DE1056679B - Antennenanordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Für viele Verwendungszwecke von Hochfrequenznachricbtengeräten besteht bei den Sende- und Empfangsanlagen ein. Bedürfnis nach Antennenanordnungen, welche bei gutem Wirkungsgrad möglichst geringe räumliche Abmessungen und niedriges Gewicht besitzen sollen. Außerdem sollen, die Antennen ohne merkliche Verschlechterung der Anpassung an den Bandgrenzen innerhalb eines ausgedehnten Frequenzbereiches verwendet werden können. Als Beispiel kann auf die Bedürfnisse bei tragbaren oder fahrbaren Funksprechanlagen hingewiesen werden, welche innerhalb eines ausgedehnten Frequenzbereiches für den Betrieb auf einem ausgewählten Kanal aus einer Mehrzahl von Gegen- oder Wechsel sprechkanälen eingerichtet sind.

Die für solche Antennenanordnungen, als erwünscht bezeichneten Eigenschaften lassen sich jedoch nicht ohne weiteres miteinander vereinigen. Für eine Verwendung innerhalb eines ausgedehnten Frequenzbereiches ohne Änderung der Antennenabmessungen sind zwar geeignete Strahlerformen bekannt, jedoch sind diese sogenannten Breitbandformen, wegen ihrer Dicke unhandlich und teuer und für bewegliche Stationen aus diesem Grunde nicht günstig. Aber nicht nur die Dickenabmessungen der Antennenanordnungen werden als störend empfunden. Bei den in Betracht zu ziehenden Frequenzbändern im Bereich von 30 bis 40'MHz sind auch die Längen der Strahler, wenn man zur Erzielung eines guten Anitennenwirkungsgrades /l/4-Strahler verwendet, noch zu groß.

Es ist zwar bereits bekannt, daß die räumliche Ausdehnung eines Antennenleiters gegenüber seiner elektrischen Länge durch eingeschaltete Umwegstücke, beispielsweise durch Aufwickeln des Leiters auf einem aus Isolierstoff bestehenden Träger, herabgesetzt werden kann, In dieser Weise aufgebaute Antennen lassen sich jedoch nur innerhalb- verhältnismäßig schmaler Frequenzbänder an den Widerstand der Hochfrequenzleitung anpassen und können nicht in einfacher Weise wie aus linearen Leitern gebildete Antennen durch Veränderung der Leiterlänge, beispielsweise durch eine Teleskopkonstruktion, auf einen anderen Kanal umgestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung anzugeben, welche die als erwünscht bezeichneten Eigenschaften ohne wesentliche Vergrößerung des Kostenaufwandes in sich vereinigt und vorzugsweisee für Funksprechgeräte verwendet werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Antennenanordnung mit wenigstens einem als Strahler oder Gegengewicht wirkenden Leiter, welcher wenigstens über seine dem mit der Zuleitung verbundenen Ende benachbarten Teile seiner Länge derartige Umwegstücke enthält, daß die elektrische Länge Antennenanordnung

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dr, Rudolf Becker, Berlin-Zehlendorf_r ist als Erfinder genannt worden

dieser Teile wesentlich größer ist als ihre längs einer Geraden gemessene maximale räumliche Ausdehnung, erfindungsgemäß eine mit Teilen des Leiters eine Kapazität bildende Elektrode längs dem Leiter verschiebbar und über ein vorzugsweise kurzes Verbindungsstück mit einem Bezugspunkt verbunden, der bei einer erdsymmetrischen Anordnung durch ihre elektrische Mitte, bei einer erdunsymmetrischen Anordnung durch Erde oder Gegengewichtsanschluß gebildet wird.

Bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Antennenanordnung hat die Einbeziehung der erwähnten Umwegstücke in den als Strahler oder Gegengewicht wirkenden Leiter nicht nur die Wirkung, die räumliche Ausdehnung gegenüber der elektrischen Länge herabzusetzen; sie bildet gleichzeitig die Grundlage für eine überaus einfache und kostensparen.de Einrichtung zur Abstimmung der an sich schmalbandigen Antennenanordnung auf ein vorbestimmtes Arbeitsfrequenzband bzw. einen vorbestimmten Kanal innerhalb eines breiten, für den in Betracht kommenden Verkehr zur Verfügung stehenden Frequenzbereiches.

Die erwähnte, längs dem Leiter verschiebbar angeordnete Elektrode bildet über ihre Kapazität gegenüber dem Leiter und das kurze Verbindungsstück einen elektrischen Nebenweg, welcher dem entsprechenden Teilstück des die Umwegstücke enthaltenden Leiters parallel geschaltet ist. Die resultierende elektrische Länge der Anordnung läßt sich durch eine Verschiebung der Elektrode längs dem Leiter von einem Minimalwert bei einer Lage der Elektrode unmittelbar bei dem dem Bezugspunkt benachbarten Ende des Leiters aus vergrößern, indem die Elektrode von dieser Lage aus zu dem freien Ende des Leiters hin bewegt wird. Dabei ist angenommen^ daß' der Blindwiderstand der erwähnten Kapazität bei der Arbeitsfrequenz höher ist als· der induktive Blindwiderstand

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des vorzugsweise kurzenr Verbindungsstückes. Die Einstellung auf gewisse" vorbestimmte Arbeitsfrequenzen kann dadurch erleichtert werden., daß längs dem Leiter Marken für die Lage der genannten Elektrode angebracht sind, beispielsweise in Form einer Frequenzskala. Mit- einer entsprechend der Erfindung ausgebildeten Antennenanordnung können die als Beispiel für die Verwendung erwähnten Funksprechgeräte ausgerüstet werden, welche auf Kanäle innerhalb eines breiten Frequenzbereiches einstellbar sind. Dabei kann die für alleKanäle gleiche Antennenanordnung im Bedarfsfalle- auf jeden Kanal des Bereiches eingestellt werden,. Die räumliche Maximalausdehnung eines Antennenleiters von der elektrischen Länge Jt/4 kann dabei wesentlich gegenüber der elektrischen Länge herabgesetzt und beispielsweise etwa gleich λ/8 sein, wobei mit λ in allen Fällen die der Arbeitsfrequenz entsprechende Wellenlänge bezeichnet ist.

Die Erfindung ist auf erdsymmetrische und auf erdunsymmetrische Antennenanordnungen in gleicher Weise anwendbar. Handelt' es sich um eine erdsymmetrische Antennenanordnung, so kann je eine mit einem auf der einen Seite der Symmetrieebene liegenden Leiter zusammenwirkende Elektrode mit einer mit einem auf der anderen S ei te der Symmetrieebene liegenden Leiter zusammenwirkenden Elektrode verbunden sein. Die Mitte des Verbindungsleiters zwischen den beiden genannten Elektroden bildet dann einen Bezugspunkt, dessen Potential sich symmetrisch zwischen den 3⁽ beiden Potentialen der genannten Elektroden einstellt und bei einer erdsymmetrischen Anordnung als dem Erdpotential entspricht. Natürlich gelten diese Überlegungen ohne-Einschränkung"-nur bei einer vollkommenen Symmetrie. Ist keine vollkommene Symmetrie vorhanden, so ist auch die geometrische Mitte des Verbindungsleiters nicht unbedingt mit der elektrischen Mitte gleichzusetzen bzw. weicht das Potential der Mitte des Verbindungsleiters von dem Potential einer Erdverbindung ab. \ Zum Zwecke einer einfachen konstruktiven Ausführung einer Antennenanordnung entsprechend der Erfindung kann der erwähnte, als Strahler- oder Gegengewicht wirkende Leiter von einem stab- oder rohrförmigen Isolierstoffkörper getragen werden. Der Leiter kann auf diesem Körper beispielsweise in Form einer Schraubenlinie geführt sein. Er^-Icann auch in Wendelform auf einen streifenförmigen. Isolierkörper aufgewickelt sein, welcher in ein" Rohr entsprechender Weite eingezogen wird. Zur Abdeclcung eines auf einem stabförmigen Isolierstoffkörper aufgewickelten Letters nach außen kann über die Wicklung des Leiters eine weitere rohrförmige Hülle geschoben sein, so< daß ein in dieser Weise ausgebildetes Antennenelemenit nach ■ außen eine glatte Oberfläche besitzt. Die erwähnte Elektrode, welche gegenüber dem Antennenleiter eine Kapazität besitzt, kann vorzugsweise die Form eines den Leiter mit Abstand umgebenden Ringes besitzen.

. Eine bevorzugte Ausführungsform' einer nach der Erfindung ausgebildeten erdunsymmetrischen Antennenanordnung besitzt wenigstens einen auf einem geerdeten leitenden Mast oder Standrohr angebrachten vertikalen Strahler und eine Mehrzahl von an das" Ende des Mastes bzw. Standrohres angesetzten Gegen- ί gewichtsleitern von je etwa Λ/4 elektrischer Länge. Auf - den einzelnen "Strahlern bzw. Gegengewichtsleitern sind ■ zugeordnete -Elektroden angebracht, welche mit einem gemeinsamen, an das Ende des Mastes oder Standrohres; angesetzten, vorzugsweise

, in Form eines die Verbindungsstelle der Strahleranordnung mit der Hochfrequenzleitung enthaltenden Topfes ausgebildeten leitenden Körper verbunden sind. Sowohl längs der Leiter der als Strahler dienenden Bauelemente als auch längs der Leiter der als Gegengewichte dienenden Bauelemente sind zur Erleichterung der Abstimmung Marken für die Lage der zugehörigen Elektrode bei verschiedenen Arbeitsfrequenzen angebracht.
In der Zeichnung ist in

Fig. 1 eine erdunsymmetrische Antennenanordnung nach der Erfindung dargestellt;

Fig. 2 zeigt eine erdsymmetrische Antennenanordnung nach der Erfindung, welche einen Λ/2-Dipol bildet; in

Fig. 3 ist eine erdunsymmetrische Antennenanordnung mit einem vertikalen Strahler und mehreren Gegengewiditsleitern dargestellt, welche so aufgebaut ist, daß sie am Ende eines leitenden Mastes oder ao Rohres angebracht werden kann; in

Fig. 4'a und 4 b sind konstruktive Ausführungsformen für die mit dem Antennenleiter eine Kapazität bildende Elektrode als auch für den Halter des Antennenleiters selbst" dargestellt.

In Fig. 1 ist mit 1 ein stabförmiger Isolierkörper bezeichnet, auf wdchen ein drahtförmiger Ldter 2 in Wendelform aufgewickdt ist. Der stabförmige Isolierkörper sei durch irgendeine (nicht dargestellte) Vorrichtung in vertikaler Lage gehalten. Das untere Ende des Antennenleiters 2 ist mit dem einen Innenleiter der koaxialen Hochf requenzldtung 5 verbunden, deren Außenldter mit Erde verbunden ist. Auf dem von dem Isolierkörper 1 getragenen Antennenleiter 2 ist die Eldetrode 3 in Form einer ringförmigen Manschette in Längsrichtung des Leiters verschiebbar angeordnet. Die Elektrode 3 darf dabei nicht in metallischen Kontalat mit dem Antennenldter 2 kommen, was durch eine geeignete Zwischenlage aus- Isolierstoff erreicht werden kann. Die Eldetrode 3 ist über den auf kurzem Wege geführten Verbindungsleiter 4 mit Erde verbunden. Durch Verschieben der Eldetrode 3 in Längsrichtung des Antennenldters 2 kann die Antenne auf verschiedene Arbeitsfrequenzen innerhalb eines breiten Bereiches abgestimmt werden, so daß eine gute Anpassung des Fußpunktwiderstandes der Antenna an den Wdlenwiderstand der Hochfrequenzleitung 5 innerhalb des genannten Bereiches ermöglicht wird.

Fig. 2 zeigt eine symmetrische Antennienanordnung, welche man sich .als aus der Anordnung nach Fig. 1 dadurch hervorgegangen vorstellen kann, daß die An-' Ordnung nach Fig. 1 an der Erdoberfläche gespiegdt wird. Fig. 2 bildet dann die Antennenanordnung nach Fig. 1, ergänzt durch das Spiegelbild. Es entsteht eine DipoJahordnung, . in der die der Anordnung nach Fig. 1 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugs¹ ziffern versehen. sind. Dem linken Antennenleiter 2 und dem zugehörigen Isolierkörper 1 entsprechen im rechten Teil der Anordnung der Antennenldter 2' und der Isolierkörper 1'. Die beiden in bezug auf die angedeutete Mittelebene symmetrisch zueinander liegenden Elektroden 3 und 3' sind über den Verbindungsleiitef 4 unmittelbar miteinander verbunden. Die inneren Enden der Antennenleiter 2 und 2' sind mit den Leitern der erdsymmetrischen Verbindungsleitung 5' verbunden. Durch Verschieben, der Elektroden 3 in Längsrichtung der beiden Antennenldter 2 und 2' läßt' sich auch diese Antennenanordnung auf verschiedene Arbeitsfrequenzen, innerhalb eines weiten Frequenzbereiches abstimmen.

Claims (7)

Fig. 3 zeigt eine erdunsymmetrische Antennenanordnung, welche besonders für ortsbewegliche Funksprechstationen geeignet ist. Sie läßt die Aufstellung auf dem Ende eines leitenden Sitandrohres oder Mastes 7 zu, welcher gleichzeitig die koaxiale Hochfrequenzverbindungsleitung bilden oder enthalten kann. Die Antennenanordnung weist einen vertikal angeordneten Strahler mit dem Antennenleiter 2 auf, der auf dem stabförmigen Isolierkörper 1 aufgewickelt ist. Die zugehörige Eledttrode zur Abstimmung dieses Strahlers ist mit 3 bezeichnet, während die zugehörige Verbindungsleitung, über welche die Elektrode 3 mit einem Bezugspunlct verbunden wird, mit 4 bezeichnet ist. Das Ende des Außenleiters 7 der koaxialen Hochfrequenzleitung bzw. das Ende eines diese Hochfrequenzleitung enthaltenden Rohres ist mit einem topfförmigen leitenden Körper 6 verbunden, an welchem auch die Isolierkörper für den Strahler und die Gegengewichtsleiter mechanisch verbunden sind. In der Zeichnung sind nur zwei Gegengewichtsleiter dargestellt, zu denen die stabförmigen Isolierkörper 1' und 1" und die Gegengawichtsleiter 2' und 2" gehören. Die zugehörigen Elektroden sind mit 3' und 3", die zugehörigen Verbindungsleiter zum Bezugspunkt mit 4' und 4" bezeidhnat. Der elektrische Bezugspunkt wird in diesem. Falle durch den erwähnten topfförmigen leitenden Körper 6 gebildet. An diesen ist sowohl das Ende des Außenleiters der koaxialen Hochfrequenzleitung angeschlossen, wie auch die Elektroden 3, 3' und 3" mit ihm in Verbindung stehen. Der Innenleiter der koaxialen Hochfrequenzleitung ist unmittelbar mit dem unteren Ende des Antennenleiters 2 verbunden. Außerdem ist zwischen dem Verbindungspunkt des Innenleiters mit dem Antennenleiter 2 und dem topfförmigen Leiter 6 die Kapazität 8 vorgesehen, welche vorzugsweise einstellbar sein soll und zur Transformation des Fußpunktwiderstandes der Antennenanordnung auf den Wellenwiderstand der koaxialen Hochfrequenzleitung dient. Versuche haben ergeben, daß durch Einstellen der Elektroden 3, 3' und 3" nicht nur eine Abstimmung des Antennenleiters auf die jeweilige Arbeitsfrequenz erzielt werden kann, sondern daß auch durch die gleichzeitige Abstimmung der Gegengewichtsleiter eine Ausbildung von Mantelwellen auf dem Außenleiter 7 der koaxialen Hochfrequenzleitung vollständig vermieden werden kann. Dadurch wird die Antenne für alle Arbeitsfrequenzen eines weiten Bereiches unabhängig von der Art des Aufbaues, und die Anpassung bleibt über den ganzen Bereich erhalten. Fig. 4 b zeigt einen stabförmigen Isolierkörper 1, der von einem Antennen- oder Gegengewichtsleiter 2 umgeben ist. Der Leiter 2 ist auf den Körper 1 in Form einer Schraubenwendel aufgewickelt. Fig. 4a zeigt die konstruktive Ausführung einer der Elektroden 3, welche die beiden Isoliereinlagen 9 und 9' enthält, die so angeordnet sind, daß eine direkte metallische Berührung zwischen der Elektrode 3 und dem Antennenleiter 2 verhindert wird. Wenn auch in Fig. 3 nur zwei Gegengewichtsleiter dargestellt sind, so ist doch zu unterstellen, daß im allgemeinen auch mehr als zwei Gegengewichtsleiter,, beispielsweise drei oder vier, verwendet werden können. Patentansprüche:

1. Antennenanordnung mit wenigstens einem als Strahler oder Gegengewicht wirkenden Leiter, welcher wenigstens über seine dem mit der Zuleitung verbundenen Ende benachbarten Teile seiner Länge derartige Umwegstücke enthält, daß die elektrische Länge dieser Teile wesentlich größer ist als ihre längs einer Geraden gemessene räumliche Ausdehnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Teilen des Leiters (2) eine Kapazität bildende Elektrode (3) längs dem Leiter verschiebbar angeordnet und über ein vorzugsweise kurzes Verbindungsstück (4) mit einem Bezugspunkt verbunden ist, der bei einer erdsymmetrischen Anordnung durch ihre elektrische Mitte, bei einer erdunsymmetrischen Anordnung durch Erde oder Gegengewichtsanschluß gebildet wird.

2. Erdsymmetrische Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je eine mit einem auf der einen Seite der Symmetrieebene liegenden Leiter (2) zusammenwirkende Elektrode (3) mit einer mit einem auf der anderen Seite der Symmetrieebene liegenden Leiter (2') zusammenwirkenden Elelitrode (3') verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (2) von einem staboder rohrförmigen Isolierstoffkorper (1) getragen wird.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis '3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (2) in Form einer Schraubenlinie geführt ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (3) die Form eines den Leiter (2) mit Abstand umgebenden Ringes besitzt.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer auf einem geerdeten leitenden Mast oder Standrohr angebrachten, aus wenigstens einem vertikalen Strahler und einer Mehrzahl an das Ende des Mastes bzw. Standrohres angesetzter Gegengewichtsleiter von je etwa A/4 elektrischer Länge gebildeten Antenne die den einzelnen Strahlern bzw. Gegengewichtsleitern zugeordneten Elektroden (3, 3', 3") mit einem gemeinsamen, an das Ende des Mastes oder Standrohres angesetzten, vorzugsweise in Form eines die Verbindungsstelle der Strahleranordnung mit der Hochfrequenzleitung enthaltendem Topfes ausgebildeten leitenden Körper (6) verbunden sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gelcennzeichnet, daß längs dem Leiter (3) oder dem Träger (1) dieses Leiters Marken für die Lage der Elektrode (3) bei verschiedenen Arbeitsfrequenzen angebracht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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