车辆中具有分集功能的用于无线接收的天线

本发明涉及用于接收高频范围以上的频率的无线接收天线，其与印刷加热 区域一起布置在机动车辆的车窗1中，该区域延伸到上部车窗边缘12的附近， 并且具有水平布置的加热导体5和位于该加热区域边缘的汇流条4a、b，用于 经由高频绝缘分离网络17提供用于加热的直流电，由此通过经由导体7将该加 热区域连接到天线的连接触点8b、8c、8d以形成至少一个天线。

这种类型的天线是已知的，例如从DE3618452.A1和Offenlegungsschrift (为公共的详细审查的审查专利出版)DE3719692A1中。在这些天线的情况下， 车窗上的该加热区域也用于米波范围，即30MHz以上的频率范围的信号的接 收，换言之高频范围以上。在每种情况下，用于形成分集天线的天线接线位于 汇流条上，并且以导电车体的形式位于通常围绕整个窗玻璃的金属框的一点上， 该点邻近于汇流条上的连接点。在这种连接中，可以利用在该汇流条和该框的 不同位置上捕获用于在天线分集系统中进一步处理的彼此不同的接收信号的可 能性。在单边车窗的情况下，该天线导体和该加热导体是印刷在玻璃上的导体。 为了通过电连接到该加热区域以产生形成额外的分集天线的可能性，在 DE3914424 C2中提出形成部分地被引导为与加热区域中的该加热导体交叉的 天线连接器，天线导体在交叉点处以较低的欧姆与该连接器连接。为了从用于 提供加热的直流电而经由的车载网络中将汇流条高频分离出来，因此使用了适 当的分离网络，例如在DE3618452的图7，方框6a、6b、6c、6d中和在DE3719692 A1的图1，方框6a、6b、6c、6d中看到的那样。这些分离网络必须以在该频 率范围中高欧姆的方式构成。在高频范围以上的可接受的成本是可能的。在较 低的频率，由于高的加热电流，只能以很高的成本实现这种分离网络的高阻抗， 并且这些网络需要相对大的空间。

为了形成无线天线，需要覆盖高频范围(VHF，UHF)以上的频率范围和 较低的频率范围(LMS【长的/中等的/短的】)。因此在 OffenlegungsschriftDE3719692 A1和DE3914424 C2(图14)中提出了在加热 区域上方的空闲区域内提供具有成本优势的用于低频(LMS)接收的分离结构。

这些已知的天线具有以下缺点：为了形成用于低频(LMS)接收的分离结 构，需要在加热区域上方的足够大的空闲区域以实现天线令人满意的功能。特 别是在较低价位类型的车辆的情况中具有特殊的问题，即加热区域几乎覆盖车 窗的整个区域，并且车窗的开口还经常很小。这导致更难形成具有足够分集效 率的令人满意的分集功能。此外，在这种类型的车辆中低廉的价格也是特别重 要的。

因此本发明的目的是，在所述类型的天线的情况下，以成本特别优势的方 式实现低无线频率(LMS)的接收，同时在高频范围(VHF…)之上具有良好 的分集功能。

根据本发明，通过独立权利要求特征部分中说明的特征实现该目的。

附图中示出了本发明的示例性实施例，将在下面详细描述。具体地，附图 示出了：

图1：根据本发明的天线，具有通过连接到加热区域的汇流条4a、4b而用 于在高频范围以上的频率范围的天线、经由导体7连到天线连接接触点8b、8c 的馈电线，以及位于车辆的窗玻璃1的棒状天线11，其具有平面导电天线底片 13、容性直通耦合10，以及天线连接接触点8a。所有的天线连接接触点8a、8b、 8c都在空间上结合到天线连接点8上。

图2：如图1所示的根据本发明的天线，具有附着在窗玻璃内部的天线模 块22、从天线连接接触点8a、8b、8c到在两个频率范围内实现信号的放大和天 线分集功能所需要的电子元件的导电连接25，该元件位于，例如，电路板24 上。在输出端，通过屏蔽的HF线21实现HF和MF信号的传输。通过HF线 21的外导体提供接地连接3。

图3：如图1所示的根据本发明的天线，但是具有交叉地穿过加热导体5 并在交叉点与加热导体5连接的额外的天线导体6c，其具有在天线连接点8的 几何区域内的天线连接接触点8d。

图4：如图3所示的天线结构，但具有彼此平行的两个天线导体6c，其与 加热导体5交叉，通过导体7从连接点9到天线连接接触点8d连接在一起。

图5：如图4所示的天线结构，描绘了连接到容性直通耦合10上的棒状天 线11的天线连接接触点8a，和导体车体2上的接地连接3。所有的天线连接接 触点8a、8b、8c、8d都位于天线连接点8的几何区域内。

图6：如图5所示的天线结构，具有在天线连接点8的几何区域内示出的 天线模块22和接地连接3。

图7：根据本发明的天线的结构，在窗玻璃的上部角的附近具有天线连接 点8和带有容性直通耦合10的棒状天线11。

图8：根据本发明的天线，具有固定到车顶2上的棒状天线11、在天线底 片上的天线连接点8a和穿孔直通耦合29，该穿孔直通耦合具有连接到导电车体 2的内部上的天线模块22的连接线26和连接到位于窗玻璃1上的其它天线连接 接触点8b、8c、8d的连接线26。

图9：具有用于高频范围以上的频率的天线分集块28的天线模块22，具有 将输入端信号路径分成两个分离信号路径35、36的分流块，具有输入端选择开 关34a、34b，以及求和元件30中的接收信号32a、b的叠加，其通过调节相位 旋转装置47定相，以提高输出信号38的分集效率。通过连到具有存储器41和 寻址信号选择开关33的电控装置的分集处理器37实现控制。棒状天线11在天 线连接接触点8a处接收的低频范围内的信号通过LMS信号27的传输路径传输 到屏蔽HF线21。

图10：如图9中所示的天线模块22，但具有以固定方式设置在输入端信号 路径39a上的相位旋转元件31b、31c、31d，其用于从馈电线中的天线信号到 寻址逻辑信号选择开关33的相位角的旋转，以提高分集效率。

图11：如图9中所示的天线模块22，但只有三个天线连接接触点8a、8b、 8c和两个以固定的方式设置在输入端信号路径39a上的相位旋转元件31b、31c， 其用于从馈电线中的天线信号到寻址逻辑信号选择开关33的相位角的旋转，以 提高分集效率。

图12：

a)参考没有定相信号总和，作为相位值Pb和Pc的函数，如果适当地选择相位 值其会有明显的最大值的情况下的分集效率，而对于分集效率的提高的三维描 述。

b)

1：角度Pb＝145度时作为角度Pc的函数的分集效率，设置为固定的方式

2：角度Pc＝100度时作为角度Pb的函数的分集效率，设置为固定的方式 最大增益：当Pb＝145度且Pc＝100度时Δn_max＝1.3。

许多年来已知车辆中用于AM/FM无线接收的天线，其具有用于USW(超 短波)频率范围的天线分集，但是直到现在只有用于较高价位类型的车辆的这 种天线是普遍的。由于它们的尺寸，这样的车辆通常具有大尺寸的后窗玻璃， 这就允许在加热区域上方形成用于低LMS频率范围内的接收的分离结构，因此 这使得为这一频率范围配置低廉的天线成为可能。与此相反，主要因为加热区 域不能以成本优势的方式用于LMS接收，使得较小车辆的无线天线分集技术不 能普及。代替地，产生了具有以分散的方式布置的多个天线模块的天线分集系 统，其针对HF线和插销连接需要很大的努力和较高的费用。因此本发明主要 的目标是在车辆中配置用于USW频率范围的高性能但不昂贵的用于AM/FM 无线接收且具有天线分集功能的天线。在汽车结构中，已经表明高成本特别是 来自于必须固定在不同的装配位置的模块的数目和需要的具有相关的插销连接 的电缆的支出。与此相反，用于电子装置的较大的支出导致相对低的成本，特 别是数量较大时。本发明随之带来的优点有，在车辆中用于AM/FM无线接收 的具有天线分集的高性能天线，可以采用对机械元件最小限度的支出而低廉地 配置，因此也适合小型车辆中的应用。

本发明的重要特征是在上侧车窗边缘附近，采用简单的棒状天线11，其在 天线底片上在上车窗边缘的附近具有它的天线连接接触点8a，且所有的天线信 号汇合在指定作为天线连接位置8的面积的空间区域内，所有单独的分集天线 的天线连接接触点8a、8b、8c、8d都在该区域中构成。因此根据本发明，棒状 天线11的底片位于天线连接点8的空间区域内，且从来自加热区域的连接获得 的USW范围的信号被传给位于窗玻璃上的、处于天线连接点8的空间区域内 的天线连接接触点8b、8c、8d，经由导体7进入棒状天线的底片附近。根据本 发明，进一步需要天线模块22也附着在天线连接点8的区域内，该天线模块包 括所有在两个频率范围内实现信号的放大和天线分集功能所需的电子元件。由 于这一需要，根据本发明，该天线连接位置8的几何区域被选为小于USW范 围内的波长的1/15，天线连接接触点8a、8b、8c、8d和天线模块22之间的馈 电线相对于高频范围(USW频率)以上的频率的波长足够短，以使得它们的低 频依赖性可以包括在位于天线模块22中的放大器的设计中，且根据本发明，不 在天线模块22外部使用电子元件。这对于配置具有分集功能的成本优势的无线 天线有显著的贡献，其可以考虑应用在较低价位类型的车辆中。

下面将采用附图对本发明的有益实施例进行解释。

在根据本发明天线的一些特别有利的结构形式的天线中，棒状天线11固定 到后车窗上，如图1的顶视图中所示，它的接收信号以本来已知的方式容性耦 合到具有天线连接接触点8a、经由平面导电天线底片13固定到窗玻璃1的里面 的容性相反表面14。通过将导体7连接到汇流条4a、b的上端并且使该导体7 平行且尽可能靠近导电的上车窗边缘地连接到天线连接点8的区域内的天线连 接接触点8b、8c，而在天线连接接触点8b、8c得到存在于汇流条4a、b的信 号的天线方向图。由于车辆上两个汇流条4a、b的不同位置，呈现在天线连接 接触点8b、8c处的天线方向图因此是不同的，可以用于分集功能。在天线连接 接触点8a处的棒状天线11的方向图显然与两个汇流条4a、b的天线方向图不 同。

可以在图2的装配的侧视图中看到实现根据本发明的具有分集功能用于无 线接收的天线所需要的线的可忽略的支出。然而，这预示着利用屏蔽的HF线 21的多种用途的已知方法，在接收机44和天线模块22之间用于分集功能所需 要的信号和用于操作该模块的直流电经由该屏蔽的HF线21通过。近来用于这 些应用的电子模块的发展具有高度小型化的特征，因此天线模块22可以固定在 黑色印刷区域内，而不会显著地履盖窗玻璃。棒状天线11可以以简单的形式配 置为，例如，棒长23在20和40cm之间的钢棒。容性直通耦合10所需要的面 积大约为6-8cm²，并且即使用于小的窗玻璃上也是可以接受的。连接到导电车 体2的接地连接3可以以简单的形式制成，例如，用天线连接点8的区域内的 电缆夹子。具有小的几何外形的天线模块22也可以成功地固定到车窗的金属框 上，由此同时使得构造接地连接3成为可能。用于在一端插销连接的多条线可 以牢固地与位于窗玻璃上的天线连接接触点8a、8b、8c、8d相连，例如印刷在 kapton带子上。在天线模块22的装配期间插销连接是紧密的。

如图1到3中所示，在窗玻璃的水平中心固定棒状天线11，使得通过引入 另一个天线导体(第一导体部分)6c能够提高分集效率，该另一个天线导体与 加热导体5交叉并在交叉点上与加热导体5连接，以形成具有天线连接接触点 8d的另一个分集天线。这样，利用天线连接接触点8a、8b、8c、8d可以以特 别简单和成本优势的方式得到具有不同方向图和相对高的分集效率的分集天 线。

为了改善由图3中的天线导体6c形成的天线的天线特性，通常证明如图4 所示的配置两个彼此平行并与加热导体5交叉的天线导体6c是有利的，它们经 由导体7从连接点9到天线连接接触点8d处连接在一起。在该图中示出了分离 网络17，其在USW范围内，并且当适用时，在TV范围内的汇流条4a、b的 高频型绝缘中通常是需要的，以将加热电流供应给汇流条连接15、16。图5示 出了如图4所示的天线构造的详细表示，具有与容性直通耦合10相连的棒状天 线11的天线连接接触点8a和在导电车体2上的接地连接3的表示。所有的天 线连接接触点8a、8b、8c、8d都位于天线连接位置8的几何区域内。作为例子， 图6示出了天线模块22如何固定到与输出连接20相连的屏蔽的HF线21上， 如何固定到接地接地连接3的屏蔽上。

在图7中，作为例子，棒状天线11位于具有容性直通耦合10的窗玻璃上 角部附近。除了棒状天线11，两个汇流条4a、b用作分集天线。汇流条4a的信 号经由与导电车窗边缘平行通过的导体7传到天线连接点8。在有利的方式中， 可以除去从汇流条4b的上端到天线连接点8的较长的馈电线。

在图8中，棒状天线11利用它的天线连接接触点8a被固定在导电车辆外 壳2a上的底片上。接收信号经由简单的穿孔直通耦合29被传送到车辆内部的 天线模块22。可以用多个连接线26为位于窗玻璃上的天线信号馈电，该线焊接 在窗玻璃上的天线连接接触点8b、8c、8d上。然而，实践中不可避免的该线和 天线模块22之间的插销连接以及用于连接棒状天线11的不可避免的插销连接 使得之前提到的关于在窗玻璃上的天线模块22和棒状天线11的解决方案看来 更加具有成本优势。

分集效率是天线分集系统的性能容量的度量标准，其与实质上可得到的去 相关接收信号的数量相对应。在瑞利接收区域中接收的改善是由于减少了通常 发生在USW范围，由相邻的信道和相同的信道以及弱信号区域的噪声引起的 干涉，而在瑞利接收区域中会由于信号在多径传输中的衰退(衰落)发生干涉。 如果p_s表示在接收区域内只有一个天线接收的情况下发生干涉的概率，那么在 相同接收区域内分集操作发生干涉的概率减少到

p_d＝p_sⁿ

其中n表示系统分集效率的特征变量。在下面的描述中，该参考值将用于 描述分集天线系统的性能容量。这样，尽可能地以技术的低成本实现最大可能 的分集效率的目标是本发明所追求的。

不同天线的天线方向图之间的不同，除了别的原因之外，是由于不同天线 的路径的不同，由于它们的位置不同，该位置是电磁波入射角度的函数。当然， 当车窗尺寸较小时这种路径的不同小于当车窗尺寸较大的时候。因而，值得要 的，特别是在车窗小且可得到的分集天线数量有限的情况下，通过天线信号是 唯一可得到时发生的值可以提高分集效率。在每种情况下，通过至少两个选择 的天线信号的总和可以实现改善，由此在各种情况下在求和前一个信号被支配 相位旋转。这会带来下述结果，有用信道信号/邻近信道干扰信号的比值通过连 接于此的和信号的方向图的变化以设置的相位角的函数变化。在这种连接中， 可获得令人惊讶的效果，即用于使可得到的具有不同相位的信号的叠加的2角 空间的离散分割并没有带来任何比限制数量更进一步的提高。特别地，在通常 发生的相同信道或相邻信道干扰的情况中，根据最小化干涉设计的分集系统选 择产生最大信噪比的相位设置。

为了在根据本发明的天线的情况下提高分集效率，因此提出了例如根据图 9的天线模块22。通过分支输入端信号路径，产生了具有输入端选择开关34a、 34b的两个分离信号路径35、36，由此通过两个信号路径中的一个中，例如在 信号路径36中的可调的相位旋转装置47，在求和元件30中的接收信号32a、b 的相位叠加，带来了输出端信号38分集效率的提高。通过分集处理器37与具 有存储器41的电控装置和选址信号选择开关33一起实现控制，其中接收信号 以FM IF(中频)信号40的形式从接收机44传到分集处理器。以这样的方式 配置系统，即在相位旋转装置47的设置的有限值供应中的总和信号38中产生 最大可得到的信噪比。通过LMS信号27的传输路径将天线连接接触点8a处的 棒状天线11接收的在低频信号范围内的信号传输到屏蔽的HF线21。

可以以图9中显示的装配的改变形式得到提高分集效率的另一个有效的可 能性。其在图10中示出，并且提供了以固定的方式在天线模块22的输入端信 号路径39a上设置的相位旋转元件31b、31c、31d。在天线方向图不同的基础 上，根据总数和相位，除了天线自己的方向图，通过天线信号的结合在总和信 号38中可以成对地形成另外其他的6个不同的方向图。可以通过经由具有存储 器41的电控装置的选址信号开关33的相应控制，以指标方式选择独立天线和 组合的信号。如果相应地配置分集处理器37和具有存储器41的电控装置，可 以关于信号质量草拟和持续更新涉及选址信号开关33的所有可能设置的等级列 表，因此在天线模块22的输出中始终呈现了最好的可得到的信噪比。在这种连 接中，示出了令人惊讶的效果，即可以在任何情况下为任何频率确定用于相位 旋转的用于相位旋转元件31b、31c、31d的固定角度值，因此在不同的由于多 径传输发生干涉的瑞利接收区域中所有的传输期间，获得分集效率的统计最佳 值，其具有入射波在尺寸和方向上统计的分布。在这种连接中特别的优点在于， 即使考虑这些最佳的相位值的频率依赖性，相位旋转元件31b、31c、31d可以 通过简单的LC电路实现，且可以以极小的硬件支出实现分集效率的增益。天 线方向图之间的区别越大，可以实现的增益越大。因此根据本发明，除了在小 的窗玻璃上的天线外，天线中的一个配置为具有其明显不同的接收特性的棒状 天线11是非常有帮助的。

从图11所示的下面只具有3个天线的例子中非常明显。为了这个目的，只 需要两个相位旋转元件31b、31c。在本例中，用于切换独立天线信号和形成天 线信号的三个可能的结合的选址信号选择开关33只需要四个二极管。例如确定 三个天线的分集效率为n＝2.3。在图12a中，在三维空间中示出作为相位值P_b和P_c的函数的分集效率中的增益Δn。在这种情况下，在两个相位值的最佳选 择处示出了明显标记的最大值。为了清楚表示该影响，在图12b中示出了图12a 中的图的截面图；它们包括在每种情况下在分集效率中最大增益Δn_max的点。 在本例中示出，Δn_max＝1.3。在下面例子给出的接收情形中该增益的影响可以更 加清楚：在具有单一天线、干涉的概率是20％的接收区域内，没有使用信号相 位求和的干涉概率减小到2.5％。在Δn_max＝1.3，干涉的概率实际上减小另一个 数量级，到0.3％，具有小的付出和支出。

附图标记列表

机动车辆窗玻璃1

导电车体2

车辆外壳2a

接地连接3

汇流条4a、b

加热导体5

天线导体(第一导体部分)6a、b、c、d

导体7

天线连接点8

天线连接接触点8a、8b、8c、8d

连接点9

直通耦合10

棒状天线11

车窗边缘12

平面导电天线底片13

容性相反表面14

汇流条连接15、16

分离网络17

输出连接20

屏蔽的HF线21

天线模块22

棒长23

电路板24

导电连接25

连接线26

LMS信号的传输路径27

天线分集模块28

穿孔直通耦合29

求和元件30

相位旋转元件31b、31c、31d

接收信号32a、b

选址信号选择开关33

选择开关34a、34b

第一分离信号路径35

第二分离信号路径36

分集处理器37

求和后的输出信号38

输入端信号路径39a

FM IF信号40

具有存储器的电控装置41

逻辑开关设置信号43

接收机44

相位设置信号45

干涉显示信号46

可以被设置的相位旋转装置47