DE1100105B

DE1100105B - Antenna arrangement for battery-powered portable miniature radios

Info

Publication number: DE1100105B
Application number: DEW21740A
Authority: DE
Inventors: Martin Seidel
Original assignee: WESTDEUTSCHER RUNDFUNK
Current assignee: WESTDEUTSCHER RUNDFUNK
Priority date: 1957-08-21
Filing date: 1957-08-21
Publication date: 1961-02-23

Description

Antennen-Anordnung für batteriegespeiste tragbare Miniatur-Funkgeräte Die Erfindung betrifft eine Antennen-Anordnung, clurch welche die äußere Form eines batteriegespeisten tragbaren Miniatur-Funkgerätes nicht verändert und die Gerätegröße nicht beeinflußt wird.Antenna arrangement for battery-powered portable miniature radios The invention relates to an antenna arrangement, clurch which the external shape of a battery-powered portable miniature radio does not change and the device size is not affected.

Bei den bisher bekannten Anordnungen dieser Art werden magnetische Antennen verwendet, d. b. Rahmenantennen mit oder ohne Eisen. Die Rahmenantenne ohne Eisen hat eine zu kleine Wirkfläche, wenn die Geräte sehr klein sind. Eine Vergrößerung der Wirkfläche erreicht man mit Ferritstäben. Für hohe Frequenzen (größer als 30 MHz) müssen zur Erreichung einer mittleren Kreisgüte kleine Permeabilitäten verwendet werden, mit denen die effektive Höhe der Antenne sehr klein wird. Außerdem erhält man bei diesen Eisensorten, eine sehr starke Verkürzung der elektrischen, Wellenlängen im Ferritmaterial, so daß der Antennenwirkungsgrad sich allmählich dem Wert Null nähert. Um diese verschlechternde Wirkung etwas aufzuheben, kann der sogenannte Hochantenneneffekt einer Rahmenantenne durch Auseinanderziehen einer Spule vergrößert bzw. eine zusätzliche Drahtantenne an die Rahmenantenne angekoppelt werden.In the previously known arrangements of this type, magnetic antennas are used, db loop antennas with or without iron. The loop antenna without iron has too small an effective area if the devices are very small. An increase in the effective area can be achieved with ferrite rods. For high frequencies (greater than 30 MHz), small permeabilities must be used to achieve a medium circular quality, with which the effective height of the antenna becomes very small. In addition, with these types of iron, one obtains a very strong shortening of the electrical wavelengths in the ferrite material, so that the antenna efficiency gradually approaches zero. In order to offset this worsening effect somewhat, the so-called high antenna effect of a loop antenna can be increased by pulling a coil apart or an additional wire antenna can be coupled to the loop antenna.

Diese zusätzliche Abstrahlmöglichkeit kann beispielsweise über die Kopfhörerzuleitung erfolgen, indem das Hörerkabel über eine Weiche an den HF-Generator angekoppelt wird. Eine entsprechende Schaltung wäre beim Sender durch Anzapfung der Mikrophonleitung denkbar. Diese Schaltung hat jedoch den Nachteil, daß sich das Mikrophon in einem starken elektrischen Feld befinden würde. Außerdem erhält man, bedingt durch die Handhabung des Mikrophons, eine starke Dämpfung der Antenne, weil sich das Mikrophon am Antennenende, d. h. im Spannungsbauch befinden müßte. Schließlich sind Hochfrequenzsperren am Fußpunkt der Antenne (Einführung des Mikrophonkabels in den Sender) schwer realisierbar.This additional radiation option can for example take place via the headphone lead by coupling the receiver cable to the HF generator via a switch. A corresponding circuit would be conceivable at the transmitter by tapping the microphone line. However, this circuit has the disadvantage that the microphone would be in a strong electric field. In addition, due to the handling of the microphone, a strong attenuation of the antenna is obtained because the microphone is at the antenna end, i. H. would have to be in tension. After all, high-frequency barriers at the base of the antenna (insertion of the microphone cable into the transmitter) are difficult to implement.

Es soll in diesem Zusammenhang erwähnt werden, daß es bekannt ist, den Tragriemen von tragbaren Radiogeräten außer zum Tragen auch als Antenne zu "erwenden.It should be mentioned in this context that it is known to use the strap of portable radios not only for carrying but also as an antenna.

Weiterhin ist auch eine kapazitive Antennen-Anor nung bekanntgeworden, die einerseits aus der Batterie und andererseits aus der Masse des Gerätes besteht und bei der die Batteriezuleitung beide Teile verbindet und als Selbstinduktion ausgebildet ist.Furthermore, a capacitive antenna arrangement has become known, which consists on the one hand of the battery and on the other hand of the mass of the device and in which the battery lead connects both parts and as a self-induction is trained.

Schließlich ist auch eine Antennen-Anordnung für tragbare Miniatursender bekanntgeworden, die aus einem 2/2-Faltdipo,1 besteht, der mit Hilfe einer konzentrischen Umwegleitung an das 60-Ohrn-Antennenkabel angepaßt und symmetrisch ist.Finally, there is also an antenna arrangement for portable miniature transmitters became known, which consists of a 2/2-Faltdipo, 1, which with the help of a concentric Detour line is adapted to the 60-ear antenna cable and is symmetrical.

Bei einer Antennen-Anordnung für batteriegespeiste tragbare Miniaturfunkgeräte, bei denen die Batterie vom übrigen Gerät räumlich getrennt ist, sind erfindungsgemäß die Batteriespeiseleitungen von einem Schirm umgeben, der als Antenne dient.In the case of an antenna arrangement for battery-powered portable miniature radios, in which the battery is spatially separated from the rest of the device are according to the invention the battery feed lines are surrounded by a screen that acts as an antenna.

Eine solche Antenne ist besonders für Geräte geeignet, bei denen Mikrophon und Sender eine bauliche. Einheit bif-den, während die Batterie vom Gerät räumlich getrennt ist, da sich durch das verwendete Balteriespeisekabel eine relativ große effektive Antennenhöhe (-länge) ergibt. Für die Hochfrequenz kann das Kabel als konzentrische Leitung aufgefaßt werden. Die Seele wird aus den verdrillten Speiseadern einschließlich Null-Leiter gebildet. Am batterieseitigen Ende ist der Null-Leiter mit dem Schirm verbunden. Alle übrigen Adern werden zusätzlich durch die Batterien bzw. durch Kondensatoren großer Kapazität auf den Null-Leiter bezogen. Wenn der Eingangswiderstand der konzentrischen Leitung durch die nicht exakt nachgebildete Seele zum Nachteil der Schaltung beeinflußt wird, müssen die Speiseadern mit einem besonderen Schirm umgeben sein, der z. B. als Null-Leiter geschaltet werden kann. Dadurch erhält man einen exakten Wellenwiderstand zwischen äußerem und innerem Schirm. Beide Schirme werden so kurzgeschlossen, daß Abblockkondensatoren am batterieseitigen Ende entfallen (s. Abb. 3). Das Kabel stellt nun, von der Senderseite her gesehen, eine kurzgeschlossene Leitung dar. Durch geeignete Länge oder bei einer zu kleinen Betriebsfrequenz durch einen abgestimmten Verkürzungskondensator wird am Eingang der Leitung die #/4-Parallelresonanz eingestellt. Der Schirm darf selbstverständlich am Leitungseingang keine Berührung mit auf Nullpotential liegenden Punkten des Senders oder Empfängers besitzen, da an einem dieser Punkte der Schirm an die Hochf requenzschaltung angekoppelt wird. Der Außenbelag der koaxialen Leitung wirkt jetzt als 2/4-Antenne, -das Innere dagegen vom Einspeisepunkt aus als sehr hoher Widerstand für die Hochfrequenz, so daß sie nicht in das Gerät zurückfließen kann.Such an antenna is particularly suitable for devices in which the microphone and transmitter have a structural design. The unit bif-den, while the battery is spatially separated from the device, as the Balteries feed cable used results in a relatively large effective antenna height (length). For the high frequency, the cable can be viewed as a concentric line. The core is formed from the twisted supply wires including the neutral conductor. At the end of the battery, the neutral conductor is connected to the screen. All other wires are also referred to the neutral wire by the batteries or capacitors with a large capacity. If the input resistance of the concentric line is influenced by the not exactly simulated core to the detriment of the circuit, the feeder wires must be surrounded with a special screen, the z. B. can be switched as a neutral conductor. This results in an exact wave resistance between the outer and inner screen. Both screens are short-circuited in such a way that blocking capacitors are not required at the end of the battery (see Fig. 3). The cable now represents a short-circuited line when viewed from the transmitter side. The # / 4 parallel resonance is set at the input of the line by means of a suitable length or, if the operating frequency is too low, a matching shortening capacitor. At the line input, the screen must of course not have any contact with points on the transmitter or receiver that are at zero potential, since the screen is coupled to the high-frequency circuit at one of these points. The outer coating of the coaxial line now acts as a 2/4 antenna, while the inside acts as a very high resistance for the high frequency from the feed point, so that it cannot flow back into the device.

Die neue Antennen-Anordnung hat den Vorteil, daß die Gerätegröße nur durch den Platzbedarf -der Schaltelemente gegeben ist und hervorragende Antennenteile wegfallen. Trotz kleinster Geräteab-messungen kann eine Ä/4-Antenne verwendet werden, die zwar durch die Körpernähe gedämpft ist, jedoch gegenüber den bisherigen Miniaturantennen einen erheblich größeren Wirkungsgrad besitzt. Mit dieser Antenne ist es deshalb möglich, Subminiatursender für Entfernungen einzusetzen, für die bi5her größere und auffälligere Geräte verwendet werden mußten. Ferner bietet die »Ka-belantenne« den Vorteil, daß keine besonderen HF-Sperren oder -Weichen (Drosseln) verwendet werden müssen.The new antenna arrangement has the advantage that the device size is only is given by the space requirement of the switching elements and excellent antenna parts fall away. Despite the smallest device dimensions, a λ / 4 antenna can be used, which is attenuated by the proximity to the body, but compared to the previous miniature antennas has a significantly greater efficiency. With this antenna it is therefore possible to use subminiature transmitters for distances, for the larger ones and more conspicuous devices had to be used. The »cable antenna« also offers the advantage that no special HF locks or switches (chokes) are used Need to become.

Auch wenn eine größere kahmenantenne untergel>racht werden kann, hat die neue Antenne folgende Vorteile: Da die Rahmenantenne eine ausgesprochene Richtwirkung hat, ist sie für transpc>rtal>le Geräte, die möglichst eine Rundabstrahlung besitzen sollen:' nicht geeignet. Zur Auffüllung der beiden Null-Stellen der Rahmenantenne dient jetzt das mit Hochfrequenz be# schickte Speisekabel, so daß dann ein weitgehendhomogenes hochfrequentes Feld vorhanden ist. Kombinierte Rahmen- und Stabantennen haben außerdem den Vorteil, daß man zwei verschiedene Polarisationsrichtungen benutzen kann. Folglich ist für die Gegenstation keine bestimmte Lage der Antenne erforderlich.Even if a larger loop antenna can be used, it has the new antenna has the following advantages: Because the loop antenna has a pronounced directional effect it is for transpc> rtal> le devices that have an omnidirectional radiation as far as possible should: 'not suitable. To fill the two zero positions of the loop antenna The feeder cable, which is loaded with high frequency, is now used, so that a largely homogeneous one is then used high frequency field is present. Combined loop and rod antennas also have the advantage that you can use two different directions of polarization. Consequently no specific antenna position is required for the opposite station.

Eine prinzipielle Senderausgangsschaftung mit der neuen Antennen-Anordnung ist beispielsweise in Abb. 1 dargestellt. Hierbei ist T der Antennentransformator, welcher gleichzeitig die Induktivität des Ausgangskreises darstellt. Die Kapazität C, dient zur Abstimmung des Senderausgangskreises. Am Punkt P ist sowohl die Rahmenantenne R als auch die KabelantenneA angeschlossen. Durch den KondensatorC4 wird die Rahmenantenne abgestimmt. Die Kabelantenne ist über den KondensatorC1 angekoppelt, durch den gleichzeitig die Anpassung korrigiert wird.A basic transmitter output shaft with the new antenna arrangement is shown in Fig. 1 , for example. Here T is the antenna transformer, which also represents the inductance of the output circuit. The capacitance C is used to tune the transmitter output circuit. At point P both the loop antenna R and the cable antenna A are connected. The loop antenna is tuned by capacitor C4. The cable antenna is coupled via the capacitor C1, through which the adaptation is corrected at the same time.

Zwischen dem AntennenfußpunktS und dem Null-Leiter befindet sich die abstimmbare Verkürzungskapazität C, für das konzentrische Kabel. Die Kondensatoren C., C7 und C, sind Abblockkondensatoren, um alle Speiseleitungen auf den Null-Leiter zu h&-ziehen, der am Kurzschlußpunkt mit dein Schirm verbunden ist. The tunable shortening capacitance C for the concentric cable is located between the antenna base point S and the neutral conductor. The capacitors C., C7 and C, are blocking capacitors in order to pull all feed lines to the neutral conductor, which is connected to the screen at the short-circuit point.

In Abb. 2 ist die entsprechende Ersatzschaftung gezeichnet. Die Antenne (Außenbelag des Schirmes) ist gekennzeichnet durch die Werte RA, L,3, C.. Außerdem besitzt der Außenbelag des Schirmes eine Fußpunktkapazität C4. Der Antennenfußpunkt ist hier wiederum mit S bezeichnet. Das Kabelinnere kann am Fußpunkt mit dem Kondensator C" auf Parallelreso-nanz abgestimmt werden. Die gesamte Verkürzungskapazität des konzentrischen Teils besteht -aus der Fußpunktkapazität C4 und Abstimmkapazität C,5. Die Werte Von C41 C5 und der fiktive Wert L, stellen den durch das Kabel gebildeten Sperrkreis dar, der das Abfließen der Hochfrequenz zum Null-Leiter vermeidet. Die Rahmenantenne ist bei der Ersatzschaltung weggelassen. Die Transformation auf die Hochfrequenzquelle ist wie in Abb. 1 durch einen Resonanzübertrager dargestellt.The corresponding replacement shaft is shown in Fig. 2. The antenna (outer covering of the screen) is characterized by the values RA, L, 3, C .. In addition, the outer covering of the screen has a base point capacitance C4. The antenna base is again designated by S here. The inside of the cable can be tuned to parallel resonance at the base point with the capacitor C ". The entire shortening capacity of the concentric part consists of the base point capacitance C4 and the tuning capacitance C, 5. The values of C41 C5 and the fictitious value L represent the Cable formed blocking circuit, which prevents the leakage of the high frequency to the neutral conductor. The loop antenna is omitted in the equivalent circuit. The transformation to the high frequency source is shown as in Fig. 1 by a resonance transformer.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Antenna arrangement for battery-powered portable miniature radios, in which the battery is spatially separated from the rest of the device, in that the battery feed lines are surrounded by a screen that serves as an antenna.

2. Antenna arrangement according to claim 1, characterized in that the feed lines lying in your screen are high-frequency at the potential of the neutral conductor through interposed large capacitance capacitors. 3. Antenna arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the feed cable short-circuited on the battery side, d. H. is connected to the neutral conductor and thus acts as a short-circuited V4 line (parallel resonance) at the input or, if the length is 1/4 smaller, it can be tuned to parallel resonance by means of a shortening condenser. 4. Antenna arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that the outer covering of the cable shield is connected to the high-frequency voltage source with the aid of a transformation element. 5. Antenna arrangement according to claims 1 'to 4, characterized in that the feed wires are located in a screen which is located inside the outer screen acting as an antenna, so that the coexial line consists of the two screens. 6. Antenna arrangement according to claims 1 to 5, characterized in that the cable antenna is connected in parallel or in series with a loop antenna, the position of the two antennas to one another being decisive for the polarization devices. References considered: U.S. Patent No. 1768 196; German Patent No. 849 129; Funk-Technik, No. 17/1954, pp. 471 and 472.