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TECHNISCHES GEBIET
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen eine Kunstantenne für hohe Leistung und hohe Bandbreite.
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HINTERGRUND
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Im Stand der Technik sind Kunstantennen für Hochfrequenzanwendungen (HF-Anwendungen) bekannt, bei denen unterschiedliche Arten von Kunstantennen für unterschiedliche Hochfrequenzanwendungen verwendet werden. Beispielsweise werden Kunstantennen durch ohmsche Lasten gebildet, die üblicherweise bei Frequenzen unter 1,5 GHz bis 2,0 GHz bei Leistungen über 1 kW verwendet werden, da sie nur bis zu diesen Frequenzen eine geeignete Anpassung sicherstellen. Ferner benötigen diese Kunstantennen, die durch ohmsche Lasten gebildet werden, Keramiksubstrate zur Wärmeabfuhr, die jedoch bereits bei kurzzeitiger Überlastung brechen können. Darüber hinaus weisen solche ohmschen Kunstantennen üblicherweise eine unzureichende Abschirmdämpfung auf, derart, dass die ohmschen Kunstantennen in einer elektromagnetisch verträglichen Kammer (EMV-Kammer) nicht verwendet werden können.
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Neben den ohmschen Kunstantennen sind auch Kunstantennen bekannt, die durch Kabellasten gebildet werden. Zur Erzielung einer guten Anpassung wird die Dämpfung der Kabellast verwendet, die mit der Frequenz zunimmt. Das in das Kabel eingespeiste elektromagnetische Signal, also die elektromagnetische Welle, wird durch den Kabeldämpfungswert gedämpft, wobei der reflektierte Anteil durch den Kabeldämpfungswert zweimal gedämpft wird. Allgemein erhöht sich die Kabeldämpfung um die Quadratwurzel der Frequenz, derart, dass die Kabeldämpfung bei hohen Frequenzen sehr hoch wird, wobei die Anpassung durch die Güte der verwendeten Steckverbinder und Kabel vorgegeben ist. Die Kabeldämpfung ist jedoch bei niedrigen Frequenzen sehr gering, so dass durch Kabellasten gebildete Kunstantennen bei Frequenzen verwendet werden, die höher als mehrere hundert MHz sind, um eine gute Anpassung sicherzustellen.
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Somit sind die im Stand der Technik bekannten Kunstantennen nicht für Verstärker geeignet, die eine gute Anpassung für hohe Frequenzen, z.B. bis zu 6 GHz, sowie eine ausreichende Leistung erfordern, da die im Stand der Technik bekannten Kunstantennen aufgrund der auftretenden Überlasten beschädigt werden würden.
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KURZFASSUNG
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Dementsprechend besteht ein Bedarf an einer Kunstantenne, die für Anwendungen mit hoher Leistung und hoher Bandbreite verwendet werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass sie beschädigt wird.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen eine Kunstantenne für hohe Leistung und hohe Bandbreite bereit, wobei die Kunstantenne Folgendes umfasst:
- eine Grundplatte,
- einen Abschlusswiderstand, der als ohmsche Last zur Ableitung von Hochfrequenzleistung bei niedrigen Frequenzen wirkt, und
- wenigstens ein Koaxialkabel, das als Kabellast zur Ableitung von Hochfrequenzleistung bei hohen Frequenzen wirkt, wobei das wenigstens eine Koaxialkabel mit dem Abschlusswiderstand verbunden ist,
- wobei der Abschlusswiderstand und/oder das Koaxialkabel auf der Grundplatte angeordnet ist bzw. sind und
- das wenigstens eine Koaxialkabel einen Querschnitt aufweist, der sich über die Länge des wenigstens einen Koaxialkabels ändert.
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Ferner stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine Kunstantenne für hohe Leistung und hohe Bandbreite bereit, wobei die Kunstantenne Folgendes umfasst:
- eine Grundplatte,
- einen Abschlusswiderstand, der als ohmsche Last zur Ableitung von Hochfrequenzleistung bei niedrigen Frequenzen wirkt,
- wenigstens ein Koaxialkabel, das als Kabellast zur Ableitung von Hochfrequenzleistung bei hohen Frequenzen wirkt, wobei das wenigstens eine Koaxialkabel mit dem Abschlusswiderstand verbunden ist, wobei das wenigstens eine Koaxialkabel spiralförmig in einer in der Grundplatte ausgebildeten Nut angeordnet ist, und
- wenigstens eine Abdeckung, die so mit der Grundplatte verbunden ist, dass der Abschlusswiderstand und das wenigstens eine Koaxialkabel zwischen der Abdeckung und der Grundplatte untergebracht sind.
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Mit der Kunstantenne gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die Anpassungseigenschaften der ohmschen Last ausgeglichen, die durch die frequenzabhängige Dämpfung des Koaxialkabels, die sich auf die Anpassung auswirkt, mit zunehmender Frequenz schlechter werden. Anders ausgedrückt wird die Anpassung des Abschlusswiderstands, die mit steigender Frequenz schlechter wird, durch die frequenzabhängige Dämpfung des mit dem Abschlusswiderstand verbundenen Koaxialkabels so ausgeglichen, dass eine gute Anpassung der gesamten Kunstantenne für eine hohe Bandbreite und bei hohen Leistungen bereitgestellt ist.
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Bei niedrigen Frequenzen der Hochfrequenzsignale wird die Leistung der in die Kunstantenne eingespeisten Hochfrequenzsignale aufgrund der geringen Kabeldämpfung des Koaxialkabels im Wesentlichen vollständig an den Abschlusswiderstand weitergeleitet. Somit wird die Eingangsanpassung der Kunstantenne hauptsächlich durch den Abschlusswiderstand vorgegeben.
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Bei hohen Frequenzen nimmt die Kabeldämpfung des Koaxialkabels so zu, dass die Leistung, die zum Abschlusswiderstand gelangt, wirksam gedämpft wird. Die Anpassung der Kunstantenne wird somit hauptsächlich durch die Kabeldämpfung des Koaxialkabels vorgegeben.
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Bei mittleren Frequenzen ist die Eingangsanpassung der Kunstantenne aufgrund der (zweifachen) Kabeldämpfung des Koaxialkabels verbessert.
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Insgesamt stellt die Kombination aus dem Abschlusswiderstand und dem Koaxialkabel, die miteinander verbunden sind, sicher, dass eine Bandbreite bis zu 10 GHz in geeigneter Weise bewältigt werden kann, während eine gute Anpassung der Kunstantenne bereitgestellt ist. Außerdem weist die Kunstantenne eine hohe Robustheit gegenüber kurzzeitigen Überlastungen auf, da der Abschlusswiderstand bei Signalen mit niedrigen Frequenzen aufgrund der mit der Frequenz zunehmenden Kabeldämpfung bereits entlastet ist.
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Zudem ist eine Kunstantenne vorgesehen, die aufgrund der Kombination aus dem Koaxialkabel und dem Abschlusswiderstand, die miteinander kombiniert sind, Breitbandeigenschaften mit einer hohen Rückflussdämpfung über das gesamte Frequenzband für hohe Leistungen bei kleinem Formfaktor aufweist.
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Überdies lässt sich die Kunstantenne aufgrund der Kombination aus Koaxialkabel und Abschlusswiderstand für sehr hohe Spitzenleistungen verwenden, da die Hochfrequenzleistungen entsprechend gedämpft werden.
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Die Kunstantenne bietet ferner eine gute Hochfrequenzabschirmung über den gesamten Frequenzbereich. Bei niedrigen Frequenzen wird die Abschirmung durch die Abdeckung und die Grundplatte bereitgestellt, während das Koaxialkabel die Abschirmung bei hohen Frequenzen bereitstellt. Dementsprechend kann die Kunstantenne für Anwendungen in elektromagnetisch verträglichen Kammern (EMV-Kammern) verwendet werden.
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Allgemein kann die Kunstantenne durch Wasser, Luft, Gebläseluft, natürliche Konvektion oder jedes andere für den Wärmeaustausch verwendete geeignete Material gekühlt werden.
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Darüber hinaus sorgt der sich ändernde Querschnitt des Koaxialkabels dafür, dass die Leistung bei hochfrequenten Signalen erhöht werden kann.
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Darüber hinaus stellt die spiralförmige Anordnung des Koaxialkabels in einer in der Grundplatte ausgebildeten Nut sicher, dass eine gute Anpassung der Kunstantenne gegeben ist, wobei die Raumausnutzung der Kunstantenne optimiert ist.
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Gemäß einem Aspekt ändert sich der Querschnitt stufenweise. Das Koaxialkabel kann von wenigstens zwei Kabelabschnitten mit unterschiedlichem Querschnitt so gebildet sein, dass sich der Querschnitt des Koaxialkabels über dessen Länge ändert. Die beiden Koaxialkabelabschnitte können über ein Übergangselement miteinander verbunden sein.
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Grundsätzlich können die wenigstens zwei Kabelabschnitte von wenigstens zwei verschiedenen Koaxialkabeln gebildet sein, die über das Übergangselement miteinander verbunden sind.
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Bei einem anderen Aspekt ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Koaxialkabel spiralförmig angeordnet ist, wobei der Querschnitt über die Länge des wenigstens einen Koaxialkabels nach innen abnimmt. Dementsprechend ist das Koaxialkabel so angeordnet, dass der Abschnitt mit größerem Querschnitt im radial äußeren Bereich gelegen ist, der den Koaxialkabelabschnitt mit kleinerem Querschnitt umgibt, der bezüglich der Grundplatte im mittleren Bereich gelegen ist. Bei hohen Frequenzen nimmt die Kabeldämpfung des Koaxialkabels so zu, dass die Leistung in den äußeren Windungen des spiralförmig angeordneten Koaxialkabels umgesetzt wird. Um eine Überlastung zu vermeiden, sind die äußeren Windungen des Koaxialkabels durch einen Koaxialkabelabschnitt mit größerem Querschnitt bei geringerer Dämpfung im Vergleich zu einem Koaxialkabelabschnitt mit kleinerem Querschnitt gebildet. Dementsprechend wird die Verlustleistung des gesamten Koaxialkabels im Wesentlichen gleichmäßig über das gesamte Koaxialkabel so verteilt, dass hohe Eingangsleistungen zur Anwendung kommen können.
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Die Länge des Koaxialkabelabschnitts mit einem größeren Querschnitt ist so festgesetzt, dass die Dämpfung hoch genug ist, damit sichergestellt ist, dass der Koaxialkabelabschnitt mit dem kleineren Querschnitt nicht durch die für den Verwendungszweck vorgesehenen Hochfrequenzanwendungen überlastet wird. Mit anderen Worten, die wenigstens zwei Koaxialkabelabschnitte sind miteinander korreliert festgesetzt.
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Die Gesamtlänge des Koaxialkabels kann so festgelegt sein, dass die sich mit zunehmender Frequenz verschlechternde Anpassung des Abschlusswiderstands durch die Dämpfung des Koaxialkabels ausgeglichen wird, um die erforderliche Anpassung, zum Beispiel eine Rückflussdämpfung von 30 dB, sicherzustellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist bzw. sind in der Grundplatte eine Aussparung für den Abschlusswiderstand und/oder eine Nut für das wenigstens eine Koaxialkabel vorgesehen. Auf diese Weise können der Abschlusswiderstand und das Koaxialkabel mit Hilfe der Aussparung bzw. der Nut zumindest teilweise in die Grundplatte integriert sein. Dadurch ist auch sichergestellt, dass die im Abschlusswiderstand und/oder in der Last auftretende Wärme ohne weiteres abgeführt werden kann.
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Die Aussparung und/oder die Nut werden beispielsweise entsprechend in die Grundplatte gefräst. Damit werden die Aussparung und die Nut kostengünstig bereitgestellt.
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Insbesondere ist die Aussparung für den Abschlusswiderstand in einem mittleren Bereich der Grundplatte gelegen. Daher befindet sich der Abschlusswiderstand, der als ohmsche Last für die niedrigen Frequenzen wirkt, im zentralen Bereich bzw. im mittleren Bereich der Grundplatte.
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Ferner kann die Nut für das Koaxialkabel spiralförmig auf wenigstens einer Seite der Grundplatte angeordnet sein. Damit ist eine kompakte Anordnung für das Koaxialkabel sichergestellt, wobei die Oberfläche der Grundplatte in optimaler Weise genutzt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt verläuft die Nut mindestens einmal um den Abschlusswiderstand. Deshalb ist eine kompakte Bauweise der Kunstantenne in Bezug auf den Abschlusswiderstand und das Koaxialkabel sichergestellt. Die Radien des in der Nut befindlichen wenigstens einen Koaxialkabels sind so groß wie möglich, wodurch gute Übertragungseigenschaften sichergestellt sind, wenn die Nut um den Abschlusswiderstand, insbesondere die Aussparung, verläuft.
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Bei einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass die Nut für das wenigstens eine Koaxialkabel so auf entgegengesetzten Seiten der Grundplatte vorgesehen ist, dass das wenigstens eine Koaxialkabel auf beiden Seiten der Grundplatte angeordnet ist. Entsprechend wird die Grundplatte als Träger für das Koaxialkabel verwendet, dessen Länge möglicherweise eine Anordnung auf beiden Seiten der Grundplatte erfordert. Zur Übertragung der Signale zum Abschlusswiderstand hin können sehr lange Koaxialkabel verwendet werden.
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Die Grundplatte kann eine Durchgangsbohrung aufweisen, die dazu dient, beide Seiten der Grundplatte zu verbinden.
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Insbesondere weist die Nut für das wenigstens eine Koaxialkabel Krümmungen auf, wobei die Nut in den Krümmungen so verbreitert ist, dass die Nut in den Krümmungen einen Expansionsraum für das wenigstens eine Koaxialkabel aufweist. Dadurch ist sichergestellt, dass das Koaxialkabel genügend Platz hat, der aufgrund seiner Wärmeausdehnung notwendig ist. Die Einwirkung auf das Koaxialkabel ist im Krümmungsbereich des spiralförmig angeordneten Koaxialkabels voraussichtlich am größten. Somit ist ein Dehnungsraum zur Verfügung gestellt, der von dem sich thermisch ausdehnenden Koaxialkabel während des Betriebs genutzt werden kann.
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Darüber hinaus kann in der Nut ein wärmeleitfähiges Element vorgesehen sein, wobei das wärmeleitfähige Element mit dem wenigstens einen Koaxialkabel und der Grundplatte zusammenwirkt. Durch das wärmeleitfähige Element wird der Wärmefluss so verbessert, dass die Wärmeabfuhr des Koaxialkabels verbessert wird. Die im Koaxialkabel auftretende Wärme wird zu seinem Außenleiter geführt, der mit dem wärmeleitfähigen Element zusammenwirkt. Über das wärmeleitfähige Element wird die Wärme zur Grundplatte weitergeleitet und von der Grundplatte abgeführt.
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Beispielsweise ist bzw. sind die Nut für das wenigstens eine Koaxialkabel und/oder die Aussparung für den Abschlusswiderstand in die Grundplatte gefräst. Dadurch ist eine kostengünstige Grundplatte mit der jeweiligen Struktur sichergestellt, wobei ein guter Wärmekontakt zwischen der Grundplatte und dem Koaxialkabel und/oder dem Abschlusswiderstand sichergestellt ist. Außerdem ist eine kompakte Bauweise gewährleistet.
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Bei einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass ein wärmeleitfähiges Kissen zur Wärmeabfuhr vorgesehen ist, wobei das Kissen so auf dem wenigstens einen Koaxialkabel positioniert ist, dass das wenigstens eine Koaxialkabel zumindest teilweise von dem Kissen abgedeckt ist. Somit kann die während des Betriebs der Kunstantenne im Koaxialkabel auftretende Wärme über das wärmeleitfähige Kissen wirksam abgeführt werden. Ein guter Wärmekontakt des wenigstens einen Koaxialkabels ist gewährleistet.
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Des Weiteren kann wenigstens eine Abdeckung zur Wärmeabfuhr vorgesehen sein, wobei die wenigstens eine Abdeckung so mit der Grundplatte verbunden ist, dass der Abschlusswiderstand und/oder das wenigstens eine Koaxialkabel zwischen der Grundplatte und der wenigstens einen Abdeckung untergebracht ist bzw. sind. Der Abschlusswiderstand sowie das Koaxialkabel sind von der Abdeckung sicher aufgenommen, wodurch auch dafür gesorgt ist, dass die Wärme, die beim Betrieb der Kunstantenne entstehen könnte, effektiv abgeführt wird. Durch die Abdeckung ist auch die Abschirmung der Kunstantenne verbessert.
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Insbesondere drückt die wenigstens eine Abdeckung das Kissen auf das wenigstens eine Koaxialkabel, wobei das Kissen zwischen dem wenigstens einen Koaxialkabel und der wenigstens einen Abdeckung positioniert ist. Somit drückt die auf die Grundplatte gelegte Abdeckung das Kissen auf das Koaxialkabel, um einen guten Wärmekontakt über eine große Fläche zwischen dem Koaxialkabel und dem wärmeleitfähigen Kissen sicherzustellen. Dadurch wird die Wärmeabfuhr der Kunstantenne verbessert.
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Darüber hinaus drückt die wenigstens eine Abdeckung das wenigstens eine Koaxialkabel auf die Grundplatte. Somit kann die Abdeckung das Koaxialkabel unmittelbar in die von der Grundplatte bereitgestellte Nut oder mittelbar über das wärmeleitfähige Kissen drücken, das sandwichartig zwischen der Abdeckung und dem Koaxialkabel liegt. Die Abdeckung sorgt aber auch dafür, dass zwischen dem Koaxialkabel und der Grundplatte, insbesondere den Wänden, die die Nut für das Koaxialkabel bilden, ein guter, großflächiger Wärmekontakt vorliegt. Damit wird die Wärmeabfuhr des Koaxialkabels weiter verbessert.
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Bei einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Abdeckung an einer von der Grundplatte abgewandten Seite Kühlrippen aufweist. Die Kühlrippen dienen zur Ableitung der Wärme, die vom Koaxialkabel und/oder vom Abschlusswiderstand zur Abdeckung geführt wird, insbesondere über das wärmeleitfähige Kissen und/oder das wärmeleitfähige Element.
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Gemäß einem weiteren Aspekt weist jede Seite der Grundplatte eine Nut für das Koaxialkabel auf, wobei das Koaxialkabel in beiden Nuten positioniert ist, wobei zwei Abdeckungen vorgesehen sind, die beiden Seiten der Grundplatte so zugeordnet sind, dass beide Nuten entsprechend abgedeckt sind. Daher ist eine sehr kompakte Gestaltung der Kunstantenne sichergestellt, da die Grundplatte sandwichartig zwischen zwei Abdeckungen gelegen ist, die entgegengesetzten Seiten der Grundplatte zugeordnet sind. Das Koaxialkabel liegt sandwichartig zwischen der Grundplatte und der bzw. den Abdeckung(en).
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Grundplatte an einer von der Abdeckung abgewandten Seite selbst Kühlrippen aufweisen. Die Kühlrippen sorgen dafür, dass die Wärmeabfuhr der Kunstantenne verbessert ist, da beide Seiten der Kunstantenne Kühlrippen umfassen, wobei die Kühlrippen durch die Abdeckung und die Grundplatte selbst bereitgestellt sind. Diese Kunstantennen-Konstruktion kann für ein kurzes Koaxialkabel zum Einsatz kommen, das nur einer Seite der Grundplatte zugeordnet ist.
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Zudem kann eine Anschlusseinheit für ein Anschlusskabel vorgesehen sein, wobei die Anschlusseinheit an dem Ende des wenigstens einen Koaxialkabels vorgesehen ist, das zu dem mit dem Abschlusswiderstand verbundenen Ende entgegengesetzt ist. So kann zum Einspeisen des elektromagnetischen Signals ein Hochfrequenz-Anschlusskabel an die Kunstantenne angeschlossen werden.
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Des Weiteren kann die Grundplatte eine rechteckige Form aufweisen, wodurch eine optimierte Raumausnutzung sichergestellt ist.
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Figurenliste
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Die vorgenannten Aspekte und viele der damit einhergehenden Vorteile des beanspruchten Gegenstands werden leichter ersichtlich, wenn sie mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich werden; darin zeigen:
- - 1 eine perspektivische Ansicht einer Kunstantenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
- - 2 einen schematischen Querschnitt durch eine Kunstantenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
- - 3 eine perspektivische Sicht auf eine von einer Kunstantenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendete Grundplatte,
- - 4 schematisch ein Detail aus 2,
- - 5 schematisch ein Detail aus 3,
- - 6 eine graphische Darstellung, in der die Rückflussdämpfung verschiedener Kunstantennen veranschaulicht ist, und
- - 7 eine graphische Darstellung, in der die relative Leistung über die Frequenz veranschaulicht ist, die den Abschlusswiderstand der Kunstantenne gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erreicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen dargelegte ausführliche Beschreibung, bei der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, ist als Beschreibung verschiedener Ausführungsformen des offenbarten Gegenstands gedacht und soll nicht die einzigen Ausführungsformen darstellen. Jede in dieser Offenbarung beschriebene Ausführungsform dient lediglich als Beispiel oder zur Veranschaulichung und sollte nicht als gegenüber anderen Ausführungsformen bevorzugt oder vorteilhaft ausgelegt werden. Die hier gegebenen veranschaulichenden Beispiele sollen nicht erschöpfend sein bzw. sollen den beanspruchten Gegenstand nicht auf die offenbarten genauen Formen beschränken.
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In 1 ist eine Kunstantenne 10 für hohe Leistung und hohe Bandbreite gezeigt.
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Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst die Kunstantenne 10 eine Grundplatte 12 aus Aluminium mit einer ersten Seite 14, die zu einer zweiten Seite 16 entgegengesetzt ist, sowie zwei Abdeckungen 18, 20, die den beiden Seiten 14, 16 der Grundplatte 12 zugeordnet sind.
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Die Kunstantenne 10 weist ferner eine Anschlusseinheit 22 für ein nicht gezeigtes Anschlusskabel auf, insbesondere ein Hochfrequenz-Anschlusskabel, über das Hochfrequenzsignale in die Kunstantenne 10 eingespeist werden, um entsprechend abgeleitet zu werden. Die Anschlusseinheit 22 ist durch einen Anschluss gebildet, wie in 1 gezeigt.
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Des Weiteren ist gezeigt, dass die Abdeckungen 18, 20 an einer von der Grundplatte 12 abgewandten Seite, also der ersten Seite 14 und der zweiten Seite 16, jeweils Kühlrippen 24 umfassen. Die Kühlrippen 24 dienen zur Abfuhr der in der Kunstantenne 10 auftretenden Wärme, wie später beschrieben wird.
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Die Kunstantenne 10 weist außerdem Tragegriffe auf, wodurch der Transport der Kunstantenne 10 einfacher ist.
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In 2 ist eine Querschnittansicht einer Kunstantenne 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform gezeigt, bei der die Kunstantenne 10 eine Grundplatte 12 sowie eine Abdeckung 18 umfasst, die der ersten Seite 14 der Grundplatte 12 zugeordnet ist.
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Im Gegensatz zur in 1 gezeigten ersten Ausführungsform umfasst die Kunstantenne 10 nur eine einzige Abdeckung 18, während die zweite Seite 16 der Grundplatte 12 mit Kühlrippen 24 bedeckt ist. Dementsprechend umfasst die Grundplatte 12 selbst Kühlrippen 24, die an der zweiten Seite 16, also der von der einzigen Abdeckung 18 abgewandten Seite angeordnet sind.
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Die Kühlrippen 24 der Grundplatte 12 und der Abdeckung 18 sind nur teilweise zur Veranschaulichung gezeigt.
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Wie ebenfalls in 2 gezeigt, ist die Abdeckung 18 über Verbindungselemente 26, beispielsweise Schrauben, so mit der Grundplatte 12 verbunden, dass die Abdeckung 18 auf die erste Seite 14 der Grundplatte 12 gedrückt wird.
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Auf dieser ersten Seite 14 der Grundplatte 12 sind eine Nut 28 sowie eine Aussparung 30 ausgebildet. Die Nut 28 sowie die Aussparung 30 können in die erste Seite 14 der Grundplatte 12 gefräst sein, um Raum für eine kombinierte Last 32 der Kunstantenne 10 zu schaffen.
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Die kombinierte Last 32 umfasst wenigstens ein Koaxialkabel 34, das in der Nut 28 angeordnet ist, sowie einen Abschlusswiderstand 36, der sich in der Aussparung 30 befindet.
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Das wenigstens eine Koaxialkabel 34 umfasst zwei Leiter, wobei der Außenleiter durch ein metallisches, beispielsweise verzinntes Außengewebe ausgebildet sein kann.
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Die Anordnung der Lasteinheit 32, insbesondere des Koaxialkabels 34 sowie des Abschlusswiderstands 36, wird durch 3 besser verständlich, in der eine perspektivische Ansicht auf die Grundplatte 12, insbesondere die erste Seite 14 der Grundplatte 12, ohne die Abdeckung 18 dargestellt ist.
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Wie in 3 gezeigt, ist das Koaxialkabel 34 spiralförmig auf der ersten Seite 14 der Grundplatte 12 angeordnet, wobei ein erstes Ende 38 des Koaxialkabels 34 zum Empfangen von über das Verbindungskabel eingespeisten Hochfrequenzsignalen mit der Anschlusseinheit 22 verbunden ist. Das entgegengesetzte Ende 40 des Koaxialkabels 34 ist unmittelbar mit dem Abschlusswiderstand 36 verbunden, der sich in einem mittleren Bereich 42 der Grundplatte 12 befindet, um die kombinierte Last 32 zu bilden.
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Das Koaxialkabel 34 ist schnecken- bzw. spiralförmig auf der Grundplatte 12, insbesondere in der Nut 28, angeordnet, die ebenfalls in der ersten Seite 14 der Grundplatte 12 entsprechend vorgesehen ist, nämlich spiral- bzw. schneckenförmig.
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Das Koaxialkabel 34 weist einen Querschnitt auf, der sich über die Länge des Koaxialkabels 34 ändert. Bei der gezeigten Ausführungsform weist das wenigstens eine Koaxialkabel 34 zwei unterschiedliche Querschnitte auf, derart, dass zwei Koaxialkabelabschnitte 44, 46 vorgesehen sind. Beide Koaxialkabelabschnitte 44, 46 sind über ein Übergangselement 48 miteinander verbunden, das die beiden Koaxialkabelabschnitte 44, 46 miteinander verbindet. Deshalb ändert sich der Querschnitt des Koaxialkabels 34 stufenweise.
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In der Regel können die Koaxialkabelabschnitte 44, 46 durch ein einzelnes Koaxialkabel mit einem integrierten Übergangselement 48 vorgesehen sein.
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Der erste Koaxialkabelabschnitt 44 mit großem Querschnitt ist im äußeren Bereich der Grundplatte 12 so vorgesehen, dass er den zweiten Koaxialkabelabschnitt 46 mit kleinerem Querschnitt umgibt. Dementsprechend sind die Biegeradien des ganzen Koaxialkabels 34 so groß wie möglich, wodurch gute Übertragungseigenschaften sichergestellt sind.
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Insgesamt stellt diese Anordnung des Koaxialkabels 34 eine kompakte Kunstantenne 10 sicher, bei der die vom Koaxialkabel 34 bereitgestellte Verlustleistung über seine gesamte Länge verteilt ist. Der erste Koaxialkabelabschnitt 44 mit dem großen Querschnitt weist verglichen mit dem zweiten Koaxialkabelabschnitt 46 eine geringere Dämpfung auf, derart, dass die vom Koaxialkabel 34 abgegebene Leistung über die Gesamtlänge des Koaxialkabels 34 gleichmäßig abgeführt wird.
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Wie zuvor bereits erwähnt, befindet sich das Koaxialkabel 34 in einer Nut 28, die in die erste Seite 14 der Grundplatte 12 gefräst ist. Das Koaxialkabel 34 ist so in diese Nut 28 gedrückt, dass das Koaxialkabel 34 in einer Querschnittsansicht wie in 4 gezeigt mindestens drei Kontaktpunkte hat. Das Koaxialkabel 34 berührt die Wände der Nut 28 an ihren gegenüberliegenden Seiten sowie in ihrem unteren Bereich so, dass drei Kontaktpunkte 50 bis 54 vorgesehen sind, die in 4 hervorgehoben sind.
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Während des Betriebs der Kunstantenne 10 kann vom Koaxialkabel 34 abgegebene Hochfrequenzleistung das Koaxialkabel 34 erwärmen, was wiederum zu einer Wärmeausdehnung des Koaxialkabels 34 führt. Somit wird der thermische Kontakt des Koaxialkabels 34 über die Kontaktpunkte 50 bis 54 während des Betriebs, insbesondere bei hohen Leistungen, verbessert, da sich das Koaxialkabel 34 thermisch so ausdehnt, dass es gegen die Seiten der Nut 28 gedrückt wird. Daher kann die Wärme über die Grundplatte 12 effizienter abgeführt werden.
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Zur weiteren Verbesserung der Wärmeabfuhr kann ein wärmeleitfähiges Element 56 in die Nut 28 integriert sein, das zumindest die Bereiche zwischen den Kontaktstellen 50 bis 54 berührt, um sicherzustellen, dass die in diesen Bereichen auftretende Wärme zur Wärmeabfuhr ebenfalls zur Grundplatte 12 geleitet wird.
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Darüber hinaus ist ein wärmeleitfähiges Kissen 58 vorgesehen, das zwischen der Abdeckung 18 und dem Koaxialkabel 34 angeordnet ist, wie in 4 gezeigt. Das wärmeleitfähige Kissen 58 wird dann, wenn die Abdeckung 18 an der Grundplatte 12 befestigt wird, so auf das Koaxialkabel 34 gedrückt, dass der äußere Bereich des Koaxialkabels 34 in Bezug auf die Nut 28 mit dem wärmeleitfähigen Kissen 58 in Kontakt gebracht wird, das seinerseits gegen die Abdeckung 18 gedrückt wird. Der äußere Bereich des Koaxialkabels 34 entspricht dem Teil des Koaxialkabels 34, der über die Nut 28 hinausragt. Das wärmeleitfähige Kissen 58 umschließt diesen Teil des Koaxialkabels 34 in geeigneter Weise so, dass das Koaxialkabel 34 allseitig berührt wird, wodurch ein guter Wärmekontakt des Koaxialkabels 34 sichergestellt ist.
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Dementsprechend ist das Koaxialkabel 34 thermisch (über das wärmeleitfähige Element 56) mit der Grundplatte 12 und (über das wärmeleitfähige Kissen 58) mit der Abdeckung 18 verbunden.
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In 5 ist gezeigt, dass die in die Grundplatte 12 gefräste Nut 28 Krümmungen 60 für die Biegeabschnitte des Koaxialkabels 34 umfasst, das spiralförmig in der Nut 28 angeordnet ist. Diese Krümmungen 60 sind aufgeweitet, damit in den Krümmungen 60 ein Dehnungsraum 62 für das Koaxialkabel 34 bereitgestellt ist. Somit kann sich das Koaxialkabel 34 im Bereich der Krümmungen 60, also in seinen Biegeabschnitten, thermisch ausdehnen. Die Dehnungsräume 62 bieten ausreichend Raum für die Wärmeausdehnung des Koaxialkabels 34.
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Die in 1 gezeigte Ausführungsform, die zwei Abdeckungen 18, 20 umfasst, kann eine Nut 28 aufweisen, die auf beiden Seiten 14, 16 der Grundplatte 12 so ausgebildet ist, dass die Kunstantenne 10 ein Koaxialkabel 34 umfassen kann, das auf beiden Seiten 14, 16 der Grundplatte 12 angeordnet ist. Somit kann ein Koaxialkabel 34 verwendet werden, dessen Länge die Fläche der Grundplatte 12 auf einer Seite überschreitet.
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Dementsprechend kann eine sehr kompakte Kunstantenne 10 vorgesehen sein, bei der das Koaxialkabel 34 auf beiden Seiten 14, 16 der Grundplatte 12 im Wesentlichen ähnlich wie in 3 gezeigt spiralförmig angeordnet ist.
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Insgesamt ist die gesamte Kunstantenne 10 sandwichartig aufgebaut, da die entgegengesetzten Außenseiten der Kunstantenne 10 die Kühlrippen 24 umfassen, die auf zwei Abdeckungen 18, 20 oder auf einer Abdeckung 18 und der Grundplatte 12 angeordnet sein können. Es sind jedoch gute Wärmeableitungseigenschaften sichergestellt.
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Die Körper der Abdeckung(en) 18, 20 und der Grundplatte 12 können auch Kanäle zum Leiten von Wasser oder einem anderen geeigneten Fluid aufweisen, das für Kühlzwecke verwendet wird.
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Insgesamt stellt die kombinierte Lasteinheit 32 mit dem Abschlusswiderstand 36 sowie dem Koaxialkabel 34 sicher, dass der Abschlusswiderstand 36 als ohmsche Last zum Ableiten von Hochfrequenzleistung bei niedrigen Frequenzen wirkt, während das Koaxialkabel 34 als Kabellast zum Ableiten von Hochfrequenzleistung bei hohen Frequenzen wirkt. Dementsprechend ist die kombinierte Lasteinheit 32 zum Ableiten von Hochfrequenzleistung über eine große Bandbreite ausgeführt.
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Dies ist auch in 6 dargestellt, in der die Rückflussdämpfung einer Kabellast, einer ohmschen Last und einer kombinierten Lasteinheit 32 gezeigt ist, wie sie von der Kunstantenne 10 gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
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Darüber hinaus stellt die Anordnung der kombinierten Lasteinheit 32 gemäß der vorliegenden Offenbarung sicher, dass die Kabeldämpfung des Koaxialkabels 34 optimal genutzt wird, da sich die Leistung, die bei Signalen mit hohen Frequenzen zum Abschlusswiderstand 36 gelangt, aufgrund der Kabeldämpfung des Koaxialkabels 34, die mit höherer Frequenz zunimmt, verringert.
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Dies ist auch in 7 gezeigt. Die relative Leistung, die den Abschlusswiderstand 36 erreicht, ist bei höheren Frequenzen aufgrund der mit der Frequenz zunehmenden Kabeldämpfung deutlich verringert.
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Daher ist eine Kunstantenne 10 vorgesehen, die bei Anwendungen mit hoher Leistung und hoher Bandbreite verwendet werden kann.
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Außerdem kann die Kunstantenne 10 in elektromagnetisch verträglichen Kammern (EMV-Kammern) zum Einsatz kommen, da bei Signalen mit hoher Frequenz im Wesentlichen die gesamte Leistung im Koaxialkabel 34 absorbiert wird, wobei das Koaxialkabel 34 hermetisch abgeschlossen ist. Bei niedrigeren Frequenzen gelangt die Leistung zum Abschlusswiderstand 36, wobei aufgrund der größeren Wellenlängen bei niedrigeren Frequenzen eine höhere Abschirmdämpfung bereitgestellt ist. Somit ist die Abstrahlung der Kunstantenne 10 gering, derart, dass die Kunstantenne 10 für EMV-Anwendungen eingesetzt werden kann.
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Insgesamt gleicht die Kunstantenne 10 die Anpassungseigenschaften des Abschlusswiderstands 36 aus, die durch die frequenzabhängige Kabeldämpfung des Koaxialkabels 34 mit steigender Frequenz schlechter werden.
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Bei niedrigen Frequenzen der Hochfrequenzsignale wird die Leistung der in die Kunstantenne 10 eingespeisten Hochfrequenzsignale aufgrund der geringen Kabeldämpfung des Koaxialkabels 34 im Wesentlichen vollständig an den Abschlusswiderstand 36 weitergeleitet. Somit wird die Eingangsanpassung der Kunstantenne 10 hauptsächlich durch den Abschlusswiderstand 36 vorgegeben.
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Bei hohen Frequenzen nimmt die Kabeldämpfung des Koaxialkabels 34 so zu, dass die Leistung, die zum Abschlusswiderstand 36 gelangt, wirksam gedämpft wird. Die Anpassung der Kunstantenne 10 wird somit hauptsächlich durch die Kabeldämpfung des Koaxialkabels 34 vorgegeben.
