DE102009041059A1

DE102009041059A1 - Stabantenne

Info

Publication number: DE102009041059A1
Application number: DE102009041059A
Authority: DE
Inventors: Yury Dr. Bulbin
Original assignee: ANTENNENTECHNIK BAD BLANKENBURG AG
Current assignee: ANTENNENTECHNIK BAD BLANKENBURG AG
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stabantenne für mehrere getrennte Frequenzbereiche, insbesondere als Dachantenne für Kraftfahrzeuge, an die über eine Antennenweiche gleichzeitig Empfangs- und Sende-/Empfangsgeräte angeschlossen werden können. Die Erfindung gestattet es, eine solche Antenne ohne erkennbare äußerliche Veränderungen und unter Beibehaltung der guten Empfangseigenschaften für den Hörrundfunk für mindestens einen zusätzlichen höheren Frequenzbereich nutzbar zu machen. Die geometrische sowie die elektrische Länge des Antennenstabs bleiben für die Hörrundfunkfrequenzen unverändert. Ein Zusatz-Wendelleiter, welcher die Antennenwicklung umwickelt und gegen diese isoliert ist, über dem zugehörigen Strahlerabschnitt angeordnet ist und am Endpunkt des zugehörigen Antennenwicklungsabschnitts galvanisch mit der Antennenwicklung verbunden ist, wird in seiner Länge und der Steigung der Wendel so abgestimmt, dass für den jeweiligen Frequenzbereich seine Kapazität in Kombination mit der Induktivität des zugehörigen Antennenwicklungsabschnitts einen Parallelsperrkreis bildet und den anderen Antennenwicklungsabschnitt entkoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stabantenne für mehrere getrennte Frequenzbereiche, insbesondere als Dachantenne für Kraftfahrzeuge, an die über eine Antennenweiche gleichzeitig Empfangs- und Sende-/Empfangsgeräte angeschlossen werden können.
Stand der Technik
Stabantennen für mobile Anwendungen, insbesondere zur Befestigung an Kraftfahrzeugen, sind allgemein bekannt. Diese weisen befestigungsseitig ein Befestigungselement auf, mit dem die Stabantenne am Kraftfahrzeug befestigt wird. Davon ausgehend befindet sich ein Antennenelement, z. B. ein Stab. Zum optimalen Senden und/oder Empfangen der HF-Signale ist eine Abstimmung der Länge des Antennenelements auf das Betriebs-Frequenzband erforderlich, die HF-wirksame Länge des Stabes soll 1/4 der mittleren Betriebs-Wellenlänge λ entsprechen.
Ebenso sind Stabantennen für mehrere Frequenzbereiche bekannt. Das Lösungsprinzip nach DE 41 02 845 A1 steht allgemein für die Verwendung eines einzigen Antennenelements gemeinsam für mehrere, gegeneinander abgesetzte Frequenzbänder. Die als Monopole über einer leitenden Fläche konzipierten Abschnitte auf dem Antennenelement stellen λ/4-Strahler dar, die einen gemeinsamen Fußpunkt haben und in ihrer wirksamen Länge durch jeweils einen Parallelschwingkreis begrenzt sind, der für den zugeordneten Frequenzbereich als Sperrkreis wirkt. Für den oder die niedrigen Frequenzbereiche ist dieser Parallelschwingkreis niederohmig und unterbricht die den niedrigen Bereichen zugeordneten Strahlerabschnitte HF-mäßig nicht.
Der Parallelschwingkreis und eine am Ende kurzgeschlossene Viertelwellen-Parallelleitung (Stichleitung) haben die gleichen elektrischen Eigenschaften. Beide haben im Resonanzfall einen hohen Widerstand zwischen den Abschnittpunkten. Wenn eine Viertelwellen-Stichleitung in die Antenne eingefügt wird, also an einem Ende angeschlossen wird, wirkt sie für die Resonanzfrequenz als Sperre. Die Antennen mit Viertelwellen-Stichleitung sind gegenüber bekannten Antennen mit eingebauten Sperrkreisen wesentlich einfacher herstellbar, da die bekannten Stabantennen einen aufwändigen Zusammenbau erfordern, weil zwischen die Antennenleiterstruktur Induktivitäten, die als separate Bauteile zu handhaben sind, angeordnet und geschaltet werden müssen.
Solche Lösungen sind unter anderem aus US 2,535,298 A bekannt. Das sind Multiband-Antennen mit Entkopplungsstab (einseitig kurzgeschlossene λ/4-Leitung). Man kann den Entkopplungsstab entweder mit der Öffnung nach unten oder mit der Öffnung nach oben einsetzen. In beiden Lagen entkoppelt die Öffnung die oberen Antennenteile.
Stabantennen für mobile Anwendungen als UKW-Empfangsantennen oder Sende- und Empfangsantennen für den Mobilfunk, z. B. im 4-m-Frequenzbereich, bei einer Viertelwellen-Abstimmung haben eine zu große mechanische Länge. Daher wurde die Antennenleiterstruktur zur Verkürzung der Länge des Antennenelementes wendelförmig angeordnet.
Die Mehrbereichsantenne nach DE 41 41 783 A1 mit gewendeltem Antennenleiter enthält einen Parallelschwingkreis an beliebiger Stelle im Stab. Der Parallelschwingkreis könnte mit zusätzlicher Spule, mit gestrecktem Leiterteil oder mit dem Sperrtopf realisiert werden.
Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Mehrbereichsstabantenne für mobile Anwendungen, die zum Senden und/oder Empfangen von HF-Signalen ausgebildet ist, bereit zu stellen, bei der gegenüber bekannten Mehrbereichsstabantennen die Abstimmung einzelner Betriebsfrequenzbereiche verbessert und unabhängiger ist, ohne dass der mechanisch-konstruktive Aufbau der Antenne komplizierter wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Stabantenne mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich nunmehr auf einem einzigen kurzen Antennenelement mehrere Strahlbereiche für unterschiedliche Frequenzbänder anordnen, die einen gemeinsamen Fußpunkt haben und sich baulich überdecken. HF-mäßig sind sie jedoch exakt voneinander getrennt. Jeder Bereich wird separat dimensioniert und angepasst.
Wesentlich für dieses Ergebnis ist die Kombination der Antennenwicklung und eines Zusatz-Wendelleiters.
Im Zusammenhang mit weiterführenden theoretischen und praktischen Untersuchungen hat sich nun gezeigt, dass die Kombination von Antennenwicklung und Zusatz-Wendelleiter wesentliche verallgemeinerungsfähige Verbesserungen in Bezug auf den prinzipiellen Aufbau der Antennen und für die konzeptionelle Entwurfsarbeit ermöglicht.
Der Zusatz-Wendelleiter mit geometrischer Länge l, der die Antennenwicklung umwickelt und gegen diese isoliert ist, über dem zugehörigen Strahlerabschnitt angeordnet ist und am Endpunkt des zugehörigen Antennenwicklungsabschnitts galvanisch mit der Antennenwicklung verbunden ist, wird in seiner Länge und der Steigung der Wendel so abgestimmt, dass für den jeweiligen Frequenzbereich seine Kapazität in Kombination mit der Induktivität des zugehörigen Antennenwicklungsabschnitts einen Parallelsperrkreis bildet und den anderen Antennenwicklungsabschnitt entkoppelt.
Der Zusatz-Wendelleiter ist entweder an seinem unteren Endpunkt oder an seinem oberen Endpunkt galvanisch mit der Antennenwicklung verbunden. In beiden Fällen entkoppelt die Öffnung der gebildeten kurzgeschlossenen Viertelwellen-Parallelleitung den anderen Antennenwicklungsabschnitt.
Auf dieser Weise lassen sich auf einer Antennenwicklung mehrere λ/4-wirksame Strahler für unterschiedliche Frequenzbereiche separieren.
Als HF-wirksame Strahllänge wird gemäß der Erfindung für jeden Frequenzbereich λ/4 gewählt, weil der Erhebungswinkel im Vertikal-Strahlungsdiagramm des λ/4 Vertikalstrahlers 45° ist und dadurch die Rundstrahlungscharakteristik auch bei seitlicher Neigung des Stabs weitgehend erhalten bleibt.
Die Erfindung gestattet es, eine Kraftfahrzeug-Kurzstabantenne für Dachaufbau ohne erkennbare äußerliche Veränderungen und unter Beibehaltung der guten Empfangseigenschaften für den Hörrundfunk für mindestens einen zusätzlichen höheren Frequenzbereich nutzbar zu machen. Die geometrische sowie die elektrische Länge des Antennenstabs bleiben für die Hörrundfunkfrequenzen unverändert.
Der oder die Zusatz-Wendelleiter lassen sich so bemessen, dass sie unter der Schutzhülle des Antennenstabs optisch nicht auffallen. Die Empfangs- und Sendeleistungen der erfindungsgemäßen Mehrbereichsantenne sind, rechnerisch wie auch messtechnisch nachgewiesen, ausgezeichnet.
Ausführungsbeispiele
Ein Ausführungsbeispiel ist in den Figuren dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, sind in die Untersprüchen angegeben.
Es zeigen:
1: eine Stabantenne mit einem stabförmigen Träger, auf den abschnittsweise eine Antennenwicklung mit unterschiedlichen Steigungen gewickelt ist
2: einen schematischen Querschnitt einer Stabantenne gemäß 1 mit Spiralfeder sowie Ummantelung und Umspritzung.
In 1 ist 1 der Stab komplett, 2 ist der Trägerstab, 3 ist eine Antennenwicklung mit unterschiedlichen Steigungen, 6 und 7 sind Anschlussstücke (z. B. Kupferröhrchen), auf die die Enden der Antennenwicklung 3 und die Enden der Zusatz-Wendelleiter 4 und 5 gelötet sind. Der Trägerstab 2 kann beispielsweise als Glasfaserstab oder aus einem entsprechenden anderen Material gefertigt sein, das relativ biegesteif ist, sich in gewissen Grenzen aber elastisch verformen lässt. Auf diesem Trägerstab 2 ist eine Antennenwicklung 3 mit unterschiedlichen Wicklungsabschnitten aufgewickelt. Die unterschiedlichen Wicklungsabschnitte bilden, je nach Steigung, Strahler zum Senden und/oder Empfangen von HF-Signalen in bestimmten Frequenzbändern. Die Enden der Antennenwicklung 3 sind mit den Anschlussstücken 6 und 7 galvanisch verbunden.
Der Zusatz-Wendelleiter 4 umwickelt den Abschnitt der Antennenwicklung 3 und ist gegen die Antennenwicklung 3 isoliert. Das Ende des Zusatz-Wendelleiters 4 ist mit dem Anfang der Antennenwicklung 3 galvanisch verbunden, z. B. auf dem Anschlussstück 6 verlötet. Die Kapazität des Zusatz-Wendelleiters 4 und Induktivität des Abschnittes der Antennenwicklung 3 bilden einen Sperrkreis für das bestimmte Frequenzband.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der oder die Zusatzleiter nicht gestreckt ist, wie z. B. bei DE 41 02 845 A1 , sondern wendelförmig ausgestaltet ist. Die Länge des Zusatz-Wendelleiters 5 und die Steigung der Wendel gestatten eine größere Änderung der Resonanzfrequenz des Sperrkreises gegenüber einer Lösung mit gestrecktem Zusatzleiter.
Der Zusatz-Wendelleiter 5 umwickelt den Abschnitt der Antennenwicklung 3 und ist gegen die Antennenwicklung 3 isoliert. Das Ende des Zusatz-Wendelleiters 5 ist mit dem Ende der Antennenwicklung 3 galvanisch verbunden, z. B. auf dem Anschlussstück 7 verlötet. Die Kapazität des Zusatz-Wendelleiters 5 und Induktivität des Abschnittes der Antennenwicklung 3 bilden einen Sperrkreis für das andere bestimmte Frequenzband.
Am unteren Ende des Trägerstabes 2 befindet sich das Verbindungsstück 8, das mit dem Anschlussstück 6 galvanisch verbunden ist. Das Verbindungsstück 8 hat am unteren Ende ein Gewinde, mit dem der Trägerstab an einem Fuß oder einer Spiralfeder 10 mechanisch stabil befestigt werden kann (2). Die Spiralfeder 10 verleiht der Kurzstab-Dachantenne flexible Eigenschaften. Die Spiralfeder 10 ist an ihrem unteren Ende mit dem Verbindungsstück 9, das am oberen Ende ein Gewinde hat, verbunden. Das Verbindungsstück 9 hat am unteren Ende ein Gewinde, mit dem der Stab 1 an einem Fuß befestigt werden kann.
Zum Schutz des Stabes 1 vor Witterungseinflüssen ist eine Ummantelung 11, beispielsweise mit Schrumpfschlauch, vorgesehen.
Der komplette untere Teil der Antenne, die Verbindungsstücke 8 und 9 und die Spiralfeder 10, sind mit einer Umspritzung 12 versehen, um sie vor Witterungseinflüssen zu schützen.
Bezugszeichenliste

1: Stab
2: Trägerstab
3: Antennenwicklung
4: Erster Zusatz-Wendelleiter
5: Zweiter Zusatz-Wendelleiter
6: Erstes Anschlussstück
7: Zweites Anschlussstück
8: Erstes Verbindungsstück
9: Zweites Verbindungsstück
10: Spiralfeder
11: Ummantelung
12: Umspritzung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4102845 A1 [0003, 0025]
US 2535298 A [0005]
DE 4141783 A1 [0007]

Claims

Stabantenne, insbesondere Dachantenne für Kraftfahrzeuge, die zum Senden und/oder Empfangen von HF-Signalen in mehreren getrennten Frequenzbereichen ausgebildet ist, mit einem Stab (1), einem Trägerstab (2), auf dem eine Antennenwicklung (3) angeordnet ist sowie einem Zusatzleiter, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Trägerstab (2) Anschlussstücke (6; 7) angeordnet sind, wobei das untere Ende der Antennenwicklung (3) mit dem Anschlussstück (6) und das obere Ende der Antennenwicklung (3) mit dem Anschlussstück (7) verbunden sind, wobei der Zusatzleiter als Zusatz-Wendelleiter (4) ausgebildet ist, die Antennenwicklung (3) umwickelt und von dieser isoliert ist, und ein Ende des Zusatz-Wendelleiters (4) über eines der Anschlusstücke (6; 7) mit einem Ende der Antennenwicklung (3) verbunden ist.
Stabantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Zusatz-Wendelleiter (5) angeordnet ist, wobei der zweite Zusatz-Wendelleiter (5) die Antennenwicklung (3) umwickelt und von dieser isoliert ist, und an einem Ende über eines der Anschlusstücke (6; 7) mit einem Ende der Antennenwicklung (3) verbunden ist.
Stabantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Antennenwicklung (3) durchgehend und abschnittsweise unterschiedlich gestaltet ist, wobei die Gestaltung von dem jeweiligen Frequenzband abhängig ist.
Stabantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerstab (2) als Glasfaserstab ausgebildet ist oder aus ähnlichem flexiblen Material besteht.
Stabantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsstück (8) oben elektrisch mit dem Anschlussstück (6) verbunden ist und unten ein Gewinde aufweist.
Stabantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsstück (9) am oberen und unteren Ende ein Gewinde aufweist.
Stabantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsstück (8) mit einer Spiralfeder (10) elektrisch und mechanisch verbunden ist und die Spiralfeder (10) elektrisch und mechanisch mit dem Verbindungsstück (9) verbunden ist.
Stabantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab (1) mit einer witterungsbeständigen Ummantelung (11) versehen ist.
Stabantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstücke (8) und (9) und die Spiralfeder (10) mit einer witterungsbeständigen Umspritzung (12) versehen sind.