DE19944505C2 - Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen und Antennenmodifikationsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenne und insbesondere auf eine universelle Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen, die ins­ besondere für einen mobilen Einsatz geeignet ist. Ferner be­ zieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Antennenmodi­ fikationsvorrichtung zum Modifizieren einer bestehenden Mo­ nopol-Antenne.

In jüngerer Zeit bedienen sich immer mehr Dienste geostatio­ närer Satelliten zur Austrahlung von Radiosignalen, Fernseh­ signalen oder anderen Signalen. Dabei besteht die Tendenz dazu, hybride Lösungen zu realisieren, d. h. Systeme, bei de­ nen Signale gleichzeitig sowohl über Satellit als auch über terrestrische Sender ausgestrahlt werden. Durch eine solche Vorgehensweise können die Vorteile beider Varianten kombi­ niert werden.

Da die Empfangsfeldstärken von Satellitensignalen im Ver­ gleich zu Signalen, die von terrestrischen Sendern ausge­ strahlt werden, wesentlich geringer sind, muß beim Entwurf und beim plastischen Aufbau der Empfangsantenne sehr viel Wert auf einen maximalen Antennengewinn in Richtung des Sa­ telliten gelegt werden. In der nördlichen Hemisphäre beträgt beispielsweise der Elevationswinkel einer Empfangsantenne zu geostationären Satelliten zwischen 30° und 60° abhängig vom Breitengrad, an dem sich die Empfangsantenne befindet. Beim Empfang von Signalen, die über geostationäre Satelliten aus­ gestrahlt werden, sollte daher das Gewinnmaximum der Emp­ fangsantenne bei 45° liegen.

Übliche vertikale Antennen für den mobilen Empfang, die als sogenannte Stabantennen bezeichnet werden, wie z. B. der klassische λ/4-Monopol, besitzen systembedingt eine, theo­ retische, Nullstelle bei einem Elevationswinkel von 90°, bzw. einem Winkel Theta von 0°. Durch den Einfluß einer end­ lichen elektrischen Leitfähigkeit sowie von Verlusten in der metallischen Grundfläche, beispielsweise dem Autodach, liegt das Gewinnmaximum dieser Antennen bei einem Elevationswinkel zwischen 10° und 35°. Oberhalb eines Elevationswinkels von 35° nimmt der Antennengewinn rasch ab, wodurch die Systemre­ serve im Falle eines Satellitenempfangs stark geschmälert wird. Dies kann jedoch zu Empfangsverlusten führen. Somit sind übliche Automobilantennen für den gemeinsamen Empfang von terrestrischen Signalen und Satellitensignalen nicht ge­ eignet.

Die DE 38 26 777 A1 offenbart eine axiale Zweibereichsantenne, die einen unteren Monopol und einen oberhalb des Monopols vorgesehenen entkoppelten Strahler umfaßt. Der Monopol ist durch den Außenleiter einer Koaxialleitung, die zur Speisung des entkoppelten Strahlers verwendet ist, gebildet. Der ge­ genüber dem Monopol galvanisch isolierte Strahler, der durch einen endgespeisten Halbwellendipol gebildet ist, ist über ein Impedanztransformationselement zur Anpassung mit einer Speiseleitung, die durch den Innenleiter der Koaxialleitung gebildet ist, verbunden.

Aus der GB 2148604 A ist eine Monopolantenne bekannt, die durch eine Mehrzahl von kapazitiv gekoppelten leitfähigen Elementen gebildet ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terre­ strischen Signalen zu schaffen, bei der Empfangsverluste beim Satellitenempfang vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird durch eine Antenne gemäß Anspruch 1 ge­ löst.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antennenmodifikationsvorrichtung zum Modifizieren bestehender Monopol-Antennen zu schaffen, die es ermöglicht, bestehende Monopol-Antennen dahingehend zu modifizieren, daß Empfangsverluste beim Satellitenempfang beseitigt bzw. redu­ ziert sein können.

Diese Aufgabe wird durch eine Antennenmodifikationsvorrich­ tung nach Anspruch 7 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Antenne für den Emp­ fang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen, die einen Monopol aufweist, der ein erstes Ende, das mit einem Speisepunkt verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist. Die Antenne besitzt ferner einen ungespeisten Dipol, der be­ abstandet von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er­ findung ist der Monopol ein λ/4-Monopol, während der Dipol eine Länge in einem Bereich von λ/2 - 25% und λ/2 + 25% be­ sitzt. Ferner beträgt der Abstand zwischen Monopol und Dipol vorzugsweise weniger als λ/10. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Monopol und ungespeistem Dipol trägt der Dipol als rein passives Element über eine Feldkopplung zur resul­ tierenden Richtcharakteristik, d. h. zum Fernfeldmuster, der Antenne bei. Die resultierende Richtcharakteristik zeigt ein Gewinnmaximum, das im Bereich eines Elevationswinkels von 45° liegt. Somit ist die erfindungsgemäße Antenne zum Emp­ fang von Signalen, die über geostationäre Satelliten ausge­ strahlt werden, vorzüglich geeignet, so daß Empfangsverluste beseitigt bzw. reduziert sein können.

Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Antennenmodi­ fikationsvorrichtung zum Modifizieren einer Monopol-Antenne, die ein mit einem Speisepunkt verbundenes erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei die Antennenmodifikations­ vorrichtung einen Dipol und ein Verbindungselement besitzt. Das Verbindungselement dient zum Verbinden des Dipols und des Monopols derart, daß der Dipol ungespeist beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Ausrichtung zum dem Monopol angeordnet ist. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung das Modifizieren bestehender Monopol-Antennen, um einen Satellitenempfang ohne merkliche Empfangsverluste rea­ lisieren zu können.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels einer erfindungsgemäßen Antenne für den Emp­ fang von Satellitensignalen und terrestrischen Si­ gnalen; und

Fig. 2 eine Richtcharakteristik der in Fig. 1 dargestell­ ten Antenne.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird nun der prinzipielle Aufbau einer universellen Antenne für den mobilen Empfang von Sa­ telliten und terrestrischen Signalen, wie sie beispielsweise auf einem Autodach angebracht sein kann, näher erläutert. Die Antenne wird dabei vorzugsweise auf einer leitfähigen Grundfläche, beispielsweise einem Autodach 10, angebracht. Ein Monopol 12, der vorzugsweise eine λ/4-Monopol ist, ist an seinem Fußpunkt, an dem derselbe an dem Autodach 10 an­ gebracht ist, mit einem Speisepunkt 14 verbunden. Bei dem Speisepunkt 14 handelt es sich beispielsweise um einen koa­ xialen Anschluß. Erfindungsgemäß ist nun beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols 12 ein Dipol 16 in axialer Ausrichtung zu dem Monopol 12 angeordnet, wobei zwischen dem Monopol 12 und dem Dipol 16 ein Abstand 18 vorgesehen ist. Die Länge des Dipols beträgt vorzugsweise zwischen λ/2 minus 25% und λ/2 plus 25%, wobei λ die Wellenlänge, die der Fre­ quenz der zu empfangenden Signale zugeordnet ist, ist. Im am meisten bevorzugten Fall beträgt die Länge des Dipols 16 λ/2. Der Abstand 18 zwischen dem Monopol 12 und dem Dipol 16 ist vorzugsweise kleiner als λ/10.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, wird der Dipol 16 nicht selbst gespeist, sondern trägt als rein passives Element, das keinen eigenen Anschluß besitzt, über eine Feldkopplung zur resultierenden Richtcharakteristik bei, die in Fig. 2 dargestellt ist.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, hat die erfindungsgemäße An­ tennenanordnung zur Folge, daß das Gewinnmaximum 20 in einem Bereich eines Elevationswinkels von 45° liegt, wie durch den Pfeil 22 in Fig. 2 angezeigt ist. Ferner ist aus Fig. 2 zu sehen, daß das Gewinnmaximum im Bereich eines Elevationswin­ kel von 45° etwa 6 dBi, also 6 dB gegenüber einem isotropen Strahler, beträgt. Dies garantiert einen optimalen Empfang von Satellitensignalen. Wie ferner in Fig. 2 zu sehen ist, nimmt der Gewinn der Antenne in Richtung Grundfläche ab, was jedoch aufgrund der ohnehin hohem Empfangsfeldstärken der terrestrischen Sendesignale, die in einem Elevationswinkel zwischen 0° und 20° auf die Empfangsantenne treffen, akzep­ tabel ist.

Durch eine Variation der Länge des Dipols 16, beispielsweise zwischen λ/2 - 25% und λ/2 + 25%, kann der Absolutgewinn so­ wie die Lage des Gewinnmaximums bezüglich der Grundfläche, d. h. der Elevationswinkel desselben beeinflußt bzw. opti­ miert werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem mit der Antenne Si­ gnale bei einer Frequenz von 2,34 GHz, d. h. einer Wellenlän­ ge λ von 12,8 cm, empfangen werden sollen, ist der Monopol 12 beispielsweise mit einer Länge von 3,2 cm und der Dipol 16 mit einer Länge von 6,4 cm zu realisieren.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Antenne realisiert, indem der Monopol 12 und der Dipol 16 in eine Kunststoffumhüllung eingekleidet sind, wie es beispielsweise für herkömmliche Monopol-Auto­ mobilantennen üblich ist. Dabei kann beispielsweise auch die Beabstandung zwischen Monopol 12 und Dipol 16 durch Kunst­ stoff sichergestellt sein.

Eine Antennenmodifikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist aufgebaut, um aus einer herkömmlichen Mono­ pol-Antenne eine erfindungsgemäße Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen herzu­ stellen. Dazu besitzt die erfindungsgemäße Antennenmodifika­ tionsvorrichtung einen Dipol, der beispielsweise dem Dipol 16, der in Fig. 1 gezeigt ist, entspricht. Ferner weist die Antennenmodifikationsvorrichtung ein Verbindungselement (nicht dargestellt) auf, um den Dipol und den herkömmlichen Monopol so zu verbinden, daß dieselben die oben bezugnehmend auf Fig. 1 beschriebene Beziehung zueinander aufweisen. Bei dem Verbindungselement kann es sich dabei beispielsweise um eine Steckhülse oder um eine andere Vorrichtung handeln, die dazu geeignet ist, ein den Dipol enthaltendes Element an dem zweiten Ende eines herkömmlichen Monopols, der üblicherweise mit Kunststoff verkleidet ist, zu befestigen. Somit können erfindungsgemäß übliche Monopolantennen aufgerüstet werden, um einen störungsfreien Empfang von Satellitensignalen zu ermöglichen. Somit müssen herkömmliche Monopolantennen nicht vollständig durch die erfindungsgemäße Antenne ersetzt wer­ den, sondern können durch die erfindungsgemäße Antennenmodi­ fikationsvorrichtung aufgerüstet werden, was eine beträcht­ liche Kosteneinsparung darstellt.

Claims (9)

1. Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen, mit folgenden Merkmalen:
einem Monopol (12) mit einem ersten Ende, das mit einem Speisepunkt (14) verbunden ist, und einem zweiten Ende; und
einem ungespeisten Dipol (16), der beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols (12) in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist und über eine Feldkopplung zur Richtcharakteristik der Antenne beiträgt.

2. Antenne nach Anspruch 1, bei der der Monopol (12) ein λ/4-Monopol ist, wobei λ die Wellenlänge der zu empfangenden Signale ist.

3. Antenne nach Anspruch 2, bei der der Dipol eine Länge im Bereich zwischen λ/2 - 25% und λ/2 + 25% aufweist.

4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Monopol (12) derart angeordnet ist, daß sich unterhalb des ersten Endes eine leitfähige Fläche (10) befindet.

5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Speisepunkt (14) ein koaxialer Anschluß ist.

6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Abstand zwischen Monopol (12) und Dipol (16) kleiner als l/10 ist, wobei λ die Wellenlänge der zu empfangenden Signale ist.

7. Antennenmodifikationsvorrichtung zum Modifizieren einer Monopolantenne, die ein mit einem Speisepunkt verbundenes erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, mit folgenden Merkmalen:
einem Dipol; und
einem Verbindungselement zum Verbinden des Dipols und des Monopols derart, daß der Dipol ungespeist beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist und über eine Feldkopplung zur Richtcharakteristik der Antenne beiträgt.

8. Antennenmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 7 zum Modifizieren einer λ/4-Monopolantenne, bei der der Dipol eine Länge in einem Bereich zwischen λ/2 - 25% und λ/2 + 25% aufweist, wobei λ die Wellenlänge des zu empfangenden Signals ist.

9. Antennenmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Verbindungselement derart ausgestaltet ist, daß nach der Verbindung des Dipols und des Monopols die Beabstandung zwischen Monopol und Dipol kleiner als λ/10 ist.