DE2262522C2

DE2262522C2 - Antenne nach Art eines Faltunipols

Info

Publication number: DE2262522C2
Application number: DE2262522A
Authority: DE
Inventors: Jean Lannion Bourdier
Original assignee: Compagnie Industrielle de Telecommunication CIT Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1971-12-22
Filing date: 1972-12-20
Publication date: 1982-09-23
Also published as: US3808600A; NL7217611A; CH563670A5; NL173001B; GB1348620A; IT972583B; BE792553A; NL173001C; FR2164492B1; DE2262522A1; FR2164492A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Antenne ist beispielsweise aus der Zeitschrift »Wire and Radio Communications«, März 1960, S. 16, bekannt.

Antennen für bewegliche Körper sollen möglichst eine geringe Höhe haben. Bei einem Flugzeug -,0 verursacht eine zu lange Antenne einen erhöhten Luftwiderstand, und bei Kraftfahrzeugen stört eine zu lange Antenne in Waschanlagen. So führt bei der aus der erwähnten Druckschrift bekannten Antenne die Dachkapazität zu einer deutlich verringerten Bauhöhe, d. h. y-, deutlich geringer als eine Viertelwellenlänge. Eine weitere Forderung an modernde UKW-Antennen betrifft einen robusten, erschütterungsunempfindlichen Aufbau und eine preisgünstige Massenfertigung. In dieser Hinsicht wäre es wünschenswert, wenn man auf bo die in der bekannten Antenne notwendigen Anpassungsinduktivitäten verzichten könnte.

Aufgabe der Erfindung ist es also, die erwähnte bekannte Antenne so zu verbessern, daß auf die diskreten Induktivitäten verzichtet werden kann und so der Weg frei wird zu einem Einsatz der Druckschaltungstechnik für die Antennenherstellung. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Maßnahmen gelöst Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Antenne werden nun an Hand der Zeichnung beschrieben.

Fig. la, Ib und Ic zeigen verschiedene Ansichten einer ersten erfindungsgemäßen Antenne; F i g. 1 a zeigt sie in Perspektive, Fig. Ib von vorne und Fig. Ic von der Seite aus;

F i g. 2 ist ein elektrisches Ersatzschaltbild hiei^u; F i g. 3a, 3b und 3c zeigen eine andere Ausführungsart der erfindungsgemäßen Antenne;

F i g. 4a und 4b zeigen eine Antenne gemäß F i g. 3 in einem Radom.

In F i g. 1 sieht man zwei Antennenleiter 1 und 2, die renkrecht zu einer leitenden Grundfläche 3 angeordnet sind. Der Antennenleiter 1 ist bei 5 an die Grundfläche geschweißt, während der Antennenleiter 2 über eine Buchse 4, die unter der Ebene 3 liegt, ir.it einer Koaxialleitung 4' verbunden ist Eine leitende Scheibe 6, die in einer bestimmten Höhe h über der Grundfläche 3 von in der Figur nicht gezeigten Isolierträgern gehalten wird und eine Dachkapazität bildet wird von den Antennenleitern 1 bzw. 2 durchdrungen, die durch Löcher 7 und 8 frei hindurchgeführt sind.

Über der Scheibe 6 ist der senkrechte Antennenleiter 1 bei P in einen waagerechten Leiter 9 übergeführt während der senkrechte Antennenleiter 2 bei Q in einen parallel zum Antennenleiter 9 verlaufenden waagerechten Leiter 10 der gleichen Länge übergeführt ist. Der waagerechte Leiter 9 endet in einen kurzen senkrechten Leiter 11, dessen Ende 13 an die Platte 6 geschweißt ist Der waagerechte Leiter 10 endet ebenfalls in einem kurzen senkrechten Leiter 12, dessen Ende 14 an die Scheibe 6 geschweißt ist, die somit über der Grundfläche 3 gehalten wird.

Die Leiter 9 und 10 bilden mit der Scheibe 6 zwei Leitungen mit einem Wellenwiderstand Z₀, wobei die Impedanz bei P(Z_p)und Q(Zo)g\e\ch ist

Die Höhe der Scheibe 6 über der Ebene 3 ist in Fig. Ic mit ή bezeichnet; die Länge des waagerechten Leiters 10 ist mit /, die Höhe des waagerechten Leiters 10 über der Platte mit u bezeichnet, und der Durchmesser des Lochs 8 hat den Wert Φ.

Die Antennenleiter haben eine Stabstärke </(F i g. Ib) und einen gegenseitigen Abstand m; der Durchmesser der Metallplatte 6 ist mit D bezeichnet. Die Primär-Parameter sind h, D, uund /, die Sekundär-Parameter d, m und*.

Die optimalen Werte der Parameter sind allgemein in der nachfolgenden Tabelle links angegeben. Für eine Wellenlänge λ = 67 cm (Frequenz /=450 MHz) ergeben sich die rechts angegebenen Werte.

h = λ/12

D = h

u = λ/100

/ = λ/14

d = λ/300

m= λ/50

Φ = λ/100

h = 56 mm

D = 56 mm u =6 mm

/ = 46,5 mm d = 2,23 mm

m = 13,4 mm Φ = 6,7 mm

Im Ersatzschaltbild nach Fig. 2 gehen von einem Punkt B, der den Kurzschluß zwischen den waagerechten Leitern 9 und 10 darstellt, eine Induktivität L_P des Leiters 9, eine Induktivität Lq des Leiters 10 und ein Kondensator Caus, der die Kapazität der Scheibe 6 und der Antennenleiter 1 und 2 in bezug auf die Grundfläche darstellt.

Mit L1 ist die Induktivität und mit R1 seien Strahlungs- und Verlustwiderstand des Leiters 1 bezeichnet; L 2 bezeichnet die Induktivität des Leiters 2 und R 2 seinen Strahlungs- und Verlustwiderstand. A ist der Speisepunkt

Es sei

Die genaue Berechnung der Impdanz am Punkt A, d. h. Za, die hier nicht vorgenommen wird, zeigt, daß durch Aufhebung der Blindkomponenten in Z_A zwei Resonanzfrequenzen ωι, ωι erhalten werden, deren Gleichung folgende ist:

2 R¹

Wenn R* a? O < {\ - LCωψ ist, liegt ein? drit;e Resonanzfrequenz, nämlich tuj, vor, die die wirkliche Abstimmf requenz der Antenne ist, gegeben durch

for =

2LC

Bei der Abstimmfrequenz 03 zeigt die Berechnung, daß die Impedanz am Bodenpunkt der Antenne Z_A den Wert Ζλ=5Λ hat.

Bei einer Länge Ader Antennenleiter 1 und 2 von λ/12 beträgt der Widerstand R 10 Ohm. Somit ist Za =50 Ohm, was ein sehr günstiger Wert ist, so daß ein unmittelbarer Anschluß an eine koaxiale Speiseleitung mit dem Kennwert 2ö gleich 50 Ohm möglich ist.

Die Erfahrung zeigt, daß bei diesen Bedingungen bei einem Kurzschließen zweier in gleicher Entfernung auf den Leitern 9 ^-ind 10 liegender Punkte die Impedanz Za nicht geändert wird. Dies bestätigt, daß die Ströme in den Leitern 1 und 2 gleich groß sind und in der gleichen Richtung fließen.

Die Länge /ist durch folgende Formel gegeben:

In

Z₀

worin Zo vorteilhafterweise einen Wert von 150 0hm aufweist und Z_p mit den übrigen angegebenen Werten 70 Ohm beträgt

Daraus ergibt sich /=46,5 mm.

Die Höhe u der Leiter 9 und 10 über der Scheibe 6 ist durch die Formel

Z₀= 150[ß] = 138 log-^-

gegeben.

Der theoretische Isotrop-Gewinn der Antenne beträgt etwa 5 dB. Bei einem Stehwellenverhältnis von weniger als 2 beträgt die Bandbreite ungefähr 7%.

Fig.3a, 2b und 3c zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne, bei der der obere Teil gemäß Fig. 1, d.h. die Scheibe 6 und die Leiter 9 und 10, durch Metallschichten auf den beiden Seiten einer Isolierscheibe, beispielsweise aus Epoxidglas, ersetzt sind. F i g. 3a zeigt eine Vorderansicht Fig.3b eine Draufsicht der Oberfläche der Scheibe, deren Unterseite 23 durchgehend verkupfert ist; F i g. 3c zeigt eine Einzelheit im Querschnitt im vergrößerten Maßstab.

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

In F i g. 4a ist die gesamte erfindungsgemäße Antenne unter einem Radom angebracht gezeigt; F i g. 4b zeigt eine weitere Einzelheit der erfindungsjiemäßen Antenne.

Das Radom besteht aus einer im wesentlichen halbkugelförmigen I Iülle aus Isolierstoff 30; sein Boden wird von einer die Grundfläche der Antenne darstellenden Metallplatte 32 mit hochgebogenen Rändern gebildet die in den unteren Rand 31 der Hülle 30 eingelassen sind.

j;> Am oberen Teil des Radoms ist eine aus Epoxidglas bestehende Scheibe 21, welche die Leiter 19 und 20 nach F i g. 3b trägt, mit Stiften 33 und 34 befestigt. Von der Metallplatte 32 sind zwei Antennenleiter 1 und 2 zur Scheibe 21 geführt von denen der eine bei 5 in π galvanischer Verbindung mit einer Koaxialbuchse 35 an der Metallplatte 32 befestigt ist, während der andere mit dem Innenleiteranschluß der Koaxialbuchse 35 verbunden ist

Das Ganze ist beispielsweise auf dem Blechdach 36 eines Fahrzeugs mit Schrauben und Muttern 37 und 38 befestigt.

F' %. 4b ist eine Draufsicht der mit den zugehörigen Teilen versehenen Scheibe 21. Dabei sind die Befestigungsstifte wieder mit 33 und 34 bezeichnet.

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

Das Radom kann natürlich auch mit einer Antenne mit Kupferscheibe nach F i g. 1 ausgerüstet werden.

Die Höhe, einschließlich des Radoms, ist weniger als λ/10.

Die Antenne ist gegen statische Aufladung vollkom men geschützt, da sie galvanisch an Masse liegt.
Die Bandbreite der Antenne kann durch Vergrößerung des Radius der Grundfläche erhöht werden.

Diese Grundfläche hat nicht notwendigerweise Kreisform. Zum Aufbau an Flugzeugen erhält sie vorteilhafterweise ebenso wie das Radom ein zur Verringerung des Luftwiderstands geeignetes Profil.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Antenne for Meter- oder Dezimeterwellen nach Art eines Faltunipols mit Dachkapazität, wobei zwei im wesentlichen senkrecht zu einer Grundfläche stehende Antennenleiter mit einer als Dachkapazität wirkenden leitenden Scheibe über Induktivitäten verbunden sind und der eine Leiter an der Grundfläche angeschlossen ist, während der andere Leiter im Bereich der Grundfläche den Antenüenfußpunkt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten jeweils durch die Eingangsimpedanz einer an ihrem Ende kurzgeschlossenen Übertragungsleitung gebildet sind, indem die beiden Leiter (1, 2) isoliert durch die Scheibe (6) hindurchgeführt und parallel zueinander auf der der Grundfläche abgewandten Scheibenseite entlanggeführt sind, ehe sie an ihrem jeweiligen Ende galvanisch mit der Scheibe verbunden sind.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fußpunktimpedanz von 50 Ω der Abstand (h) zwischen Grundfläche (3) und Scheibe (6) etwa λ/12 beträgt.

3. Antenne nach einem der Ansprüche I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6) aus einer metallischen Beschichtung (23) der zur Grundfläche weisenden Unterseite eines Isolierträgers (21) besteht und daß die oberhalb der Scheibe befindlichen Leiterteile (9-12) durch partielle Beschichtung (19, 20) der Oberseite dieses Trägers gebildet sind.

4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (6, 21) am oberen Teil eines Radoms (30) angebracht ist, das auf der leitenden Grundfläche befes .igt ist.

5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenleiter (1, 2) in bezug zur _ Senkrechten leicht geneigt angeordnet sind.