DE2262511B2 - Combined VHF-UHF antenna - Google Patents
Combined VHF-UHF antennaInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine VHF-UHF-Antenne, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist.The invention relates to a VHF-UHF antenna as it is assumed in the preamble of claim 1.
Eine derartige Antenne ist in der US-PS 26 57 312 beschrieben. Sie besteht dort aus einem kleineren und einem größeren kreisförmigen Rahmen, wobei der kleinere innerhalb des größeren und um 90° gegen diesen verdreht angeordnet ist. Beide Rahmen sind unten offen und in einem Sockel montiert. Während an die beiden unteren Enden des größeren Rahmens die beiden Leiter einer Antennenleitung angeschlossen sind, ist der kleinere Rahmen an seinen offene!1, unteren Enden kapazitiv überbrückt, und nur ein Ende ist über eine weitere Kapazität mit einem der Anschlüsse des äußeren Rahmens verbunden. Der äußere Rahmen ist an seiner oberen Seite durch ein Isolierstück unterbrochen, und von seinen beiden Hälften ragen geradlinige Drahtslücke fort. Diese bekannte Antenne soll sich zum Empfang sowohl im unteren als auch im oberen Fernsehfrequenzband eignen und keine ausgeprägte Richtwirkung haben, sondern aus alien Richtungen s möglichst gleich gut empfangen, so daß man sie beim Senüerwechseln nicht verdrehen muß.Such an antenna is described in US Pat. No. 2,657,312. There it consists of a smaller and a larger circular frame, the smaller one being arranged inside the larger one and rotated by 90 ° relative to it. Both frames are open at the bottom and mounted in a base. While the two conductors of an antenna line are connected to the two lower ends of the larger frame, the smaller frame is open! 1 , the lower ends are capacitively bridged, and only one end is connected to one of the connections of the outer frame via a further capacitance. The outer frame is interrupted on its upper side by an insulating piece, and straight gaps of wire protrude from its two halves. This known antenna should be suitable for reception both in the lower and in the upper television frequency band and should not have a pronounced directional effect, but should receive as well as possible from all directions, so that it does not have to be twisted when changing the sensor.
Weiterhin ist aus der US-PS 35 21 284 eine VHF-Antenne bekannt, die eine ausgeprägte Richtwirkung dadurch erhalten soll, daß sie außer einem bis auf einen Speisespalt geschlossenen kreisförmigen Rahmen einen Λ/2-Dipol in Form zweier fluchtender Drahtstücke hat, deren Enden über den Durchmesser des Rahmens hinausragen. Der Speisespalt dieses Dipols ist über einen Leitungskoppler mit dem Speisespalt des Rahmens zusammengeschaltet, und der Ausgang dieses Kopplers ist über eine Leitung mit dem Antenneneingang eines Fernsehempfängers verbunden.Furthermore, from US-PS 35 21 284 a VHF antenna is known which has a pronounced directional effect should be obtained by the fact that they have a circular frame that is closed except for a feed gap Has Λ / 2 dipole in the form of two aligned pieces of wire, the ends of which are about the diameter of the frame protrude. The feed gap of this dipole is connected to the feed gap of the via a line coupler Frame interconnected, and the output of this coupler is via a line with the antenna input connected to a television receiver.
Schließlich ist aus der DE-OS 19 07 918 eine Fernsehantenne mit einem aus zwei Hälften bestehenden
kreisförmigen Rahmen bekannt, wobei die dem Speisespait gegenüberliegenden Enden der Rahmenhälfte
über einen Widerstand miteinander verbunden sind.
Es besteht ein starkes Bedürfnis nach einer wirklich billigen, räumlich sehr kleinen und mechanisch stabilen
Antenne für den leistungsfähigen Empfang über das gesamte VHF- und UHF-Fernsehfrequer.zband. Eine
solche Antenne soll außerdem eine genügende Richtwirkung haben, um in Gebieten mit hohen Empfangsfeldstärken
Mehrwegempfang zu vermeiden. Billige herkömmliche Innenantennen haben jedoch keine
ausreichende Richtwirkung, um auf anderen Wegen eintreffende Signale, z. B. reflektierte Signale, zu
unterdrücken, was häufig zu »Geisterbildern« im Fernseher führt. Herkömmliche Außenantennen haben
zwar eine bessere Richtwirkung als Innenantennen, sind jedoch groß, sperrig und teurer.Finally, from DE-OS 19 07 918, a television antenna with a circular frame consisting of two halves is known, the ends of the frame half opposite the feed pipe being connected to one another via a resistor.
There is a strong need for a really cheap, spatially very small and mechanically stable antenna for efficient reception over the entire VHF and UHF television frequency band. Such an antenna should also have a sufficient directional effect to avoid multipath reception in areas with high reception field strengths. Inexpensive conventional indoor antennas, however, do not have sufficient directivity to detect signals arriving in other ways, e.g. B. reflected signals to suppress, which often leads to "ghost images" on the television. Conventional outdoor antennas have better directivity than indoor antennas, but they are large, bulky and more expensive.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine räumlich kleine, mechanisch stabile und preiswerte Antenne für den gesamten VHF-- und UHF-Fernsehbereich zu schaffen, die sich zudem durch gute Richtwirkung auszeichnet. Spezielle Ausgestaltungsinerkmale dieser Antenne sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The invention specified in claim 1 is based on the object of a spatially small, mechanically To create stable and inexpensive antenna for the entire VHF and UHF television range, which also characterized by good directivity. Special design features this antenna are characterized in the subclaims.
Ί5 Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigtΊ5 The invention is explained below with reference to the drawing explained in detail. It shows
F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Mehrbereichs-Fernsehantenne,F i g. 1 is a perspective view of a multi-range television antenna according to the invention;
F i g. 2 eine typische horizontale Antennencharakteri-F i g. 2 a typical horizontal antenna character
5(1 stik für die VHF-Antenne,5 (1 stik for the VHF antenna,
F i g. 3 eine typische horizontale Antennencharakteristik für den UHF-Flächendipol mit Reflektoren und Direktoren innerhalb der VHF-Antenne ohne Schlitze in deren Rahmen,F i g. 3 a typical horizontal antenna characteristic for the UHF surface dipole with reflectors and Directors inside the VHF antenna with no slots in its frame,
F i g. 4 eine der F i g. 3 entsprechende Antennencharakteristik, jedoch mit Schlitzen im Rahmen undF i g. 4 one of the F i g. 3 corresponding antenna characteristics, but with slots in the frame and
Fig. 5 das Schaltschema eines UHF/VHF-Koppelgliedes. 5 shows the circuit diagram of a UHF / VHF coupling element.
Der in Fig. I gezeigte Rahmen der VHF-Antenne 10The frame of the VHF antenna 10 shown in FIG
bo besteht aus zwei halbkreisförmigen Metallbändern 11 und 13. Statt einer Kreisform kann der Rahmen auch eine andere, beispielsweise eine quadratische oder rechteckige, Form haben. Die VHF-Antenne 10 hat einen Speisespalt mit beiderseitigen Anschlüssen 15 und 17, der hier eine Breite von 1,3 cm haben kann. Die Anschlüsse 15 und 17 sind mit den Klemmen 19 und 21 eine als UHF/VHF-Koppelglied 20 ausgebildeten Weiche verbunden. Auf der dem Speisespalt gegenüber-bo consists of two semicircular metal strips 11 and 13. Instead of a circular shape, the frame can also have another shape, for example a square or rectangular shape. The VHF antenna 10 has a feed gap with connections 15 and 17 on both sides, which here can have a width of 1.3 cm. the Connections 15 and 17 are designed as a UHF / VHF coupling link 20 with terminals 19 and 21 Switch connected. On the opposite of the dining gap
liegenden Seite des Rahmens befindet sich zwischen den Metallbändern 11 und 13 ein Abschlußspalt mit Anschlüssen 23 und 25, an die ein vorwiegend ohmsches Impedanzelement 27 angeschlossen ist, welches den Abschlußspalt überbrückt. Der Durchmesser des Rahmens an Stellen in der Mitte zwischen den beiden Spalten ist kleiner als die halbe Betriebswellenlänge. Beispielsweise kann für den Betrieb im VHF-Fernsehbereich der Durchmesser 45,7 cm bei einer Länge der beiden Metallbänder 11 und 13 von je 71,1 cm betragen. Die Breite :vder Metallbändet 11 und 13 kann je 5,1 cm betragen und sie sind bei den Enden der Anschlüsse 15, 23,17 und 25 keilförmig verjüngt Diese Keilverjüngung beginnt im vorliegenden Fall ungefähr 10,2 cm vom betreffenden Enüe und dient zur Verringerung der Kapazität in der Nähe der Anschlüsse. Der positive Widerstand des Impedanzelements 27 kann 395 Ohm betragen.lying side of the frame is between the metal strips 11 and 13 with an end gap Connections 23 and 25, to which a predominantly ohmic impedance element 27 is connected, which the Closing gap bridged. The diameter of the frame at points midway between the two Column is less than half the operating wavelength. For example, for operation in the VHF television range the diameter of 45.7 cm with a length of the two metal strips 11 and 13 of 71.1 cm each. The width: the metal straps 11 and 13 can each be 5.1 cm amount and they are tapered in a wedge shape at the ends of the connections 15, 23, 17 and 25 This wedge taper begins in the present case about 10.2 cm from the relevant enüe and serves to reduce the Capacity close to the connectors. The positive resistance of the impedance element 27 can be 395 ohms be.
Die Antennendiagramme für das niedrige und das hohe VHF-Fernsehfrequenzband haben die Form einer Kardioide (Nierencharakteristik), wie in Fi g. 2 gezeigt:The antenna diagrams for the VHF low and high television frequency bands are in the form of a Cardioid (cardioid characteristic), as shown in Fi g. 2 shown:
Innerhalb des Rahmens der VHF-Antenne 10 befindet sich ein UHF-Flächendipol 30. Er besteht aus zwei dreieckförmigen Fiachblechstücken 31 und 33 mit einem Speisespalt zwischen beiderseitigen Anschlüssen 2; 35 und 36. Die beiden Metallblechstücke haben jeweils die Form eines gleichschenkligen Dreiecks, dessen spitzere Winkel Speiseanschlüsse des Dipols 30 bilden. Die Länge und die Form des Flächendipols sind so gewählt, daß sich sein Frequenzbereich über das so gesamte UHF-Fernsehfrequenzband erstreckt. Zu diesem Zweck kann der Flächendipol 30 eine Länge von 36,8 cm vom Ende 37 bis zum anderen Ende 39 haben. Die Breite der Dipolhälften 31 und 33 an den beiden Enden 37 und 39 kann 8,9 cm betragen. Der Spalt r> zwischen den Anschlüssen 35 und 36 kann 0,95 cm breit sein. Die Anschlüsse 35 und 36 sind mit Eingangsklemmen 41 und 43 des UHF/VHF-Koppelgliedes 20 verbunden.A UHF flat dipole 30 is located within the frame of the VHF antenna 10. It consists of two triangular flat sheet metal pieces 31 and 33 with a feed gap between connections 2 on both sides; 35 and 36. The two sheet metal pieces each have the shape of an isosceles triangle, the more acute angles of which form the feed connections of the dipole 30. The length and shape of the surface dipole are selected so that its frequency range extends over the entire UHF television frequency band. For this purpose, the surface dipole 30 can have a length of 36.8 cm from the end 37 to the other end 39. The width of the dipole halves 31 and 33 at the two ends 37 and 39 can be 8.9 cm. The gap r> between the connections 35 and 36 can be 0.95 cm wide. The connections 35 and 36 are connected to input terminals 41 and 43 of the UHF / VHF coupling element 20.
Hinter dem Flächendipol 30 befindet sich ein ad Reflektor 45 in der gleichen Ebene wie die Metallblechstücke 31 und 33 des Dipols in einem Abstand von ungefähr 7 cm von den Anschlüssen 35 und 36; er ist im vorliegenden Fall 36,8 cm lang und kann ein Flachmetallstreifen mit einer Breite von 1,3 cm sein. Der 4r> Reflektor 45 erhöht die Richtwirkung der UHF-Antenne, indem aus der Richtung der Speiseanschlüsse 15 und 17 kommende Signale besser empfangen werJen.Behind the surface dipole 30 there is an ad reflector 45 in the same plane as the sheet metal pieces 31 and 33 of the dipole at a distance of approximately 7 cm from the connections 35 and 36; in the present case it is 36.8 cm long and can be a flat metal strip with a width of 1.3 cm. The 4 r > reflector 45 increases the directivity of the UHF antenna in that signals coming from the direction of the feed connections 15 and 17 can be better received.
Zwischen dem Flächendipol 30 und den Speiseanschlüssen 15 und 17 befinden sich drei Direktorelemente >o 47, 49 und 51. Das Direktorelement 47 besteht aus zwei Metallstreifen 47 A und 47ß mit je z. B. einer Länge von 15,2 cm und einer Breite von 1,3 cm. Die Metallstreifen 47 A und 47ßsind kolinear und liegen in einer Ebene mit dem Flächendipol 30. Im vorliegenden Fall ist zwischen ·-,-■ den benachbarten Enden der Metallstreifen 47/4 und 47 ß ein Abstand von 6,4 cm vorgesehen. Das Direktorelement 47 befindet sich im vorliegenden Pail 7 cm vor den Speiseanschlüssen 35, 36 des Flächendipols 30. Das Direktorelement 49 besteht ebenfalls aus zwei kolinea- wi ren Metallstreifen 49A und 49ß, die vor dem Direktorelement 47 und in einer Ebene mit diesem sowie mit dem Flächendipol 30 angeordnet sind und je eine Breite von 1,3 cm, eine Länge von 15,2 cm und an ihren benachbarten Enden einen Abstand von 1,3 cm haben. Ihr Abstand von den Direktorelement 47 beträgt 6,4 cm. Das Direktorelement 51 besteht in gleicher Weise aus zwei 1.3 cm breiten Metallstreifen 51/t und 51 ß, die kolinear miteinander und vor dem Direktorelement 49 sowie in einer Ebene mit diesem, dem Direktorelement 47 und dem Flächendipol 30, angeordnet sind. Die Metallstreifen 51/4 und 51 ß haben eine Länge von je 15,2 cm und s:nd 6,4 cm vor dem Direktorelement 49 mit einem gegenseitigen Abstand von 1,3 cm angeordnet Durch die Direktorelemente 47, 49 und 51 erhält die UHF-Antenne gegenüber einer Antenne mit nur einem Flächendipol eine bessere Richtwirkung mit einem erhöhten Antennengewinn für Signale, die aus der Richtung der Speiseanschlüsse 15 und 17 kommen.Between the surface dipole 30 and the feed connections 15 and 17 there are three director elements> o 47, 49 and 51. The director element 47 consists of two metal strips 47 A and 47 3, each with z. B. a length of 15.2 cm and a width of 1.3 cm. The metal strips 47 A and 47 3 are colinear and lie in one plane with the surface dipole 30. In the present case, a distance of 6.4 cm is provided between the adjacent ends of the metal strips 47/4 and 47 3. The director element 47 is in the present Pail 7 cm in front of the feed connections 35, 36 of the surface dipole 30. The director element 49 also consists of two kolinea- wi ren metal strips 49A and 49ß, which are in front of the director element 47 and in a plane with this and with the Surface dipole 30 are arranged and each have a width of 1.3 cm, a length of 15.2 cm and a distance of 1.3 cm at their adjacent ends. Their distance from the director element 47 is 6.4 cm. The director element 51 consists in the same way of two 1.3 cm wide metal strips 51 / t and 51 ß, which are arranged colinearly with one another and in front of the director element 49 as well as in a plane with this, the director element 47 and the surface dipole 30. The metal strips 51/4 and 51 ß each have a length of 15.2 cm and s : nd 6.4 cm in front of the director element 49 with a mutual spacing of 1.3 cm. The UHF receives through the director elements 47, 49 and 51 -Antenna has a better directional effect compared to an antenna with only one surface dipole with an increased antenna gain for signals coming from the direction of the feed connections 15 and 17.
Eine zusätzliche Verbesserung der Richtwirkung der UHF-Antenne wird durch die L-förmigen Schlitze 53,55 im Metallband 11 und die L-förmigen Schlitze 57 und 59 im Metallband 13 erzielt. Fig. 3 zeigt ein Antennendiagramm für eine im UHF-Band liegende Frequenz von 600MHz in der Horizontalebene für eine VHF/UHF-Antenne der oben beschriebenen Art ohne die Schlitze. F i g. 4 zeigt ein entsprechendes Diagramm für dieselbe Antenne und dieselbe Frequenz von 600MHz mit den Schlitzen im gleichen UHF-Band. Man beachte die Verkleinerung der kräftigen Seitenzipfel bei 90° gegenüber der Hauptkeule des Diagramms.An additional improvement in the directivity of the UHF antenna is provided by the L-shaped slots 53,55 in the metal band 11 and the L-shaped slots 57 and 59 achieved in the metal band 13. 3 shows an antenna diagram for a frequency in the UHF band of 600MHz in the horizontal plane for a VHF / UHF antenna of the type described above without the slots. F i g. 4 shows a corresponding diagram for the same Antenna and the same frequency of 600MHz with the Slots in the same UHF band. Note the reduction in size of the strong side lobes at 90 ° opposite the main lobe of the diagram.
Die Schlitze 53 und 55 schneiden die beiden Ränder 61 und 63 des Metallbandes 11 in einer Entfernung von ungefähr 15,2 cm vom Anschluß 17 und laufen ungefähr 1,3 cm aufeinander zu und dann ungefähr 7 cm parallel zueinander; ihre Breite beträgt je 0,6 cm. Ebenso schneiden die Schlitze 57 und 59 die beiden Ränder 65 und 67 des Metallbandes 13 in einer Entfernung von ungefähr 15,2 cm vom Anschluß 15 und laufen ungefähr 1,3 cm aufeinander zu und dann ungefähr 7 cm parallel zueinander. Sie haben eine Breite von 0,6 cm. Da der Abstand zwischen dem Schlitzpaar 53 und 55 und dem Schlitzpaar 57 und 59 im vorliegenden Fall 15,2 cm + 15,2 cm plus der Spaltbreite von 1,3 cm zwischen den Anschlüssen 15 und 17 beträgt, ist die Gesamtlänge mehr als 30,5 cm oder mindestens eine halbe Wellenlänge bei einer Frequenz im UHF-Fernsehfrequenzband. The slots 53 and 55 cut the two edges 61 and 63 of the metal strip 11 at a distance of about 15.2 cm from port 17 and converge about 1.3 cm and then about 7 cm parallel to each other; their width is 0.6 cm each. The slots 57 and 59 also intersect the two edges 65 and 67 of the metal band 13 at a distance of about 6 inches from the connector 15 and run approximately 1.3 cm towards each other and then approximately 7 cm parallel to each other. They are 0.6 cm wide. Since the Distance between the pair of slots 53 and 55 and the pair of slots 57 and 59 in the present case 15.2 cm + 15.2 cm plus the 1.3 cm gap width between ports 15 and 17 is the Total length more than 30.5 cm or at least half a wavelength at a frequency in the UHF television frequency band.
Das Koppelglied 20 (Fig. 5) kann durch einen Hochpaß und einen Tiefpaß gebildet sein. Zwischen die zum Fernsehgerät führenden Ausgangsleitungsanschlüsse 71 und 73 und die Zuleitungsanschlüsse 41 und 43 für die UHF-Antenne 30 ist ein Hochpaßfilter geschaltet, das den VHF-Signalen einen hohen Blindwiderstand bietet und die UHF-Signale durchläßt. Dagegen bietet das Tiefpaßfilter den UHF-Signalen einen hohen Blindwiderstand und läßt Signale im niedrigen und im hohen VHF-Fernsehfrequenzband passieren.The coupling element 20 (FIG. 5) can be formed by a high-pass filter and a low-pass filter. Between the leading to the television set output line connections 71 and 73 and the supply line connections 41 and 43 for the UHF antenna 30, a high-pass filter is connected, which gives the VHF signals a high reactance offers and lets the UHF signals through. In contrast, the low-pass filter offers the UHF signals has a high reactance and leaves signals in the low and high VHF television frequency band happen.
Ein zusätzlicher Antennengewinn im UHF-Band kann ohne Vergrößern der Abmessungen des Rahmens 10 dadurch erhalten werden, daß man die flachen Metallblechstücke 31 und 33 länger macht (z. B. um je ungefähr 2,5 cm) und die Metallblechstücke 31 und 33 im rechten Winkel abbiegt, wie durch die gestrichelten Linien 75 und 76 in Fig. 1 angedeutet. Dadurch wird eine gewisse zusätzliche Kapazität in den VHF-Antennenrahmen eingeführt. Dieser Kapazitätseffekt kann durch das Hochpaßfilter zwischen dem Anschiußpaar 41 und 43 und dem Anschlußpaar 71 und 73 beseitigt werden.An additional antenna gain in the UHF band can be achieved without increasing the dimensions of the frame 10 can be obtained by making the flat sheet metal pieces 31 and 33 longer (e.g. by about 2.5 cm) and the sheet metal pieces 31 and 33 bends at right angles, as indicated by the dashed lines Lines 75 and 76 indicated in FIG. This adds some extra capacity to the VHF antenna frame introduced. This capacitance effect can be achieved by the high-pass filter between the connection pair 41 and 43 and the pair of terminals 71 and 73 are eliminated.
Bei der oben beschriebenen Anordnung befindet sich der UHF-Flächendipol 30 mit den dazugehörigen UHF-Richtelementen innerhalb des Rahmens der VHF-Antenne 10 in einer Ebene mit diesem. Man kannIn the arrangement described above, the UHF surface dipole 30 is located with the associated ones UHF directional elements within the frame of the VHF antenna 10 in a plane with this. One can
jedoch auch die UHF-Antenne 30 mit dem dazugehörigen Richtelementen innerhalb des Rahmens etwas
oberhalb oder unterhalb der Ebene des Rahmens anordnen, solange der Abstand über oder unter der
Ebene des Antennenrahmens kleiner als eine halbe Wellenlänge im UHF-Band zwischen der Speisungsebene
der VHF-Antenne und der Speiseebene der UHF-Flächendipols ist.
Bei der hier beschriebenen Antenne kann d;e Abstandseinslellung und die Halterung für die
elemente mit Hilfe eines Tragelementes aus dielektrischem Schaumsioff oder niedrig dieleki
Kunststoff erfolgen, an dem die Metalle befestigt sind. Der Abstand zwischen den Metal
47/4 und 47ß ist so groß, daß ein Anten (angedeutet durch die gestrichelte Linie 81) daz\
paßt, der an dem Tragelement befestigt wird.however, also arrange the UHF antenna 30 with the associated directional elements within the frame slightly above or below the plane of the frame, as long as the distance above or below the plane of the antenna frame is less than half a wavelength in the UHF band between the feed plane of the VHF antenna and the feeding level is the UHF surface dipole.
With the antenna described here, d ; e spacing adjustment and the holder for the elements take place with the help of a support element made of dielectric foam or low-dielectric plastic, to which the metals are attached. The distance between the metal 47/4 and 473 is so great that an antenna (indicated by the dashed line 81) fits there and is attached to the support element.
Hierzu ?. Blatt ZeichnungenFor this ?. Sheet drawings
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