DE102006004806B9

DE102006004806B9 - Breitband-Rundstrahlantenne

Info

Publication number: DE102006004806B9
Application number: DE102006004806.7A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Müllner Wolfgang; Dipl.-Ing. Kriz Alexander; Dipl.-Ing. Alvarez Edgar Moya
Original assignee: Seibersdorf Labor GmbH
Current assignee: Seibersdorf Labor GmbH
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: DE102006004806B4; DE102006004806A1; AT501350B1; AT501350A1

Abstract

Breitband-Rundstrahlantenne für höhere Betriebsfrequenzen, insbesondere 1 bis 100 GHz, vorzugsweise 2 bis 80 GHz mit zwei kegelförmigen Antennenkörpern (101, 102), die jeweils an eine Speiseleitung (200) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Speiseleitungen (200) oder die Speiseleitungen gemeinsam im antennennahen Bereich mit einer hochfrequenzabsorbierenden Ummantelung (300) aus Kunststoff, in dem Kohlenstoffpartikel dispergiert sind, versehen ist, deren Dicke λ/30 bis λ/2 beträgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Breitband-Rundstrahlantenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE 691 26 941 T2 ist eine breitbandige, dualpolarisierte Mehrmodenantenne bekannt, die für höhere Betriebsfrequenzen im GHz-Bereich ausgelegt ist. Hierbei sind acht Antennenkörper an eine gemeinsame Speiseleitung angeschlossen, die im antennennahen Bereich mit einer hochfrequenzabsorbierenden Ummantelung versehen sind.
Weiterhin ist aus der DE 32 18 690 C1 eine bikonische Rundstrahlantenne bekannt, deren Speiseleitungen gemeinsam im antennennahen Bereich mit einem hochfrequenzabsorbierenden Ring versehen ist.
Bekannt sind Fernsehantennenkabel, deren Ummantelung eine geflochtene Abschirmung aus Kupfer besitzt; eine derartige Ummantelung ist nicht hochfrequenzabsorbierend sondern reflektiert auf das Kabel von außen auftreffende hochfrequente Strahlung. Der Einsatz eines derartigen Kabels für Breitband-Rundstrahlantennen ist nicht möglich.
Bei derartigen Rundstrahlantennen sind je nach dem vorgesehenen Frequenzbereich verschiedene Antennenkörper bekannt, die entweder über eine Koaxialleitung, wobei an dem Mittelleiter ein Antennenkörper und an dem den Mittelleiter umgebenden Außenleiter der zweite Antennenkörper angeschlossen ist, oder über eine symmetrische Speiseleitung, aufgebaut aus zwei asymmetrischen Koaxialleitungen, angeschlossen sind. Allerdings ergibt sich bei höheren Betriebsfrequenzen, insbesondere bei Frequenzen von mehr als 1 GHz, das Problem, dass die Abstrahlungscharakteristik einer solchen Antenne erhebliche Verzerrungen zeigt.
Ziel der Erfindung ist es, eine einfach herstellbare Rundstrahlantenne der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die auch bei höheren Betriebsfrequenzen eine Abstrahlungscharakteristik zeigt, die nur geringe Verzerrungen aufweist. Die Erfindung setzt sich insbesondere zum Ziel, die Richtcharakteristik von Breitband-Rundstrahlantennen zu optimieren, insbesondere frei von Reflexionen zu halten, die an den Speiseleitungen auftreten.
Erfindungsgemäß werden diese Ziele bei einer Breitband-Rundstrahlantenne der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht.
Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird sichergestellt, dass die von den Antennenkörpern abgestrahlten Wellen von der bzw. den Speiseleitung(en) kaum von dieser bzw. diesen reflektiert werden, wodurch Verzerrungen in der Abstrahlcharakteristik der Antenne weitgehend vermieden werden.
Durch die vorgeschlagene Dicke der Ummantelung ergeben sich eine besonders gute Dämpfung der Reflexionen und daher nur sehr geringe Verzerrungen der Abstrahlcharakteristik, auch wenn die Antenne mit hohen Frequenzen von mehr als 1 oder 2 GHz betrieben werden.
Es ergibt sich eine sehr einfach herstellbare hochfrequenzabsorbierende Umhüllung. Dabei können die Kohlenstoffpartikel nach Anspruch 4, bei Verwendung eines offenporigen PU-Schaumes einfach in der Weise eingebracht werden, dass der Schaum zusammengepresst und in eine Flüssigkeit getaucht, in der die Kohlenstoffpartikel dispergiert sind, und expandieren gelassen wird. Bei Verwendung eines geschlossenporigen Polystyrolschaumes können die Kohlenstoffpartikel in die aufzuschäumende Masse eingemischt werden.
Durch die Maßnahmen nach Anspruches 5 wird sichergestellt, dass der Abstand zwischen den Antennenkörpern und der Ummantelung in einer Größe gehalten wird, die zu gering ist, um merkbare und die Abstrahlcharakteristik beeinflussende Reflexionen zu ermöglichen.
Um einen unnötigen Aufwand bei der Ummantelung zu vermeiden, ist es zweckmäßig die Merkmale des Anspruches 6 vorzusehen. Eine derartige Länge der Ummantelung ist ausreichend um störende Reflexionen durch die Speiseleitung zu vermeiden.
Durch die Merkmale des Anspruches 7 ergibt sich der Vorteil, dass auch bei niedrigeren Betriebsfrequenzen Verzerrungen der Abstrahlcharakteristik vermieden werden, weil bei niedrigeren Betriebsfrequenzen die Ummantelung weniger wirksam wird.
Dabei ist es vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 8 vorzusehen. Dabei bewirken die Ferritringe eine Unterteilung der Länge der Speiseleitung(en), wodurch sich entsprechend geringe Verzerrungen der Abstrahlcharakteristik ergeben. Statt der Ferritringe können auch Ferritpartikel in die Ummantelung eingebettet sein. So ist es auch möglich, neben den Kohlenstoffpartikel auch Ferritpartikel in der oben beschriebenen Weise einzubringen.
Durch die Merkmale der Ansprüche 9 und 10 ergibt sich der Vorteil einer einfachen Aufbringung der Ummantelung. Es ist aber auch möglich die Ummantelung zweiteilig in Form von Halbschalen aufzubringen.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Diagramm, das die Abstrahlung einer Breitband-Rundstrahlantenne mit und ohne einer Ummantelung zeigt,
2 bis 5 schematisch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Rundstrahlantennen.
Die 1 zeigt einen Schnitt durch die dreidimensionale Abstrahlungscharakteristik einer Breitband-Rundstrahlantenne. Dabei entspricht die Kurve 1 einer erfindungsgemäßen Rundstrahlantenne 100 mit einer Ummantelung 300 aus hochfrequenzabsorbierendem Material. Die Kurve 2 entspricht dabei einer herkömmlichen Rundstrahlantenne ohne Ummantelung der Speiseleitung. Dabei zeigt die Kurve 2 erhebliche Verzerrungen der Abstrahlcharakteristik, die durch die Abweichungen von einer glatten Nierenform gekennzeichnet sind. Diese Abweichungen sind zumeist durch Reflexionen der von den Antennenkörpern abgestrahlten Wellen, insbesondere an der(n) Speiseleitung(en) bedingt.
Die 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rundstrahlantenne 100. Diese weist zwei konusförmige Antennenkörper 101, 102 auf, wobei der Antennenkörper 101 an einen Mittelleiter 201 einer Speiseleitung 200 angeschlossen ist. Der zweite Antennenkörper 102 ist an einen Außenleiter 202 der Speiseleitung 200 angeschlossen. Die Speiseleitung 200, die an einen Stecker 203 angeschlossen ist, ist mit einer Ummantelung 300 versehen, die aus einem hochfrequenzabsorbierendem Material hergestellt ist.
Die Ummantelung weist dabei zweckmäßigerweise eine Länge von λ bis 10 λ auf, wobei die Dicke der Ummantelung vorzugsweise λ/20 bis λ/5 beträgt.
Ein solches Material kann z. B. aus Kunststoff, insbesondere Kunststoffschaum, vorzugsweise einem offenporigen PU-Schaum gebildet sein, in dem Kohlenstoffpartikel eingebettet sind. Dabei können die Kohlenstoffpartikel dadurch in den Schaumstoff eingebracht werden, dass dieser im komprimierten Zustand in eine Flüssigkeit, in der Kohlenstoffpartikel dispergiert sind, getaucht und darin entspannt wird, wodurch die Kohlenstoffpartikel in die offenen Poren des Schaumstoffs eindringen. Bei einem geschlossenzelligen Polystyrolschaum können die Kohlenstoffpartikel in das aufzuschäumende Ausgangsmaterial eingebracht werden, wonach dieses mit den Kohlenstoffpartikel versetzte Material anschließend aufgeschäumt wird.
Durch die Ummantelung 300 werden Reflexionen der von den Antennenkörpern 101, 102 abgestrahlten Wellen an der Speiseleitung 200 gedämpft bzw. vermieden, die zu Verzerrungen der Abstrahlcharakteristik führen.
Die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rundstrahlantenne 100 nach der 3 unterscheidet sich von jener nach der 2 dadurch, dass die Achse der Antennenkörper 101, 102 senkrecht zur Speiseleitung 200 verläuft. Dabei beträgt der Grenzabstand a zwischen dem den Antennenkörpern 101, 102 zugekehrten Ende der Umhüllung 300 und den Antennenkörpern zweckmäßigerweise λ/20 bis λ/5.
Die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rundstrahlantenne 100 nach der 4 entspricht im wesentlichen jener nach der 3, wobei jedoch ein Balun 400 nahe den Antennenkörpern 101, 102 vorgesehen ist. Dabei reicht die Umhüllung 300 der Speiseleitung 200 bis auf einen Grenzabstand a von λ/20 bis λ/5 an den Balun 400 heran.
Bei der Ausführungsform nach der 5 ist eine symmetrische Speiseleitung, aufgebaut aus zwei asymmetrischen Koaxialleitungen 200 vorgesehen, an denen die beiden Antennenkörper 101 und 102 angeschlossen sind. Ein Balun 400 ist nahe dem Stecker 203 angeordnet. Weiters ist eine gemeinsame Ummantelung 300 aus hochfrequenzabsorbierendem Material vorgesehen, die bis auf einen Grenzabstand a an die Antennenkörper 101, 102 heranreicht.
Es kann aber auch vorgesehen sein, jede der beiden symmetrischen Speiseleitungen 200 mit einer Ummantelung 300 zu versehen.
Eine erfindungsgemäße Rundstrahlantenne 100 kann für Frequenzen oberhalb 400 MHz eingesetzt werden, wobei nach oben zu keine Beschränkungen bestehen und der bevorzugte Frequenzbereich zwischen 2 GHz und 80 GHz liegt, in welchem Bereich die Ummantelung 300 lediglich Kohlenstoffpartikel enthält. Vorteilhaft werden Schäume eingesetzt mit
ε_r = 3–20,
μ_r = 0,8 bis 1,2, vorzugsweise etwa 1,0, und
tanδ ≈ 0
Bei Betriebsfrequenzen der Rundstrahlantenne 100 zwischen 400 MHz und 2 GHz ist es zweckmäßig entweder auf oder in der Ummantelung zusätzlich Ferritpartikel zuzusetzen, oder auf der Ummantelung Ferritringe anzubringen. Dadurch werden in diesem Frequenzbereich, in dem die mit Kohlenstoffpartikel versetzte Ummantelung weniger wirksam ist, Verzerrungen der Abstrahlcharakteristik vermindert, wobei bei höheren Frequenzen die Wirksamkeit des Ferrits zur Verminderung von Verzerrungen abnimmt.

Claims

Breitband-Rundstrahlantenne für höhere Betriebsfrequenzen, insbesondere 1 bis 100 GHz, vorzugsweise 2 bis 80 GHz mit zwei kegelförmigen Antennenkörpern (101, 102), die jeweils an eine Speiseleitung (200) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Speiseleitungen (200) oder die Speiseleitungen gemeinsam im antennennahen Bereich mit einer hochfrequenzabsorbierenden Ummantelung (300) aus Kunststoff, in dem Kohlenstoffpartikel dispergiert sind, versehen ist, deren Dicke λ/30 bis λ/2 beträgt.
Breitband-Rundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Speiseleitungen (200) einen Mittelleiter (201) aufweisen, der mit dem einen Antennenkörper (101) verbunden ist, und einen gegen den Mittelleiter (201) elektrisch isolierten und diesen umgebenden Mantelleiter (202) aufweist, der mit dem anderen Antennenkörper (102) verbunden ist.
Breitband-Rundstrahlantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche der Speiseleitung(en) (300) Ferrite angeordnet sind.
Breitband-Rundstrahlantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung aus einem geschäumtem Material, insbesondere offenporiger PU-Schaum oder geschlossenporiger Polystyrolschaum, besteht, in dem Kohlenstoffpartikel dispergiert sind.
Breitband-Rundstrahlantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (300) auf den Speiseleitung(en) (200) unter Ausbildung eines Grenzabstand (a) von λ/30 bis λ/2, vorzugsweise λ/20 bis λ/5, zu den Antennenkörpern (101, 102) angeordnet ist.
Rundstrahlantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Ummantelung (300), die in einem Grenzabstand (a) von den Antennenkörpern (101, 102) beginnt, 1 λ bis 10 λ beträgt.
Rundstrahlantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für Betriebsfrequenzen kleiner 1 bis 2 GHz, insbesondere 400 MHz bis 1 GHz, die Ummantelung (300) zusätzlich zu Kohlenstoffpartikel auch Ferritmaterial, z. B. dispergierte Ferritteilchen, enthält.
Rundstrahlantenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferritmaterial in Form von voneinander beabstandeten Ringen auf der Ummantelung (300) aufgebracht ist.
Rundstrahlantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (300) einstückig ausgebildet ist.
Rundstrahlantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (300) zylindrisch ausgebildet ist und gegebenenfalls auf die Speiseleitung (200) aufgeschäumt oder in Form von zumindest einer Lage um die Speiseleitung(en) (200) herum gewickelt ist.