DE1953038B2

DE1953038B2 - Broadband whip antenna

Info

Publication number: DE1953038B2
Application number: DE1953038A
Authority: DE
Inventors: Bernard Chiron; Louis Duffau
Original assignee: LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES PARIS
Current assignee: LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES PARIS
Priority date: 1968-10-23
Filing date: 1969-10-22
Publication date: 1974-05-02
Also published as: GB1282293A; US3611390A; FR1588021A; DE1953038C3; DE1953038A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Breitband-Peitschenantenne mit einem nichtmagnetischen stabförmigen Leiter, der über einen Teil seiner Länge von einer Hülle aus ferromagnetischem Material umgeben ist, dessen Dielektrizitätskonstante und/oder Permeabilität frequenzabhängig sind, mit einer Vormagnetisierungsspule, die ein in der Antenne angeordnetes ferromagnetisches Material umgibt, und mit einer elektrischen Schaltung, die einen Strom veränderlicher Größe durch die Vormagnetisierungsspule schickt.The invention relates to a broadband whip antenna having a non-magnetic rod-shaped Conductor which is surrounded over part of its length by a sheath made of ferromagnetic material whose dielectric constant and / or permeability are frequency-dependent, with a bias coil, which surrounds a ferromagnetic material arranged in the antenna, and with an electrical circuit that changes a current Sends size through the bias coil.

Peitschenantennen, die insbesondere bei beweg liehen Anlagen verwendet werden, bestehen bekanntlich aus einem einfachen stabförmigen Leiter, der an einem seiner Enden mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen ist. Ferner ist allgemein bekannt, daß die Länge des Leiters in bestimmter Beziehung i\x der Wellenlänge des Hochfrequenzsignals stehen muß, damit der maximale Antennengewinn erzielt wird. Wenn die Antennenlänge von dem optimalen Wert abweicht, fällt der Gewinn sehr schnell ab. Diese Art von Antennen, deren Robustheit und Einfachheit die von den Herstellern beweglicher Anlagen vorgeschriebenen Bedingungen ausgezeichnet erfüllen, können daher nicht in einem breiten Frequenzband verwendet werden, das sich über mehrere Oktaven, beispielsweise etwa zehn Oktaven, erstreckt. Es ist daher üblich, die Änderung des Antennengewinns mit Hilfe von Anpassungsvorrichtungen zu kompensieren, die den an die Antenne angeschlossenen Einrichtungen zugeordnet sind. Derartige Schaltungen führen aber zwangläufig zu einem Energieverlust, ganz abgeseheil von der Schwierigkeit ihrer Realisierung, wenn der zu erfassende Frequenzbereich den zuvor angegebenen Wert erreicht.Whip antennas, which are used in particular in moving systems borrowed, are known to consist of a simple rod-shaped conductor which is mechanically attached at one of its ends and electrically connected. It is also generally known that the length of the conductor must have a certain relationship i \ x the wavelength of the high-frequency signal, so that the maximum antenna gain is achieved. If the antenna length deviates from the optimal value, the gain drops very quickly. This type of antenna, the robustness and simplicity of which perfectly meets the requirements imposed by the manufacturers of mobile systems, can therefore not be used in a wide frequency band extending over several octaves, for example about ten octaves. It is therefore customary to compensate for the change in the antenna gain with the aid of adapting devices which are assigned to the devices connected to the antenna. Such circuits inevitably lead to a loss of energy, quite apart from the difficulty of implementing them, when the frequency range to be recorded reaches the value specified above.

Bei einer aus dem de.'sehen Gebrauchsmuster 1 961 572 bekannten Peitschenantenne dieser Art dient der durch die Vormagnetisierungsspule geschickte Strom zur Abstimmung der Antenne; die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstan^fe und/oder Permeabilität des ferromagnetischen Materials spielt dabei keine Rolle.In a whip antenna of this type known from German utility model 1 961 572, the current sent through the bias coil is used to tune the antenna; the frequency dependence of the dielectric constant ^f e and / or permeability of the ferromagnetic material is irrelevant.

Dagegen ist aus der Patentschrift 38 223 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin eine Antenne bekannt, bei der mit der eigentlichen Antenne eine Ferritkernspule in Reihe geschaltet ist,In contrast, there is one from patent specification 38 223 from the Office for Invention and Patents in East Berlin Antenna known in which a ferrite core coil is connected in series with the actual antenna,

ίο so daß die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante und/oder der Permeabilität des ferromagnetischen Materials des Kerns dieser Spule eine Korrektur der Antennenabstimmung bewirkt. Zur eigentlichen Antennenabstimmung ist eine veränder-ίο so that the frequency dependence of the dielectric constant and / or the permeability of the ferromagnetic material of the core of this coil Correction of antenna tuning effected. For the actual antenna tuning, a variable

liehe Induktivität vorgesehen.borrowed inductance provided.

Wenn es möglich wäre, immer ein ferromagnetisches Material zu finden, bei dem die Frequenzabhängigkeit der elektrischen und magnetischen Eigenschaften innerhalb des vorgeschriebenen Fre-If it were possible to always find a ferromagnetic material in which the frequency dependence the electrical and magnetic properties within the prescribed range

quenzbandes einer ganz bestimmten Gesetzmäßigkeit folgt, so könnte allein mit Hilfe eines solchen Materials die Impedanz der Antenne konstant gehalten werden. In der Praxis können aber solche Materialien für die jewei's vorkommenden Frequenzbänder oft nicht gefunden werden.If the frequency band follows a very specific law, then just with the help of such a material the impedance of the antenna can be kept constant. In practice, however, such materials often cannot be found for the frequency bands occurring in each case.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, durch die die Impedanz der Antenne in einem weiten Frequenzband selbsttätig weitgehend konstant gehalten wird.The invention is based on the object of specifying an arrangement through which the impedance of the Antenna is kept largely constant automatically in a wide frequency band.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Feld der Antenne eine Sonde angeordnet ist, die mit der elektrischen Schaltung in einem Regelkreis liegt, der die von der Sonde gemessene Feldstärke konstant hält.According to the invention, this object is achieved in that a probe is arranged in the field of the antenna which is in a control loop with the electrical circuit, which is the measured by the probe Keeps field strength constant.

Bei der Peitschenantenne nach der Erfindung wird der durch die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante und/oder Permeabilität des ferromagnetischen Materials bewirkten Beeinflussung der Antennenimpedanz eine Korrektur durch die veränderliche Vormagnetisierung überlagert, durch weiche die Impedanz in einem breiten Frequenzband frequenzunabhängig gemacht wird, ohne daß ein Erergieverlust eintritt.In the whip antenna according to the invention, that is determined by the frequency dependence of the dielectric constant and / or permeability of the ferromagnetic material effected influencing the Antenna impedance a correction superimposed by the variable premagnetization soft the impedance is made independent of frequency in a wide frequency band without a Loss of energy occurs.

Die Sonde kann so angeordnet sein, daß sie neben dem stabförmigen Leiter liegt und somit die e'ektromagnetische Feldstärke des Antennenfeldes abtastet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Sonde jedoch eine den stabförmigen Leiter umgebende Schleife. Sie liefert in diesem Fall ein Ausgangssignal, das den durch die Antenne fließenden Strom darstellt.The probe can be arranged so that it lies next to the rod-shaped conductor and thus the electromagnetic one The field strength of the antenna field is scanned. According to an advantageous embodiment of the invention however, the probe is a loop surrounding the rod-shaped conductor. In this case it delivers Output signal representing the current flowing through the antenna.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing. In it shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Breitband-Peitschenantenne nach der Erfindung undF i g. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the broadband whip antenna according to the invention and

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Breitband-Peitschenantenne nach der Erfindung.F i g. Figure 2 is a schematic representation of a second embodiment of the broadband whip antenna according to the invention.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Peitschenantenne mit einem nichtmagnetischen stabförmigen Leiter 1, dessen unterer Teil eine Ferritumhüihing 3 aufweist. Zwischen dem Fußpunkt e des stabförmigen Leiters 1 und Masse ist der Sender oder Empfänger angeschlossen. Die Dielektrizitätskonstante und/oder die Permeabilität des Ferritmaterials der Ferritumhüllung 3 sind frequenzabhängig, und wenn es möglich wäre, ein Material zu finden, bei dem die Freauenz-F i g. 1 schematically shows a whip antenna with a non-magnetic rod-shaped conductor 1, the lower part of which has a ferrite sheath 3. The transmitter or receiver is connected between the base point e of the rod-shaped conductor 1 and ground. The dielectric constant and / or the permeability of the ferrite material of the ferrite cladding 3 are frequency-dependent, and if it were possible to find a material in which the friability

abhängigkeit dieser Kenngrößen folgende Bedingung erfüllt:The dependence of these parameters fulfills the following condition:

UlßUlß

L₁ = auf die Längeneinheit bezogene Induktivität L ₁ = inductance based on the unit of length

des umhüllten Leiters,
C₁ — auf die Längeneinheit bezogene Kapazität desof the sheathed conductor,
C ₁ - capacity of the unit of length related to the

umhüllten Leiters,
L = geometrische Länge des stabförmigen An-covered conductor,
L = geometric length of the rod-shaped surface

tennenleiters,aerial ladder,

/ = Betriebsfrequenz im Frequenzband der Antenne, / = Operating frequency in the frequency band of the antenna,

wäre die Impedanz der Peitschenantenne in einem breiten Frequenzband frequenzunabhängig.the impedance of the whip antenna would be independent of frequency in a broad frequency band.

Da es in der Praxis oft nicht möglich ist, ein Ferritmaterial zu finden, dessen elektrische und magnetische Eigenschaften in dem vorgeschriebenen Frequenzband der vorstehenden Bedingung genügen, sind bei der in F i g. 1 dargestellten Peitschenantenne zusätzliche Maßnahmen getroffen, um den Frequenzgang der Impedanz zu korrigieren. Zu diesem Zweck wirkt auf die Ferritumhüllung 3 ein äußeres magnetisches Gleichfeld ein, das von einer schematisch dargestellten Wicklung 6 erzeugt wird. Diese Wicklung wird von einer elektronischen Schaltung 7 gespeist, die von dem Signal gesteuert wird, das von einer Kopplungsschleife 8 aufgefangen wird, die in dem von der Antenne abgestrahlten Feld liegt. Die elektronische Schaltung 7 ist so ausgeführt, daß sie die Intensität des abgestrahlten und von der Schleife 8 aufgefangenen Feldes und damit die Antennenimpedanz konstant hält. Die Änderung des Stroms in der Wicklung 6 wird an die Beschaffenheit des die Umhüllung 3 bildenden Ferritmaterials automatisch so angepaßt, daß die von der Schleife 8 aufgefangene Energie im gesamten Betriebsfrequenzbereich konstant bleiot.Since it is often not possible in practice to find a ferrite material whose electrical and magnetic properties satisfy the above condition in the prescribed frequency band, the method shown in FIG. 1, additional measures are taken to correct the frequency response of the impedance. For this purpose, an external direct magnetic field, which is generated by a winding 6 shown schematically, acts on the ferrite sheath 3. This winding is fed by an electronic circuit 7 controlled by the signal picked up by a coupling loop 8 located in the field radiated by the antenna. The electronic circuit 7 is designed in such a way that it keeps the intensity of the field emitted and captured by the loop 8, and thus the antenna impedance, constant. The change in the current in the winding 6 is automatically adapted to the nature of the ferrite material forming the sheath 3 so that the energy captured by the loop 8 remains constant over the entire operating frequency range.

Die theoretische Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Stärke des von der Antenne abgestrahlten und von der Schleife 8 aufgefangenen elektrischen Feldes und der Intensität des vor. der Wicklung 6 erzeugten Vormagnetisierungsfeldes ist verhältnismäßig kompliziert. Bei dieser Untersuchung treten zwei vone nander unabhängige physikalische Erscheinungen Euf, nämlich die Änderung der Permeabilität des Materials in Abhängigkeit von der Frequenz und die Änderung der Permeabilität des Materials in Abhängigkeit von dem angelegten Magnetfeld. Diese beiden Zusammenhange müssen für jedes Material experimentell ermittelt werden. In der Praxis hat die Erfahrung folgendes gezeigt: Wenn man darauf achtet, daß die Antenne so ausgeführt wird daß sie beim Fehlen des magnetischen Steuerfeldes am oberen Ende des Frequenzbandes abge-Theoretical study of the relationship between the strength of the radiated by the antenna and the electric field captured by the loop 8 and the intensity of the before. the Winding 6 generated bias field is relatively complicated. In this investigation Two mutually independent physical phenomena occur, namely the change in the Permeability of the material as a function of the frequency and the change in permeability of the Material as a function of the applied magnetic field. These two connections must can be determined experimentally for each material. In practice, experience has shown the following: If care should be taken that the antenna is designed so that it is in the absence of the magnetic control field at the upper end of the frequency band

stimmt ist, ergibt eine lineare Umsetzung zwischen dem von der Schleife 8 aufgefangenen Signal und dem auf das magnetische Material einwirkenden Magnetfeld bei gewissen, im Handel erhältlichen Magnetmaterialien durchaus befriedigende Ergeb-is true, there is a linear conversion between the signal picked up by the loop 8 and the magnetic field acting on the magnetic material for certain commercially available ones Magnetic materials quite satisfactory results

nisse. In diesem Fall besteht die elektronische Schaltung 7 im wesentlichen aus einem aperiodischen Verstärker, dem eine automatische Verstärkungsregelstufe nachgeschaltet ist, die einen Gleichrichter speist, der den durch die Wicklung 6 fließenden Stromnits. In this case the electronic circuit exists 7 essentially consists of an aperiodic amplifier, which has an automatic gain control stage is connected downstream, which feeds a rectifier, the current flowing through the winding 6

liefert. Bei dem zuvor angegebenen Frequenzbereich (10 bis 30 MHz) beträgt die Bandbreite des Verstärkers 2 bis 30 MHz.supplies. In the frequency range specified above (10 to 30 MHz), the bandwidth of the amplifier is 2 to 30 MHz.

F i g. 2 zeigt sehr schematisch eine andere Ausführungsform einer Anordnung zur Nachregelung derF i g. 2 shows very schematically another embodiment of an arrangement for readjusting the

Impedanz einer Peitschenantenne. Die Peitschenantenne besteht wieder im wesentlichen aus dem nichtmagnetischen stabförmigen Leiter 1, dessen Fuß, wie zuvor, von einer Ferritumhüllung 3 umgeben ist. Sie enthält ferner an ihrem unteren Ende zusätzlich eine konzentrierte Serieninduktivität, die mechanisch unabhängig von dem eigentlichen strahlenden Element ist; diese Induktivität ist durch die einen Ferritstab 10 umgebende Wicklung 9 dargestellt. Die Nachregel anordnung wirkt direkt auf die Induktivität 9,10Whip antenna impedance. The whip antenna again essentially consists of the non-magnetic rod-shaped conductor 1, the foot of which, as before, is surrounded by a ferrite sheath 3. It also contains a concentrated series inductance at its lower end, the mechanical is independent of the actual radiating element; this inductance is due to the one ferrite rod 10 surrounding winding 9 shown. The readjustment arrangement acts directly on the inductance 9,10

dadurch ein, daß sie den Ferritstab 10 einem Magnetfeld mit Hilfe einer Hilfswicklung 11 aussetzt. Der in der Wicklung 11 fließende Strom wird von einer elektronischen Schaltung T gesteuert, welche die von einer Schleife 8' gelieferte Information empfängt. Dieby exposing the ferrite rod 10 to a magnetic field with the aid of an auxiliary winding 11. The current flowing in the winding 11 is controlled by an electronic circuit T which receives the information supplied by a loop 8 '. the

Schleife 8' umgibt in diesem Fall den stabförmigen Leiter 1, so daß ihr Ausgangssignal den Wert des in der Antenne fließenden Stroms darstellt. Die elektronische. Schaltung 7' ist so ausgeführt, daß der Strom für die Vormagnetisierung des Ferritstabs 10Loop 8 'surrounds the rod-shaped conductor 1 in this case, so that its output signal has the value of the in current flowing through the antenna. The electronic. Circuit 7 'is designed so that the Current for the premagnetization of the ferrite rod 10

in Abhängigkeit von der Frequenz und der Eigenschaft des den Ferritstab 10 bildenden Ferritmaterials den im stabförmigen Leiter 1 fließenden Strom im wesentlichen konstant hält.depending on the frequency and the property of the ferrite material forming the ferrite rod 10 keeps the current flowing in the rod-shaped conductor 1 essentially constant.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Broadband whip antenna with a non-magnetic rod-shaped conductor which is surrounded over part of its length by a sheath made of ferromagnetic material, the dielectric constant and 'or permeability of which are frequency-dependent, with a bias coil which surrounds a ferromagnetic material arranged in the antenna, and with an electrical circuit which sends a current of variable magnitude through the bias coil, characterized in that a probe (8, 8 ') is arranged in the field of the antenna, which is connected to the electrical circuit (7, T) in a control loop which keeps the field strength measured by the probe constant.

2. Broadband PeLtschenantenne according to claim 1, characterized in that the probe (8 ') is a loop surrounding the rod-shaped conductor (1).