DE102005018531B4 - Folded monopole antenna - Google Patents

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Abstract

Gefaltete Monopolantenne zum Übertragen und Empfangen elektromagnetischer Signale, umfassend:
– eine metallische Grundplatte,
– zwei im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Grundplatte angeordnete Strahlerelemente (1, 2), wobei eines der Strahlerelemente (1) mit der Grundplatte verbunden ist, und das andere Strahlerelement (2) durch ein Dielektrikum von der Grundplatte getrennt ist, wobei sich an dem der Grundplatte gegenüberliegende Ende des letztgenannten Strahlerelements (2) der Speisepunkt der Antenne befindet,
– eine Dachkapazität (3), welche auf den beiden Strahlerelementen (1, 2) angeordnet ist, wobei die Dachkapazität (3) die beiden Strahlerelemente (1, 2) über deren gesamter Breite verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass
– die beiden Strahlerelemente (1, 2) flächenhafte Bauteile mit einem Verhältnis von Höhe zu Breite kleiner 5 sind,
– die Dachkapazität (3) in Richtung senkrecht zu den Strahlerelementen (1, 2) an beiden Enden über die Strahlerelemente hinauskragt, und dass
– am Speisepunkt der Antenne ein LC-Glied vorhanden...A folded monopole antenna for transmitting and receiving electromagnetic signals, comprising:
A metallic base plate,
- Two substantially parallel to each other and perpendicular to the base plate arranged radiator elements (1, 2), wherein one of the radiator elements (1) is connected to the base plate, and the other radiator element (2) is separated by a dielectric from the base plate, wherein at the base plate opposite end of the latter radiator element (2) is the feed point of the antenna,
- A roof capacity (3) which on the two radiator elements (1, 2) is arranged, wherein the roof capacity (3) connects the two radiator elements (1, 2) over the entire width, characterized in that
The two radiator elements (1, 2) are planar components with a height-to-width ratio of less than 5,
- The roof capacity (3) in the direction perpendicular to the radiator elements (1, 2) at both ends of the radiator elements hinauskragt, and that
- An LC element is present at the feed point of the antenna ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine gefaltete Monopolantenne nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1, insbesondere für den Kurzwellenbereich.The The invention relates to a folded monopole antenna according to the preamble of claim 1, in particular for the shortwave range.

Vertikale Faltmonopole in Verbindung mit einer Dachkapazität sind bereits bekannt, z. B. DE-OS 2003 789 , wo ein Breitband-Faltmonopol beschrieben wird.Vertical Faltmonopole in conjunction with a roof capacity are already known, for. B. DE-OS 2003 789 where a broadband folding monopoly is described.

Eingeschränkte räumliche Verhältnisse, z. B. beim mobilen Einsatz, machen eine Verkürzung der Antenne nötig. Stark verkürzte Kurzwellenantennen werden üblicherweise mit einem Anpassgerät betrieben, was jedoch zu einer eingeschränkten Bandbreite führt. Durch zusätzliche resistive Lasten kann die Bandbreite zwar erhöht werden, die Antennen verlieren dadurch aber erheblich an Wirkungsgrad.Limited spatial relationships z. B. in mobile use, make a shortening of the antenna necessary. strongly shortened Shortwave antennas usually become with an adapter operated, but this leads to a limited bandwidth. By additional Although resistive loads can increase the bandwidth, antennas lose but considerably more efficient.

Bekannt sind darüber hinaus auch so genannte invertierte F-Antennen (z. B. EP 1 507 314 A1 , EP 1 287 587 B1 ) bekannt. Es handelt sich dabei um eine liegend aufgebaute Monopolantenne mit parallelen, vertikalen Einspeisungs- bzw. Erdungsplatten.In addition, so-called inverted F antennas (eg. EP 1 507 314 A1 . EP 1 287 587 B1 ) known. It is a horizontal monopole antenna with parallel, vertical feed and ground plates.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Antenne zu schaffen, die bei räumlich eingeschränkten Verhältnissen ohne Einschränkung hinsichtlich Bandbreite und Wirkungsgrad betrieben werden kann.It is therefore an object of the invention, a generic antenna to create that in spatial restricted conditions without restriction can be operated in terms of bandwidth and efficiency.

Diese Aufgabe wird mit der Antenne gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.These Task is with the antenna according to claim 1 solved. Advantageous designs are Subject of dependent claims.

Erfindungsgemäß sind beide Strahlerelemente der Antenne als flächenhafte Bauteile ausgebildet, wobei das Verhältnis von Höhe zu Breite kleiner 5 ist. Durch diese Maßnahme wird es möglich, die Höhe der Antenne sehr gering zu halten, so dass sie z. B. in Fahrzeugen mit Kunststoffdach untergebracht werden kann. Die Bauhöhe der Antenne beträgt z. B. in einer vorteilhaften Ausführung nur ca. 1/15 der niedrigsten Betriebswellenlänge. Die Bandbreite der Antenne ist trotz der Verkürzung ausreichend und es sind keine zusätzlichen, den Wirkungsgrad negativ beeinflussenden Maßnahmen zur Bandbreitenerhöhung nötig.Both are according to the invention Emitter elements of the antenna formed as areal components, the ratio of height to width is less than 5. By this measure it becomes possible the height of the antenna to keep very low, so they z. B. in vehicles with plastic roof can be accommodated. The height of the antenna is z. In an advantageous embodiment only about 1/15 of the lowest operating wavelength. The bandwidth of the antenna is despite the shortening sufficient and there are no additional efficiency Negatively influencing measures to the bandwidth increase necessary.

Zur weiteren Verbesserung der Bandbreite trägt die Maßnahme bei, die Dachkapazität in Richtung senkrecht zu den Strahlerelementen über die Strahlerelemente hinauskragen zu lassen.to further improvement of the bandwidth will contribute to the roof capacity in the direction projecting perpendicular to the radiator elements on the radiator elements allow.

Durch eine zusätzliches LC-Glied am Speisepunkt der Antenne wird die Bandbreite ebenfalls noch erhöht.By an additional one LC element at the feed point of the antenna, the bandwidth is also still elevated.

Die Bandbreite der Antenne beträgt in einer vorteilhaften Ausführung mindestens eine Oktave.The Bandwidth of the antenna is in an advantageous embodiment at least an octave.

Die Höhe der beiden Strahler kann insbesondere kleiner als 1/10 der niedrigsten Betriebswellenlänge der Antenne sein.The height of In particular, both emitters can be smaller than 1/10 of the lowest Operating wavelength be the antenna.

Der Abstand der beiden Strahlerelemente kann vorteilhaft kleiner als 1/5 der niedrigsten Betriebswellenlänge gewählt werden.Of the Distance between the two radiator elements can advantageously smaller than 1/5 of the lowest operating wavelength can be selected.

Länge und Breite der Dachkapazität können vorteilhaft geringer als 1/10 der niedrigsten Betriebswellenlänge sein.Length and Width of the roof capacity can be beneficial less than 1/10 of the lowest operating wavelength.

Nur zur Klarstellung wird darauf hingewiesen, dass der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff von flächenhaften Antennenstrahlern auch solche Ausführungen mit umfasst, bei der die Strahlerflächen Durchbrechungen aufweisen (z. B. Lochbleche) oder in Form von gitterförmigen Strukturen vorliegen (z. B. Maschendrähte), solange nur die Dimensionen der Durchbrechungen bzw. der Gitterkonstanten wesentlich geringer sind als die verwendeten Wellenlängen.Just For the avoidance of doubt, it should be noted that the present Invention used term of planar antenna radiators also such designs includes, wherein the radiator surfaces have openings (For example, perforated plates) or in the form of lattice-shaped structures (eg mesh wires), as long as only the dimensions of the openings or the lattice constants are much smaller than the wavelengths used.

Mit der Erfindung wird eine insbesondere für mobile Einsätze geeignete Antenne mit sehr niedriger Aufbauhöhe, sehr gutem Wirkungsgrad und gleichzeitig einer Bandbreite von mindestens einer Oktave realisiert. Sie ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für den Kurzwellenbetrieb geeignet.With The invention is a particularly suitable for mobile use Antenna with very low height, very good efficiency and realized at the same time a bandwidth of at least one octave. It is particularly, but not exclusively, suitable for shortwave operation.

Die Erfindung wird anhand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Fig. beschrieben. Es zeigen:The Invention will be with reference to concrete embodiments with reference described on Fig. Show it:

1 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Faltmonopolantenne; 1 a first embodiment of the invention Faltmonopolantenne;

2, 3 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Faltmonopolantenne mit LC-Glied am Speisepunkt. 2 . 3 a second embodiment of the invention Faltmonopolantenne with LC element at the feed point.

1 zeigt die erste Ausführung der erfindungsgemäßen Antenne. Die Strahlerelemente 1, 2 der Antenne sind ausgebildet als senkrechte Blechteile mit den Dimensionen Höhe C und Breite D. Sie sind parallel zueinander im Abstand E angeordnet. Die Strahlerelemente sind nicht in der Form von Drähten, sondern als flächenhafte Bauteile ausgebildet (Höhe/Breite < 5 und bevorzugt Höhe/Breite > 0,2), was die Breitbandigkeit der Antenne erheblich erhöht. Der Abstand E zwischen den beiden vertikalen Strahlerelementen 1, 2 bestimmt in gewissen Grenzen den Fußpunktwiderstand der Antenne. 1 shows the first embodiment of the antenna according to the invention. The radiator elements 1 . 2 The antenna are formed as vertical sheet metal parts with the dimensions height C and width D. They are arranged parallel to each other at a distance E. The radiator elements are not formed in the form of wires, but as laminar components (height / width <5 and preferably height / width> 0.2), which considerably increases the broadband capability of the antenna. The distance E between the two vertical radiator elements 1 . 2 determines, within certain limits, the base resistance of the antenna.

Die ganze Antenne ist auf einer metallenen Grundplatte (nicht dargestellt) montiert, die bevorzugt größer als die Dimensionen A, B der horizontalen Dachkapazität 3 ist. Einer der beiden vertikalen Strahlerelemente 1 ist an seiner unteren Kante mit der Grundplatte leitend verbunden, das andere Strahlerelement 2 wird nicht vollständig an die Grundplatte geführt, sondern bleibt von der Grundplatte durch ein Dielektrikum (Luft) getrennt. An der der Grundplatte gegenüberliegenden Kante des Strahlerelements 2 ist das Strahlerelement 2 in der gezeigten Ausführung etwas angeschrägt. Dort befindet sich der Speisepunkt der Antenne.The whole antenna is mounted on a metal base plate (not shown) which is preferably larger than the dimensions A, B of the horizontal roofing capacity 3 is. One of the two vertical radiator elements 1 is conductively connected at its lower edge to the base plate, the other radiating element 2 is not completely guided to the base plate, but remains separated from the base plate by a dielectric (air). At the base plate opposite edge of the radiator element 2 is the radiator element 2 slightly beveled in the embodiment shown. There is the feeding point of the antenna.

Auf den beiden vertikalen Strahlerelementen ruht die bereits erwähnte Dachkapazität 3, ausgebildet als Blechplatte mit den Dimensionen A, B. Dieses Blech schließt den Strompfad zwischen den vertikalen Strahlerelementen 1, 2 und stellt außerdem durch seine großflächige Abmessung eine ausgeprägte Dachkapazität dar, welche wesentlich zur geringen Bauhöhe der Antenne beiträgt. Die Dachkapazität erstreckt sich dabei über die gesamte Breite D der Strahlerelemente und kragt an beiden Enden noch darüber hinaus, so dass in dieser Ausführung gilt: B > D. Auch in Richtung senkrecht zu den Strahlerelementen kragt die Dachkapazität über die Strahlerelemente hinaus, so dass gilt A > E.On the two vertical radiator elements rests the already mentioned roof capacity 3 formed as a sheet metal plate with the dimensions A, B. This sheet closes the current path between the vertical radiator elements 1 . 2 and also represents by its large dimension a pronounced roof capacity, which contributes significantly to the low height of the antenna. The roof capacity extends over the entire width D of the radiator elements and cantilevered at both ends even beyond, so that applies in this embodiment: B> D. Also in the direction perpendicular to the radiator elements, the roof capacity projects beyond the radiator elements, so that applies A> E.

Eine typisch Dimensionierung der Antenne ist:A typical dimensioning of the antenna is:

C = D = 115 ·λ A = B = 0,15λ E = 111 λC = D = 1 15 · Λ A = B = 0,15λ E = 1 11 λ

λλ
= kleinste Betriebswellenlänge in m.= smallest operating wavelength in m.

Diese Dimensionierungen sind ungefähre Richtwerte und von der elektrischen Umgebung abhängig. Andere vorteilhafte Dimensionierungen erhält man z. B. bei einem größeren Wert für C und gleichzeitig kleineren Werten für A und B.These Sizing is approximate and dependent on the electrical environment. Other advantageous dimensions receives one z. B. at a larger value for C and at the same time smaller values for A and B.

Zum Erreichen der gewünschten Bandbreite von 1 Oktave oder mehr wird ein LC-Glied L1, C1 (2) oder L1, L2, C1 (3) eingesetzt. Dieses bewirkt eine Transformation des Fußpunktwiderstandes von ca. 100 bis 200 Ohm auf die gewünschten 50 Ohm und ist gleichzeitig so dimensioniert, dass es den Blindanteil des Fußpunktwiderstandes der Antenne im gewünschten Frequenzanteil kompensiert. Grundsätzlich sind hier Hoch- oder Tiefpassschaltungen geeignet. Da der beschriebene Faltmonopol oberhalb seiner Resonanzfrequenz jedoch einen mit steigender Frequenz zunehmenden kapazitiven Blindanteil aufweist, ist eine Anpassschaltung vorteilhaft, die diesen Blindanteil mit einer Längsinduktivität kompensiert. 2 und 3 zeigen zwei Anordnungen, die diese Anforderungen erfüllen. Mit zwei Induktivitäten 11, 12 (3) lässt sich eine noch etwas größere Bandbreite erzielen als mit einer Induktivität L1 gemäß 2.To achieve the desired bandwidth of 1 octave or more, an LC element L1, C1 ( 2 ) or L1, L2, C1 ( 3 ) used. This causes a transformation of the Fußpunktwiderstandes of about 100 to 200 ohms to the desired 50 ohms and is also dimensioned so that it compensates for the reactive component of the Fußpunktwiderstandes the antenna in the desired frequency component. Basically, high or low pass circuits are suitable here. However, since the described folding monopole has a capacitive reactive component increasing with increasing frequency above its resonant frequency, an adaptation circuit which compensates for this reactive component with a longitudinal inductance is advantageous. 2 and 3 show two arrangements that meet these requirements. With two inductors 11 . 12 ( 3 ) can achieve a slightly larger bandwidth than with an inductance L1 according to 2 ,

Die Antenne zeigt bei 0° Elevation ein nahezu perfektes Rundstrahldiagramm mit vertikaler Polarisation. Die bei Vertikalstrahlern übliche senkrecht nach oben weisende Nullstelle wird bei diesem Antennentyp vom vertikalen eingespeisten Blech zum geerdeten Vertikalblech hin auf einen Winkel von ca. 45° abgelenkt.The Antenna shows elevation at 0 ° a nearly perfect omnidirectional diagram with vertical polarization. The usual with vertical spotlights vertical up-pointing zero point is in this type of antenna from the vertical fed sheet metal to the grounded vertical sheet deflected to an angle of approximately 45 °.

Claims (4)

Gefaltete Monopolantenne zum Übertragen und Empfangen elektromagnetischer Signale, umfassend: – eine metallische Grundplatte, – zwei im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Grundplatte angeordnete Strahlerelemente (1, 2), wobei eines der Strahlerelemente (1) mit der Grundplatte verbunden ist, und das andere Strahlerelement (2) durch ein Dielektrikum von der Grundplatte getrennt ist, wobei sich an dem der Grundplatte gegenüberliegende Ende des letztgenannten Strahlerelements (2) der Speisepunkt der Antenne befindet, – eine Dachkapazität (3), welche auf den beiden Strahlerelementen (1, 2) angeordnet ist, wobei die Dachkapazität (3) die beiden Strahlerelemente (1, 2) über deren gesamter Breite verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass – die beiden Strahlerelemente (1, 2) flächenhafte Bauteile mit einem Verhältnis von Höhe zu Breite kleiner 5 sind, – die Dachkapazität (3) in Richtung senkrecht zu den Strahlerelementen (1, 2) an beiden Enden über die Strahlerelemente hinauskragt, und dass – am Speisepunkt der Antenne ein LC-Glied vorhanden ist.A folded monopole antenna for transmitting and receiving electromagnetic signals, comprising: - a metallic base plate, - two emitter elements arranged substantially parallel to one another and perpendicular to the base plate ( 1 . 2 ), wherein one of the radiator elements ( 1 ) is connected to the base plate, and the other radiating element ( 2 ) is separated by a dielectric from the base plate, wherein at the base plate opposite end of the latter radiating element ( 2 ) the feed point of the antenna is located, - a roof capacity ( 3 ), which on the two radiator elements ( 1 . 2 ), the roof capacity ( 3 ) the two radiator elements ( 1 . 2 ) over their entire width, characterized in that - the two radiating elements ( 1 . 2 ) areal components with a ratio of height to width are smaller than 5, - the roof capacity ( 3 ) in the direction perpendicular to the radiator elements ( 1 . 2 ) protrudes beyond the radiator elements at both ends, and that - an LC element is present at the feed point of the antenna. Gefaltete Monopolantenne nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der beiden Strahlerelemente (1, 2) kleiner als 1/10 der niedrigsten Betriebswellenlänge der Antenne ist.Folded monopole antenna according to claim 1, characterized in that the height of the two radiator elements ( 1 . 2 ) is less than 1/10 of the lowest operating wavelength of the antenna. Gefaltete Monopolantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden Strahlerelemente (1, 2) kleiner als 1/5 der niedrigsten Betriebswellenlänge ist.Folded monopole antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the distance of the two radiator elements ( 1 . 2 ) is less than 1/5 of the lowest operating wavelength. Gefaltete Monopolantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Länge und Breite der Dachkapazität (3) kleiner als 1/10 der niedrigsten Betriebswellenlänge ist.Folded monopole antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the length and width of the roof capacity ( 3 ) is less than 1/10 of the lowest operating wavelength.
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