DE1156453B

DE1156453B - Electrostatically shielded loop antenna

Info

Publication number: DE1156453B
Application number: DER27257A
Authority: DE
Inventors: William Stansberry Skidmore
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1959-02-27
Filing date: 1960-02-05
Publication date: 1963-10-31
Also published as: NL130506C; DK104245C; FR1249166A; ES256089A1; GB935836A; CH389696A; NL248852A; BE587970A; US2981950A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

ANMELDETAG: 5. F E B R U AR 1960REGISTRATION DATE: 5th F E B R U AR 1960

ItEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
BND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 31. OKTOBE R 1963 ItEC NOTIFICATION
THE REGISTRATION
BND ISSUE OF
EDITORIAL: OCTOBER 31, 1963

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrostatisch abgeschirmte Rahmenantenne, bestehend aus einem Hochfrequenzmagnetkern, einer auf diesem Kern angebrachten, mit einem Hochfrequenzempfänger verbundenen Wicklung und einer die Wicklung in einem gewissen Abstand umgebenden, elektrisch leitenden und mit der Empfängerschaltung verbundenen Abschirmung.The present invention relates to an electrostatically shielded loop antenna consisting of a high-frequency magnetic core, one attached to this core, with a high-frequency receiver connected winding and a winding surrounding the winding at a certain distance, electrically conductive shielding connected to the receiver circuit.

Bei netzbetriebenen Rundfunkempfängern treten häufig Störungen durch andere an das Netz angeschlossene Verbraucher, wie Motoren, Leuchtstoffröhren u. dgl. auf. Die über das Netz zum Empfänger gelangenden Störspannungen werden dabei häufig kapazitiv in einen Eingangskreis des Empfängers eingekoppelt. Diese Gefahr besteht besonders bei Verwendung von Rahmenantennen, z. B. Ferritantennen, wie sie heute allgemein üblich sind, und die Einkopplung der Störspannungen erfolgt dabei über die Erdkapazität einer Antennenspule, die meist in einem abgestimmten Eingangskreis liegt.Mains-operated radio receivers often experience interference from others connected to the network Consumers such as motors, fluorescent tubes and the like. The interference voltages reaching the receiver via the network are often capacitively coupled into an input circuit of the receiver. This danger exists especially when using loop antennas, e.g. B. Ferrite antennas, as is common today and the interference voltages are coupled in via the earth capacitance of an antenna coil, which is usually in a coordinated input circle.

Es ist bekannt, daß man die erwähnten Störungen durch Abschirmung der Antennenspule herabsetzen kann. So ist es z. B. bekannt, Rahmenantennen mit einer elektrostatischen Abschirmung in Form eines aus Kupfer- oder Aluminiummaterial bestehenden Faradaykäfigs abzuschirmen. Da eine solche Abschirmung infolge der in ihr induzierten Wirbelströme den abgeschirmten Kreis dämpft, muß entweder der Abstand zwischen der abgeschirmten Spule und der Abschirmung sehr groß gewählt werden, oder man muß die Dämpfung durch Vergrößerung des Kernes oder andere kostspielige Maßnahmen kompensieren.It is known that the interference mentioned can be reduced by shielding the antenna coil can. So it is z. B. known, loop antennas with an electrostatic shield in the form of a Shielding Faraday cages made of copper or aluminum material. Because such a shield as a result of the eddy currents induced in it damps the shielded circuit, either the Distance between the shielded coil and the shield can be chosen to be very large, or one must compensate for the attenuation by enlarging the core or other costly measures.

Es ist ferner ein elektrostatischer Schirm für Rahmenantennen u. dgl. bekannt, der die magnetische Feldkomponente möglichst verlustfrei in das Innere des abgeschirmten Raumes eintreten lassen soll und aus einer dünnen Schicht aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material, z. B. Silber, Aluminium, Zink, Zinn oder Kohle, die auf einen isolierenden Träger aufgebracht ist, besteht. Die Dicke der leitenden oder halbleitenden Schicht ist so klein, daß die magnetischen Feldlinien fast ungeschwächt hindurchgreifen können, während gleichzeitig elektrische Felder gut abgeschirmt werden. Zur Abschirmung einer Spule soll der die leitende Schicht tragende Träger so um die Spule gewickelt werden, daß sich zwei Lagen der Schicht nicht berühren, so daß in Umfangsrichtung keine Wirbelströme fließen können. In anderer Richtung können jedoch Ströme fließen und Verluste und damit eine Dämpfung des abgeschirmten Kreises bewirken.There is also an electrostatic screen for loop antennas and the like. Known that the magnetic Allow field components to enter the interior of the shielded room with as little loss as possible should and made of a thin layer of electrically conductive or semiconducting material, e.g. B. silver, Aluminum, zinc, tin or carbon, which is applied to an insulating carrier, consists. the The thickness of the conductive or semiconductive layer is so small that the magnetic field lines are almost not weakened can reach through, while at the same time electrical fields are well shielded. To the When shielding a coil, the carrier carrying the conductive layer should be wound around the coil in such a way that that two layers of the layer do not touch, so that no eddy currents flow in the circumferential direction can. In the other direction, however, currents can flow and losses and thus attenuation of the effect shielded circle.

Elektrostatisch abgeschirmte RahmenantenneElectrostatically shielded loop antenna

Anmelder:Applicant:

Radio Corporation of America,
New York, N. Y. (V. St. A.)Radio Corporation of America,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6Representative: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, patent attorney,
Munich 23, Dunantstr. 6th

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 27. Februar 1959 (Nr. 796 165)Claimed priority:
V. St. v. America, February 27, 1959 (No. 796 165)

William Stansberry Skidmore,
Haddonfield, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenWilliam Stansberry Skidmore,
Haddonfield, NJ (V. St. A.),
has been named as the inventor

Durch die Erfindung soll nun eine elektrostatisch abgeschirmte Rahmenantenne angegeben werden, die sich durch besondere Einfachheit und Billigkeit auszeichnet und trotzdem einen ausgezeichneten Schutz gegen kapazitiv eingekoppelte Störspannungen bietet.The invention is now intended to provide an electrostatically shielded loop antenna which is characterized by its particular simplicity and cheapness and is still an excellent one Offers protection against capacitively coupled interference voltages.

Eine elektrostatisch abgeschirmte Rahmenantenne, bestehend aus einem Hochfrequenzmagnetkern, einer auf diesem Kern angebrachten, mit einem Hochfrequenzempfänger verbundenen Wicklung und einer die Wicklung in einem gewissen Abstand umgebenden, elektrisch leitenden und mit der Empfängerschaltung verbundenen Abschirmung, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung aus einem Werkstoff besteht, dessen Flächenwiderstand zwischen 50 und 5000 Ohm beträgt, und daß dieser Widerstandswert so bemessen wird, daß er einerseits so niedrig ist, daß Störspannungen in ausreichender Weise über die Abschirmung und eine elektrostatische Kopplung nach Erde abgeleitet werden, andererseits jedoch für die durch die Signalströme in der Abschirmung induzierten Wirbelströme verhältnismäßig hoch ist.An electrostatically shielded loop antenna, consisting of a high frequency magnetic core, a attached to this core, connected to a high-frequency receiver winding and a surrounding the winding at a certain distance, electrically conductive and connected to the receiver circuit connected shielding, is characterized according to the invention in that the shielding consists of consists of a material whose sheet resistance is between 50 and 5000 ohms, and that this Resistance is dimensioned so that it is on the one hand so low that interference voltages in sufficient Can be discharged to earth via the shield and an electrostatic coupling, on the other hand, however, relatively for the eddy currents induced in the shielding by the signal currents is high.

Elektrische Felder, die durch die Störspannungen im Bereich der Wicklung der Rahmenantenne erzeugt werden, enden also auf der Oberfläche der Abschirmung, die einen auf gleichem Potential liegenden Leiter, der die Wicklung umgibt, darstellt, während der Widerstand für die durch die Signalströme erzeugten Wirbelströme genügend hoch ist, um die Dämpfung klein zu halten.Electric fields generated by the interference voltages in the winding area of the loop antenna end up on the surface of the shield, which is at the same potential The conductor that surrounds the winding represents the resistance for the signal currents eddy currents generated is high enough to keep the damping small.

309 730/230309 730/230

3 43 4

Die Antenne kann durch das die Abschirmung mit der Klemme 19 und diese über eine Leitung 27 bildende Material vollständig umschlossen werden, mit Masse verbunden. Die Verbindung kann galvawenn der Widerstand des Materials innerhalb des nisch oder kapazitiv sein, letzteres z.B., um die angegebenen Bereiches liegt, ohne daß der Abstand Zuführung einer Spannung zur automatischen Verzwischen Wicklung und Abschirmung unbequem 5 Stärkungsregelung über die Antennenwicklung zum groß gehalten werden muß und ohne daß eine Gitterkreis einer Eingangsröhre zu ermöglichen. Dämpfung durch dielektrische Verluste eintritt. Mit Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild der in Fig. 1 und 2The antenna can be connected through the shield to the terminal 19 and this via a line 27 forming material are completely enclosed, connected to ground. The connection can galvawenn the resistance of the material within the nich or capacitive, the latter e.g. to the specified range lies without the distance supplying a voltage to the automatic intermediate Winding and shielding inconvenient must be kept large and without allowing a grid circle of an input tube. Damping occurs due to dielectric losses. FIG. 3 shows an equivalent circuit diagram of that in FIGS. 1 and 2

Kohlenstoff überzogene Papiere, leitfähige Textil- dargestellten Antenne in Verbindung mit einem stoffe und Überzüge aus kolloidalem Graphit auf Abstimmkondensator 30 eines nur als Block 32 einer nichtleitenden Unterlage mit Widerstandswerten ίο dargestellten Empfängers. Die Empfängermasse ist zwischen 100 und 2000 Ohm pro Flächeneinheit mit 34, die zum Eingang des Empfängers 32 führende haben sich besonders bewährt. Leitung mit 35 bezeichnet.Carbon coated papers, conductive textile shown in conjunction with an antenna fabrics and coatings of colloidal graphite on tuning capacitor 30 only as a block 32 a non-conductive pad with resistance values ίο shown receiver. The receiver mass is between 100 and 2000 ohms per unit area with 34 leading to the input of the receiver 32 have particularly proven themselves. Line designated by 35.

Die Erfindung soll nun in Verbindung mit der Der Empfänger kann über eine Netzleitung 36, dieThe invention is now intended in connection with the The receiver can via a power line 36, the

Zeichnung näher erläutert werden, dabei bedeutet mit einem Netzstecker 37 versehen ist, an das Netz Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seiten- 15 angeschlossen werden. Die eine Ader der Netzleitung ansieht einer elektrostatisch abgeschirmten Rahmen- ist mit Masse verbunden. Zwischen diese Ader und antenne gemäß der Erfindung für einen Rundfunk- Erde ist eine Störspannungsquelle 40 eingezeichnet, empfänger, die einen Ferritkern enthält, Die von der Störspannungsquelle 40 ausgehendenDrawing will be explained in more detail, it means is provided with a power plug 37, to the network 1 shows a side 15, shown partially in section. One wire of the power line looks at an electrostatically shielded frame - is connected to ground. Between this vein and antenna according to the invention for a broadcast earth, an interference voltage source 40 is shown, Receiver, which contains a ferrite core, the emanating from the interference voltage source 40

Fig. 2 eine Stirnansicht der in Fig. 1 dargestellten Störungen verlaufen von der unteren Leitungsader Antenne, ao der Netzleitung 36 über das Chassis zu den KlemmenFIG. 2 is an end view of the faults shown in FIG. 1 extending from the lower line core Antenna, ao of the power line 36 via the chassis to the terminals

Fig. 3 ein Schaltbild eines netzgespeisten Rund- 15,19, von dort über den in Fig. 3 mit 12 bezeichfunkempfängers mit einer elektrostatisch abgeschirm- neten, verhältnismäßig kleinen Widerstand, den die ten Rahmenantenne gemäß der Erfindung, die durch Abschirmung darstellt, zur Erdkapazität 41 und von das Ersatzschaltbild dargestellt ist, und dort zurück zur Quelle 40. Es fließt jedoch keinFig. 3 is a circuit diagram of a mains-fed radio 15, 19, from there via the radio receiver designated by 12 in FIG with an electrostatically shielded, relatively small resistance that the th loop antenna according to the invention, represented by shielding, to the ground capacitance 41 and from the equivalent circuit is shown, and there back to source 40. However, none flows

Fig. 4 eine Rückansicht eines netzgespeisten 35 nennenswerter Störstrom von der Klemme 15 zur Rundfunkempfängers, der eine gemäß der Erfindung Wicklung 11 und von dort zur Abschirmung 12 über ausgebildete elektrostatisch abgeschirmte Rahmenan- die Streukapazitäten, da der in diesem Stromkreis tenne enthält. liegende kapazitive Widerstand sehr hochohmig, derFig. 4 is a rear view of a line-fed 35 significant interference current from the terminal 15 to Radio receiver, the one according to the invention winding 11 and from there to the shield 12 over formed electrostatically shielded frame to the stray capacitances, since the in this circuit threshing floor contains. lying capacitive resistance very high resistance, the

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Antenne enthält Widerstand 12 hingegen verhältnismäßig niedereinen stabförmigen Magnetkern 10 aus Ferrit od. dgl., 30 ohmig ist.The antenna shown in Fig. 1 and 2 contains resistor 12, however, relatively low Rod-shaped magnetic core 10 made of ferrite od. The like., 30 is ohmic.

der eine einlagige Wicklung 11 trägt. Bei der Wegen des verhältnismäßig hohen kapazitivenwhich carries a single-layer winding 11. In the case of the relatively high capacitive

dargestellten Ausführungsform ist die Wicklung 11 Widerstandes der Erdkapazität 41 ist der durch die wesentlich kürzer als der Kern und läßt an beiden Störströme verursachte Spannungsabfall an der Ab-Enden des Kernes Teile frei. Die Wicklung wird von schirmung 12 verhältnismäßig gering. Die von der einer Abschirmung 12, die nicht wesentlich länger ist 35 Erde ausgehenden elektrischen Kraftlinien enden als sie selbst, umschlossen. Die Abschirmung 12 daher auf der Abschirmung 12. Andererseits ist der besteht hier aus einem dünnwandigen, rohrförmigen Widerstand der Abschirmung 12 jedoch so hoch, daß Gehäuse 14 aus Isoliermaterial, beispielsweise Papier, keine nennenswerten Wirbelströme entstehen können. Kunststoff u. dgl., dessen Oberfläche mit einer Die Abschirmung ändert daher auch die Induktivität dünnen Schicht aus Graphit oder einem ähnlichen 40 der Antennenwicklung 11 nicht, wie es bei einem elektrischen Widerstandsmaterial überzogen ist. metallischen Faradaykäfig der Fall ist.illustrated embodiment is the winding 11 resistance of the earth capacitance 41 is through the much shorter than the core and leaves both interference currents caused voltage drop at the down ends the core parts free. The winding of the shielding 12 is relatively small. The one from the a shield 12 which is not significantly longer 35 lines of electrical force emanating from earth end than herself, enclosed. The shield 12 therefore on the shield 12. On the other hand is the consists here of a thin-walled, tubular resistance of the shield 12 but so high that Housing 14 made of insulating material, for example paper, no significant eddy currents can arise. Plastic and the like, the surface of which is covered with a The shielding therefore also changes the inductance thin layer of graphite or a similar 40 of the antenna winding 11 does not, as is the case with a electrical resistance material is coated. metallic Faraday cage is the case.

Die Abschirmung 12 ist mit einer leitenden Der Flächenwiderstand der Abschirmung kannThe shield 12 is provided with a conductive The sheet resistance of the shield can

Klemme 15 verbunden, die durch eine Schraube 16 zwischen 50 und 5000 Ohm je Flächeneinheit betraam Isolierkörper 14 befestigt ist und einen Anschluß gen. Die Wahl des Widerstandswertes hängt von der der Abschirmung 12 an Masse oder einen anderen 45 Form und Größe der abzuschirmenden Antennen-Schaltungspunkt ermöglicht. Ordnet man die Klemme wicklung ab. Hohe Widerstandswerte sind dann 15 beim heißen Ende der als Antennenwicklung zweckmäßig, wenn die gegenseitige Induktivität dienenden Spule 11 an, so wird der Teil des Wider- zwischen Wicklung und Abschirmung infolge der Standes der Abschirmung, der in Reihe mit der Form der Wicklung und des Abstandes zwischen Antennenstreukapazität zur Abschirmung liegt, klein 50 Abschirmung und Wicklung hoch ist; niedrige gehalten, und die dielektrischen Verluste am hoch- Widerstandswerte sind dann von Vorteil, wenn diese frequenten Ende des Abstimmungsbereiches werden gegenseitige Induktivität verhältnismäßig klein ist, verkleinert. während die Abmessungen der Abschirmung ver-Terminal 15 connected, which betraam by a screw 16 between 50 and 5000 ohms per unit area Insulating body 14 is attached and a connection gene. The choice of resistance depends on the of the shield 12 to ground or another shape and size of the antenna node to be shielded enables. If you order the terminal winding. High resistance values are then expedient at the hot end of the antenna winding when the mutual inductance serving coil 11, the part of the resistance between the winding and the shielding is due to the State of the shield, which is in series with the shape of the winding and the distance between Antenna stray capacitance for shielding is small 50 shielding and winding high; low held, and the dielectric losses at high-resistance values are beneficial when these Frequent end of the tuning range, mutual inductance is relatively small, scaled down. while the dimensions of the shield

Die Spule 11 kann in beliebiger Weise ange- hältnismäßig groß sind.The coil 11 can be of any size.

schlossen sein, z.B. mittels zweier Klemmen 19, 20, 55 Als besonders zweckmäßiger Wert für die in Fig. 1. die an einem Isolierring 21 befestigt sind, welcher 2 und 4 dargestellten Ausführungsformen hat sich ein seinerseits auf dem Magnetkern 10 außerhalb der Flächenwiderstand der Abschirmung zwischen etwa Abschirmung sitzt. Ein eine Öffnung 23 der 200 und 1000 Ohm je Flächeneinheit erwiesen. Abschirmung durchsetzender Zuführungsdraht 22 Fig. 4 zeigt eine Rückansicht einer praktischenbe closed, e.g. by means of two clamps 19, 20, 55 As a particularly useful value for the in Fig. 1. which are attached to an insulating ring 21, which 2 and 4 illustrated embodiments has a in turn, on the magnetic core 10 outside the sheet resistance of the shield between approximately Shielding is in place. An opening 23 of 200 and 1000 ohms per unit area proved. Shield Intersecting Feeder Wire 22 Figure 4 shows a rear view of a practical one

verbindet das heiße Ende der Antennenwicklung mit 60 Ausführungsform eines Rundfunkempfängers, wie er der Klemme 20, welche über eine Leitung 24 mit in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Der Empfänger einem nicht dargestellten Abstimmkondensator im enthält eine gedruckte Leiterplatte 45, die schräg zur Eingangskreis des Empfängers verbunden ist. Das Grundplatte 46 verläuft. An einer Frontplatte 47 sind linke Ende der Spule 11 ist über eine Leitung 25, die zwei Lautsprecher 43, 44 und eine abgeschirmte durch eine Öffnung 28 in der Abschirmung 12 65 Antenne der in Fig. 1 und 2 dargestellten Art hindurchtritt, mit der Klemme 15 verbunden. Die befestigt.connects the hot end of the antenna coil with the embodiment of a radio receiver like him the terminal 20, which is shown schematically in FIG. 3 via a line 24. The recipient a tuning capacitor, not shown, contains a printed circuit board 45 which is inclined to Input circuit of the receiver is connected. The base plate 46 runs. On a front plate 47 are left end of the coil 11 is shielded via a line 25, the two speakers 43, 44 and one through an opening 28 in the shield 12 65 antenna of the type shown in Figs. 1 and 2 is connected to the terminal 15. The attached.

Leitung 25 kann auch innerhalb der Abschirmung 12 Der Kern 10 der Antenne ist am einen Ende inLine 25 can also be inside the shield 12. The core 10 of the antenna is at one end in

verlaufen. Die Klemme 15 ist über eine Leitung 22 einer federnden Hülse 48 gelagert, die an derget lost. The terminal 15 is mounted on a line 22 of a resilient sleeve 48 which is attached to the

Frontplatle 47 mittels einer Schelle 49 angeschraubt ist. Eine ebenfalls an der Frontplatte 47 angeschraubte zweite Schelle 50 umfaßt die Abschirmung der Antenne. Die Abschirmung 12 ist mit Endkappen 51, 52 versehen, die ebenfalls mit Widerstandsmaterial überzogen sind, welches mit dem Widerstandsmaterial des zylindrischen Hauptkörpers der Abschirmung elektrisch leitend verbunden ist. Die Zuleitungen 22, 25 der Antennenwicklung 11 führen zu den Klemmen 19, 20 auf der isolierenden Hülse 21 am rechten Ende der Antenne. Die Klemme 19 ist über eine Masseleitung 53 mit der Kappe 52 verbunden. Der Abstimmkondensator 30 ist über eine möglichst kurze abgeschirmte Leitung 55 mit der Klemme 20 verbunden, um die elektrostatische Kopplung zwischen dem Antennenkreis und Erde klein zu halten. Der Ferritstab 10 kann etwa 8 mm dick und 16 cm lang sein, und die Wicklung kann etwa 9 cm des Stabes bedecken. Die Abschirmung kann eine Länge von etwa 11,5 cm, einen Durchmesser von etwa 2,5 cm und einen Flächenwiderstand zwischen etwa 200 und 1000 Ohm besitzen.Front plate 47 is screwed on by means of a clamp 49. One also screwed to the front plate 47 second clamp 50 comprises the shield of the antenna. The shield 12 has end caps 51, 52, which are also coated with resistance material, which with the resistance material of the cylindrical main body of the shield is electrically connected. the Leads 22, 25 of the antenna winding 11 lead to the terminals 19, 20 on the insulating sleeve 21 at the right end of the antenna. The terminal 19 is connected to the cap 52 via a ground line 53 tied together. The tuning capacitor 30 is via a shielded line 55 as short as possible with the Terminal 20 connected to the electrostatic coupling between the antenna circuit and ground to keep it small. The ferrite rod 10 can be about 8 mm thick and 16 cm long and the winding can Cover about 9 cm of the stick. The shield can have a length of about 11.5 cm, a diameter of about 2.5 cm and a sheet resistance between about 200 and 1000 ohms.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Electrostatically shielded loop antenna, consisting of a high-frequency magnetic core, a winding attached to this core, connected to a high-frequency receiver and an electrically conductive shielding surrounding the winding at a gcwissen distance and connected to the receiver circuit, characterized in that the shielding is made of a material exists, whose sheet resistance is between 50 and 5000 ohms, and that this resistance is dimensioned so that it is so low on the one hand that interference voltages are sufficiently discharged via the shielding and an electrostatic coupling to earth, but on the other hand for the signal currents Eddy currents induced in the shield are relatively high.

2. Loop antenna according to claim 1, characterized in that the connection for the connection the shield with the receiver on the shield near the live End of the antenna winding is arranged so that in series with a stray capacitance There is as little shielding resistance as possible between the coil and the shield.

3. Loop antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the material for the shield is a non-metallic resistance material that is applied to the surface of a thin-walled, insulating housing is applied.

4. loop antenna according to claim 3, characterized in that the material for the shield is finely divided graphite.

5. Loop antenna according to one of the preceding claims, characterized in that that the sheet resistance of the shield is between 100 and 2000 ohms, preferably at about 500 ohms.

Considered publications:
German patent application S 22802 Villa 21a * (published on April 30, 1952J;

"Electronics", October 1938, pp. 20 to 22.

1 sheet of drawings

309 730/230 K).