DE2347718A1 - Rahmenantenne - Google Patents

Description

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U.S. Serial No: 290,8Oi
Filed: September 2«, i972

RCA Corporation New York, N. Y., V. St. A.

Rahmenantenne

Die Erfindung betrifft eine wenig kostspielige, körperlich kleine Rahmenantenne und bezieht sich speziell auf eine verbesserte Antenne für sehr hohe Frequenzen, die für den gesamten Bereich der VHF-Fernsehkanäle eingesetzt werden kann.

Es besteht ein Bedarf an einer wirklich billigen und körperlich kleinen Antenne zum Empfang aller Frequenzen der VHF-Fernsehbänder von 54 - 88 MHz und 174 - 216 MHz. Zur Vermeidung eines Mehrwegeempfangs ist es ferner erwünscht, daß die Antenne eine äußerst schwache Hinterkeule hat und daß Maßnahmen zur Beseitigung solcher Störeinflüsse getroffen sind, die zu Geisterbildern bei der Fernsehwiedergabe führen.

In der USA-Patentschrift 2 247 743 ist eine Rahmenantenne beschrieben, deren Diagramm in der Rahmenebene eine Kardioide für einige der VHF-Fernsehfrequenzen ist, wenn .sie in einer entsprechenden Auslegung einen einzelnen Widerstand enthält, der in Reihe zum Rahmen und, von den Zuleitungsgunkten aus gesehen,

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am Halbierungspunkt des Rahmens angeordnet ist. Während sich die Gestalb der Kardioide über den gesamten Bereich der VHS-Fernsehbänder stark ändert, spricht eine solche Antenne maximal in Richtung der Zuleitungspunkte an.

B_ei manchen gewünschten Frequenzen des VHF-Fernsehbandes wird die Hinterkeule einer solchen Antenne ziemlich stark, so daß Geisterbilder entstehen können. Um die oben beschriebenen Geisterbilder möglichst zu vermeiden, sollte das Antennendiagramm tiefe Nullstellen im hinteren Bereich der Antenne haben, so daß eine in diesem Bereich liegende Störquelle bei richtiger Orientierung der Antenne in eine dieser Nulstellen fällt, um den Einfluß der Störquelle auszusehalten und Geisterbilder auf dem Fernsehschirm zu vermeiden. Es ist daher erwünscht, daß atiese hinteren Nullstellen ausgeprägt sind und daß sie ungeachtet der Betriebsfrequenz der Antenne im wesentlichen stets denselben Azimutwinkel haben.

Die.vorliegende Erfindung wird realisiert im Zusammenhang mit einer Rahmenantenne, die für einen Betrieb bei allen Frequenzen der VHF-Fernsehbander ausgelegt ist· Diese Antenne enthält zwei Metallbänder, die unter Bildung zweiter§pgenüberSßgender Spalte zu einem Rahmen angeordnet sind. Der erste Spalt definiert zwei Zuleitnngs- oder Speisungspunkte und der zweite, direkt gegenüberliegende Spalt ist durch einen Widerstand überbrückt. Der Rahmen ist so bemessen, daß er sich über eine Breite ausdehnt, die Heiner ist als eine halbe Wellenlänge bei der höchsten Frequenz der VHF-Fernsehbänder. Der Wert des Widerstands ist so gewählt, daß die Antenne maximal auf Signale aus der Richtung des ersten Spalts anspricht *

Gemäß der Erfindung sind die Bänder in der Nähe des !weiten Spalts mit Schlitzen versehen, die so bemessen sind, daß verteilte Reaktanzen bestimmter Größe in Serie mit dem Wider-

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stand entstellen. Die Werte der Reaktanzen und der Wert des Widerstands sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß die Antenne schwächte Hinterkeulen erhält und tiefe und gleichmäßige Kulläßllen in Richtung des zweiten Spalts bekommt.

Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen beschrieben.

Figur i zeigt perspektivisch eine erfindungsgemäße Antenne für Mehrkanalempfang;

Figur 2 zeigt eines der Metallbänder in Abwicklung von der Seite;

Figur 3 zeigt ein für eine Betriebsfrequenz von 185 MHz typisches Horizoitaldiagramm für die l/HF-Rahmenantenne mit und ohne Abschlußschlitze;

Figur 4 zeigt für eine Betriebsfrequenz von 63,8 MHz typische Horizontaldiagramme für die YHF^Rahmenantenne mit und ohne Abschlußschlitze.

Die in Figur ; dargestellte Rahmenantenne 10 enthält zwei halbkreisförmig gebogene Metallbänder Ti und 13· Statt einer Kreisform kann der Rahmen natürlich auch andere Konturen, beispielsweise eine quadratische oder rechteckige Gestalt haben. Die Rahmenantenne iO hat zwischen den beiden Zulei— tungspunkten 15 und ;7 einen ersten Spalt, der im folgenden mit "Zulotungsspait" bezeichnet wird. Beim hier beschriebenen Beispiel kann dieser Spalt eine Breite von etwa 1,27 cm haben. Die Zuleitungspunkte 15 und 17 sind mit zwei Leitern s9 und verbunden, die an einen Fernsehtuner angeschlossen seien. Gegenüber dem Zuleitungsspalt der Antenne befindet sich zwischen den Metallbändern 11 und 13 ein zweiter Spalt mit An— schlußpunkten 23 und 25, der im folgenden mit "Abschlußspalt" bezeichnet wird. Die Anschlußpunkte 23 und 25 sind direkt über

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einen Widerstand 27 miteinander verbunden. Der Durchmesser der Rahmenantenne IC an'den Halbierungspunkten ist kleiner als die halbe Wellenlänge bei der Betriebsfrequenz (< λ /2). Beispielsweise kann für einen Betrieb für die VHF-Fernsehbänder (54 - 88 MHz und 174 - 216 MHa) dieser Durchmesser etwa 46 cm betragen, w^obei die Metallbänder i1 und i3 jeweils etwa 70 cm lang sind. Die Breite der Metallbänder 11 und 13 (w in Figur 1) beträgt vorzugsweise 5>O8 cm wobei die Metallbäiüter an den die Zuleitungspunkte I5 und I7 tragenden- Endabschnitten eine langgestreckte Keilverjüngung aufweisen. Diese Keilverjüngung beginnt beim besagten Ausführungsbeispiel etwa 10 cm vor den Endpunkten 15 und 17· Sie hat den Zweck, die Kapazität in der Nähe der Zuleitungspunkte zu verringern.

Die Figur 2 zeigt das Metallband 11 in gestreckter Form. Das Ende I7 ist der Zuleitungspunkt und das Ende 25 der Abschlußpunkt. Für den Empfang der VHP-F_ernsehbander (54-88 MHz und 174-216 PIHz) sei die Gesamtlänge des Metallbandes 11 etwa 70 cm und seine Breite, wie oben erwähnt, 5»08 cm. Zum Ende 17 hin ist das Metallband: in der vorstehend beschriebenen Dimension keilförmig verjüngt, während sich am Ende 25 eine steilere> KeilVerjüngung befindet. Diese steilere Keilverjüngung beginnt etwa 2,5^ cm vor dem Ende 25 jund von dieser Stelle aus nimmt die Breite des Bandes von 5*08 cm auf etwa 1,27 cm am Ende 25 ab. In der Nähe des Endes 25 sind zwei Schlitze 4i und 42 vorgesehen, die sich vom Rand 26 aus parallel zu^einander über einen beträchtlichen Teil (Länge 1) der Länge des Metallbandes 11 erstrecken. Für das oben genannte Ausführungsbeispiel der Antenne seien diese Schlitze 24 _f 13 cm lang. Die Breite der Schlitze 4i und 42 betrage 0,3 175 cm, und der Mittelstreifen 49 zwischen den Schlitzen sei etwa 1,27 cm breit. Die Schlitze 4i und 42 bilden Abschnitte verteilter Reaktanz, deren jeder eine Länge von etwa 24,13 cm im Freiraum und einen Wellenwiderstand von etwa I50 Ohm hat.

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Wie in Figur I zu sehen ist, gehen vom Rand 24 des Metallbandes 13 zwei ebensolche Schlitze 45 und 47 aus. Das Metallband 15 ist genau so beschaffen wie das Band 11, und die Schlitze 45 und 47 sind ebenfalls 24,15 cm lang. Die Breite jedes der Schlitze 45 und 47 beträgt 0,3175 cm, und der Mittelstreifen 51 zwischen den Schlitzen 45 und 47 ist etwa 1,27 cm breit. Die Gesamtimpedanz an der Abschlußseite des Rahmens 10 besteht aus zwei Abschnitten mit verteilter Reaktanz in Reihe mit dem Widerstand 27. Die Symmetrie am Abschluß ist dadurch hergestellt, daß die beiden Abschnitte verteilter Reaktanz zu beiden Seiten des Widerstands 27 liegen.

In dem von der Rahmenantenne 10 umschlossenen Raum kann ein UHF-Antennensystem 30 liegen, wie es gestrichelt in Figur 1 gezeigt ist. Eine nähere Beschreibung eines solchen Antennensystems befindet sich in der USA-Patentschrift 5 721 990.

Die Richtwirkung eines innerhalb der Rahmenantenne 10 angeordnetes UHF-Antennensyiems 50 wird zusätzlich durch L-förmige Schlitze 53, 55 imMetallband 11 und I-förmige Schlitze 57» 59 im Metallband 13 verbessert. Die Schlitze 53 und 55 durchschneiden die gegenüberliegenden Ränder 61 und 63 des Metallbandes 11 jeweils an einer Stelle, die etwa 15*24 cm vom Zuleitungspunkt 17 entfernt ist. Die Schlitze 53 und 55 verlaufen jeweils über eine Strecke von etwa 1,27 cm aufeinander zu und verlaufen dann über eine Länge von etwa 6,985 cm parallel zu einander. Die Schlitze 53 und 55 sind etwa 0,635 cm breit. Ähnliche Schlitze 57 und 59 im Metallband 13 durchschneiden die Ränder 65 und 67 dieses Bandes an jeweils einer Stelle, die etwa 15?24 cm vom Zuleitungspunkt Ί5 entfernt ist. Die Schlitze 57 und 59 laufen über jeweils eine Strecke von etwa 1,27 cm aufeinander zu und verlaufen dann über eine Strecke von etwa 6,985 cm parallel zueinander« Die Schlitze 57 und 59 sind etwa 0,635 cm breit. Da der Abstand zwischen

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den Schlitzpaaren 53, 55 und 57, 59 für das oben beschriebene Ausführungsbeispiel 15» 24 cm plus 15,24 cm plus der Spaltbreite von 'U 27 cm zwischen den ZuIeitungspunkten 15 und i7 ist, beträgt die Gesamtlänge über 30,48 cm bzw. mindestens eine halbe Wellenlänge bei einer Frequenz innerhalb des UHF-Ferasehbande s.

In Figur 3 ist ein Horizontaldiagramm für die oben beschriebene Antenne mit und ohne die Abschlußschlitze dargestellt. Dieses Diagramm gilt für eine Frequenz /on 185 MHz. Für den Fall, daß-die Abschlußschlitze fehlen, ist die Hinterkeule der Antenne bei dieser Frequenz ziemlich ausgeprägt. Ferner fehlt in diesem Fall eine tiefe Nullstelle im rückwärtigen Teil des Antennendiagramias. Andererseits erkennt man in Figur 3, daß im Fall vorhandener Abschlußschlitze der rückwärtige Teil des Strahlungsdiagramms eine schwache Hinterkeule und tiefe Nullstellen hat. Wenn im Bereich hinter der Antenne ein Hindernis wie z.B. an Gebäude liegt, welches Geiierbilder auf dem Fernsehschirm hervorrufen kann, dann kann die Antenne durch leichte Drehung so ausgerichtet werden, daß eine der Nullstellen zu diesem Gebäude weist. Die von dem Gebäude hervorgerufenen Geisterbilder können damit ausgelöscht werden, und da das Strahlungsdiagramm nach vorne hin relativ breit ist, bleibt das Eingangssignal trotzdem ziemlich stark. Für andere Frequenzen des oberen VHF-Bandes ergeben sich bei der oben beschriebenen Antenne mit den Abschlußschlitzen ähnliche Strahlungsdiagramme.

Die ligur 4 zeigt ein Korisontaldiagramm für die oben beschriebene Antenne mit und ohne Abschlußschiitse, welches für eine Frequenz von 63-,8 MHz gilt. Auch hier erkennt raan, C.2.L· bei vorhandenen Abschlußsciilitzen die Hinterkeule schwächer und die Nullstellen im hinteren Bereich des Diagramms tiefer sind. Pur die anderen Fx^equenzen des unteren VHF-Bandes ergeben sich bei der oben beschriebenen Antenne mit den Ab-

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schlußschlitzen ähnliche Diagramme. Ein Vergleich der Figuren $ und 4 zeigt, daß bei vorhandenen Abschlußschlitzen ein-und dieselbe Antenne ähnliche Strahlungsdiagramme für Frequenzen cfes oberen VHF-Bandes und. Frequenz en des unteren VfiF-Bandes hat. Da bei der oben beschriebenen mit Abschlußschlitzen versehenen Antenne unabhängig von der jeweiligen VHP-Betriebsfrequenz die Hinterkeule abgeschwächt is-fc und die tiefen Nullstellen immer in et\ira demselben Azimutwinkeln liegen, arbeitet diese Antenne über den gesamten Bereich der VHF-Fernsehfrequenzen einwandfrei, nachdem sie einmal in ihre richtige Orientierung zur Auslöschung der Einflüsse irgendwelcher Hindernisse gebracht worden ist.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   Rahmenantenne für die VHF-Fernsehbänder mit zwei zu einem Rahmen zusammengefaßten Metallbändern, die zwischen sich' zv/ei gegenÜDerliegende Spalte offen lassen, deren erster zwei Zuleitungspunkte definiert, wobei der geradlinige Abstand zwischen zv/ei Punkten des Rahmens, die auf halbem Wege zwischen den beiden Spalten liegen, kleiner ist als die halbe Wellenlänge bei der höchsten Frequenz der VHF-Fernselibänder, und wobei der zweite Spalt mit einem Widerstand eines solchen bestimmten Werts überbrückt ist, daß die Antenne maximal auf Signale anspricht, die aus der Richtung des ersten Spalts kommen, dadurch gekennzeichnet, daß die Me.tallbänder (M₁ 13) in der Nähe des zweiten Spalts Schlitze (41, 42; 45, 47) aufweisen, die zwei verteilte Reaktanzen in Reihe zu dem Widerstand (27) mit bestimmten V/erten bilden, die zusammen mit dem Wert des Widerstands das Antennendiagramm derart beeinflussen, daß bei allen Frequenzen der VHF-Fernsehbänder eine schwache Hinterkeule und gleichliegende tiefe Nullstellen in Richtung des zweiten Spalts vorhanden sind.
2. 2. Rahmenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (41, 42; 45, 47) ausgehend vom zweiten Spalt längs der Metallbänder (11, 13) in Richtung auf den ersten Spalt hin verlaufen.
3. 3. Rahmenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ,jedes der Metallbänder (11, 13) gleich ausgebildete Schlitze

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   (41, 42; 45, 47) aufweist, die symmetrisch zueinander zu beiden Seiten des zweiten Spalts angeordnet sind.
4. 4. Rahmenantenne nach Anspruch -1, dadurch gekennzeichnet, daß ö©des der Metallbänder (11, 13) zwei Schlitze (41, und 45, 47) aufweist, die ausgehend vom zweiten Spalt in Richtung auf den ersten Spalt hin verlaufen.
5. 5. Rahmenantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Länge der Schlitze (41, 42 und 45, 47) etwa 24,13 cm und die Breite der Schlitze etwa 0,3175 cm ist.

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