AT166191B - Rahmenantenne - Google Patents

Description

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  Rahmenantenne 
Die Erfindung bezieht sich auf eine Rahmenantenne für Sende-bzw. Empfangszwecke und besteht darin, dass zur Vergrösserung des Strahlungswiderstandes der Rahmenantenne mehrere, mit der Rahmenantennenspule induktiv gekoppelte und sich von dem Spulenumfang nach aussen erstreckende Kurzschlusswindungen angeordnet sind, wobei die Kurzschlusswindungen nebeneinanderliegende Ringsektoren bilden. 



   Vorzugweise bilden die Kurzschlusswindungen zusammen eine den Spulenkörper umgebende, ringförmige Fläche. 



   Die Anwendung der Erfindung ergibt, nebst anderen im folgenden erwähnten Vorteilen, den Vorzug, dass die wirksame Fläche der Rahmenantennenspule und demnach ihr Strahlungswiderstand ohne Änderung der Spule vergrössert werden, da die als Transformatoren wirksamen Kurzschlusswindungen ihrer Natur nach den Strom in der Rahmenantennenspule kompensieren und nach dem Aussenumfang der Kurzschlusswindungen verdrängen. 



   Besonders bei Rahmenantennen, bei denen die Rahmenantennenspule, um störende Eigenfrequenzen zu verhüten, nur aus einer einzigen Windung mit kleiner umschlossener Fläche (geringe Windungslänge) bestehen darf, hat die Verwendung mehrerer   sektorförmiger   Kurz- schlusswindungen nach der Erfindung wesentliche
Vorteile. 



   Wenn bei gegebener Grösse der von den Kurz- schlusswindungen eingenommenen, ringförmigen
Fläche, die   Umfangslänge   der Kurzschluss- windungen durch Vergrösserung ihrer Anzahl ver- kleinert wird, können störende Eigenfrequenzen der Kurzschlusswindungen weitgehend vermieden werden, so dass die erfindungsgemässe Rahmen- antenne sich besonders zum Aussenden breiter
Frequenzbänder mit waagrechter Polarisation eignet, was z. B. für Fernsehen, Mehrfach- telephonie und Radionavigation vielfach erfor- derlich ist. 



   Die Vorteile der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert ; Fig. 1 ist eine
Draufsicht einer Rahmenantenne mit einer einzigen
Kurzschlusswindung, und Fig. 2 stellt das durch
Versuche festgelegte polare Strahlungsdiagramm   dar. Die Fig. 3 und 4 zeigen in Draufsicht bzw. im Querschnitt eine erfindungsgemässe Rahmen-   antenne mit mehreren sektorförmigen Kurzschlusswindungen, und Fig. 5 zeigt das entsprechende Strahlungsdiagramm. Fig. 6 stellt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Rahmenantenne mit besonders gebildeten Kurzschlusswindungen dar, Fig. 7 ist ein Einzelschnitt einer besonders ausgebildeten Rahmenantennenspule und Fig. 8 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dar. 



   Zur Erläuterung der Wirkung sei zunächst die in Fig. 1 dargestellte, aus einer einzigen Windung bestehende Rahmenantennenspule   1   betrachtet, die an eine parallel zur Spulenachse verlaufende Übertragungsleitung 2 angeschlossen ist Die Spule   1   ist von einer einzigen in der Spulenebene liegenden, ringförmigen Metallplatte 3 umgeben, die eine radial gerichtete Unterbrechung 4 aufweist und im Zusammenhang mit Stromverdrängungswirkungen durch eine Kurzschluss- windung ersetzt gedacht werden kann, die sich entlang dem Umfang der Platte 3 erstreckt. 



   Ein in der Rahmenspule auftretender Strom induziert in der Kurzschlusswindung einen dazu proportionalen Strom, der, sofern die elektrische
Länge der Kurzschlusswindung kleiner als die
Hälfte der Betriebswellenlänge ist, längs des
Aussenumfangs   5   der Kurzschlusswindung überall gleichgerichtet ist. Der auf diese Weise ent- standene Kreisstrom umschliesst jedoch eine grössere wirksame Fläche als die Spule 1. 



   Zur Erläuterung dieser Wirkung sei auf die
Analogie zwischen dieser Rahmenantenne und der vielfach bei induktiver Hochfrequenz- erhitzung eines Werkstückes zwischen diesem
Werkstück und der umgebenden Induktionsspule angeordneten Kurzschlusswindung hingewiesen, die gewöhnlich   als Konzentrator"bezeichnet   wird. In beiden Fällen wird das magnetische
Kraftlinienfeld in der Rahmenspule 1 bzw. dem
Werkstück konzentriert, was als eine Vergrösserung der wirksamen Oberfläche und des Strahlungs- widerstandes der Rahmenspule bzw. des Werk- stückes gedeutet werden kann. 



   Bei einer versuchsweisen Ausbildung der
Rahmenantenne nach Fig. 1 wurde der Aussen- durchmesser des Kurzschlussringes 3 entsprechend zwei Drittel der Betriebswellenlänge (etwa 68 cm) gewählt, bei einem Durchmesser der Spule 1 von annähernd   1/12   der Wellenlänge. 

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 gerichtet und entsteht ein Strahlungsdiagramm nach Fig. 2 mit hervortretenden Schleifen. 



   Gemäss der Erfindung wird dies jedoch bei gleichbleibenden Umfangsabmessungen durch sektormässige Unterteilung des Kurzschlussringes 3 vermieden. Die Fig. 3 und 4 stellen eine gemäss der Erfindung geänderte Ausführungsform mit acht sektorförmigen Kurzschlusswindungen 6 dar, während Fig. 5 das entsprechende Strahlungsdiagramm aufweist. Das praktisch kreisförmige Strahlungsdiagramm (maximale Abweichung   zu   erbringt den Beweis, dass nun der Strom längs des Aussenumfanges der Kurzschlusssektoren überall gleichgerichtet ist. In benachbarten Sektorrändern auftretende Ströme sind entgegengesetzt gerichtet, auch wenn längs dieser Ränder Strombäuche und - knoten auftreten, und tragen nicht zur Strahlung bei. Der Natur nach wird also der Strom in der Spule 1 von den Kurzschlusswindungen zum Aussenumfang des Systems verdrängt. 



   Während bei einer aus einer einzigen Windung bestehenden Rahmenantenne die Umfangslänge dieser Windung für die Frequenzabhängigkeit des Systems massgebend ist, ist jetzt nicht die Länge des Aussenumfanges des Systems, sondern die Bemessung der Kurzschlusswindungen massgebend für die Frequenzabhängigkeit des Systems. 



   Eine weitere Verringerung der Länge der Kurzschlusswindungen entsteht durch radiale Unterteilung der von den Kurzschlusswindungen beanspruchten ringförmigen Oberfläche, z. B. auf die in Fig. 8 dargestellte Weise, bei der der innere
Ring vier und der Aussenring acht sektorförmige
Kurzschlusswindungen 9 bzw. 10 mit einander nahezu gleichen Umfangslängen hat ; auf diese Weise ist trotz einer Verringerung der Umfangslänge jeder Kurzschlusswindung eine besonders grosse Umfangslänge des gesamten Systems bei gleichbleibendem Strom längs des Aussenumfanges erzielbar. 



   Wenn die elektrische Länge der Kurzschluss- windungen annähernd   1/4     (, '., usw.)   der
Betriebswellenlänge beträgt, verhalten sich die
Kurzschlusswindungen als Impedanztransfor- matoren, was z. B. zur Erzielung einer sehr hohen
Eingangsimpedanz der Spule 1 benutzt werden kann ; dabei tritt jedoch gleichzeitig eine aus- geprägte Frequenzabhängigkeit des Antennen- systems auf. 



   Zur Übertragung breiter Frequenzbereiche sollen die erwähnten elektrischen Längen der
Kurzschlusswindungen vermieden werden, oder auch kann der Frequenzabhängigkeit dadurch entgegengewirkt werden, dass aufeinander fol- genden Kurzschlusswindungen nach verschiedenen
Seiten von   1   der   Betriebswellenlänge   (z. B. um   5",.) abweichende   elektrische Längen gegeben werden. Dies ist z. B. durch passende Wahl der radialen Längen der Sektoren 6 oder der Öffnungswinkel der Sektoren, oder auch durch Kombination beider Massnahmen bewirkbar. 



   Fig. 6 stellt ein Ausführungsbeispiel der er-   findungsg@mässen Rahmenantenne   im Querschnitt dar, wo die von den Kurzschlusswindungen   6'   beanspruchte Fläche annähernd kegelförmig ist. Die Wirkungsweise der Kurzschlusswindungen wird von einer solchen Formgebung nicht beeinflusst, was aus baulichen Gründen wichtig ist. 



   Für eine günstige Wirkungsweise des Systems ist eine sehr feste Kopplung zwischen den Kurzschlusswindungen 6 und der Kopplungspule   1   erwünscht. Zu diesem Zweck können benachbarte Ränder der Rahmenspulenfläche und der von den Kurzschlusswindungen eingenommenen, ringförmigen Fläche sich überlappen. 



   Fig. 7 zeigt in einen teilweisen Querschnitt von Fig. 3 eine zu diesem Zweck geeignete Ausführungsform der Rahmenspule. Die einen U-förmigen Querschnitt 7 aufweisende Windung der Spule   1   umfasst den Innenrand 8 der Kurz-   schlusssektoren ss.   



   Zur Verringerung der Streustrahlung, die in den radialen Unterbrechungen der von den Kurzschlusswindungen beanspruchten ringförmigen Fläche auftritt, können benachbarte Ränder der Sektoren 6 sich unter Zwischenfügung von Isolierstoff überlappen. 



   Selbstverständlich soll für die   Kurzst Slufl-   windungen Metall mit einem kleinen speziellen Widerstand verwendet werden, um unnötige Verluste zu vermeiden. Gegebenenfalls können die Sektoren an den hauptsächlich stromführenden Stellen z. B. kataphoretisch mit einer dünnen Schicht eines besonders gut leitenden Metalles überzogen werden. 



   Um Beeinträchtigung infolge auftretender hoher Stromdichten weitgehendst hintanzuhalten, haben sich durch Metallplatten von nicht zu kleiner Stärke (z. B. einiger Millimeter) gebildete Kurzschlusswindungen als günstig erwiesen. 



   Die Sektoren 6 und die Spule 1 können auf einer Platte aus Isolierstoff angeordnet sein. Deutlichkeitshalber ist die mechanische Halterung in der
Zeichnung nicht dargestellt. 



   Gewünschtenfalls können die leitenden Teile des Antennensystems gemäss der Erfindung als auf Isolierstoff, z. B. auf chemischem Wege, angebrachten Metallbeläge ausgebildet sein. 



   Die Sektoren können in der Mitte durch gegebenenfalls miteinander verbundene Metall- teile unterstützt werden. 



   PATENTANSPRÜCHE :   l.   Rahmenantenne, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vergrösserung ihres Strahlungswider- standes mehrere induktiv mit der Rahmen-   antennenspule   gekoppelte und sich von dem
Spulenumfang   auswärts   erstreckende Kurzschluss- windungen angebracht sind, wobei die Kurz- schlusswindungen nebeneinanderliegende Ring- sektoren bilden.

Claims (1)

1. 2. Rahmenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusswindungen <Desc/Clms Page number 3> zusammen eine den Spuleikt, rper umgebende ringförmige Fläche einnehmen.

   3. Rahmenantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in radialer Richtung aufeinanderfolgende, sektorförmige Kurzschlusswindungen angebracht sind.

   4. Rahmenantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere der von den Kurzschlusswindungen eingenommenen ringförmigen Flächen eine grössere Anzahl Kurzschlusswindungen als die innere dieser Flächen enthält.

   5. Rahmenantenne nach Anspruch 1, 2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusswindungen verschiedene elektrische Längen aufweisen.

   6. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Kurzschlusswindungen eingenommene Fläche kegelförmig ist.

   7. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Ränder der Rahmenspulenfläche und der von den Kurzschlusswindungen eirgenommenen ringförmigen Fläche sich überlappen.

   8. Rahmenantenne nach einem der voran- gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Ränder der Fläche der Kurzschlusswindungen sich überlappen.

   9. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusswindungen durch Metallplatten gebildet werden.

   10. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenantennenspule eine einzige Windung besitzt. EMI3.1 spulenwindung einen U-förmigen Querschnitt aufweist, der den Innenrand der von den Kurzschlusswindungen eingenommenen, ringförmigen Fläche umfasst.

   12. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der Rahmenantennenspule kleiner und der Umfang der von den Kurzschlusswindungen eingenommenen, ringförmigen Fläche grösser ist als die Betriebswellenlänge des angeschlossenen Radiogerätes.

   13. Rahmenantenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Abmessung der Kurzschlusswindungen wenigstens nahezu ein Viertel der Betriebswellenlänge ist.