Biegsame Koaxial-Dipolantenne Koaxial-Dipolantennen vereinigen einen relativ einfachen Aufbau mit einem relativ günstigen, d. h. flachen Strahlungsdiagramm und werden bei festen Funkstationen allgemein verwendet. Durch Ausbil dung der obern Elektrode einer solchen Antenne als Sperrtopf können der Antenne breitbandige Eigen schaften verliehen werden, indem die Impedanz einer Antenne ohne Sperrtopf bei Frequenzen, welche über der ihrer Länge entsprechenden Frequenz liegen, induktiv und bei Barunterliegenden Frequenzen kapa- zitiv ist.
Der Sperrtopf dagegen hat eine umgekehrte Charakteristik, so dass er den Impedanzverlauf der Antenne bei nicht der Länge der Antenne entspre chenden Frequenzen günstig beeinflusst.
Bis jetzt konnten solche Antennen trotz ihrer für tragbare Funkgeräte günstigen elektrischen Eigen schaften wegen ihres Aufbaus aus Metallrohren fast ausschliesslich auf festen Funkstationen verwendet werden. Im Schweizer Patent Nr. 376544 ist eine Koaxial-Dipolantenne beschrieben, welche sich zwar, da sie biegsam ist, für die Verwendung mit tragbaren Funkgeräten gut eignet, deren günstige Eigenschaften aber, da sie keinen Sperrtopf besitzt, auf ein ganz schmales Frequenzband beschränkt sind. Der untere Teil jener Antenne besteht grundsätzlich nur aus einem Stück eines biegsamen Koaxialkabels, dessen Aussenleiter gleichzeitig als Energiezuführung zum Antennenmittelpunkt und als Antennenelektrode dient.
Durch einen zwischen dieses Kabelstück und den Sender gelegten Schwingtopf wird das untere Ende der untern Antennenelektrode von der An tennenzuleitung entkoppelt.
Dank der vorliegenden Erfindung ist nun die Herstellung einer biegsamen Koaxial-Dipolantenne mit einem Sperrtopf möglich. Eine solche Antenne kan_i mit Vorteil bei tragbaren Funkgeräten verwen det werden, und dank ihrer breitbandigen Eigenschaf- ten wird für einen ganzen Frequenzbereich nur eine einzige Ausführung benötigt, was die Anfertigung von grösseren Serien erlaubt und die Lagerhaltung vereinfacht.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine solche Antenne, welche aus einer obern und einer untern Hälfte besteht und welche dadurch gekenn zeichnet ist, dass der untere Abschnitt der obern Hälfte aus einem Innenleiter und einem davon durch ein elastisches Dielektrikum getrennten Aussenleiter besteht.
Der Aussenleiter ist dabei an seinem obern Ende mit dem Innenleiter galvanisch verbunden, und der genannte Abschnitt wirkt als Sperrtopf, dessen elektrische Länge mindestens angenähert gleich einem Viertel der mittleren, durch die Antenne zu verarbei tenden Wellenlänge gewählt ist und dessen mecha nische Länge, entsprechend der im Vergleich zu Luft grösseren Dielektrizitätskonstanten des elastischen Dielektrikums, gegenüber der elektrischen Länge ver kürzt ist.
In der Folge wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels einer biegsamen Koaxial-Dipol- antenne erklärt.
Die Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht der Antenne in leicht schematischer Darstellung.
Die Fig.2-5 zeigen vergrösserte Längsschnitte von bestimmten charakteristischen Bereichen der Antenne. Diese Bereiche sind in der Fig. 1 mit den Bezeichnungen B2-B5 versehen, wobei die Fig. 2-5 jeweils dem Bereich mit der gleichen Nummer ent sprechen.
Die Fig. 6 zeigt einen Querschnitt der Antenne im Bereich B4. Die entsprechende Schnittlinie ist in der Fig. 4 mit A-A bezeichnet.
Die Figuren sind teilweise gegenüber der wirkli chen Ausführung der Antenne etwas vereinfacht und massstäblich verzerrt gezeichnet, um die wesentlichen Punkte besonders klar darstellen zu können. Die am untern Ende der wirklichen Antenne angebrachte Befestigungs- und Streckeinrichtung ist, um die über sichtlichkeit zu steigern, in den Figuren weggelassen worden. Aus dem gleichen Grunde ist auf den Fig. 2-6 eine die Antenne umschliessende Hülle aus plastischem Material nicht dargestellt.
Zuerst wird nun der grundsätzliche Aufbau der Antenne kurz beschrieben, worauf auf die elektrischen Funktionen und die mechanischen Einzelheiten näher eingegangen wird. Am untern Ende wird die Antenne über ein dünnes Koaxialkabel 1 an einen Sender oder einen Empfänger angeschlossen. Im Bereiche B2 befindet sich ein Schwingtopf, welcher in später erklärter Weise den wirksamen Teil der Antenne hochfrequenzmässig von der Zuleitung und vom Ge häuse, an welchem sie befestigt ist, trennt. Zwischen den Bereichen<I>B2</I> und<I>B4</I> (Antennenmitte) verläuft ein Koaxialkabel, wobei zwischen den Bereichen B2 und B3 ein dünnes mit einem relativ niedrigen und zwischen den Bereichen B3 und B4 ein dickes mit einem relativ hohen Wellenwiderstand verwendet wird.
Das Kabelstück zwischen B3 und B4 wirkt dabei in später erklärter Weise als Transformations- leitung. Im Bereiche B4, dem Mittelpunkt der An tenne schliesst an die untere koaxiale Leitung eine obere an, deren Aussenleiter mit dem Innenleiter der untern Leitung verbunden ist und umgekehrt. Diese obere Leitung führt nun bis zum Bereiche B5, wo Innen- und Aussenleiter miteinander verbunden sind. Oberhalb des Bereiches B5 besteht die Antenne nur noch aus einem Einzelleiter. Die elektrischen Wirkungen dieser Antenne werden nun nachfolgend beschrieben. Der Schwingtopf im Bereiche B2 besteht aus einem untern Gehäuseteil 2, einem obern Gehäuseteil 3 und einem schrauben förmig angelegten Innenleiter 4.
Durch diese Form gebung des Innenleiters wird die Länge des Schwing topfs, welcher auf die mittlere der mit der Antenne zu verarbeitenden Frequenzen abgestimmt ist, wesent lich verkürzt. Als Innenleiter 4 wirkt der Aussenleiter des Kabels 1, welcher am untern Ende des Schwing topfs mit dem Gehäuse verbunden ist. Bei den mit der Antenne zu verarbeitenden Frequenzen bildet der Schwingtopf zwischen dem Aussenleiter des aus ihm austretenden Kabels 5 und seinem Gehäuse 3 eine sehr hohe Impedanz, so dass der Aussenleiter an diesem Punkt hochfrequenzmässig als frei endigend betrachtet werden kann.
Der Aussenleiter des Kabels 5 wirkt deshalb vom obern Ende des Schwingtopfs bis zum Antennenmittelpunkt B'4 als Antennenelek trode der untern Hälfte der Antenne. Unabhängig von dieser Wirkung als Antennenteil dient der Aussenlei ter des Kabels zusammen mit dem Innenleiter noch zur Zu- bzw. Wegleitung von Energie zu bzw. von der Antennenmitte.
Da sich in diesem Falle die Ströme im Innen- und Aussenleiter des Kabels in ihrer Wir kung nach aussen aufheben, so berührt ihr Fliessen die Wirkung des Schwingtopfs und der Abstrahlung der Antenne nicht. Die Transformationsleitung, d. h. das zwischen den Bereichen B3 und B4 verlaufende Kabelstück mit dem erhöhten Wellenwiderstand dient dazu, die Ausgangsimpedanz des Senders, welche üblicherweise 50 Q beträgt, der höheren, für den Speisepunkt der Dipolantennen charakteristischen Impedanz von<B>742</B> anzupassen.
Diese Anpassung ist umso eher not wendig. als wegen der begrenzten Wirksamkeit des beschriebenen Schwingtopfs für eine Antenne der vorliegenden Art die Impedanz am Speisepunkt den theoretischen Wert von 74 .D meist wesentlich über steigt. Dies ist besonders der Fall bei Frequenzen, welche von der Resonanzfrequenz des Schwingtopfs abweichen, indem in diesen Fällen die Antenne elek trisch als verlängert wirkt. Die theoretische elektrische Länge einer Transformationsleitung beträgt ein Vier tel der Wellenlänge bei den durch die Antenne zu verarbeitenden Frequenzen.
Die wirkliche Länge der Transformationsleitung muss jedoch etwas kürzer als die theoretisch notwendige gewählt werden, da die Kapazität zwischen oberer und unterer Antennenelek trode als elektrische Verlängerung der Leitung wirkt. Die mechanische Länge eines Kabelstückes ist be kanntlich gleich der elektrischen Länge, dividiert durch die Wurzel aus der relativen Dielektrizitäts- konstanten des Kabelmaterials, im vorliegenden Falle demnach ungefähr
EMI0002.0028
Die obere Antennenelektrode wird vom Innen leiter des Kabels 5 gespeist. Wie beschrieben, besteht der untere Abschnitt der obern Hälfte der Antenne ebenfalls aus einer koaxialen Leitung.
Diese Leitung wird durch einen Innenleiter und einen davon durch ein elastisches Dielektrikum getrennten Aussenleiter gebildet, welcher an seinem obern Ende B5 galva nisch mit dem Innenleiter verbunden ist. Innen- und Aussenleiter wirken nun zusammen als biegsamer Sperrtopf, welcher der Antenne - wie eingangs dar gelegt - breitbandige Eigenschaften erteilt. Die elek trische Länge eines Sperrtopfs beträgt bekanntlich mindestens angenähert ein Viertel der mittleren, durch die Antenne zu verarbeitenden Wellenlänge.
Da dieser Sperrtopf ein Dielektrikum enthält, ist die mecha nische Länge, entsprechend der im Vergleich zu Luft grösseren Dielektrizitätskonstanten des elastischen Dielektrikums, gegenüber der elektrischen Länge ver kürzt, um zwar um den Faktor der Wurzel aus der betreffenden relativen Dielektrizitätskonstanten -. Da jedoch die für die Abstrahlung der Antenne mass gebende mechanische Länge der obern Antennen elektrode unbeeinflusst vom beschriebenen Dielek- trikum ein Viertel der Wellenlänge im freien Raum beträgt,
ist die Antenne oberhalb des obern Endes des Sperrtopfs <I>B5</I> durch einen einfachen Stab auf die notwendige Länge verlängert. Der Innenleiter des beschriebenen Sperrtopfs ist, entsprechend den Ver hältnissen bei einer normalen Sperrtopfantenne, am Antennenmittelpunkt mit der untern Antennenelek trode, im vorliegenden Falle mit dem Aussenleiter des den untern Teil der Antenne bildenden Kabels ver bunden.
In der Folge werden nun Einzelheiten der mecha nischen Ausführung der Antenne beschrieben. Der Schwingtopf am Fusspunkt der Antenne besteht aus einem metallischen Zylinder und einem Tragkörper 9 aus Isoliermaterial, auf welchen das Kabel als schrau benförmige Spule 4 aufgewickelt ist. Der metallische Zylinder besteht seinerseits aus den beiden, mit dem Gewinde 8 verschraubten Teilen 2 und 3. Die die beiden Enden der Spule 4 bildenden Kabelstücke sind in Bohrungen 10 durch den Tragkörper 9 hin- durchgeführt und führen jeweils nach der Achse der Spule. Das untere Ende 1 des Kabels ist mit dem Gehäuseteil 2 leitend verbunden.
Das die Zuleitung zum Antennenmittelpunkt und gleichzeitig die untere Antennenelektrode bildende Kabelstück 5 ist von einer Reuse aus Stahlstäben 7 umgeben, welche der untern Hälfte der Antenne einen mechanischen Halt gibt. Die Stahlstäbe dieser Reuse sind am obern und am untern Ende galvanisch mit dem Aussenleiter des Kabels 5 verbunden, üben jedoch auf die Funktion der Antenne keinen nennenswerten Einfluss aus, da zwischen ihnen und dem Aussenleiter keine Spannung auftritt. Das untere Ende der Stäbe ist in einem Haltekörper 11 befestigt, welcher mittels eines Zwischenrings 12 aus Isoliermaterial durch den obern Gehäuseteil 3 des Schwingtopfs in seiner Lage festgehalten wird.
Das Kabel 5 führt durch die Mitte des Haltekörpers 11 hindurch, und sein Aussen leiter ist galvanisch damit verbunden.
Die zwischen den Bereichen B3 und B4 not wendige Vergrösserung der Dicke des Dielektrikums zwecks Bildung des Transformationskabels wird durch einen auf diesem Abschnitt zusätzlich angebrachten Schlauch 6 aus einem Dielektrikum erreicht.
Auf dem betreffenden Abschnitt ist der Aussenleiter des Ka bels 5 entfernt, so dass nur noch der isolierte Innen leiter übrigbleibt. über diesen entblössten Kabel abschnitt ist nun der biegsame Schlauch 6, dessen Innendurchmesser den Aussendurchmesser des ent blössten Kabels etwas übertrifft, aufgeschoben. Über diesen Dielektrikumsschlauch ist ein Metallschlauch 12 gezogen, welcher an der Stelle 13 mit dem Aussen leiter des Kabels 5 galvanisch verbunden ist und auf dem zwischen den Bereichen B3 und B4 verlaufenden Kabelabschnitt die Funktion des Aussenleiters über nimmt.
Im Bereiche B4 stellt ein metallischer Mittelteil 14 die Verbindung zwischen unterer und oberer An tennenhälfte her. Dieser Mittelteil ist mit dem obern Ende der Reuse verbunden und umschliesst mit einem hülsenförmigen untern Teil das obere Ende des dielek- trischen Schlauches 6. Der Metallschlauch 12 ist an der Stelle 15 ein Stück weit über die Hülse des Mittel teils 14 gezogen und mit demselben verbunden. Wie aus dem Querschnitt A-A dargestellt auf Fig.6, hervorgeht, besitzt der hülsenförmige Teil des Mittel teils 14 Nuten 16, in welchen die obern Enden der Stahlstäbe 7 untergebracht sind.
Durch einen das Ganze umschliessenden Ring 17 werden die Stahl stäbe dort festgehalten. Von diesen Stahlstäben ist einer fest mit dem Mittelteil 14 verbunden, die übri gen sind in den Nuten verschiebbar gelagert. Diese Verschiebbarkeit erlaubt es, die Antenne beliebig zu verbiegen. Im obern Teil des Mittelteils 14 ist ein Stahlstab 25 befestigt, welcher als Innenleiter der obern Hälfte der Antenne dient.
Dieser Innenleiter ist über den Mittelteil galvanisch mit dem Aussen leiter der untern Hälfte der Antenne verbunden. Über den Stab 25 ist ein Schlauch 22 aus .einem biegsamen Dielektrikum gezogen, und über diesem Dielektrikum befindet sich ein Metallschlauch 20, welcher als Aussenleiter des einen Abschnitt der obern Hälfte der Antenne bildenden Sperrtopfes wirkt. Ein Isolierring 21 isoliert diesen Aussenleiter 20 vom Mittelteil 14. Der isolierte Innenleiter 18 der Zuleitung zum Mittel teil 14 ist durch eine Bohrung 19 im Mittelteil ge führt und mit dem Aussenleiter 20 der obern Hälfte der Antenne leitend verbunden.
Im Bereich B5, dem obern Ende des Sperrtopfes, ist ein metallischer Abschlusskörper 23 angebracht, welcher mit dem den Innenleiter bildenden Stahlstab 25 fest verbunden ist. Der metallische Schlauch 20 ist an diesem Abschlusskörper befestigt, so dass dieser Körper einen Kurzschluss zwischen Innen- und Aussen leiter bildet. Der Schlauch 22 ist zwischen dem Mittel teil 14 und dem Abschlusskörper 23 festgehalten, so d'ass er mit den übrigen Teilen der Antenne fest ver bunden ist.
Oben im Abschlusskörper 23 ist ein weiterer Stahlstab 24 befestigt, welcher den obersten Teil der Antenne bildet.
Die beschriebene Antenne ist sehr elastisch und robust. Die Biegungskräfte werden ausschliesslich durch Stahlstäbe aufgenommen. Wie bereits eingangs erwähnt, wird die Antenne vorteilhafterweise mit einer alles umschliessenden Hülle aus plastischem Material versehen. Es empfiehlt sich ferner, um die Bildung von Kondenswasser zu vermeiden, die dann ent stehenden Hohlräume ebenfalls mit einer plastischen Masse, welche in flüssigem Zustande eingebracht werden kann, auszufüllen.
Mit einer Antenne der beschriebenen Art ist es beispielsweise möglich, bei unveränderten Ab messungen in einem Frequenzbereich zwischen 156 und 174 MHz ein unter 2 liegendes Stehwellenverhilt- nis zu erreichen.
Der durchschnittliche Abstrahlungs- resp. Empfangsgewinn einer solchen Antenne, mon tiert auf einem tragbaren Sende-Empfangsgerät, be trägt gegenüber einer unter denselben Voraussetzun gen eingesetzten Viertelwellenantenne etwa 5 db, währenddem der Verlust gegenüber einer normalen, für feste Aufstellung vorgesehenen und wesentlich grössere Querabmessungen aufweisenden Koaxial Dipolantenne nur ungefähr 1 db beträgt.