DE19533105A1 - High sensitivity non-directional loop antenna arrangement e.g for high frequency - Google Patents
High sensitivity non-directional loop antenna arrangement e.g for high frequencyInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine unge richtete Schleifenantennenanordnung, und insbesondere auf eine hochempfindliche, ungerichtete Antennenanordnung, die im Inneren eines Kraftfahrzeuges installiert ist, und wel che in der Lage ist, sowohl vertikal polarisierte Radiosi gnale, wie z. B. AM- oder FM-Radiosendesignale, als auch ho rizontal polarisierte Signale, wie z. B. TV-Sendesignale zu empfangen, die aus jeder Richtung übertragen werden.The present invention relates to a directed loop antenna arrangement, and in particular a highly sensitive, omnidirectional antenna arrangement that is installed inside a motor vehicle, and wel che is capable of both vertically polarized radiosi signals, such as B. AM or FM radio broadcast signals, as well as ho rizontally polarized signals, such as. B. TV broadcast signals too received, which are transmitted from any direction.
Im allgemeinen kann eine Rundstrahlantenne bzw. unge richtete Schleifenantenne, die ebenso als ungerichtete oder sphärische Antenne bzw. Kugelantenne bekannt ist, geschaf fen werden durch ein Anordnen von Richtantennen, z. B. hori zontale Dipolantennen, in der Weise, daß sie räumlich in einem rechten Winkel zueinander vorliegen und die Zuführ leistungen in den Richtantennen mit einer Phasendifferenz von 90° derart vorliegen, daß sie eine Rundstrahlcharakte ristik aufweisen, die vergleichbar ist mit einem Kreis in einer horizontalen Ebene, oder durch mehrstufiges Ausbilden von verschiedenen Vertikalantennen.In general, an omnidirectional antenna can be used directed loop antenna, which is also as omnidirectional or spherical antenna or spherical antenna is known fen are arranged by arranging directional antennas, for. B. hori zonal dipole antennas, in such a way that they are spatially in are at right angles to each other and the feed powers in the directional antennas with a phase difference of 90 ° so that they are omnidirectional have statistics that are comparable to a circle in on a horizontal plane, or by multi-level training of different vertical antennas.
Eine herkömmliche ungerichtete Antenne ist gemäß der Darstellung in Fig. 41 aufgebaut. Die ungerichtete Antenne gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist in der koreanischen Pa tentanmeldung Nr. 92-12 494 offenbart und stammt vom selben Anmelder wie die vorliegende Anmeldung. Die ungerichtete Antenne nach Fig. 1 weist zwei Schleifen oder Rahmen 1a und 1b mit unterschiedlichen Radien auf. Auf der Oberfläche der Schleifen 1a und 1b sind eine Anzahl von Rillenabschnitten 2 ausgebildet, in denen leitfähige Drähte 3a und 3b mit ei ner vorbestimmten Anzahl an Windungen aufgewickelt sind. A conventional omnidirectional antenna is constructed as shown in FIG. 41. The omnidirectional antenna as shown in Fig. 1 is disclosed in Korean Patent Application No. 92-12 494 and is by the same applicant as the present application. The non-directional antenna of FIG. 1 comprises two loops or frame 1 a and 1 b with different radii. On the surface of the loops 1 a and 1 b, a number of groove sections 2 are formed, in which conductive wires 3 a and 3 b are wound with a predetermined number of turns.
Die Schleifen 1a und 1b stehen in einem rechten Winkel zu einander und sind auf einem Basissubstrat angeordnet.The loops 1 a and 1 b are at right angles to each other and are arranged on a base substrate.
TV- oder Radiosignale erzeugen eine induzierte elektri sche Leistung in den leitfähigen Drähten. Diese Leistung wird durch Koaxialkabel 5 auf ein nicht dargestelltes Emp fangssystem übertragen. Die beiden Koaxialkabel 5 weisen unterschiedliche Längen auf, d. h. die Länge des Koaxialka bels, das mit dem zweiten Draht 3a verbunden ist, ist um eine 1/4 Wellenlänge größer als die des Koaxialkabels, das mit dem ersten leitfähigen Draht 3b verbunden ist, da eine Phasenverschiebung von 90° erforderlich ist, um eine Pha sendifferenz von 90° zwischen den Drähten 3a und 3b zu er halten. Wenn die ungerichtete Schleifenantenne deshalb die oben erwähnte Charakteristik mit einer Phasenverschiebung von 90° zwischen den beiden leitfähigen Drähten 3a und 3b aufweist, kann sie elektromagnetische Wellen, die aus jeder Richtung verbreitet werden, empfangen.TV or radio signals generate induced electrical power in the conductive wires. This power is transmitted by coaxial cable 5 to a receiving system, not shown. The two coaxial cables 5 have different lengths, ie the length of the coaxial cable, which is connected to the second wire 3 a, is a 1/4 wavelength longer than that of the coaxial cable, which is connected to the first conductive wire 3 b, since a phase shift of 90 ° is required to maintain a phase difference of 90 ° between the wires 3 a and 3 b. Therefore, if the omnidirectional loop antenna has the above-mentioned characteristic with a phase shift of 90 ° between the two conductive wires 3 a and 3 b, it can receive electromagnetic waves that are propagated from any direction.
Da die Radien der beiden Schleifen 1a und 1b, sowie die Anzahl der Windungen der Drähte 3a und 3b unterschiedlich festgesetzt werden können und die Radien der Schleifen ba sierend auf die Anzahl der auf die Schleifen 1a und 1b auf gewickelten Windungen der Drähte 3a und 3b vorbestimmt sein können, weist die oben erwähnte, herkömmliche ungerichtete Schleifenantenne ferner den Vorteil auf, daß die Abmessun gen der Schleifenantenne im Vergleich zu anderen Arten von Antennen verringert werden können.Since the radii of the two loops 1 a and 1 b, and the number of turns of the wires 3 a and 3 b can be set differently and the radii of the loops based on the number of loops 1 a and 1 b on wound turns of the wires 3 a and 3 b can be predetermined, the above-mentioned conventional omnidirectional loop antenna also has the advantage that the dimensions of the loop antenna can be reduced compared to other types of antennas.
Wenn jedoch der Radius der oben erwähnten, herkömmli chen ungerichteten Schleifenantenne so verringert wird, daß er klein wird (in diesem Fall bedeutet "klein", daß der Ra dius geringer ist als 0,03 bis 0,04 mal die Wellenlänge), um die Antenne in einem Kraftfahrzeug zu installieren, wer den die Impedanz und die Ausbeute bzw. Verstärkung der An tenne verringert, was dazu führt, das die Antenne das TV-Sendesignal, mobile Kommunikationssignale, etc. nicht emp fangen kann.However, if the radius of the above-mentioned, conventional Chen omnidirectional loop antenna is reduced so that it becomes small (in this case "small" means that the Ra is less than 0.03 to 0.04 times the wavelength), to install the antenna in a motor vehicle who the the impedance and the yield or amplification of the An tenne reduces, which leads to the fact that the antenna the TV broadcast signal, mobile communication signals, etc. not emp can catch.
Wenn die Antenne andererseits an das Äußere des Kraft fahrzeugs gesetzt wird, um die Antennenverstärkung zu ver bessern, ist es möglich, daß diese beschädigt und/oder ver bogen wird.If the antenna on the other hand to the exterior of the force vehicle is set to ver the antenna gain improve, it is possible that these are damaged and / or ver will bow.
Ferner besteht die herkömmliche Schleifenantenne aus zwei im 90° Winkel gekreuzten leitfähigen Drähten, die ver tikal bezüglich der Erdoberfläche stehen und vertikal po larisierte Signale ohne Strahlungscharakteristik, aber ho rizontal polarisierte Signale, die aus einer bestimmten Richtung übertragen werden, empfangen können.The conventional loop antenna also consists of two conductive wires crossed at a 90 ° angle, ver tical with respect to the surface of the earth and vertically po larized signals without radiation characteristics, but ho rizontally polarized signals coming from a particular Direction can be transmitted, received.
Um die oben erwähnten Nachteile zu überwinden, ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hochempfind liche, ungerichtete Schleifenantennenanordnung zu schaffen, die geeignet ist für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug, und welche aus allen Richtungen gleichermaßen gut sowohl vertikal polarisierte Radiosignale, wie z. B. AM- oder FM-Radiosendesignale, und horizontal polarisierte Signale, wie z. B. TV-Sendesignale, empfangen kann.To overcome the disadvantages mentioned above, it is therefore object of the present invention, a highly sensitive to create a non-directional loop antenna arrangement, which is suitable for use in a motor vehicle, and which from both directions equally good both vertically polarized radio signals, such as. B. AM or FM radio broadcast signals, and horizontally polarized signals such as e.g. B. TV broadcast signals can receive.
Um diese Aufgabe zu lösen, ist entsprechend der vorlie genden Erfindung eine Schleifenantenne zum Empfangen von horizontal und vertikal polarisierten Hochfrequenzsignalen vorgesehen, die einen ersten leitfähigen Draht und einen zweiten leitfähigen Draht aufweist, wobei jeder der ersten und zweiten leitfähigen Drähte zweidimensional rechtwinklig zueinander angeordnete Schleifenebenen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifenantenne einen dritten leitfähigen Draht enthält, der die dritte zweidimensionale Ebene senkrecht sowohl zur zweidimensionalen Ebene des er sten wie auch des zweiten leitfähigen Drahtes aufweist, so daß die Richtcharakteristik der Schleifenantenne im wesent lichen sowohl im Azimut bzw. Seitenwinkelbereich als auch im Elevation bzw. Höhenrichtbereich kreisförmig ist.To solve this task, is according to the invention a loop antenna for receiving horizontally and vertically polarized high-frequency signals provided a first conductive wire and a has second conductive wire, each of the first and second conductive wires two-dimensionally rectangular has mutually arranged loop planes, thereby characterized in that the loop antenna a third contains conductive wire, which is the third two-dimensional Plane perpendicular to both the two-dimensional plane of the he Most as well as the second conductive wire, so that the directional characteristic of the loop antenna essentially Lichen both in the azimuth or side angle range as well is circular in the elevation or elevation range.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß eine ungerichtete Schleifenantenne geschaffen ist, die klein genug ist, um innerhalb einem Kraftfahrzeug instal liert zu werden, und vorzugsweise die Fahrer von nachfol genden Autos durch ein Alarmsignal zum Zeitpunkt einer Bremsbetätigung des voraus fahrenden Fahrzeugs aufmerksam machen kann, da die Bremswarnleuchte innerhalb dem Anten nengehäuse angeordnet werden kann.An advantage of the present invention is that an omnidirectional loop antenna is created which is small enough to instal inside a motor vehicle to be lated, and preferably the drivers of successor cars by an alarm signal at the time of a Brake actuation of the vehicle driving ahead carefully can make because the brake warning light inside the Anten can be arranged.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Empfangssystem für Hochfrequenzsignale geschaffen mit einer Schleifenantenne, die einen ersten, zweiten und drit ten leitfähigen Draht aufweist, deren zweidimensionale Ebe nen alle rechtwinklig zueinander stehen; zum Steuern der Impedanzen der leitfähigen Drähte vorgesehene Impedanzan passungs-Schaltungen, die mit jedem der leitfähigen Drähte verbunden sind; Koaxialkabel, die zum Empfang der Ausgabe bzw. des Ausgabesignals der Impedanzanpassungs-Schaltungen mit jeder der Impedanzanpassungs-Schaltungen verbunden sind; einem Leistungskombinator bzw. -verbinder zum Verbin den der Ausgangssignale der Koaxialkabel; einem Verstärker zum Verstärken des Ausgangssignals des Leistungsverbinders, wobei der Verstärker ein dielektrisches Substrat mit einer vorbestimmten Dicke und eine auf dem dielektrischen Substrat ausgebildete micro-strip- bzw. Mikrostreifenlei tung mit einer vordefinierten Breite aufweist.According to another aspect of the invention a receiving system for high frequency signals created with a loop antenna that has a first, second and third th conductive wire, the two-dimensional level all of them are perpendicular to each other; to control the Impedances of the conductive wires mating circuits using each of the conductive wires are connected; Coaxial cable used to receive the output or the output signal of the impedance matching circuits connected to each of the impedance matching circuits are; a power combiner or connector for connection that of the output signals of the coaxial cable; an amplifier for amplifying the output signal of the power connector, wherein the amplifier is a dielectric substrate with a predetermined thickness and one on the dielectric Micro-strip or micro-strip lead formed on the substrate device with a predefined width.
Weitere Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung wer den im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:Other aspects of the present invention which are explained in more detail below with the aid of the drawing. It shows:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen un gerichteten Schleifenantenne; Fig. 1 is a perspective view of a conventional un directional loop antenna;
Fig. 2 ein Schaltschema eines Empfangssystems, das die un gerichtete Schleifenantenne entsprechend der vorlie genden Erfindung und einen Verstärker, der die Mi krostreifentechnik verwendet, enthält; und Fig. 2 is a circuit diagram of a receiving system containing the un directional loop antenna according to the vorlie invention and an amplifier that uses the microstrip technique; and
Fig. 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der er findungsgemäßen ungerichteten Schleifenantenne, die zusammen mit einem Empfangssystem und einer Brems leuchte in einem Gehäuse installiert ist. Fig. 3 is an exploded perspective view of the inventive omnidirectional loop antenna, which is installed together with a receiving system and a brake light in a housing.
Gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 3 enthält ein Empfangssystem eine erfindungsgemäße ungerichtete Schleifenantenne und setzt sich im wesentlichen aus einem Körper 100a, einem Substrat 100b und Koaxialkabel 50 zusam men, die den Körper 100a und das Substrat 100b elektrisch verbinden. Der Körper 100a besteht im wesentlichen aus drei Schleifen, nämlich einer ersten Schleife 10a, einer zweiten Schleife 10b und einer dritten Schleife 10c, auf welche leitfähige Drähte 30a, 30b und 30c aufgewickelt sind. Jede der Schleifen dient als Rahmen zur Formgebung und zum Ab stützen der jeweiligen Drahtschleifen.As shown in FIGS. 2 and 3, a receiving system includes a non-directional loop antenna according to the invention and consists essentially of a body 100a, a substrate 100 b and coaxial cable 50 men together, the body 100a and the substrate 100 b electrically connect . The body 100 a consists essentially of three loops, namely a first loop 10 a, a second loop 10 b and a third loop 10 c, on which conductive wires 30 a, 30 b and 30 c are wound. Each of the loops serves as a frame for shaping and supporting the respective wire loops.
Die erste Drahtschleife 30a und die zweite Draht schleife 30b sind derart um 90° zur Erdoberfläche, d. h. zur Horizontalen, aufgerichtet, daß sie eine horizontal polari sierte Welle, wie z. B. ein TV-Signal, empfangen. Diese bei den Schleifen sind jedoch nicht ausreichend, um eine verti kal polarisierte Welle zu empfangen. Aber die dritte Draht schleife 30c, der parallel zur Horizontalen vorliegt, kann dieses Problem lösen. Mit anderen Worten weist die horizon tale dritte Drahtschleife 30c, die einen kleinen Radius (z. B. kleiner als 0,03 ∼0,04 mal die Wellenlänge) auf weist, ähnlich einer unendlich großen Dipolantenne, eine ungerichtete Strahlungs- bzw. Richtcharakteristik in hori zontaler Ebene und eine gerichtete in sinΘ-Richtung in ver tikaler Ebene auf, und die Polarisation der elektrischen Welle ist vertikal. Dementsprechend kann-der Anwender oder Fahrer durch die dritte Drahtschleife 30c den AM- und FM-Radiosendungen zuhören. In einigen Staaten, darunter Korea, USA und die europäischen Staaten, werden die horizontal po larisierten Wellen für Radiosendungen verwendet, während das TV-Signal vertikal polarisiert ist.The first wire loop 30 a and the second wire loop 30 b are so set up at 90 ° to the earth's surface, ie to the horizontal, that they have a horizontally polarized wave, such as. B. a TV signal received. However, these loops are not sufficient to receive a vertically polarized wave. But the third wire loop 30 c, which is parallel to the horizontal, can solve this problem. In other words, the horizontal third wire loop 30 c, which has a small radius (z. B. less than 0.03 ∼0.04 times the wavelength), similar to an infinitely large dipole antenna, an undirected radiation or directional characteristic in the horizontal plane and one in the sinΘ direction in the vertical plane, and the polarization of the electrical wave is vertical. Accordingly, the user-can or driver through the third wire loop 30 c the AM and FM radio broadcasts listen. In some countries, including Korea, the United States and the European countries, the horizontally polarized waves are used for radio broadcasts, while the TV signal is vertically polarized.
Ein durch die leitfähigen Drahtschleifen 30a, 30b und 30c empfangenes RF-Signal wird über eine Impedanzanpas sungs-Schaltung 40 und einen Verbinder bzw. Stecker 45 zu einem Koaxialkabel 50 übertragen. Der Impedanzanpassungs-Schal tung 40 besteht im wesentlichen aus einem Induktor bzw. einer Drosselspule L und einer Kapazität bzw. einem Kondensator C und ist mit jedem Draht 30a, 30b und 30c ver bunden, um die Empfindlichkeit der Antenne zu verbessern. Obwohl es in den Figuren nicht deutlich aufgezeigt ist, wird ein Ende von jeder der Drahtschleifen in Reihe mit der Drosselspule, aber parallel zum Kondensator elektrisch ver bunden, während das andere Ende jeder Drahtschleife mit der Erdungs- oder Masseelektrode der Impedanzanpassungs-Schal tung 40 verbunden ist. Eine zentrale erste Leitung des Koa xialkabels 50 wird mit der Kontaktstelle der Drosselspule und des Kondensators verbunden und eine äußere, zweite Lei tung des Koaxialkabels 50 wird mit der Masseelektrode ver bunden.A received by the conductive wire loops 30 a, 30 b and 30 c RF signal is transmitted via an impedance matching circuit 40 and a connector or plug 45 to a coaxial cable 50 . The impedance matching circuit 40 consists essentially of an inductor or a choke coil L and a capacitor or a capacitor C and is connected to each wire 30 a, 30 b and 30 c to improve the sensitivity of the antenna. Although not clearly shown in the figures, one end of each of the wire loops is electrically connected in series with the choke coil but in parallel with the capacitor, while the other end of each wire loop is connected to the ground or ground electrode of the impedance matching circuit 40 is. A central first line of the coaxial cable 50 is connected to the contact point of the inductor and the capacitor and an outer, second line of the coaxial cable 50 is connected to the ground electrode.
Um die horizontale Richtcharakteristik der Antenne kreisförmig zu gestalten, muß die Phasendifferenz der durch die beiden leitfähigen Drähte 30a und 30b empfangenen Si gnale 90° betragen. Dementsprechend ist die Länge des Koa xialkabels, das mit der zweiten Drahtschleife 30b verbunden ist, länger als die des Koaxialkabels, das mit der ersten und dritten Drahtschleife 30a und 30c verbunden ist.In order to make the horizontal directional characteristic of the antenna circular, the phase difference of the signals received by the two conductive wires 30 a and 30 b must be 90 °. Accordingly, the length of the coaxial cable, which is connected to the second wire loop 30 b, is longer than that of the coaxial cable, which is connected to the first and third wire loops 30 a and 30 c.
An einem Substrat 100b sind ein Leistungskombinator bzw. -verbinder 60 zum Verbinden der Leistungen der von je dem der Drähte 30a, 30b und 30c über die Koaxialkabel 50 und die Stecker 45 übertragenen Signale, und ein rauscharmer Breitbandverstärker 70 zum Verstärken des Signals des Lei stungsverbinders 60 vorgesehen. Eine Mikrostreifenverstär kertechnik weist ein Epoxydharzsubstrat 70a und eine Mi krostreifenleitung 70b auf, die vom rauscharmen Breitband verstärker 70 beaufschlagt werden kann. In der vorliegenden Erfindung kann der rauscharme Breitbandverstärker vorzugs weise ein monolytisches Verstärker-Modell der MAR-Reihe sein, die von der Mini-Cicuits Co., New York, USA vertrie ben wird und ein niedriges Leistungssignal mit geringem Rauschen durch Verwendung von Mikrostreifenleitungen und Kapazitäten verstärken kann.On a substrate 100 b are a power combiner or connector 60 for connecting the powers of the signals transmitted from each of the wires 30 a, 30 b and 30 c via the coaxial cable 50 and the connector 45 , and a low-noise broadband amplifier 70 for amplifying the Signal of the power connector 60 provided. A microstrip amplifier technology has an epoxy resin substrate 70 a and a micro strip line 70 b, which can be acted upon by the low-noise broadband amplifier 70 . In the present invention, the low noise wideband amplifier may be a MAR series monolytic amplifier model sold by Mini-Cicuits Co., New York, USA and a low power signal with low noise using microstrip lines and capacitors can reinforce.
Die ungerichtete Schleifenantenne nach der oben be schriebenen Bauweise wird innerhalb des Gehäuses 100d durch ein Verbinden mit einer Abdeckung 100c eingebaut und befe stigt, und dann nahe einem Rücksitz innerhalb eines Kraft fahrzeugs angeordnet. Ebenso können mehrere Bremswarnleuch ten 80, die mit einer Kraftfahrzeugbremse verbunden sind, in die innere Öffnung des Gehäuses 100d eingefügt werden.The omnidirectional loop antenna according to the above-described construction is installed within the housing 100 d by connecting to a cover 100 c and fixed, and then arranged near a rear seat within a motor vehicle. Likewise, a plurality of brake warning lamps 80 , which are connected to a motor vehicle brake, can be inserted into the inner opening of the housing 100 d.
Die erfindungsgemäße ungerichtete Schleifenantenne weist Betätigungsweisen und Wirkungen wie folgt auf: Bei der ungerichteten Schleifenantenne gemäß den Fig. 2 und 3 werden TV-Sendesignale, AM- und FM-Radiosendesignale und Mobilfunkkommunikationssignale, etc. durch die Antenne emp fangen, im Leistungsverbinder 60 über eine Impedanzanpas sungs-Schaltung 40 mit einer Anpassungsimpedanz von 50 Ohm, ein Koaxialkabel 50 mit 50 Ohm und einen Stecker 45 kombi niert. Da das durch den Leistungsverbinder 60 ausgegebene Signal schwach ist, wird es nach einer Verstärkung in einem rauscharmen Breitbandverstärker 70 zu einem TV- und/oder Radioempfänger übertragen.The undirected loop antenna according to the invention has modes of operation and effects as follows: In the undirected loop antenna according to FIGS . 2 and 3, TV broadcast signals, AM and FM radio broadcast signals and mobile radio communication signals, etc. are received by the antenna, in the power connector 60 via a Impedanzanpas solution circuit 40 with a matching impedance of 50 ohms, a coaxial cable 50 with 50 ohms and a connector 45 combined. Since the signal output by the power connector 60 is weak, it is transmitted to a TV and / or radio receiver after amplification in a low noise broadband amplifier 70 .
Das vom Leistungsverbinder 60 ausgegebene Signal wird
im rauscharmen Breitbandverstärker 70 um ungefähr 15 [dB]
verstärkt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Antennenverstärkung
wie folgt:
Gesamtantennenverstärkung = Schleifenantennenverstärkung
+ Verstärkung des Verstärkers
- Verluste des Leistungsverbinders
- Steckerverluste
= 1,76[dBi]+15[dB]-3[dB]-1.2[dBi]
= 12.56[dBi]The signal output from the power connector 60 is amplified in the low noise broadband amplifier 70 by approximately 15 [dB]. At this time, the antenna gain is as follows:
Total antenna gain = loop antenna gain
+ Amplification of the amplifier
- Loss of the service link
- connector losses
= 1.76 [dBi] +15 [dB] -3 [dB] -1.2 [dBi]
= 12.56 [dBi]
Daher ist die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen unge richteten Schleifenantenne dreifach verbessert zu der der herkömmlichen Antenne (1/4 Wellenlängen-Erdantenne) mit ei ner Verstärkung von 4,7 [dBi]. Hier wird der rauscharme Breitbandverstärker 70 mit einer Mikrostreifentechnik ver sehen, um die oben beschriebenen Antennencharakteristiken zu erreichen.Therefore, the effectiveness of the non-directional loop antenna according to the invention is improved three times over that of the conventional antenna (1/4 wavelength earth antenna) with a gain of 4.7 [dBi]. Here, the low noise broadband amplifier 70 is seen with a microstrip technique to achieve the antenna characteristics described above.
Auch wenn die Mikrostreifentechnik ein wohlbekanntes gewöhnliches Verfahren ist, sollte bei der Mikrostreifen technik, die am erfindungsgemäßen Empfangssystem vorgesehen ist, die Breite einer Übertragungsleitung 70b und die Dicke des dielektrischen (z. B. Epoxydharz-) Substrats 70a sorg fältig betrachtet und geeignet ausgewählt werden, so daß die charakteristische Impedanz der Leitung 70b im Bereich der Koaxialkabel 75 Ohm, und die Impedanz der Leitung 70b am Empfänger 50 Ohm sein kann.Although the microstrip technique is a well-known ordinary method should technique in microstrip, which is provided on the inventive receiving system, 70 b and (z. B. Epoxy) the width of a transmission line, the thickness of the dielectric substrate a must carefully considered and suitably 70 can be selected so that the characteristic impedance of line 70 b in the area of the coaxial cable can be 75 ohms, and the impedance of line 70 b at the receiver can be 50 ohms.
Zur Zeit wird die Breite der Mikrostreifenleitung 70b von einer Leitungsimpedanz von 75 Ohm graduell enger ge macht, um eine Impedanzanpassung zwischen der Mikrostrei fenleitung 70b und dem Koaxialkabel zu erhalten, da die Mi krostreifenleitung 70b als Ausgang für den Verstärker 70 eine Leitungsimpedanz von 50 Ohm und andererseits das Koa xialkabel eines Radios oder eines Radioempfängers, der mit der erfindungsgemäßen Antenne verbunden ist, gewöhnlich 75 Ohm Impedanz aufweist. Currently, the width of the microstrip line 70 b of a line impedance of 75 ohms makes gradually narrower ge to provide impedance matching between the Mikrostrei fenleitung 70 b and receive the coaxial cable, as the Mi krostreifenleitung 70 b as the output of the amplifier 70, a line impedance of 50 ohms and on the other hand the Koa xialkabel a radio or a radio receiver, which is connected to the antenna according to the invention, usually has 75 ohms impedance.
Die Leitungsimpedanz von 50 Ohm und 75 Ohm, die von der
Breite der Mikrostreifenleitung und der Dicke des Epoxyd
harzsubstrats bestimmt werden können, können nach der fol
genden Gleichung erhalten werden:
(Vorausgesetzt wird die relative Dielektrizitätskon
stant des Epoxydharzsubstrats εr = 45 ± 0,1).The line impedance of 50 ohms and 75 ohms, which can be determined from the width of the microstrip line and the thickness of the epoxy resin substrate, can be obtained from the following equation:
(The relative dielectric constant of the epoxy resin substrate is assumed to be ε r = 45 ± 0.1).
Wenn, W/H 1If, w / h 1
Wenn, W/H 1If, w / h 1
Hierbei ist:
W = Breite der Mikrostreifenleitung
H = Dicke des Substrats,
Z₀ = Charakteristikimpedanz der Mikrostrei
fenleitung,
εr = relative Dielektrizitätskonstante, und
ε′r = effektive relative Dielektrizitätskon
stante.Here is:
W = width of the microstrip line
H = thickness of the substrate,
Z₀ = characteristic impedance of the microstrip line,
ε r = relative dielectric constant, and
ε ′ r = effective relative dielectric constant.
Daher sind die Dicke des Epoxydharzsubstrats 70a und die Breite der Mikrostreifenleitung 70b jeweils vorbestimmt auf der Basis der Beaufschlagung durch den rauscharmen Breitbandverstärker an dem die Mikrostreifentechnik vorge sehen ist.Therefore, the thickness of the epoxy resin substrate 70 a and the width of the microstrip line 70 b are each predetermined on the basis of exposure to the low-noise broadband amplifier on which the microstrip technology is provided.
Zum Beispiel,For example,
-
1) die Breite der Mikrostreifenleitung
bei einer Leitungsimpedanz von 50 Ohm in Bezug auf die
Dicke des Epoxydharzsubstrats, das im rauscharmen Breit
bandverstärker der erfindungsgemäßen ungerichteten Schlei
fenantenne verwendet wird, beträgt
Wenn die Dicke des Epoxydharzsubstrats 0,6 mm ist,
ist die Breite der Mikrostreifenleitung (± Toleranz)
= 1,15 mm (± 0,05 mm).
Wenn die Dicke des Epoxydharzsubstrats 0,8 mm ist, ist die Breite der Mikrostreifenleitung (± Toleranz) = 1,15 mm (± 0,05 mm).
Wenn die Dicke des Epoxydharzsubstrats 1,0 mm ist, ist die Breite der Mikrostreifenleitung (± Toleranz) = 1,90 mm (± 0,07 mm).
Wenn die Dicke des Epoxydharzsubstrats 1,2 mm ist, ist die Breite der Mikrostreifenleitung (± Toleranz) = 2,25 mm (± 0,1 mm).
Wenn die Dicke des Epoxydharzsubstrats 1,6 mm ist, ist die Breite der Mikrostreifenleitung (± Toleranz) = 3,05 mm (± 0,15 mm).1) the width of the microstrip line at a line impedance of 50 ohms with respect to the thickness of the epoxy resin substrate used in the low-noise wideband amplifier of the omnidirectional loop antenna according to the invention, when the thickness of the epoxy resin substrate is 0.6 mm, the width of the microstrip line is (± tolerance) = 1.15 mm (± 0.05 mm).
When the thickness of the epoxy resin substrate is 0.8 mm, the width of the microstrip line (± tolerance) = 1.15 mm (± 0.05 mm).
When the thickness of the epoxy resin substrate is 1.0 mm, the width of the microstrip line (± tolerance) = 1.90 mm (± 0.07 mm).
When the thickness of the epoxy resin substrate is 1.2 mm, the width of the microstrip line (± tolerance) = 2.25 mm (± 0.1 mm).
When the thickness of the epoxy resin substrate is 1.6 mm, the width of the microstrip line (± tolerance) = 3.05 mm (± 0.15 mm). -
2) Die Breite der Mikrostreifenleitung bei 75 Ohm Cha
rakteristikimpedanz mit Bezug auf die Dicke des Epoxydharz
substrats, das im rauscharmen Breitbandverstärker der er
findungsgemäßen ungerichteten Schleifenantenne verwendet
wird, beträgt
Wenn die Dicke des Epoxydharzsubstrats 0,6 mm ist,
ist die Breite der Mikrostreifenleitung (± Toleranz)
= 0,50 mm (± 0,03 mm).
Wenn die Dicke des Epoxydharzsubstrats 0,8 mm ist, ist die Breite der Mikrostreifenleitung (± Toleranz) = 0,70 mm (± 0,03 mm).
Wenn die Dicke des Epoxydharzsubstrats 1,0 mm ist, ist die Breite der Mikrostreifenleitung (± Toleranz) = 0,85 mm (± 0,05 mm)
Wenn die Dicke des Epoxydharzsubstrats 1,2 mm ist, ist die Breite der Mikrostreifenleitung (± Toleranz) =1,05 mm (± 0,1 mm)
Wenn die Dicke des Epoxydharzsubstrats 1,6 mm ist, ist die Breite der Mikrostreifenleitung (± Toleranz) = 1,40 mm (± 0,1 mm).2) The width of the microstrip line at 75 ohm characteristic impedance with respect to the thickness of the epoxy resin substrate which is used in the low-noise broadband amplifier of the non-directional loop antenna according to the invention, if the thickness of the epoxy resin substrate is 0.6 mm, the width of the microstrip line is ( ± tolerance) = 0.50 mm (± 0.03 mm).
If the thickness of the epoxy resin substrate is 0.8 mm, the width of the microstrip line (± tolerance) = 0.70 mm (± 0.03 mm).
When the thickness of the epoxy resin substrate is 1.0 mm, the width of the microstrip line (± tolerance) = 0.85 mm (± 0.05 mm)
When the thickness of the epoxy resin substrate is 1.2 mm, the width of the microstrip line (± tolerance) = 1.05 mm (± 0.1 mm)
When the thickness of the epoxy resin substrate is 1.6 mm, the width of the microstrip line (± tolerance) = 1.40 mm (± 0.1 mm).
Wie voranstehend beschrieben, ist die erfindungsgemäße ungerichtete Schleifenantenne in der Lage, mit hoher Emp findlichkeit RF-Signale, wie z. B. TV-Sendesignale, AM- oder FM-Radiosendesignale und ein Mobilfunkkommunikationssignal ungeachtet der Signalausbreitungsrichtung und Polarisation zu empfangen, da die Antenne eine Richtungscharakteristik sowohl mit Bezug auf die vertikale und die horizontale Ebene (die dritte Schleifenantenne) aufgrund der Tatsache aufweist, daß die dritte Drahtschleife parallel zur hori zontalen Grundfläche und in einem rechten Winkel zur ersten und zweiten Drahtschleife angeordnet ist.As described above, the invention is omnidirectional loop antenna capable of high emp sensitivity RF signals, such as. B. TV broadcast signals, AM or FM radio broadcast signals and a cellular communication signal regardless of the direction of signal propagation and polarization to receive because the antenna has a directional characteristic both in terms of vertical and horizontal Plane (the third loop antenna) due to the fact has that the third wire loop parallel to the hori zontal base area and at a right angle to the first and second wire loop is arranged.
Obwohl diese Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen und einige bevorzugte Ausführungsformen be schrieben wurde, sind verschiedene Abwandlungen möglich. Diese Erfindung wurde z. B. an einer kreisförmigen Schlei fenantenne erläutert, kann jedoch auch an einer rechtwink ligen oder rhombischen Schleifenantenne verwendet werden, wenn die Länge der anders gestalteten Antenne in geeigneter Weise ausgewählt wird (die Länge ist ein kritischer Faktor bezüglich der Impedanz der Antenne selbst). Dementsprechend verlassen derartige Abwandlungen und Variationen nicht den Grundgedanken der Erfindung.Although this invention with respect to the accompanying Drawings and some preferred embodiments various modifications are possible. This invention has e.g. B. on a circular loop fenantenne explained, but can also on a right angle league or rhombic loop antenna are used, if the length of the differently designed antenna is more appropriate Way is selected (length is a critical factor regarding the impedance of the antenna itself). Accordingly such variations and variations do not leave the Basic ideas of the invention.
Claims (4)
einer Schleifenantenne, die eine erste, zweite und dritte leitfähige Drahtschleife enthält, wobei die drei leitfähigen Drahtschleifen jeweils zweidimensionale Schleifenebenen aufweisen, die alle jeweils rechtwinklig zueinander stehen, und wobei die Schleifenebene der dritten leitfähigen Drahtschleife parallel zur horizon talen Grundebene liegt;
Impedanzanpassungsschaltungen zum Steuern der Impedan zen der leitfähigen Drahtschleifen, wobei die Impe danzanpassungsschaltungen mit jeder der leitfähigen Drahtschleifen verbunden sind und Drosselspulen und Kon densatoren enthalten;
Koaxialkabel zum Empfangen von Ausgangssignalen der Impedanzanpassungsschaltungen, wobei sie mit jeder der Impedanzanpassungsschaltungen verbunden sind, und wobei die Länge des Koaxialkabels, das mit der zweiten leitfä higen Drahtschleife verbunden ist, um eine 1/4 Wellen länge des empfangenen Radiosignals größer ist, als die Länge der beiden anderen Koaxialkabel, die mit den er sten und zweiten leitfähigen Drahtschleifen verbunden sind,
einem Leistungsverbinder zum Verbinden der Ausgangssi gnale der Koaxialkabel;
einem Verstärker zum Verstärken der Ausgangssignale vom Leistungsverbinder, wobei der Verstärker ein dielek trisches Substrat mit einer vorbestimmten Dicke und eine auf dem dielektrischen Substrat ausgebildete Mikrostrei fenleitung mit einer vordefinierten Breite aufweist.2. Reception system for high-frequency signals, with
a loop antenna containing first, second and third conductive wire loops, the three conductive wire loops each having two-dimensional loop planes, each of which is perpendicular to each other, and the loop plane of the third conductive wire loop being parallel to the horizontal base plane;
Impedance matching circuits for controlling the impedance of the conductive wire loops, the impedance matching circuits being connected to each of the conductive wire loops and containing choke coils and capacitors;
Coaxial cables for receiving output signals from the impedance matching circuits connected to each of the impedance matching circuits and the length of the coaxial cable connected to the second conductive wire loop being 1/4 wavelength longer than the length of the received radio signal the other two coaxial cables connected to the first and second conductive wire loops,
a power connector for connecting the output signals of the coaxial cables;
an amplifier for amplifying the output signals from the power connector, the amplifier having a dielectric substrate having a predetermined thickness and a microstrip line formed on the dielectric substrate having a predetermined width.
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