DE2262522A1

DE2262522A1 - Funkverkehrsantenne geringer abmessungen

Info

Publication number: DE2262522A1
Application number: DE2262522A
Authority: DE
Inventors: Jean Bourdier
Original assignee: LANNIONNAIS ELECTRONIQUE
Current assignee: LANNIONNAIS ELECTRONIQUE
Priority date: 1971-12-22
Filing date: 1972-12-20
Publication date: 1973-06-28
Also published as: DE2262522C2; FR2164492A1; NL173001B; GB1348620A; IT972583B; FR2164492B1; BE792553A; CH563670A5; NL7217611A; US3808600A; NL173001C

Description

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js/u/σ *" ^ll

20. DHZ. 1972

PATENTANWÄLTE

DR. MOLLER-BOnS · ΠΓΪ. ϊ'ίΑίϋΤΖ · DP,. DEUFSL DlPL-IMG. FINSTERVVALÜ · DiPL-:.'¹.^. GriÄMK 8 MÖNCHEN £2, ROEIRT-KOCH-STn. 1 TELEFON 225110

SOCIETE LMEIONNAISE D'ELECTEONIQUi. SI₁CITEL Eoute de Perros-Guirec, 22300 LMNION (Prankreich)

FUNKVEEKEHESMTEKNE GEEINGEE ABMESSUNGEN

Die Erfindung betrifft eine Sende- -und Empfangsantenne für Meter- und Dezimeterwellen, insbesondere eine Antenne geringer Abmessungen, robusten Aufbaus mit automatischer Abstimmung der Eingangsimpedanz. Sie wird hauntsächlich für die Funkausrüstung beweglicher Körper wie Flugzeuge und Kraftfahrzeuge verwendet.

Antennen für bewegliche Körper müssen vor allem eine möglichst geringe Höhe haben. Bei einem Flugzeug verursacht eine zu lange Antenne einen erhöhten Widerstand, und bei Kraftfahrzeugen muss eine zu lange Antenne vor der Einfahrt in eine moderne ^T7aschstation abmontiert werden.

So sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, um die als übermässig angesehene Höhe einer Peitschenantenne, die zwischen 0,25Λ itnd 0,5Λ liegt (λ = v7ellenlänge) zu verringern

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Beispielsweise wurde eine wendeiförmige Antenne vorgeschlagen, die jedoch eine sehr hohe Selektivität aufweist und aus diesem Grunde kaum industrielle Anwendung findet.

Ein Monopol mit Belastung am Antennenende dagegen weist am Speisepunkt eine so geringe Impedanz auf, dass ein Speisetransformator mit einem hohen übersetzungsverhältnis verwendet werden muss, was sehr kostspielig ist.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anterne, die über einer leitenden Grundfläche angeordnet und dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen ersten senkrechten Antennenzweig, dessen unteres Ende über eine leitende Dichtung mit der Grundfläche verbunden ist, und einen zweiten senkrechten Antennenleiter gleicher Länge wie der erste Antennenzweig aufweist, der an eine Isolierdurchführung durch die Grundfläche angeschlossen ist, und dass ein erster waagerechter Leiter einer ebenen Metall platte,beispielsweise aus Kupfer, über dor Oberfläche einer elektrisch leitenden Scheibe, z.B. aus Kupfer, die ein Gegengewicht bildet, in einer geringen H"öhe in bezug zur Länge der empfangenen bzw. ausgesandten Wellen angeordnet ist, und mit dem ersten Antennenzweig durch ein erstes Loch in der Scheibe verbunden ist, während ein zweiter waagerechter Leiter, der dem ersten Leiter entspricht, parallel zu diesem verläuft, die gleiche Länge aufweist und durch ein zweites Loch in der Scheibe mit dem Antennenzv/eig verbunden ist, und dass beide Leiter gebogene Enden aufweisen, die mit der Scheibe galvanisch verbunden sind.

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Vorzugsweise sind die geometrischen Abmessungen derart gewählt, dass die Impedanz im Verhältnis zum Speisepunkt gleich derjenigen einer koaxialen Verbindungsleitung ist, insbesondere, dass bei einer Impedanz von 50 Ohm die Höhe der senkrechten Antennenzweige etwa gleich ^/12 ist.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Antenne wird an Hand der Zeichnung besehrieben.

Pig. 1a, 1b und 1c zeigen verschiedene Ansichten einer erfindimgsgemässen Antenne? Fig. 1a zeigt sie in Perspektive, Fig. 1b von vorne und Fig. 1c von der Seite aus.

Fig. 2 ist ein elektrischem Ersatzschaltbild.

Fig. 3a, 3b vjid 3c zeigen eine andere Ausführungsart der erfindungsgemässen Antenne.

Fig. 4a und 4b zeigen den Aufbau einer erfindungsgemässen Antenne in einem Radom.

In Fig. 1 sieht man zwei Antennenzweige 1 und 2, die senkrecht zu einer leitenden Grundfläche 3 angeordnet sind. Der Antennenzweig 1 ist bei 5 an die Grundfläche gesehweist und der Antennenzweig 2 ist über eine Muffe 4, die unter der Fbene 3 liegt, mit einer Koaxialleitung 4¹ λ^Λυηαεη. Eine leitende Platte 6, beispielsweise eine Metallplatte, die in einer bestimmten Höhe über der Bodenebene 3 von in der Fig. nicht gezeigten Isolierträgern gehalten wird"und ein Gegengewicht bildet, wird von den Antennenzweigen 1 bzw. 2 durchsetzt, die durch

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Bad

Löcher 7 und 8 hindurchgeführt sind.

über der Metallplatte 6 ist der senkrechte Antennenzweig 1 bei P in einen waagerechten Leiter ^ übergeführt, ⁿ.nd desgl. ist der senkrechte Antennenzweig 2 bei Q in einen parallel zum /intennenleiter C verlaufenden waagerechten Leiter 10 der gleichen Länge "bergeführt. Der waagerechte Leiter ° endet in einen kurzen senkrechten Leiter 11, dessen Ende 13 an die Platte 6 geschweisst ist. Der waagerechte Leiter 10 endet ebenfalls in einen kurzen senkrechten Leiter 12, dessen Ende 14 an die Scheibe 6 geschweisst ist, die somit über der Bodenebone 3 gehalten wird.

Die Leiter ° und 10 bilden mit der Scheibe 6 zwei Leitungen mit einem -'eilenwiderstand Z , wobei die Impedanz bei Γ (Zp) und Q (Z₀) gleich ist.

Die Höhe der Platte 6 über der Ebene 3 ist mit h bezeichnet; die Länge des waagerechten Leiters 10 ist mit 1, die Höhe des waagerechten Leiters 10 über der Platte mit u bezeichnet, und der Durchmesser des Lochs 8 hat den V/ert 0.

Die /ir.tennenzweige haben eine Stabstärke d und einen gegenseitigen Abstand m; der Durchmesner der Metallplatte G ist mit D bezeichnet. Die drei Primär-Parametor sind h, D, u und 1, die Sekundär-Parameter d, m und 0.

Die optimalen Werte der Parameter sind in der nachfolgenden Tabelle links angegeben. Für eine Wellenlänge 4 - 67 cm (Frequenz f = 4'30 ITHz) v/erden die rechts angegebenen üertc erzielt.

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BADORiGtNAL

■h. - _A /12 . h ~ 56 Jnm

D = h D - 56 mm

u = 4/100 u = 6 mm

1 s _Λ/14. 1 = 46,5 mm

d - λ/300 a = 2,23mm

m = X/50 . m - 13,4 mm

0 - λ/100 0 = 6,7 mm

Im Ersatzschaltbild nach Fig» 2 gehen von einem Punkt B, der den Kurzschluss zwischen den waagerechten Leitern ?■ und darstellt, eine Induktivität L des Leiters ?, eine Induktivität L₁^ des Leiters 10 und ein Kondensator 0 aus, der die Kapazität der Platte 6 und der Antennenzweige 1 und 2 in bezug auf die Bodenflache darstellen,

Mit 11 ist die Induktivität des Zweigs 1 und mit R1 sei η Strahlujigs- und Verlustwiderstand bezeichnet; L2 bezeichnet die Induktivität des Zweigs 2 und R2 seinen Strahlungsund Verlustwiderstand, A ist der Speisepunkt.

Es sei L1 ■>,- L s L2 + L_Q - L

R1 == R2 =5 R«

Die genaue. Berechnung der Impedanz am Punkt A₇ d.h. Ζ,,? die hier nicht vorgenommen wird, zeigt, dass durch Aufhebung der Blindkomponenten in Z« zwei Resonanzfrequenzen i*j«_f O ο erhalten werden, deren Gleichung im Quadrat folgende ist ι

,2

R „ λ ·» \2 1

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2 \7enn II^{2 ll 2} C² < < (1 - L C «J ²) ist, liegt eine dritte

Resonanzfrequenz, n'ämlich j,, vor, die die wirkliche Atostimmfrequenz der Antenne ist, gegeben durch (w^) =

Bei der Abstimmfrequenzu)^ zeigt die Berechnung, dass die Impedanz am Bodenpunkt der Antenne Z. den Wert Z* = 5R hat.

Bei einer Länge der Antennenzweige 1 und 2 von A/12 beträgt der Widerstand R=10 Ohm. Somit ist Z. » 50 Ohm» was ein sehr gunstiger V/ert ist, &o dass ein unmittelbarer Anschluss an eine koaxiale Speiseleitung mit dem Kennwert Z« gleich 50 Ohm möglich ist.

Die Erfahrung zeigt, dass bei diesen Bedingungen bei einem Kurzschliessen zweier in gleicher Entfernung auf die leiter ? und 10 liegender Punkte die Impedanz Z. nicht geändert wird. Dies bestätigt, dass die Str'dme in den Zweigen 1 und 2 gleich gross sind und in der gleichen Richtung fliesaen.

Die Länge 1 ist durch folgende Formel gegeben: 1 β χ? arc tgw^, worin Zo vorteilhafterweise einen

':Jert von 150 Olim aufweist und Z mit den übrigen angegebenen Werten 70 Ohm beträgt.

Daraus ergibt sich 1 « 46,5 mm.

Die ITdhe u der Leiter 9 und 10 über der Platte δ ist durch die Formel:

Zo = 150Γ.= 138 log^g- gegeben.

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Der theoretische Isotrop-G-ewinn der Antenne beträgt etwa. 5 dB ο Bei einem Stehwellenverhältnis von weniger als 2 beträgt die Bandbreite ungefähr 7fi.

Fig. 3a, 3b und 3c zeigen eine bevorzugte Aiisführungsform der erfindungsgemässen Antenne, bei der der obere Teilgemäss Fig. Ί, d.h. die Platte 6 und die Leiter f luid 10, durch Metallschiciiten auf den beiden .Seiten eines Xsolierträgers, beispielsweise aus Epoxydglas, ersetzt sind. Fig. 3a zeigt eine "Vorderansicht, Fig„ 3b eine Draufsicht der Oberfläche der .Platte, deren Unterseite 23 durchgehend verkupfert ist?"Fig. 3c zeigt eine Einzelheit im Querschnitt im vergrösserten Hasstab.

Die Isolierplatte ist mit 21 bezeichnet und die oberen Leiter mit 1? bzw. 20, die Kurzschlüsse zwischen den Leitern 1? und 20 und die Unterseite der Platte mit 22 und 22'. Der Kontakt zwischen den Zweigen 1 .bzw. 2 und dem Leiter 19 bzw, 20 erfolgt durch eine Verbindung 24.

In Fig. 4a ist die gesamte erfindungsgemässe Antenne unter einem Radom angebracht gezeigt: Fig. 4b zeige eine weitere. Einzelheit der erfindungsgeinässen Antenne.

Das Radom besteht aus einer im wesentlichen halbkugelförmigen Hülle aus Isolierstoff 30, und sein Boden wird von einer Metallsclieibe 32 mit hochgebogenen Rändern gebildet, die in den unteren Rand 31 der Hülle 30 eingelassen ist.

Am oberen Teil ist eine aus Epox3rdgla,s bestehende Platte 21, welche die Leiter 19 und 20 nach Fig. 3b trägt,

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mit Zentrierstifteii 33 und 34 befestigt. Von der Bodenplatte sind zwei Leitungszwoige 1 und 2 zur Platte 21 geführt, von denen der eine bei 5 in standiger galvanischer Verbindung mit einem koaxialen Buchsensockel 35 an der Metallplatte 32 befestigt ist, wobei der andere Leitungszweig mit einem Isolierleiter in der Seele der Koaxialbuchse 35 verbunden ist.

"Da.3 Ganze ist beispielsweise auf dem Blechdach eines Fahrzeugs 36, das die Bodenplatte bildet, über die Teile 37 und 38 beispielsweise mit Schrauben und Kuttern befestigt.

Fig. 4b ist eine Draufsicht der mit den zugehörigen Teilen versehenen Scheibe 21. Darin sind die Befestigungsstifte mit 33 und 34 bezeichnet.

Die senkrechten Antennenleiter 1 und 2 sind geneigt angeordnet, damit der Schwerpunkt des Ganzen wie in 4a und 4b gezeigt in die ITähe der Achsrichtung gelangt.

Das Radom kann natürlich auch mit einer Antenne mit Kupferscheibe nach Pig. 1 ausgerüstet werden.

Die Höhe, einschliesslich des RadomSjist weniger als Λ/10.

Die Antenne ist gegen statische Aufladung vollkommen geschützt, da sie galvanisch an Masse liegt,

Die Bandbreite der Antenne kann durch Vergrösserung des Radius der leitenden Fläche erhöht werden.

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Diese leitende Fläche hat nicht notwendigerweise Kreisform. Zum Aufbau an Flugzeugen erhält sie vorteilhafterweise ebenso wie das Radom ein geeignetes Profil, um den Luftwiderstand zu verringern.

-Patentansttrüche-

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Claims

PATENTANSPRÜCHE "**-

ί) Funkverkehrsantenne für Meter- und Dezimeterwellen, die über einer leitenden Grundfläche angeordnet ist, dadurch gekennze ichnet, dass sie einen ersten senkrechten Antennenzweig (l), dessen unteres Ende über eine leitende Dichtung mit der Grundfläche (3) verbunden ist, und einen zweiten senkrechten Antennenleiter (2) gleicher Länge wie der erste Antennenzweig (l) aufweist, der an eine Isolierdurchführung (4) durch die Grundfläche (3) angeschlossen ist, und dass ein erster waagerechte!¹ Leiter (9) einer ebenen Metallplatte (6), toispiclST/aiso ms Ku-ofcr. über der Oboi-flMcho oiiior elektrisch leitenden Scheibe (6), z.B. aus Kupfer, die ein Gegengewicht bildet, in einer geringen Höhe (u) in bezug zur Länge der empfangenen bzw. ausgesandten Wellen angeordnet ist und mit dem ersten Antennenzweig (1) durch ein erstes Loch (7) in der Scheibe verbunden ist, während ein zweiter waagerechter Leiter (10), der dem ersten Leiter entspricht, parallel zu diesem verläuft, die gleiche Länge aufweist und durch ein zweites Loch (8) in der Scheibe mit dem Antennenzweig (2) verbunden ist, und dass beide Leiter gebogene Enden (13, 14) aufweisen, die mit der Scheibe (6) galvanisch verbunden sind.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrischen Abmessungen derart gewählt sind, dass die Impedanz im Verhältnis zum Speisepunkt (Z.) gleich derjenigen einer koaxialen Verbindungsleitung ist, ins-

besondere, dass bei einer Impedanz (Z.) von 50 Ohm die Höhe der senkrechten Antennenzweige (1 und 2) etwa gleich Λ/12 ist.
3. Antenne nach Anspruch 2, da durch." gekennzeichnet,-dass der zweite Antennenzweig (2) auf der Grundfläche (3) in einem Koaxialstecker (4) endet, der unmittelbar mit einer Speiseleitung (4') verbunden ist.
4. Antenne nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterscheibe (2) aus einer leitenden Schicht auf der Unterseite (23) eines Isolierträgers und die beiden Leiter (19, 20) aus leitenden Schichten auf der Oberfläche desselben Isolierträgers bestehen.
5. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Scheibe (6, 21) im oberen Teil eines Radoms (30) angebracht ist, das am Dach eines Landfahrzeugs oder am Rumpf eines Flugzeugs bzw. eines Schiffs befestigt ist. -
6. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Innern des Radoms die aktiven Antennenzweige- [X₁Z) in bezug zur Senkrechten geneigt angeordnet sind.

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