DE102013211541A1

DE102013211541A1 - Duplex antenna arrangement used for transmitting and receiving in different frequency bands, has helical monopole antennas that are capacitively coupled with electrical antenna conductor by alternating arrangement of windings

Info

Publication number: DE102013211541A1
Application number: DE201310211541
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland Vertreten Durch Das Bundesministerium Des Innern Vertreten Durch Das Bundesamt fur Verfassungsschutz Vertreten Durch Den Prasidenten; Bundesrepublik Deutschland
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland Vertreten Durch Das Bundesministerium Des Innern Vertreten Durch Das Bundesamt fur Verfassungsschutz Vertreten Durch Den Prasidenten; Bundesrepublik Deutschland
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2013-06-19
Publication date: 2013-12-24

Abstract

The antenna arrangement has helical monopole antennas that are wound into a helix whose each turn is provided with a strand-shaped electrical antenna conductor to which tuning capacitors are connected in series. The capacitors are interconnected to form a common circuit node for supplying a transmission signal and for sampling a received signal. A matching capacitor is provided between circuit common node and ground. The antennas are capacitively coupled with antenna conductor by alternating arrangement of windings, and a coupling capacitor is formed between antennas.

Description

Die Erfindung betrifft eine Duplex-Antennenanordnung. The invention relates to a duplex antenna arrangement.

Für insbesondere den Digitalfunk stehen unterschiedliche Frequenzbereiche mit Unterbändern (Uplink) und Oberbändern (Downlink) zur Verfügung, die mitunter nur einen relativen geringen Frequenzabstand voneinander aufweisen. Als Beispiel sei der Frequenzbereich zwischen 380 MHz und 395 MHz genannt, der das Unterband von 380 MHz bis 385 MHz (als Empfangsband mit der Mittenfrequenz von 382,5 MHz) und das Oberband von 390 MHz bis 395 MHz (als Sendeband mit der Mittenfrequenz 392,5 MHz) aufweist. Die beiden zuvor genannten Bänder weisen also lediglich einen Duplex-Abstand von 5 MHz auf. For particular digital radio, different frequency ranges with subbands (uplink) and upper bands (downlink) are available, which sometimes have only a relatively small frequency distance from each other. An example is the frequency range between 380 MHz and 395 MHz, the subband from 380 MHz to 385 MHz (as receiving band with the center frequency of 382.5 MHz) and the upper band from 390 MHz to 395 MHz (as transmitting band with the center frequency 392 MHz , 5 MHz). The two aforementioned bands thus have only a duplex spacing of 5 MHz.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine relativ kleinformatige Duplex-Antennenanordnung für Sende- und Empfangsbänder mit insbesondere nur vergleichsweise geringem Frequenzabstand (Duplex-Abstand) zu schaffen. The object of the invention is to provide a relatively small-sized duplex antenna arrangement for transmitting and receiving bands with in particular only comparatively small frequency spacing (duplex spacing).

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Duplex-Antennenanordnung vorgesehen mit

– zwei Helix-Monopolantennen, von denen jede einen zu einer Helix mit Windungen gewickelten strangförmigen elektrischen Antennenleiter aufweist, mit welchem ein Abstimmkondensator in Reihe geschaltet ist,
– wobei die beiden Abstimmkondensatoren zur Bildung eines gemeinsamen Schaltungsknotenpunkts zum Speisen mit einem Sendesignal und zum Abgreifen eines Empfangssignals miteinander verbunden sind, und
– einem Leistungsanpasskondensator, der zwischen dem gemeinsamen Schaltungsknotenpunkt und Masse angeordnet ist,
– wobei die beiden Helix-Monopolantennen durch eine alternierende Anordnung der Windungen ihrer Antennenleiter kapazitiv gekoppelt sind, sowie zwischen sich einen Koppelkondensator mit einer durch den Grad der kapazitiven Kopplung bestimmten Größe bilden und
– wobei die Größe des Koppelkondensators zusammen mit der Größe des Leistungsanpasskondensators den Grad der Leistungsanpassung der Anordnung aus den beiden Helix-Monopolantennen bestimmt.

To solve this problem, a duplex antenna arrangement is provided with the invention

Two helix monopole antennas, each having a helical wound helical stranded electrical antenna conductor with which a tuning capacitor is connected in series,
- Wherein the two tuning capacitors are connected to form a common circuit node for feeding with a transmission signal and for picking up a reception signal, and
A power matching capacitor located between the common circuit node and ground,
- Wherein the two helix monopole antennas are capacitively coupled by an alternating arrangement of the turns of their antenna conductors, as well as between them form a coupling capacitor with a determined by the degree of capacitive coupling size and
- The size of the coupling capacitor together with the size of the power matching capacitor determines the degree of power adjustment of the arrangement of the two helical monopole antennas.

Erfindungsgemäß wird eine geringe Bauhöhe der Antennenanordnung dadurch realisiert, dass anstelle einer Stabantenne, die breitbandig ist, zwei jeweils schmalbandige Spulen- bzw. Helix-Monopolantennen verwendet werden. Hierdurch wird die Bauhöhe deutlich reduziert. Problematisch dabei ist aber, dass aufgrund eines geringen Duplex-Abstandes eine Beeinflussung der beiden Helix-Monopolantennen nicht zu vermeiden ist. Daher wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die beiden Helix-Monopolantennen, die jeweils mit einem Abstimmkondensator in Reihe geschaltet sind, elektrisch miteinander zu verbinden. Das allerdings hat wiederum den Nachteil, dass die Gesamtanordnung nun nicht mehr ohne weiteres optimal leistungsanpassbar ist. According to the invention, a low overall height of the antenna arrangement is realized by using two narrow-band coil or helix monopole antennas instead of one rod antenna which has broadband. As a result, the height is significantly reduced. The problem here is that due to a low duplex spacing influencing the two helix monopole antennas is unavoidable. Therefore, the invention proposes to electrically connect the two helix monopole antennas, which are each connected in series with a tuning capacitor. However, this in turn has the disadvantage that the overall arrangement is now no longer optimal performance-adaptable.

Erfindungsgemäß wird nun neben einem für die Leistungsanpassung vorgesehenen gemeinsam Leistungsanpasskondensator die kapazitive Kopplung der beiden Helix-Monopolantennen genutzt, um insgesamt aus der parasitären kapazitiven Kopplung und dem Leistungsanpasskondensator eine Leistungsanpasskapazität zu bilden, die den gewünschten Abschlusswiderstand (von beispielsweise 50 Ohm) der gesamten Duplex-Antennenanordnung liefert. Dabei ist die Größe des (parasitären) Koppelkondensators zwischen den beiden Helix-Monopolantennen durch konstruktive Maßnahmen entsprechend beeinflussbar. Zweckmäßigerweise erfolgt dies durch eine der nachfolgend genannten Maßnahmen oder aber eine Kombination aus mindestens zwei und ggf. auch allen der nachfolgend genannten Maßnahmen:

– das Ausmaß des insbesondere wechselweisen Ineinandergreifens einzelner oder Gruppen von Windungen der Antennenleiter,
– die Dicke der Antennenleiter,
– den Abstand jeweils benachbarter Windungen oder Gruppen von Windungen beider Antennenleiter und/oder der jeweils benachbarten Windung unterschiedlicher Antennenleiter,
– die Anzahl der Windungen der Antenennleiter,
– das Medium, das von den Antennenleitern umgeben ist,
– die Geometrie und/oder Materialbeschaffenheit eines Gehäuses zur Unterbringung der Helix-Monopolantennen.

According to the invention, the capacitive coupling of the two helical monopole antennas is now used in addition to a common power matching capacitor provided for the power matching in order to form a total of the parasitic capacitive coupling and the power matching capacitor, a power matching capacity, the desired terminating resistor (for example, 50 ohms) of the entire duplex Antenna arrangement supplies. The size of the (parasitic) coupling capacitor between the two helix monopole antennas can be influenced accordingly by design measures. Appropriately, this is done by one of the following measures or a combination of at least two and possibly also all of the following measures:

The extent of, in particular, mutual intermeshing of individual or groups of turns of the antenna conductors,
The thickness of the antenna conductors,
The distance of respectively adjacent turns or groups of turns of both antenna conductors and / or the respectively adjacent turn of different antenna conductors,
The number of turns of the antenna conductors,
The medium surrounded by the antenna conductors,
The geometry and / or material nature of a housing for housing the helix monopole antennas.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung lassen sich die beiden Spulen- bzw. Antennenleiter der beiden Helix-Monopolantennen nach Art einer Doppelhelix (Doppelspule) wickeln. Die beiden Helix-Monopolantennen werden hierbei vorzugsweise parallel und gleichsinnig gewickelt.In a further advantageous embodiment of the invention, the two coil or antenna conductors of the two helix monopole antennas can be wound in the manner of a double helix (double coil). The two helix monopole antennas are preferably wound in parallel and in the same direction.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die einzelne Windungen kreisförmig oder von einer Kreisform abweichend, beispielsweise im Wesentlichen rechteckig ausgeführt sind. In a further advantageous embodiment of the invention it is provided that the individual turns are circular or deviating from a circular shape, for example, are designed substantially rectangular.

Ferner ist es von Vorteil, wenn bei der Duplex-Antennenanordnung die Antennenleiter der beiden Helix-Monopolantennen um einen gemeinsamen Wickelkern herum gewickelt sind. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn der Wickelkern z.B. als Streifen aus Leiterkartenmaterial ausgebildet ist, wobei andere Wickelkernformen und andere, gute Hochfrequenz-Eigenschaften aufweisende Werkstoffe ebenfalls verwendet werden können.Furthermore, it is advantageous if, in the duplex antenna arrangement, the antenna conductors of the two helix monopole antennas are wound around a common winding core. It is expedient if the winding core is formed, for example, as a strip of printed circuit board material, with other core forms and other, good High-frequency properties materials can also be used.

Beispielsweise kann der Wickelkern als Rundstab ausgeführt sein. Bei Wickelformen, die von der Geometrie eines Streifenleiters abweichen, ist der gewünschte kapazitive Koppelgrad nicht unbedingt parasitär erreichbar. In diesen Fällen kann zusätzlich zur parasitären Koppelkapazität eine feste "Dachkapazität", über die die Enden der beiden Helix-Antennen elektrisch gekoppelt sind, hinzugefügt werden. Allerdings wird durch das Hinzufügen eines Festkondensators an den Enden der beiden Helixspulen die Güte der Antenne nachteilig beeinflusst, so dass durch diese Maßnahme ein zusätzlicher Verlust von z.B. ca. 1,5 dB (nach EIA RS-329-1 ) entstehen kann.For example, the winding core can be designed as a round rod. For winding shapes that deviate from the geometry of a strip conductor, the desired capacitive coupling degree is not necessarily reach parasitic. In these cases, in addition to the parasitic coupling capacitance, a fixed "roof capacitance" over which the ends of the two helical antennas are electrically coupled may be added. However, the quality of the antenna is adversely affected by the addition of a fixed capacitor at the ends of the two helical coils, so that by this measure, an additional loss of, for example, about 1.5 dB (after EIA RS-329-1 ) can arise.

Die Kopplung der beiden Helix-Monopolantennen ist sowohl kapazitiver als auch induktiver Art. Durch die induktive Kopplung verschieben sich die Resonanzstellen. Dies kann durch Anpassung der axialen Erstreckung der Doppelhelix-Anordnung kompensiert werden. The coupling of the two helix monopole antennas is both capacitive and inductive type. Due to the inductive coupling, the resonance points shift. This can be compensated by adjusting the axial extent of the double helix arrangement.

Durch den kleinformatigen Aufbau der erfindungsgemäßen Duplex-Antennenanordnung ist es beispielsweise möglich, die beiden Helix-Monopolantennenelemente in einem Zivilmobil-Antennengehäuse unterzubringen, das zur Anbringung an Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen wie PKWs, Kleintransporter oder LKWs dient.The small-scale construction of the duplex antenna arrangement according to the invention makes it possible, for example, to accommodate the two helix monopole antenna elements in a civil-mobile antenna housing which is used for attachment to vehicles, in particular motor vehicles such as cars, vans or trucks.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei: The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. In detail, they show:

1 das Schaltsymbol einer Dipolantenne, 1 the symbol of a dipole antenna,

2 die Impedanz einer Dipolantenne als Ersatzschaltbild, 2 the impedance of a dipole antenna as an equivalent circuit diagram,

3 das Prinzipschaltbild einer Dipolantenne, 3 the schematic diagram of a dipole antenna,

4 die Dipolentstehung, 4 dipole formation,

5 eine Fahrzeugantenne als die eine Hälfte einer Dipolantenne mit der Fahrzeugkarosserie als die andere Hälfte einer Dipolantenne, 5 a vehicle antenna as the one half of a dipole antenna with the vehicle body as the other half of a dipole antenna,

6 das Ersatzschaltbild einer Monopolantenne, 6 the equivalent circuit of a monopole antenna,

7 zwei getrennte Helixantennen, 7 two separate helix antennas,

8 die Zusammenschaltung zweier Helixantennen, 8th the interconnection of two helix antennas,

9 die Darstellung einer Antenne mit zwei Spulen, 9 the representation of an antenna with two coils,

10 die kapazitive Kopplung der einzelnen Spulenlagen oder Gruppen von Spulenlagen, 10 the capacitive coupling of the individual coil layers or groups of coil layers,

11 die kapazitive Kopplung der Doppelhelixantenne und 11 the capacitive coupling of the double helix antenna and

12 die Stehwellenverhältnisse für Uplink (z.B. 380 MHz bis 385 MHz) und Downlink (z.B. 390 MHz bis 395 MHz). 12 the standing wave ratios for uplink (eg 380 MHz to 385 MHz) and downlink (eg 390 MHz to 395 MHz).

Bevor im Einzelnen auf die Erfindung eingegangen wird, sei kurz auf die physikalischen und elektrischen Grundlagen von Dipol- und Monopolantennen eingegangen.Before discussing the invention in detail, let us briefly discuss the physical and electrical principles of dipole and monopole antennas.

Das Schaltsymbol und das elektrische Ersatzschaltbild einer Dipolantenne sind in den 1 und 2 gezeigt.The switching symbol and the electrical equivalent circuit diagram of a dipole antenna are in the 1 and 2 shown.

Der Eingangswiderstand der Dipolantenne wird durch die Reihenschaltung des Strahlungswiderstandes R_S mit dem Verlustwiderstand R_V und dem Blindwiderstand (Reaktanz) jX gebildet. Beim Halbwellendipol ist der Blindwiderstand im Resonanzfall gleich Null. In der Umgebung der Resonanzfrequenz ändert der Blindwiderstand sein Vorzeichen. Für eine ausreichende Kompensation wird der Dipol mit einem verstimmten Schwingkreis beschaltet, dessen Blindwiderstand beim Durchgang durch die Resonanzfrequenz das jeweils andere Vorzeichen annimmt.The input resistance of the dipole antenna is formed by the series connection of the radiation resistance R _S with the loss resistance R _V and the reactance jX. In the half-wave dipole, the reactance is equal to zero in the case of resonance. In the vicinity of the resonance frequency, the reactance changes its sign. For sufficient compensation, the dipole is connected to a detuned resonant circuit whose reactance assumes the other sign when passing through the resonant frequency.

Ein λ/2-Dipol hat, wenn er nicht durch seine Umgebung beeinflusst wird (also im sogenannten Freiraum) und wenn er bei seiner Resonanzfrequenz betrieben wird, eine Impedanz von 73,2 Ω. In der Unterhaltungselektronik (z.B. für den terrestrischen Fernsehempfang) sind die Antennen für eine Impedanz von 75 Ω ausgelegt. Antennen für mobile Funkgeräte haben Fußpunktwiderstände von 50 Ω und niedriger. Die Impedanzen von Sendern und Kabeln haben deshalb dort 50 Ω. Um die Impedanz der Antenne auf die Impedanz des Kabels und des Generators anzupassen, werden Impedanzwandler oder Resonanztransformatoren eingesetzt.A λ / 2 dipole has an impedance of 73.2 Ω if it is not affected by its environment (ie in so-called free space) and if it is operated at its resonant frequency. In consumer electronics (e.g., for terrestrial television reception), the antennas are designed for an impedance of 75 Ω. Antennas for mobile radios have base-point resistances of 50 Ω and lower. The impedances of transmitters and cables therefore have 50 Ω. To match the impedance of the antenna to the impedance of the cable and the generator, impedance converters or resonant transformers are used.

Das Prinzipschaltbild einer Dipolantenne zeigt 3; 4 verdeutlicht die Entstehung des Dipols.The schematic diagram of a dipole antenna shows 3 ; 4 clarifies the formation of the dipole.

Eine Monopolantenne zeigt 5; das elektrische Ersatzschaltbild ist in 6 angegeben. Eine Monopolantenne ist eine Antenne, die im Gegensatz zur Dipolantenne nur einen "Arm" besitzt, dessen an der leitenden Erde gespiegeltes Bild den anderen Arm ersetzt. Monopolantennen werden als Sende- und Empfangsantennen für Längstwelle, Langwelle, Mittelwelle, Kurzwelle bis in den VHF-Bereich eingesetzt. Beispiele für Monopolantennen im VHF-Bereich sind KFZ-Antennen für den UKW-Empfang, wobei statt der Erde die metallische Karosserie als Spiegel dient. Die Impedanz (oder Fußpunktwiderstand oder Eingangswiderstand) einer Antenne gibt den komplexen Widerstand in Ohm (Ω) an, der bei der verwendeten Frequenz an den Anschlussklemmen gemessen werden kann.A monopole antenna shows 5 ; the electrical equivalent circuit is in 6 specified. A monopole antenna is an antenna which, in contrast to the dipole antenna, has only one "arm" whose image, mirrored at the conducting earth, replaces the other arm. Monopole antennas are used as transmitting and receiving antennas for long wave, long wave, medium wave, short wave up to the VHF range used. Examples of monopole antennas in the VHF range are vehicle antennas for FM reception, where instead of the earth, the metallic body serves as a mirror. The impedance (or base resistance or input resistance) of an antenna indicates the complex resistance in ohms (Ω) which can be measured at the terminals used at the frequency used.

Ein charakteristischer Parameter für Antennen ist deren Güte Q. Diese bestimmt sich wie folgt

mit R_V = Verlustwiderstand, L = Induktivität und C = Kapazität.A characteristic parameter for antennas is their quality Q. This is determined as follows

with R _V = loss resistance, L = inductance and C = capacity.

Eine große Induktivität bedeutet eine große Güte, während eine große Kapazität bzw. ein großer Verlustwiderstand zu einer verkleinerten Güte führt.A large inductance means a high quality, while a large capacity or a large loss resistance leads to a reduced quality.

Um eine hohe Güte Q zu erreichen, muss das Verhältnis L/C möglichst groß sein, d.h. "großes L" und "kleines C". Ebenso muss der Verlustwiderstand möglichst klein sein.To achieve a high Q, the ratio L / C must be as large as possible, i. "big L" and "small C". Likewise, the loss resistance must be as small as possible.

Die Bandbreite b einer Antenne ist umgekehrt proportional zur Güte der Antenne:

mit fres = Resonanzfrequenz.The bandwidth b of an antenna is inversely proportional to the quality of the antenna:

with fres = resonance frequency.

Die Bandbreite b wird im Resonanzfall durch die Güte Q bestimmt. Wird statt einer Stabantenne eine gewickelte (Spulen- bzw. Helix-)Antenne eingesetzt, so weist diese eine vergleichsweise hohe Induktivität L auf. Der Verlustwiderstand R_V wird zum größten Teil aus dem spezifischen Widerstand des Wickeldrahts gebildet und kann als sehr klein angesehen werden. Somit ist die Güte einer Helix-Antenne recht hoch; sie weist damit aber eine schmale Bandbreite auf.The bandwidth b is determined in the case of resonance by the quality Q. If instead of a rod antenna a wound (coil or helix) antenna is used, then this has a comparatively high inductance L. The loss resistance R _V is largely formed from the resistivity of the winding wire and can be considered to be very small. Thus, the quality of a helix antenna is quite high; However, it has a narrow bandwidth.

Erfindungsgemäß werden zwei getrennte Helix-Antennen 10, 12 eingesetzt, wie dies in 7 gezeigt ist. Jede Helix-Antenne 10, 12 lässt sich durch Abstimmkondensatoren C1 und C2 auf die Mittenfrequenz des Sende- bzw. Empfangsfrequenzbands abstimmen und durch die Koppelkondensatoren C3 und C4 auf eine Impedanz von 50 Ohm (Leistungsanpassung) abgleichen. Problematisch ist das Zusammenschalten der beiden Antennen zu einem gemeinsamen Einbzw. Ausgang, dessen Impedanz ebenfalls 50 Ohm betragen soll.According to the invention, two separate helix antennas 10 . 12 used as in 7 is shown. Every helix antenna 10 . 12 can be tuned by tuning capacitors C1 and C2 to the center frequency of the transmitting or receiving frequency band and by the coupling capacitors C3 and C4 to an impedance of 50 ohms (power adjustment) match. The problem is the interconnection of the two antennas to a common Einbzw. Output whose impedance should also be 50 ohms.

Alternativ könnte hier ein Antennenkoppler eingesetzt werden, wobei technisch bedingt ein Verlust von mindestens 3 dB entstehen würde. Der Einsatz eines Duplexers würde zwar die Verluste minimieren, doch ist dieser bei einer lediglich geringen Duplexbandbreite (Abstand zwischen den Sende- und Empfangsfrequenzbändern) äußerst aufwendig, d.h. schmalbandig aufgebaut und deshalb sehr groß und teuer.Alternatively, an antenna coupler could be used here, whereby for technical reasons a loss of at least 3 dB would arise. Although the use of a duplexer would minimize the losses, this is extremely expensive with only a small duplex bandwidth (distance between the transmit and receive frequency bands), i. built narrow band and therefore very large and expensive.

Ein direktes Zusammenschalten der beiden Helix-Antennen 10, 12 (siehe 8) am Schaltungsknotenpunkt 14 hat zur Folge, dass einer der beiden Anpassbzw. Kompensationskondensatoren C3, C4 entfallen kann. Die Verwendung eines einzigen Kompensationskondensators C3 für beide Helix-Antennen 10, 12 zur Masse 16 hat den Nachteil, dass die unterschiedlichen kapazitiven Kompensationswerte der beiden Helix-Antennen nicht mehr auszugleichen sind. Dadurch bedingt entsteht das Problem, dass sich nur eine der beiden Resonanzstellen auf 50 Ohm bzw. minimales Stehwellenverhältnis (SWR) bringen lässt.A direct interconnection of the two helix antennas 10 . 12 (please refer 8th ) at the circuit node 14 has the consequence that one of the two Anpassbzw. Compensating capacitors C3, C4 can be omitted. The use of a single compensation capacitor C3 for both helix antennas 10 . 12 to the mass 16 has the disadvantage that the different capacitive compensation values of the two helix antennas can no longer be compensated. As a result, the problem arises that only one of the two resonance points can be brought to 50 ohms or minimum standing wave ratio (SWR).

Erfindungsgemäß wird die unvermeidbare kapazitive Kopplung 22 der beiden Helix-Antennen 10, 12 bewusst beeinflusst und so gewählt, dass diese Kapazität sich mit der Kapazität des Anpass- bzw. Kompensationskondensators C3 zu einem Wert ergänzt, mit dem sich die Leistungsanpassung der Gesamtanordnung der beiden Helix-Monopolantennen realisieren lässt.According to the invention, the unavoidable capacitive coupling 22 the two helix antennas 10 . 12 is deliberately influenced and chosen so that this capacity is supplemented with the capacity of the matching or compensation capacitor C3 to a value with which the power adjustment of the overall arrangement of the two helical monopole antennas can be realized.

Dazu werden die beiden Helix-Antennen 10, 12 in einem bestimmten Abstand zueinander, parallel und gleichsinnig gewickelt, wie in 9 gezeigt. Die kapazitive Kopplung ist in 10 bei 22 angedeutet. These are the two helix antennas 10 . 12 at a certain distance from each other, parallel and wound in the same direction, as in 9 shown. The capacitive coupling is in 10 at 22 indicated.

Durch die parallel gewickelten Spulenlagen entstehen zwischen diesen kleine parasitäre Kapazitäten, die eine kapazitive Kopplung 22 der beiden Helix-Antennen 10, 12 zur Folge haben. Die Größe der Kapazitäten wird im Wesentlichen durch den Durchmesser des Wickeldrahts und den Abstand der Spulenlagen zueinander bestimmt. Die für die (parasitäre) kapazitive Kopplung der beiden Helix-Antennen unmittelbar aufeinander einwirkenden Größen sind

1. Länge des Spulendrahtes
2. Durchmesser des Spulendrahtes
3. Anzahl der Windungen 18, 20
4. Abstand der Windungen 18, 20 zueinander
5. Wahl des Materials des Wickelkerns 24
6. Materialbeschaffenheit des Gehäuses

The parallel wound coil layers create between these small parasitic capacitances, the capacitive coupling 22 the two helix antennas 10 . 12 have as a consequence. The size of the capacitances is essentially determined by the diameter of the winding wire and the distance between the coil layers. The quantities acting directly on one another for the (parasitic) capacitive coupling of the two helix antennas are

1. Length of the coil wire
2. Diameter of the coil wire
3. number of turns 18 . 20
4. Distance of the turns 18 . 20 to each other
5. Choice of the material of the winding core 24
6. Material properties of the housing

Sofern die kapazitive Kopplung nicht ausreichend ist, was z.B. mit der geometrischen Form des Wickelkerns 24 und/oder dem Werkstoff, aus dem der Wickelkern 24 besteht, zusammenhängen kann, können die beiden Antennen 10, 12 an ihren Enden durch einen "Dach"-Kondensator 26 zusätzlich kapazitiv gekoppelt sein; das ist in 9 angedeutet.If the capacitive coupling is not sufficient, which, for example, with the geometric shape of the winding core 24 and / or the material from which the winding core 24 exists, the two antennas can 10 . 12 at their ends by a "roof" capacitor 26 additionally be capacitively coupled; is in 9 indicated.

Das Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung zeigt 11. Die beiden ineinander gewickelten Helix-Antennen 10, 12 werden durch sowohl die induktive als auch die kapazitive Kopplung in ihrer Wirkungsweise (stark) beeinflusst. Bestimmend hierfür ist der Koppelgrad. Die induktive Kopplung bewirkt einen Resonanzfrequenzversatz nach unten. Durch geringfügiges Kürzen der Spulenlängen kann dies jedoch ausgeglichen werden. Der (parasitäre) Koppelkondensator 22 wird bewusst genutzt, um die unterschiedlichen kapazitiven Kompensationswerte von L1 und L2 auszugleichen, so dass beide Resonanzen durch den gemeinsamen Kompensationskondensator C3 auf 50 Ohm bzw. minimales SWR getrimmt werden können (siehe 12). Der Wert des parasitären Koppelkondensators 22 muss dabei relativ genau sein und wird im Wesentlichen durch die Länge, den Durchmesser und die Windungszahl des Wickeldrahts sowie den Abständen der Wickellagen zueinander bestimmt. Insgesamt ergibt sich somit eine im Wesentlichen verlustfrei gekoppelte, breitbandige Doppelhelix-Antenne als Ersatz für z.B. eine λ/4-Stabantenne. Der Antennengewinn gegenüber einer λ/4-Stabantenne nach der Standardrichtlinie EIA RS-329-1 für Mobilfunkantennen beträgt –1dB.The equivalent circuit diagram of the arrangement according to the invention shows 11 , The two helix antennas wrapped in each other 10 . 12 Both the inductive and the capacitive coupling affect (strongly) their mode of action. The decisive factor here is the degree of coupling. The inductive coupling causes a resonance frequency offset down. However, this can be compensated by slightly shortening the coil lengths. The (parasitic) coupling capacitor 22 is deliberately used to compensate for the different capacitive compensation values of L1 and L2, so that both resonances can be trimmed by the common compensation capacitor C3 to 50 ohms and minimum SWR, respectively (see 12 ). The value of the parasitic coupling capacitor 22 must be relatively accurate and is essentially determined by the length, the diameter and the number of turns of the winding wire and the distances of the winding layers to each other. Overall, this results in a substantially lossless coupled, broadband double helix antenna as a substitute for example, a λ / 4-rod antenna. The antenna gain over a λ / 4-rod antenna after the Standard EIA RS-329-1 standard for mobile antennas is -1dB.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

EIA RS-329-1 [0010]
Standard guideline EIA RS-329-1 [0044]

Claims

Duplex antenna arrangement for transmitting and receiving in different frequency bands, with - two helix monopole antennas ( 10 . 12 each of which has a helix-wound helix-shaped electrical antenna conductor to which a tuning capacitor (C1; C2) is connected in series, the two tuning capacitors (C1, C2) forming a common circuit node (Fig. 14 ) for feeding with a transmission signal and for picking up a reception signal, and - a power matching capacitor (C3) connected between the common circuit node ( 14 ) and mass ( 16 ), wherein the two helix monopole antennas ( 10 . 12 ) by an alternating arrangement of the turns ( 18 . 20 ) are capacitively coupled to their antenna conductors, and between them a coupling capacitor ( 22 ) with a size determined by the degree of capacitive coupling, and - wherein the size of the coupling capacitor ( 22 ) together with the size of the power matching capacitor (C3) determines the degree of power matching of the arrangement of the two helix monopole antennas.

Duplex antenna arrangement according to Claim 1, characterized in that the degree of capacitive coupling of the two helical monopole antennas ( 10 . 12 ) is determined by one or more of the following features: the extent of the particular alternating intermeshing of individual or groups of turns ( 18 . 20 ) of the antenna conductor, - the thickness of the antenna conductor, - the distance between adjacent turns ( 18 . 20 ) or groups of turns ( 18 . 20 ) of both antenna conductors and / or the respective adjacent turn ( 18 . 20 ) the antenna conductor, - the number of turns ( 18 . 20 ) the antenna conductor, - the medium which is surrounded by the antenna conductors, - the geometry and / or material condition of a housing for housing the helix monopole antennas ( 10 . 12 ).

Duplex antenna arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the antenna conductors of the two helix monopole antennas ( 10 . 12 ) are wound in the manner of a double helix.

Duplex antenna arrangement according to claim 3, characterized in that the individual turns ( 18 . 20 ) are annular or circular or deviating from a circular shape, for example, are designed substantially rectangular.

Duplex antenna arrangement according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the antenna conductors of the two helix monopole antennas ( 10 . 12 ) around a common winding core ( 24 ) are wound around.

Duplex antenna arrangement according to claim 5, characterized in that the winding core ( 24 ) has a strip or other geometric shape such as a round bar, and further comprises a printed circuit board material or other good high frequency characteristics.

Duplex antenna arrangement according to one of Claims 1 to 6, characterized in that, for inductance matching, the axial extent of each helix monopole antenna ( 10 . 12 ) and / or the length of the antenna conductor is / are selected accordingly.

Duplex antenna arrangement according to one of Claims 1 to 7, characterized in that the two helix monopole antennas ( 10 . 12 ) the two tuning capacitors (C1, C2), the power matching capacitor (C3) and possibly other circuit components are housed in a vehicle provided for a civil mobile radio antenna housing.

Duplex antenna arrangement according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the interconnection of the two helix monopole antennas ( 10 . 12 ) - contrary to previous technical standards such as by antenna coupler or duplexer - is lossless, - that by the lossless coupling (the interconnection) of the two narrow-band helix monopole antennas ( 10 . 12 ) of each about 5 MHz, for example, a broadband antenna arrangement of, for example, about 15 MHz is formed and - that despite very small mechanical length (height) of the antenna array of eg about 5 cm, corresponding to 26% (compared to a λ / 4 antenna with a length of eg approx. 78 cm corresponding to 100%), a maximum loss (negative antenna gain) compared to a λ / 4 antenna of only approx. 1 dB, for example (according to EIA RS-329-1) arises.