DE2228799A1 - Antenna device - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
Dipl.-Chem.Dr.D.Thomsen DIpI.-Ing. W. Wilnkeuff Dipl.-Chem. Dr. D. Thomsen DIpI.-Ing. W. Wilnkeuff
Dipl.-Ing. H. Tiedtke (Fuchihohl 71)
Dipl.-Ghem. Q. Bühling
Dlpl.-Ing. R. Kinne
Dipl.-Chem. Dr. U. EggersDipl.-Ing. H. Tiedtke (Fuchihohl 71) Dipl.-Ghem. Q. Bühling
Dlpl.-Ing. R. Kinne
Dipl.-Chem. Dr. U. Eggers
8000 München 28000 Munich 2
Kalser-Ludwlg-Platz 6 13. Juni 1972 Kalser-Ludwlg-Platz 6 June 13, 1972
Matshushita Electric Industrial Co., Ltd. Osaka, JapanMatshushita Electric Industrial Co., Ltd. Osaka, Japan
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenneneinrichtung mit vergleichsweise kleinen Abmessungen und insbesondere auf eine Einrichtung, die gut kompensierte Impedanzkennwerte hat und einen guten Antennenwirkungsgrad erhalten läßt. The invention relates to an antenna device with comparatively small dimensions and, in particular, to a device which has well-compensated impedance characteristics and allows a good antenna efficiency to be obtained .
Im allgemeinen haben kleine Linearantennen, deren Länge ausreichend kleiner als eine halbe Wellenlänge ist, einen Impedanzkennwert, dessen Widerstandskomponente relativ klein und dessen kapazitive Komponente relativ groß ist. Daher ist der Fehlanpassungsverlust bei einem Empfänger entsprechend groß.In general, small linear antennas, the length of which is sufficiently less than half a wavelength, have one Characteristic impedance value whose resistance component is relatively small and whose capacitive component is relatively large. thats why the mismatch loss at a recipient is correspondingly large.
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Zur Kompensierung einer einer solchen Impedanzcharakteristik wurde bisher eine Induktivität mit konzentrierten Konstanten (oder eine Spule) mit der Antenne an deren mittleren Abschnitt oder an deren Steueranschlüssen verbunden. Infolge eines Verluste in der Induktivität (Spule) bewirkte eine solche Belastung eine Verringerung des Antennenwirkungsgrades. Ferner ist die Strahlungsimpedanz der Antenne gewöhnlich klein.To compensate for such an impedance characteristic, an inductance with concentrated Constants (or a coil) connected to the antenna at its middle section or at its control terminals. As a result In the event of a loss in the inductance (coil), such a load caused a reduction in the efficiency of the antenna. Further the radiation impedance of the antenna is usually small.
Mit der Erfindung werden die im vorhergehenden erwähnten Nachteile kleiner Antennen beseitigt, indem sie mit Induktivitäten mit verteilten Konstanten belastet werden.With the invention, the aforementioned disadvantages of small antennas are eliminated by using inductors are burdened with distributed constants.
Mit der Erfindung wird eine kleine Antenne geschaffen, die eine lange Lebensdauer besitzt und einfach gehandhabt werden kann.The invention provides a small antenna that has a long service life and is easy to use can be.
Mit der Erfindung wird eine kleine Antenne geschaffen, die als Verbundantenne (zusammengesetzte Antenne) leicht gebildet werden kann.The present invention provides a small antenna which is easily formed as a composite antenna (composite antenna) can be.
Dazu besitzt die erfindungsgemäß Antenne eine ausgerichtete Serie Linearleiter, deren Gesamtlänge wesentlich kürzer als eine halbe Wellenlänge im Arbeitsfrequenzband ist, und eine Anzahl Übertragungsleitungen vom Zweidraht-Paralleltyp in verteilten Konstanten, die an ihrem einen Ende kurzgeschlossen sind und die an ihrem anderen Ende zwischen zwei benachbarte Leiter der Serie Linear leiter geschaltet sind.For this purpose, the antenna according to the invention has an aligned series of linear conductors, the total length of which is significantly shorter than half a wavelength in the working frequency band, and a number of two-wire parallel type transmission lines in distributed Constants short-circuited at one end and between two adjacent ones at the other end Conductors of the series linear conductors are switched.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an AuBführungßbeispielen näher erläutert. .The invention is illustrated in the following with the aid of a schematic Drawings explained in more detail on exemplary embodiments. .
Fig. 1 zeigt den Grundaufbau einer Zweidrahtübertragungsleitung für verteilte Konstanten;Fig. 1 shows the basic structure of a two-wire transmission line for distributed constants;
Fig. 2 bis 5 zeigen verschiedene Formen von erfindungsgemäßen Antennen;Figures 2 to 5 show different forms of antennas according to the invention;
Fig. 6 zeigt ein Diagramm sum Vergleich der Impedanzbeziehungen zwischen der erfindungsgemäßen Antenne und der konventionellen Antenne;6 shows a diagram for comparing the impedance relationships between the antenna according to the invention and the conventional antenna;
Fig. 7 bis 9 zeigen abgeänderte Formen der erfindungsgemäßen Antenne;Figures 7 to 9 show modified forms of the antenna according to the invention;
Fig. 10s, bis 10c zeigen eine praktische Ausführungsform flsr erfindungsgemäßen Antenne; und10s to 10c show a practical embodiment flsr antenna according to the invention; and
Figc 11 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne.Fig. 11 shows a further embodiment of the invention Antenna.
In Fig. 1 ist eine übertragungsleitung für verteilte Konstanten vom Zweidrahtparalleltyp gezeigt, die am Lastende kurzgeschlossen ist und deren Leitungsimpedanz am Sendeende a, a1 eine induktive Komponente Z enthält, die durch die folgende Formel ausgedrückt wird; 1 shows a two-wire parallel type distributed constant transmission line which is short-circuited at the load end and whose line impedance at the transmission end a, a 1 contains an inductive component Z expressed by the following formula;
Z = JW tanßl (I)Z = JW tanßl (I)
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wobei W0 der Wellenwiderstand der Leitung ist, b die Phasenkonstante und 1 die Länge der Leitung.where W 0 is the characteristic impedance of the line, b is the phase constant and 1 is the length of the line.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne dargestellt, bei der eine Anzahl kurzgeschlossener Übertragungsleitungen 2 - gemäß Darstellung in Fig. 1 nacheinander an ein Antennenelement 1 angeschlossen sind.In Fig. 2 is an embodiment of the invention Antenna shown in which a number of short-circuited transmission lines 2 - as shown in Fig. 1 one after the other are connected to an antenna element 1.
Mit dieser Gestaltung wird die induktive Komponente jeder übertragungsleitung 2 in Serie zu der Impedanz des Antennenelements 1 addiert, das eine große kapazitive Komponente hat. Ferner wird der Strahlungsstrom den Übertragungsleitungen 2 aufgelagert.With this configuration, the inductive component of each transmission line 2 becomes in series with the impedance of the antenna element 1 added, which has a large capacitive component. Furthermore, the radiation current is fed to the transmission lines 2 superimposed.
In den Fig. 3 und 1J sind weitere Aus führungs formenIn Figs. 3 and 1 J are further imple mentation forms
der erfindungsgemäßen Antenne dargestellt. Die Ausführungsformthe antenna according to the invention shown. The embodiment
nach Fig. 3 besitzt eine Anzahl gefalteter Übertragungsleitungenof Figure 3 has a number of folded transmission lines
3, während die Aus führungs form nach Fig. 1I gekrümmte übertragungsleitungen 4 besitzt.3, while the embodiment of FIG. 1 I has curved transmission lines 4.
Die obigen Ausführungsformen sind zwar als Dipolantennen dargestellt; es ist jedoch zu bemerken, daß die Erfindung mit gleicher Wirkung ebenfalls bei monopolen Antennen gemäß Darstellung in Fig. 5 anwendbar ist.The above embodiments are indeed as dipole antennas shown; It should be noted, however, that the invention also has the same effect in the case of monopole antennas according to Representation in Fig. 5 is applicable.
Gemäß obigen Ausführungen ist das Antennenelement mit induktiven Komponenten mit geringen Verlusten belastet, und der Antennenwirkungsgrad ist nicht verschlechtert. Da der Strah-According to the above, the antenna element is loaded with inductive components with low losses, and the Antenna efficiency is not deteriorated. Since the beam
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lungsstrom den Belastungsübertragungsleitungen aufgelagert ist, ist die wirksame Länge der Antenne äquivalent vergrößert; der Strahlungswiderstand wird dadurch 8 bis 10 mal multipliziert. Es wird somit eine kleine Antenne geschaffen, mit der der Verlust infolge ihrer Fehlanpassung an den Empfänger im Resonanzzustand minimal gemacht ist.tion current is superimposed on the load transmission lines, the effective length of the antenna is increased equivalently; the Radiation resistance is multiplied 8 to 10 times. A small antenna is thus created to prevent the loss is minimized due to their mismatch to the receiver in the resonant state.
Mit der Erfindung wird ferner eine Breitbandcharakteristik erreicht, die gleich oder sogar besser als die einer Normalschraubenantenne mit entsprechender Länge ist.The invention also achieves a broadband characteristic that is equal to or even better than that of one Normal screw antenna with the appropriate length.
In dem Diagramm nach Fig. 6 sind die Impedanzkennwerte einer erfindungsgemäßen Antenne (A) von 60 cm Länge und die Impedanzkennwerte für eine Schraubenantenne (B) entsprechender Länge dargestellt.In the diagram of Fig. 6 are the impedance characteristics an antenna (A) according to the invention of 60 cm length and the characteristic impedance values for a screw antenna (B) corresponding Length shown.
Ferner kann der Antennenwirkungsgrad vergrößert werden, indem die Länge oder der Wellenwiderstand der Belastungsübertragungsleitungen entsprechend den jeweiligen Belastungsstellen geändert wird oder indem die Zwischenräume zwischen benachbarten Übertragungsleitungen geändert werden* Wie aus der im vorhergehenden angegebenen Formel (I) ersichtlich ist, kann die Impedanz Z nämlich geändert werden, indem der Wert des Wellenwiderstandes W- oder die Länge 1 der Leitung geändert wird. In der Ausführungsform nach Fig. 7 sind die Längen 1. bis Ic der jeweiligen übertragungsleitungen geändert, während die Zwischenräume w gleich sind. Die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform ist mit Übertragungsleitungen gleicher Länge 1 belastet, die jedochFurthermore, the antenna efficiency can be increased by increasing the length or the characteristic impedance of the load transmission lines is changed according to the respective load points or by changing the spaces between adjacent ones Transmission lines can be changed * As can be seen from the above formula (I), the Namely, impedance Z can be changed by changing the value of the characteristic impedance W- or the length 1 of the line. In the embodiment of FIG. 7, the lengths 1. to Ic are the respective transmission lines changed while the gaps w are the same. The embodiment shown in Fig. 8 is loaded with transmission lines of the same length 1, which however
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in unterschiedlichem Abstand W1 bis w,- stehen. Andererseits zeigt die Fig. 9 eine Ausführungsform, bei der die Wellenwiderr stände WQl bis WQ, der Belastungsübertragungsleitungen in Abhängigkeit von den Belastungsstellen längs der Antenne geändert sind. In den Fig. 7 bis 9 repräsentiert die Strecke 2h die Gesamtlänge der Antenne.are at different distances from W 1 to w, -. On the other hand, FIG. 9 shows an embodiment in which the wave resistances W Ql to W Q of the load transmission lines are changed depending on the load points along the antenna. In FIGS. 7 to 9, the distance 2h represents the total length of the antenna.
Für die erfindungsgemäße Antenne ist es wichtig, daß sie in einer solchen Form gebildet wird, die einen einfachen Aufbau, stabile Kennwerte und einfache Handhabung der Antenne gewährleistet. Im folgenden wird ein Beispiel einer solchen Antenne beschrieben.It is important for the antenna of the present invention to be formed in such a shape as to be simple Structure, stable characteristics and easy handling of the antenna are guaranteed. The following is an example of such a Antenna described.
Gemäß Darstellung in Fig. 10a, 10b und 10c ist ein aus einem dielektrischen Material gebildeter Trägerzylinder 11 mit einem Loch 15 versehen, das als Auslaß für Zuführungen dient, Auf einer elastischen Folie 12 aus einem isolierenden Material ist ein leitendes Material in dem Muster von Antennenelementen 13, die mit kurzgeschlossenen Übertragungsleitungen 14 belastet sind, durch bekannte Druckschalttechnik aufgebracht. Die elastische Folie 12, auf der das leitende Antennenmuster aufge-As shown in FIGS. 10a, 10b and 10c, there is a carrier cylinder 11 formed from a dielectric material provided with a hole 15, which serves as an outlet for feeds, on an elastic film 12 made of an insulating material is a conductive material in the pattern of antenna elements 13 loaded with short-circuited transmission lines 14 are applied by known pressure switching technology. The elastic film 12 on which the conductive antenna pattern is
bracht ist, ist innerhalb des Trägerzylinders 11 derart angeordnet, daß sie durch ihre eigene Elastizität gegen die Zylinderinnenwand gedrückt wird. Somit wird die Folie 12 sicher in dem Zylinder 11 gehalten, wie dies in Fig. 10c dargestellt ist. In der obigen Ausführungsform wurde zwar ein zylindrisches Rohr verwendet; es ist jedoch zu bemerken, daß die gleichen Wirkungen durch Verwendung eines Rohrs mit quadratischem Querschnittis brought is arranged within the carrier cylinder 11 in such a way that that it is pressed against the inner wall of the cylinder by its own elasticity. Thus, the film 12 is securely in held by the cylinder 11, as shown in Fig. 10c. In the above embodiment, a cylindrical tube was used used; however, it is to be noted that the same effects can be obtained by using a pipe having a square section
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erreicht werden.can be achieved.
Die erfindungsgemäße Antenne, die in der im vorhergehenden beschriebenen Weise hergestellt wurde, hat die folgenden Vorteile. Es können Antennen mit jedem komplizierten Muster mit sehr genauen Abmessungen und guter Gleichförmigkeit in Massenproduktion leicht hergestellt werden. Da das Antennenelement durch den dielektrischen Zylinder geschützt wird, wird es ferner nur wenig durch Wetter oder salzigen Wind beeinflußt und erleidet ebenfalls kaum mechanische Beschädigung. Somit kann eine lange Lebensdauer erwartet werden. Ferner hat die beschriebene Antennenanordnung einen sehr einfachen Aufbau, da die bedruckte Folie mit ihrer eigenen Elastizität sicher in dem Trägerzylinder gehalten wird und keine Befestigungseinrichtung erforderlich ist. Somit sind die Produktionskosten entsprechend niedrig.The antenna according to the invention, which is described in the preceding described manner has the following advantages. It can have antennas with any intricate pattern can be easily mass-produced with very precise dimensions and good uniformity. As the antenna element is protected by the dielectric cylinder, it is also little affected by weather or salty wind and also hardly suffers mechanical damage. Thus, a long life can be expected. Furthermore, the described Antenna arrangement has a very simple structure, since the printed film with its own elasticity is secure in the carrier cylinder and no fastening device is required. Thus the production costs are corresponding low.
In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne dargestellt. In der gezeigten Anordnung bildet die erfindungsgemäße Antenne 20 einen Teil einer Verbundantenne; der andere Teil ist eine Stabantenne 2k. Die Antenne 20 besitzt einen Träger 21, der beispielsweise eine quadratische Stange aus einem dielektrischen Material, wie Polystyrol, sein kann, ein Antennenelement 23, das eine Serie Leiterstreifen, beispielsweise aus Metallfolie, sein kann, die an den Träger 21 längs dessen einer Längskante befestigt sind, und Kompensierungselemente 22, die eine Anzahl von zwei parallelliegenden Leitungen eines Leiters sind, der an dem Träger 21 befestigtIn Fig. 11 a further embodiment of the antenna according to the invention is shown. In the arrangement shown, the antenna 20 according to the invention forms part of a composite antenna; the other part is a rod antenna 2k . The antenna 20 has a carrier 21, which can for example be a square rod made of a dielectric material such as polystyrene, an antenna element 23 which can be a series of conductor strips, for example made of metal foil, which are attached to the carrier 21 along one of its longitudinal edges and compensation elements 22, which are a number of two parallel lines of a conductor attached to the carrier 21
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ist, wobei ein Ende der beiden Leitungen mit dem Antennenelement verbunden ist und das andere Ende kurzgeschlossen ist. Der Träger 21 ist im mittleren Abschnitt des Quadratquerschnitts mit einem Loch längs seiner Längsachse versehen. Dieses Loch dient zum Stützen der Stabantenne 2^1, die auf einem Frequenzband arbeitet, dae von dem Frequenzband für die erste Antenne 20 verschieden ist. Da beide Antennen über einen gemeinsamen Einspeisungspunkt betrieben werden können, wird eine Verbundantenne mit geringen Abmessungen erhalten, die als Einzelantenne in Erscheinung tritt. Ferner trägt die zweite oder Stabantenne 2H zur Vergrößerung der mechanischen Festigkeit der Verbundantenne bei.one end of the two lines is connected to the antenna element and the other end is short-circuited. The carrier 21 is provided with a hole along its longitudinal axis in the central portion of the square cross-section. This hole is used to support the rod antenna 2 ^ 1, which operates on a frequency band because the frequency band for the first antenna 20 is different. Since both antennas can be operated via a common feed point, a composite antenna with small dimensions is obtained, which appears as a single antenna. Furthermore, the second or rod antenna 2H contributes to increasing the mechanical strength of the composite antenna.
Mit der Erfindung wird somit eine Antenneneinrichtung geschaffen, die ein lineares Element aus einem Leiter mit einer Länge aufweist, die ausreichend kürzer als eine halbe Wellenlänge ist, und eine Anzahl paralleler Doppeldrahtübertragungsleitungen für verteilte Konstanten, die an ihrem freien Ende kurzgeschlossen sind, wobei die Übertragungsleitungen nacheinander längs des linearen Leiterelements angeordnet und mit diesem Element verbunden sind, wodurch die Kompensation der Impedanzkennwerte der Antenne erreicht wird, ohne den Antennenwirkungsgrad zu verschlechtern.With the invention, an antenna device is thus created which comprises a linear element of a conductor with a Length sufficiently shorter than half a wavelength and a number of parallel twisted pair transmission lines for distributed constants that are short-circuited at their free end, with the transmission lines one after the other arranged along the linear conductor element and connected to this element, thereby compensating for the impedance characteristics of the antenna is achieved without deteriorating the antenna efficiency.
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