Fehleranzeige. Dabei wird jedem Anschluss sein aktueller Zustand eindeutig zugeordnet. Selbst extreme Fehleranzeigen, wie zum Beispiel Hauptantenne unterbrochen oder nicht vorhanden! - Notantenne kurzgeschlossen!" können somit realisiert werden.
FIG. 3c zeigt darüber hinaus zwei weitere Merkmale der Erfindung. Die Ausführung von FIG. 3c basiert auf der Ausführung nach FIG. 3b und berücksichtigt die Tatsache, dass die vorliegende Anzahl von insgesamt neun möglichen Kombinationen von fehlerfreien und fehlerhaften Antennenanschlüssen 12, 22 nur kostengünstig mit einem Mikrocomputer auszuwerten ist, der mit einem Analog/Digitalwandler verbunden ist. Nachteilig ist jedoch, dass viele Analog/Digitalwandler von Mikrocomputern auf Grund einer asymmetrischen Spannungsversorgung nur fehlerfrei arbeiten, wenn die Eingangsspannung UIN oberhalb eines Mindestwertes liegt. Um diesen Mangel auf einfache Weise zu beheben, liegen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung in Serie zu den Qellenwiderständen RS1 und RS2 Vorwiderstände RV1 und RV2 und die Entkoppelwiderstände RK1 und RK2 sind an den Verbindungspunkten der Serienschaltung angeschlossen. Dadurch enthalten die Prüfspannungen UC3und UC4 selbst bei einem Kurzschluss des Antennenanschlusses 12 oder 22 den Mindestwert, den der Prüfstrom IC1 bzw. IC2 an den Vorwiderständen RV1 und RV2 bewirkt, so dass der Analog/Digitalwandler des Spannungsauswerters VE1 fehlerfrei arbeitet.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden diese Vorwiderstände RV1 und RV2 benutzt, um zusätzlich zu den genannten neun möglichen Kombinationen der Antennenzustände auch den Fall zu identifizieren, bei dem beide Antennen 14, 20 vertauscht angeschlossen sind. Dieses wird dadurch erreicht, dass zum Einen die Antennen 14 und 20 entsprechend ihren Bauformen, wie bereits dargestellt, in den Nebenzweigen verschiedene Widerstände R1, R2 aufweisen und zum Anderen die Werte für die Vorwiderstände RV1 und RV2 so ausgewählt werden, dass für beide Antennenanschlüsse 12, 22 die Summe aus dem entsprechenden Widerstand R1 bzw. R2 im Nebenzweig und dem dazu in Serie liegenden Vorwiderstand RV1 bzw. RV2 einander gleich sind, also R1 + RV1 = R2 + RV2 ist. Dieses hat den Vorteil, dass die genannten typischen Spannungswerte für die Eingangsspannung UIN an einer intakten Antenne nur dann auftreten, wenn die Antennen 14, 20 an den Antennenanschlüssen 12, 22 nicht vertauscht sind. Als günstige Widerstandverhältnisse haben sich beispielsweise erwiesen: RS1 = RS2; RS1 = R1 + RV1 und RS2 = R2 + RV2, wobei in einem Nebenzweig beispielsweise R1 = 0,5 RS1 und RV1= 0,5 RS1 und im anderen R2 = 0,75 RS1 und RV2= 0,25 RS1 vorteilhafte Werte sind. Es ist offensichtlich, das beim korrekten Anschluss beider Antennen 14, 20 die Prüfspannungen UC3 = UC4 = 0,5 US betragen, während bei vertauschten Antennen 14, 20 diese sich wie das Verhältnis der Summen
(R2 + RV1) : (R1 + RV2) = (0,75 + 0,5) : (0,5 + 0,25) = 1,25 : 0,75 = 5 : 3 verhalten.
Ein weiterer Vorteil der Lösung gemäß der Erfindung besteht darin, dass sowohl die Quellenwiderstände RS1 und RS2 als auch die Widerstände R1 und R2 in den Nebenpfaden so groß gewählt werden können, dass die Prüfströme IC1 und IC2 die Betriebsstromversorgung des Funktelefons 10, 30 bzw.40 nur unbedeutend belasten. In der Praxis liegen beispielsweise die Quellenwiderstände RS, RS1 und RS2 und die Widerstände R1 und R2 bei etwa 10 kΩ und die Prüfströme IC1 und IC2 unter 1mA. Darüber hinaus sind die Koppelwiderstände RK, RK1 und RK2, die Quellenwiderstände RS, RS1 und RS2 und die Widerstände R1 und R2 so bemessen, dass auch der Einfluss der gesamten Erkennungsschaltung auf den HF-Stromkreis des Funktelefons 10, 30 bzw.40 minimal ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass auch angezeigt wird, wenn bei der Montage des Fahrzeugs an den Antennenanschlüssen 12, 22 ein falscher Antennentyp angeschlossen wird. Beispielsweise eine Rundfiunkantenne, die keinen Nebenpfad aufweist.
Die Figuren 4 bis 8 zeigen verschiedene Formen von Antennen für die Schaltung gemäß der Erfindung. Die Antennen in den Figuren 4 bis 6 sind sogenannte λ/4-Vertikalstrahler mit einer Stablänge l1= λ/4. Dabei bezeichnet λ die Übertragungswellenlänge.
FIG.4 zeigt eine besonders kostengünstige Ausführung für eine Antenne mit einem Widerstand R unmittelbar zwischen dem HF-Anschluss Si und dem Masseanschluss GND. Die Box 26 stellt eine nichtleitende Umhüllung für den Bereich des Fußpunktes dar, welche den Widerstand R mechanisch fest mit dem Stabstrahler verbindet. Damit bewirkt ein Abbrechen der Antenne 14 an einer konstruktiv geplanten Sollbruchstelle im Bereich der Fußpunkthalterung oder eine Demontage auch das Fortfallen des Nebenpfades mit dem Widerstand R und führt damit zum gewünschten Erkennen durch die Schaltung im Funktelefon 10, 30 oder 40.
Während die Antenne gemäß der Ausführung nach FIG. 4 eine konstruktive Maßnahme erfordert, welche ein Abbrechen am Fußpunkt sichert, kann die Antenne gemäß FIG. 5 an beliebiger Stelle brechen. Dazu liegt zwischen einem Anschlusspunkt an der Antennenspitze 28 und dem Masseanschluss GND eine Impedanz mit verteilten Komponenten, im vorliegenden Fall eine Serienschaltung aus mindestens zwei Einzelwiderständen Ra und Rb. Diese Ausführung ermöglicht, außen am Antennenkörper einen Nebenpfad mit diskreten ohmschen Widerständen anzubringen. Um HF-Aktivitäten der Zuleitungen zu den verteilten Einzelwiderständen Ra und Rb als Antennenelement zu unterdrücken, können deren Zuleitungslängen 12 bis 14 so gewählt werden, dass jede kürzer als λ/10 ist. Entsprechend der gewünschten Strahlungscharakteristik der Antenne kann es auch vorteilhaft sein, die Zuleitungslänge l2 besonders kurz auszuführen und die verbleibende Restlänge: lR = l1 - l2 - (Länge der Einzelwiderstände Ra + Rb) auf die Zuleitungslängen l3 und l4 zu verteilen. Bei dieser Antennenausführung umschließt die nichtleitende Umhüllung den gesamten Strahlerstab mit den Einzelwiderständen Ra + Rb und deren Zuleitungen.
FIG. 6 zeigt einen Stabstrahler 32, der als Hohlkörper ausgeführt ist. Dieser weist am freien Ende einen Kopf 34 mit einem erweiterten Durchmesser auf. Im Hohlkörper 32 ist der Nebenpfad mit einem Widerstand R untergebracht. Die Lage des Widerstandes R im Kopf 34 gewährleistet auch bei dieser Ausführung die Funktion der Schaltung, wenn der Stabstrahler 32 an beliebiger Stelle abbricht. Infolge der Innenlage des Nebenpfades ist ein Einfluss auf die Strahlungscharakteristik der Antenne nicht zu erwarten. Lediglich die Länge l1 des Stabstrahler 32 muss infolge der höheren Raumkapazität des Kopfes 34 gegen Erde etwas verkürzt werden.
Bei der Antenne gemäß FIG. 7 führt der Nebenpfad mit dem Widerstand R ebenfalls durch das Innere des Strahlers 36. Als Strahler 36 wird jedoch ein für den HF-Kreis einseitiges offenes Leiterwendel benutzt, dessen Länge wesentlich kürzer ist als bei einem Stabstrahler.
An Hand von FIG. 8 wird gezeigt, dass das Prinzip der Erfindung auch bei λ/2-Dipolantennen anwendbar ist, die an den Enden offen sind. Die vorliegende Ausführung zeigt einen λ/2-Vertikalstrahler in Form eines axial gespeisten Dipols. Die Anordnung des Nebenpfades entspricht der Ausführung gemäß FIG. 5. Ebenso kann der Nebenpfad bei λ/2-Dipolantennen auch entsprechend den Figuren 4 und 6 ausgeführt werden.
FIG. 9 zeigt die Ausführung einer Flächenantenne, wie sie zum Beispiel im Fahrzeuginneren als Notantenne installiert sein kann. Die Dipolflächen 42 und 44 sind gemeinsam mit dem Widerstand R und einem Symmetrierglied BAL auf einer Leiterplatte PB angeordnet. Das Symmetrierglied BAL weist zwischen den Ein- und Ausgängen galvanische Verbindungen auf, zum Beispiel eine Umwegleitung, und ist damit vorteilhaft in die ständige Überwachung der Funktionsbereitschaft der Antenne einbezogen.

Claims (18)

  1. Schaltungsanordnung zum Prüfen der Funktionsbereitschaft mindestens einer Antenne (14, 20) für ein Funktelefon (10, 30, 40) mit einer Steuerschaltung, einem Prüfstrom (IC, IC1, IC2), den eine Spannungsquelle (UC) unabhängig von einem Signalstrom (IHF) in einem HF-Pfad über eine Antennenleitung (16, 24) zur Antenne (14, 20) sendet, und mit einer Auswerteeinrichtung (COM, VE) mm Überwachen der Kontinuität des Prüfstroms (IC, IC1, IC2), dadurch gekennzeichnet, dass jede Antenne einen Strahler aufweist, welcher mit einem Ende offen in den Raum ragt, und dass an jedem Strahler zum Rückführen jeweils eines separaten Prüfstroms (IC, IC1, IC2) parallel zum HF-Pfad ein Nebenpfad angeschlossen ist, der eine Impedanz (Z, R, R1, R2) aufweist, wobei das Überwachen des Prüfstroms (IC, IC1, IC2) mit einem Spannungsauswerter (COM,VE, VE1, VE2) erfolgt.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenpfad mit der Impedanz (Z, R, R1, R2) unlösbar mit dem Strahler verbunden ist, so dass ein Abbrechen der Antenne (14, 20) oder eine Demontage auch das Fortfallen des Nebenpfades mit dem Widerstand R bewirkt.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (Z, R, R1, R2) im Nebenpfad über eine im Verhältnis zur Übertragungswellenlänge (λ) kurze Anschlussleitung am Strahler angeschlossen ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz (Z, R, R1, R2) im Nebenpfad um ein Vielfaches höher ist als der Strahlungswiderstand der Antenne (14, 20).
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Nebenpfad eine Serienschaltung von separaten Widerständen (Ra, Rb) liegt mit Zuleitungen, deren Längen (l2, l3, l4) kleiner sind als ein Zehntel der Übertragungswellenlänge (λ), so dass die Zuleitungen die Hochfrequenzeigenschaft des Strahlers nicht oder nur unbedeutend beeinflussen.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenpfad mit der Impedanz (Z) im Innern des Antennenkörpers liegt.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfstrom (IC, IC1, IC2) entweder ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom ist, mit einer Wellenlänge, die um ein Vielfaches größer ist als Übertragungswellenlänge (λ) des Signalstroms (IHF).
  8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Antennenanschlüsse (12, 22) für Antennen (14, 20), welche ein Antennenwahlschalter (18) alternativ mit einem Sende/Empfangsteil (RF) verbindet und welche von separaten Prüfströmen (IC1, IC2) durchflossene Nebenzweige aufweisen.
  9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Nebenpfad mindestens einen ohmschen Widerstand (R, R1, R2, Ra, Rb) enthält, und dass zum Prüfen der Funktionsfähigkeit der entsprechenden Antenne (14, 20) der Spannungsauswerter (VE, VE1, VE2) am Antennenanschluss (12, 22) den Ist-Wert der vom Prüfstrom (IC, IC1, IC2) bewirkten Prüfspannung (UC, UC1, UC2) mit einem Sollwert (UREF) vergleicht.
  10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenpfade in Abhängigkeit von der Bauform der Antennen (14, 20) Widerstände (R1, R2) mit verschiedenen Widerstandswerten aufweisen, damit die Steuerschaltung des Funktelefons (30, 40) über den entsprechenden Spannungsauswerter (VE, VE1, VE2) die an den Antennenanschlüssen (12, 22) angeschlossenen Antennen (14, 20) nach ihrer Bauform unterscheidet und deren Belegung automatisch erkennt.
  11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung nach dem Erkennen der Belegung der Antennenanschlüsse (12, 22) den Antennenwahlschalter (18) in jene Schalterposition setzt, in der intern der Antennenanschluss mit dem Sende/Empfangsteil (RF) verbunden ist, an dem äußerlich eine bevorzugte Antenne (14) angeschlossen ist.
  12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung nach dem Erkennen der Belegung der Antennenanschlüsse (12, 22) eine Fehlermeldung für ein Display generiert und/oder die Ausgangs/Eingangsdaten für die Antennenanschlüsse (12, 22) entsprechend konfiguriert.
  13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Wartebetriebs des Funktelefons (30) eine Steuerschaltung über einen Steuereingang (S) den Antennenwahlschalter (18) periodisch jeweils für eine kurze Dauer von einer ersten Antenne (14) zu einer zweiten Antenne (20) umschaltet, um auch die Funktionsfähigkeit der zweiten Antenne (20) zu prüfen.
  14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Prüfspannung (UC1, UC2) jedes Antennenanschlusses (12, 22) je ein separater Spannungsauswerter (VE1, VE2) vorhanden ist.
  15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass Entkoppelwiderstände RK1 und RK2 die Prüfspannungen (UC1, UC2 oder UC3, UC4) der Antennenanschlüsse (12, 22) zusammenführen, so dass ein Spannungsauswerter (VE1) die gemeinsame Eingangsspannung (UIN) von beiden Antennenanschlüssen (12, 22) analysiert, und dass ein Entkoppelwiderstand größer ist als der andere, um dem Spannungsauswerter (VE1) reine eindeutige Zuordnung von Fehlern an den Antennenanschlüssen (12, 22) zu ermöglichen.
  16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsauswerter (VE1) entsprechend der Anzahl von möglichen Kombinationen von Fehlern an den Antennenanschlüssen (12, 22) verschiedene typische Eingangsspannung (UIN) durch Vergleich mit gespeicherten Wertebereichen erkennt und diese als Datensignal (DS) ausgibt und dass eine Steuerschaltung mit einem Mikrocomputer dem ausgegebenen Datensignal (DS) entsprechende detaillierte Fehlermeldungen generiert und ausgibt.
  17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass in Serie zu den Qellenwiderständen RS1 und RS2 Vorwiderstände RV1 und RV2 liegen und dass der Spannungsauswerter (VE1) über Entkoppelwiderstände RK1 und RK2 an den Verbindungspunkten der Serienschaltung angeschlossen ist.
  18. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 10 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte für die Vorwiderstände (RV1, RV2) so ausgewählt werden, dass für beide Antennenanschlüsse (12, 22) die Summe aus dem entsprechenden Widerstand (R1 bzw. R2) im Nebenzweig und dem dazu in Serie liegenden Vorwiderstand (RV1 bzw. RV2) einander gleich sind, um auch den Fall eindeutig zu identifizieren, bei dem beide Antennen 14, 20 vertauscht angeschlossen sind.
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