DE19520456A1

DE19520456A1 - Magnetic annular aerial with coil and plate capacitor

Info

Publication number: DE19520456A1
Application number: DE1995120456
Authority: DE
Inventors: Claus Weber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-03
Filing date: 1995-06-03
Publication date: 1996-12-05

Abstract

A force acts on the annular aerial body to change the spacing distance of the capacitor electrodes within the aerial periphery. The elasticity of the aerial body acts as a counter force. Pref. the force acts from the outside via the elements of the insulating material. Alternatively the force may be exerted from the inside via a liquid or gaseous medium. The aerial body, consisting of a ring and the plate capacitor, may be heavily silver-plated, with the silver layer containing a thin gold plating as a protection.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine besonders einfach abstimmbare magnetische Sende- und Empfangsantenne, welche extrem verlustarm ausgeführt ist.The invention relates to a particularly simple tunable magnetic transmitting and receiving antenna, which is extremely low loss is executed.

Magnetische Antennen wurden schon in der Anfangszeit des Rundfunks verwendet. Als Rahmenantennen dienten sie beispielsweise zum Peilen. Auch die heute weitverbreitete Ferritstabantenne zählt zu den magnetischen Antennen.Magnetic antennas were already in the early days of broadcasting used. For example, they served as frame antennas Direction. The ferrite rod antenna that is widespread today also counts the magnetic antennas.

Hauptvorteile magnetischer Antennen sind neben dem auf die Bau größe und die Aufbauhöhe bezogenen relativ hohen Gewinn, die Durchstimmbakeit in großen Frequenzbereichen, eine dabei hohe ei gene Selektivität, Erdunabhängigkeit und eine Richtcharakteristik mit zwei ausgeprägten Nullstellen.The main advantages of magnetic antennas are that of construction size and construction height related relatively high profit Tunability in large frequency ranges, a high egg selectivity, independence from the earth and a directional characteristic with two pronounced zeros.

Bei senkrechter Position des Antennenringes strahlt die Antenne ein vertikal polarisiertes Feld mit Achtercharakteristik aus. In dieser Stellung hat die Antenne hervorragende Peileigenschaften. Bei waagerechter Position des Antennenringes erhält man Rund strahlcharakteristik. Dabei gilt es den Anteil des Kondensators am Antennenumfang so gering wie möglich zu halten. Die Polarisa tion des abgestrahlten Feldes ist in diesem Fall horizontal. Ein wesentlicher Nachteil magnetischer Antennen ist der extrem niedrige Strahlungswiderstand, der sich bei praktisch ausgeführten Antennen im Milliohm-Bereich bewegt. Ist die Summe der Verlust widerstände im Antennenkreis gleich dem Strahlungswiderstand der Antenne, so sinkt der Wirkungsgrad bereits auf die Hälfte. Kritischstes Bauteil magnetischer Antennen ist der vielfach ver wendete Drehkondensator. Dieser muß sehr verlustarm und hoch spannungsfest ausgeführt sein. Dadurch ist er aufwendig in der Her stellung und verringert außerdem durch Schleifkontaktverluste den Wirkungsgrad der Antenne. Bei einigen Ausführungen werden die Ro torschleiferverluste durch den Einsatz von Doppelstatordrehkonden satoren vermieden, denn bei diesen sind die Rotorpakete verbunden und beide Systeme in Reihe geschaltet. Demzufolge sind sie noch größer und auch aufwendiger zu Fertigen.When the antenna ring is in a vertical position, the antenna emits a vertically polarized field with a figure of eight characteristic. In In this position the antenna has excellent direction finding characteristics. When the antenna ring is in a horizontal position, you get round beam characteristics. The proportion of the capacitor applies to keep the antenna circumference as small as possible. The Polarisa tion of the radiated field is horizontal in this case. A major disadvantage of magnetic antennas is the extreme low radiation resistance, which is practically executed Antennas moved in the milliohm range. Is the sum of the loss resistances in the antenna circuit equal to the radiation resistance of the Antenna, the efficiency drops to half. The most critical component of magnetic antennas is the ver turned capacitor. This must be very low loss and high be voltage-proof. This makes it expensive to manufacture position and also reduces the Efficiency of the antenna. In some versions, the Ro Gate grinder losses through the use of double stator rotary condensers avoided, because the rotor packs are connected and connected both systems in series. As a result, they are still larger and more complex to manufacture.

Außerdem erfordern fast alle Drehkondensatoren zusätzliche Befesti gungselemente, die den Antennenkreis störend beeinflussen.In addition, almost all variable capacitors require additional fasteners elements that interfere with the antenna circuit.

Die von der physikalischen Wirkungsweise her vorhandene Symmetrie der magnetischen Antennen wird dadurch ebenfalls gestört, wodurch zum Beispiel die Peilgenauigkeit vermindert wird.The symmetry existing from the physical mode of operation the magnetic antennas will also be disturbed thereby for example the bearing accuracy is reduced.

Als weiterer Nachteil wirkt der Anteil des Kondensators am Unfang des Antennenringes, denn nur dieser soll ja bei einer magnetischen Antenne strahlen. Und das möglichst am Gesamtumfang, damit bei Ho rizontalpolarisation Rundstrahlcharakteristik erreicht wird und unabhängig von der Polarisation nur das magnetische Feld auch be sonders beim Empfang zur Wirkung kommt.A further disadvantage is the proportion of the capacitor in the range of the antenna ring, because only this is supposed to be in a magnetic Radiate antenna. And if possible on the entire scope, so that at Ho Rizontalpolarisierung omnidirectional characteristic is achieved and regardless of the polarization only the magnetic field also be especially effective at reception.

Ziel der Erfindung ist es, die Verluste der Antenne erheblich zu senken und den Kondensator so zu gestalten, daß er bei gering sten Verlusten einfach abstimmbar bleibt, so wenig wie möglich zur Strahlung beiträgt und die Symmetrie der Antenne nicht stört.The aim of the invention is to significantly reduce the losses of the antenna to lower and design the capacitor so that it is low most losses remain easily adjustable, as little as possible contributes to radiation and does not disturb the symmetry of the antenna.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel wie folgt erreicht:
Die zum Antennenkreis gehörenden Elemente Antennenring und Kondensa tor werden stark versilbert. Durch den Skineffekt fließt dadurch der Hochfrequenzstrom in einem Leiterwerkstoff mit geringstem spezi fischen Widerstand, so daß das darunterliegende Trägermaterial kei ne elektrische Bedeutung mehr hat. Es können also gegebenenfalls nichtleitende Werkstoffe eingesetzt werden. Zum Schutz dieser Silber schicht gegen negative Umwelteinflüsse erhält diese noch eine schwache Vergoldung.According to the invention, this goal is achieved as follows:
The elements belonging to the antenna circuit antenna ring and capacitor are heavily silver-plated. Due to the skin effect, the high-frequency current flows in a conductor material with the lowest specific resistance, so that the underlying carrier material has no electrical significance. If necessary, non-conductive materials can be used. To protect this silver layer against negative environmental influences, it is still gilded gently.

In Fig. 1 und 2 sind zwei Varianten dieser Antenne dargestellt. Sie bestehen aus dem Antennenring 1, welcher die Induktivität verkörpert und dem Plattenkondensator 2, welcher die Kapazität des Schwingkreises Antenne darstellt.In Figs. 1 and 2 are shown two variants of this antenna. They consist of the antenna ring 1 , which embodies the inductance, and the plate capacitor 2 , which represents the capacitance of the resonant circuit antenna.

Abgestimmt wird die Antenne durch Abstandsänderung der Platten des Kondensators 2. Den Antennenring bildet man zweckmäßig aus hohlem elastischen Material. Zum Beispiel Kupferrohr, an das dann die Kondensatorplatten hart angelötet werden. Diese Materialkom bination läßt sich auch besonders gut galvanisch versilbern. Die Abstandsänderung der Platten 2 wird erfindungsgemäß durch eine Kraft 5 realisiert, welche auf den Antennenring 1 wirkt. Als Gegenkraft dient die Elastizität des Trägermaterials des Anten nenringes 1.The antenna is tuned by changing the distance between the plates of the capacitor 2 . The antenna ring is expediently formed from a hollow elastic material. For example copper pipe, to which the capacitor plates are then soldered. This combination of materials can also be particularly well plated with silver. The change in distance of the plates 2 is realized according to the invention by a force 5 , which acts on the antenna ring 1 . The elasticity of the carrier material of the antenna ring 1 serves as a counterforce.

Die Kraft kann sowohl von außen als auch von innen auf den An tennenring 1 einwirken.The force can act on the tennenring 1 from both outside and inside.

Eine von außen wirkende Kraft 5 ist in Fig. 1 dargestellt:
Die von außen wirkende Kraft 5 greift über ein aus isolierendem Material bestehendes mechanisches Gestänge 3 am Antennenring 1 beiderseits des Kondensators 2 an. Besonders einfach und ver lustarm läßt sich die Kraftübertragungseinrichtung 3 aus Perlon schnur herstellen. An der Halterung 4 läßt sich die Antenne be festigen und wenn gewünscht, zum Beispiel als Blitzschutz, erden. Am Punkt 5 können verschiedene Einrichtungen angekoppelt werden:
Von der einfachsten Aufwickelvorrichtung bis zu Schrittmotoran trieben ist alles möglich. A force 5 acting from the outside is shown in FIG. 1:
The force 5 acting from the outside acts on the antenna ring 1 on both sides of the capacitor 2 via a mechanical linkage 3 made of insulating material. The power transmission device 3 can be made from Perlon cord in a particularly simple and low-loss manner. On the bracket 4 , the antenna can be fastened and ground if desired, for example as lightning protection. Various devices can be connected at point 5 :
From the simplest rewinder to stepper motor drives, everything is possible.

Eine von innen wirkende Kraft 5 ist in Fig. 2 dargestellt:
Die von innen wirkende Kraft 5 wirkt durch ein flüssiges oder gas förmiges Übertragungsmedium durch den Stutzen 3 auf den Antennenring 1. Dieser muß für diese Variante unbedingt hohl sein und sollte einen ovalen Querschnitt aufweisen. Die großen Flächen des Ovals müssen nach außen bzw. nach innen weisen, damit eine gewisse Flä chendifferenz entsteht. Die Wirkungsweise ist analog dem bekanntem Rohrfedermanometer. Als Übertragungsmedium läßt sich zweckmäßig Bremsflüssigkeit einsetzen, die durch ein hand- bzw. motorisch be triebenes Kolbensystem unter Druck gesetzt wird. In diesem Fall sollten besonders bei senkrechter Montage des Antennenringes neben beiden Kondensatorplatten 2 Entlüftungsöffnungen vorgesehen wer den.A force 5 acting from the inside is shown in FIG. 2:
The force 5 acting from the inside acts through a liquid or gaseous transmission medium through the nozzle 3 on the antenna ring 1 . For this variant, it must be hollow and should have an oval cross-section. The large areas of the oval must face outwards or inwards so that there is a certain area difference. The mode of operation is analogous to the well-known Bourdon tube pressure gauge. As a transmission medium, brake fluid can be used expediently, which is pressurized by a manual or motor-driven piston system. In this case, should be especially with vertical mounting of the antenna ring next two capacitor plates 2 vents provided the who.

Beide Varianten bewirken eine Veränderung des Umfanges der Antenne. Da dabei die Länge des Antennenleiters 1 nahezu konstant bleibt, verändert sich zwangsläufig der Abstand der Kondensatorplatten 2. Somit kann die Antenne zu jeder Zeit auch während des Empfangs- oder Sendebetriebes ab- bzw. nachgestimmt werden. Abstimmung nach tieferen Frequenzen bedeutet, daß nach Fig. 1 eine Zugkraft an Punkt 5 wirken muß, damit sich durch Verkleinerung des Plattenab standes die Kapazität des Kondensators 2 erhöht.Both variants cause a change in the circumference of the antenna. Since the length of the antenna conductor 1 remains almost constant, the distance between the capacitor plates 2 inevitably changes. This means that the antenna can be tuned or re-tuned at any time during reception or transmission. Tuning to lower frequencies means that, according to Fig. 1, a tensile force must act at point 5 , so that the capacitance of the capacitor 2 increases by reducing the Plattenab.

Nach Fig. 2 muß für diese Abstimmrichtung der Druck im Antennen leiter kleiner werden, damit die Rückstellkraft des Antennenringes l die Kondensatorplatten 2 zueinander bewegt. Dabei wird über die Verkleinerung des Antennenumfanges zwar die Induktivität kleiner, aber die Änderung der Kapazität ist gravierender; damit tritt die ser Umstand nicht weiter störend in Erscheinung. According to FIG. 2, the pressure in the antenna conductor is smaller capacitor plates 2 must be for this tuning direction, so that the restoring force of the antenna ring l moved toward each other. The inductance becomes smaller by reducing the antenna circumference, but the change in capacitance is more serious; this means that this circumstance is no longer a disturbing phenomenon.

Zur Speisung der Antenne sind viele Möglichkeiten bekannt und nicht Gegenstand dieser Erfindung.Many options for feeding the antenna are known and not Subject of this invention.

Es sei verwiesen auf:
Karl Rothammel, Antennenbuch
Franckh-Kosmos Verlags- GmbH & Co.
10. Auflage Stuttgart 1991
S. 76 ff S. 101 ff und S. 388 bis S. 397.Please refer to:
Karl Rothammel, antenna book
Franckh-Kosmos Verlags- GmbH & Co.
10th edition Stuttgart 1991
P. 76 ff p. 101 ff and p. 388 to p. 397.

Durch diese Erfindung ist es möglich, relativ einfach aufgebaute, langlebige, wetterfeste magnetische Antennen mit geringsten Verlusten herzustellen. Diese finden vorwiegend im Kurzwellen- und Ultrakurz wellenbereich Anwendung.With this invention it is possible to have a relatively simple structure, long-lasting, weatherproof magnetic antennas with minimal losses to manufacture. These are mainly found in shortwave and ultrashort Wavelength application.

Ein praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel ist eine Handpeilantenne für das 11-Meter CB-Band. Diese Antenne hat einen Ringdurchmesser von 0,35 m und besteht aus versilbertem Kupferrohr mit 6 mm Durchmesser. Da der Antennenring in diesem Fall ca. 0,1 der Wellenlänge beträgt, ist der zugehörige Strahlungswiderstand ca. 0,02 Ohm. Die Kondensator platten bestehen aus ca. 120 cm² Kupferblech. Abgestimmt wird nach Fig. 1 mit einer einfachen Wickelvorrichtung, bei der die verwendete Perlonschnur auf einen 2mm-Dorn gewickelt wird. Mit dieser Antenne ist es möglich, in der Bewegung zu Fuß auf ca. 1° genau zu peilen.A practical example is a hand-held antenna for the 11-meter CB band. This antenna has a ring diameter of 0.35 m and is made of silver-plated copper tube with a diameter of 6 mm. Since the antenna ring in this case is approximately 0.1 of the wavelength, the associated radiation resistance is approximately 0.02 ohms. The capacitor plates consist of approx. 120 cm² copper sheet. 1 is adjusted according to Fig. With a simple winding apparatus in which the nylon cord used is wound on a 2 mm-mandrel. With this antenna, it is possible to aim on foot with an accuracy of approx. 1 °.

Auch beim Senden zeigt diese magnetische Ringantenne im Vergleich mit Stabantennen an Handfunkgeräten sehr gute Wirkung. Natürlich muß man beim Senden beachten, daß die Gegenstation nicht von der vorangegan genen Peilung nicht noch in der Nullstelle liegt. This magnetic ring antenna also shows when transmitting in comparison with Rod antennas on handheld radios have a very good effect. Of course you have to when sending, note that the remote station is not different from the previous one bearing is not yet in the zero position.

Gespeist wird diese einfache Antenne über eine unsymmetrische Gam maankopplung. Der Speisepunkt liegt ca. 11 cm vom Punkt 4, an den der Schirm des verwendeten 50-ohm-Koaxialkabels angeschlossen ist, ent fernt auf dem Antennenring.This simple antenna is fed via an unbalanced video coupling. The feed point is approx. 11 cm from point 4 , to which the shield of the 50-ohm coaxial cable used is connected, on the antenna ring.

Zusätzliche Hilfseinrichtungen an dieser Antenne sind eine schalt bare Hilfsstabantenne zur eindeutigen Richtungsbestimmung, ein schaltbares Dämpfungsnetzwerk für die Nahfeldpeilung und ein Korn paß.Additional auxiliary devices on this antenna are a switch bare auxiliary rod antenna for clear direction determination switchable damping network for near-field bearing and a grain passport.

Mit dieser Antenne konnten CB-Stationen im Entfernungsbereich von 60 km bis ca. 10 m gut geortet werden.With this antenna, CB stations in the range of 60 km to approx. 10 m can be located well.

Auch im Sendebetrieb wurden diese Stationen erreicht.These stations were also reached in broadcast mode.

Claims

1. Magnetic ring antenna with a turn and plate capacitor, characterized in that a force acts on the annular antenna body, whereby this changes to change the distance of the capacitor plates in its scope and acts as a counterforce, the elasticity of the material of the antenna body.

2. Antenna according to claim 1, characterized, that the force through elements made of insulating material te acts on the antenna body from the outside.

3. Antenna according to claim 1, characterized, that the force via a liquid or gaseous transmission meter dium acts on the antenna body from the inside.

4. Antenna according to claim 1 and 2 or 1 and 3, characterized, that the antenna body, consisting of ring and plate capacitor, is heavily silvered.

5. Antenna according to claim 4, characterized, that the silver layer still has a weak gold plating for protection points.