Mit der rasanten Zunahme drahtloser Dienste und dem Einsatz von Antennendiversitätstechniken zur Erzielung höherer Datenraten oder Dienstzuverlässigkeit ist die Zahl der in Pkw zu installierenden Antennen nicht mehr unbedeutend und nimmt weiter zu. Gleichzeitig wird es immer schwieriger, geeignete Montageplätze für diese Antennen zu finden, da die Zahl der Montageplätze im Auto nicht parallel zur Zahl der zu installierenden Antennen gewachsen ist; Autos sind nach wie vor meist Metallkästen, mit einigen wenigen Kunststoffteilen und Glasscheiben die die Integration von Antennen ermöglichen. Die meisten dieser Teile wurden bereits zu diesem Zweck verwendet, die B-Säulen-Kunststoffabdeckungen wurden jedoch bisher nicht für die Antennenintegration berücksichtigt. In dieser Arbeit werden nicht nur die Vorteile der B-Säulen-Kunststoffabdeckungen als Antenneneinbauort gegenüber anderen Orten hervorgehoben, sondern auch die damit verbundenen Herausforderungen untersucht, insbesondere der begrenzte Platz für die Antennenintegration und die unmittelbare Nähe der eingebauten Antenne zum Metallchassis des Fahrzeugs. Letzteres führt zu einer starken elektromagnetischen Kopplung zwischen der Antenne und der Fahrzeugkarosserie, was sich auf die Antenneneigenschaften wie Impedanzanpassung und realisierten Gewinn auswirkt. In den folgenden Kapiteln werden die zugrundeliegenden Entwurfsprinzipien, die Theorie und die Messungen neuartiger, flacher, konformer und metalloberflächentoleranter Mobilfunkantennen vorgestellt, nämlich die Einzelband-Di-Patch-Antenne und eine koplanar gestapelte, mit Mikrostreifenleitungen gekoppelte Multibandantenne, die die oben genannten Herausforderungen adressieren und überwinden. Zusätzlich wird in der zweiten Hälfte dieser Arbeit eine high impedance surface basierte Dipolantennenlösung vorgestellt. Die Simulations- und Messergebnisse der nicht integrierten und der integrierten Versionen der vorgestellten Antennen, einschließlich der LTE-MIMO-Datenratenmessungen, die im vorletzten Kapitel vorgestellt werden, sprechen nicht nur für die Eignung dieser Antennen für flache, metallnahe Oberflächenanwendungen im Allgemeinen, sondern zeigen auch, dass die B-Säulen- Kunststoffabdeckungen einen sehr geeigneten neuen Antennenintegrationsort für mobile Kommunikationsanwendungen im Automobil darstellen.
With a rapid increase in the number of wireless services, and the utilization of antenna diversity techniques to achieve enhanced data rates or service reliability, the number of antennas that need to be installed in passenger cars is not insignificant any more, and only sees a rising trend. At the same time, finding suitable mounting locations for these antennas has become ever more challenging, because the number of such locations on a car has not grown parallelly to the number of antennas that need to be installed; cars are still mostly metal boxes, with a few plastic parts and the glass windows that allow for antenna integration. While most of these parts have already been utilized for embedding antennas, the plastic parts that were overlooked till now were the B-column plastic covers. In addition to highlighting the advantages of using the B-column plastic covers as an antenna embedding location over other locations, this work takes a comprehensive look into the challenges associated with the same, specifically the limited space for antenna integration and the close proximity of the embedded antenna to the car metal chassis. The latter introduces a strong electro- magnetic coupling between the antenna and the car body, consequently impacting antenna properties like impedance matching and realized gain. The upcoming chapters present the underlying design principles, theory, and measurements of novel, low-profile, conformal and metal surface tolerant mobile communications antennas, namely, the single band di-patch antenna and a co-planar stacked microstrip line coupled multi-band antenna, that suitably address and overcome the aforementioned challenges. Additionally, a high impedance surface based dipole antenna solution is also presented in the later half of this thesis. The simulation and measurement results of the bare and the integrated versions of the presented antennas, including LTE-MIMO data rate measurements presented in the penultimate chapter, not only speak for the suitability of these antennas for low-profile, close-to-metal surface applications in general, but also show that the B-column plastic covers present a highly suitable new antenna integration location for automotive mobile communications applications.
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