DE2427036A1 - Funk-antenne - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. HANS LEYH DIPL.-ING ERNST RATHMANM

München 71,

Melchiorstr. 42

Unser Zeichen: A 12 882

PLESSEY

HANDEL UND INVESTMENTS A.G. CH-6300 Zug Gartenstrasse 2

Funk-Antenne

Die Erfindung betrifft eine Funkantenne mit wenigstens einem Leiter.

Funkantennen mit einem oder mehreren Leitern und Polen zum Senden oder zum Empfang elektromagnetischer Energie in oder aus der Atmosphäre sind bekannt. Die Größe und der Aufbau dieser Antennen variieren beträchtlich, abhängig von der benutzten Frequenz, dem Verwendungszweck und dem Anwendungsort. Eine übliche Form einer Antenne, die sich besonders für bewegliche Anlagen, z.B. für Fahrzeuge oder auch für private Radioempfänger eignet ist ein Draht von einem oder zwei Meter Länge.

Nachteilig bei solchen Antennen ist, daß sie oft gestört sind und leicht beschädigt werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antenne zu Lh/fi - 2 -

409881/0918

_ O —

schaffen, die diese Nachteile vermeidet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein dielektrisches Material bei dem Leiter angeordnet wird, so daß wenigstens ein Teil der durch den Leiter gesendeten oder empfangenen Energiemenge gezwungen wird, durch das dielektrische Material hindurchzugehen.

Es kann ein Teil oder auch die gesamte Energiemenge gezwungen werden, durch das dielektrische Material hindurchzulaufen.

Die Verwendung des dielektrischen Materials ermöglicht bei irgendeiner gegebenen Frequenz eine beträchtliche Reduzierung der physikalischen Abmessungen des Leiters, wodurch die Störungsanfälligkeit herabgesetzt und auch die Gefahr physikalischer Beschädigungen vermieden wird. Das dielektrische Material kann zweckmäßigerweise so angeordnet werden, daß es dem Leiter einen physikalischen Schutz gibt.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 bis 4 im Schnitt vier unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Antenne zeigen.

Fig. 5 und 6 zeigen im Schnitt und in Draufsicht eine Antenne mit drei Mono-Polen.

Fig. 7 zeigt im Schnitt eine Dipol-Antenne.

Bei jeder der vier Antennen nach den Figuren 1 bis 4 werden mittels eines Koaxial-Kabels bestehend aus einem Kern 1 und einem Mantel 2, Signale an die Antenne gegeben oder von ihr abgeführt. In den Fig. 1 bis 3 ist der Kern 1 mit einem lei-

409881/0918

tenden Stab 3 der Antenne verbunden. Der Stab 3 ist in einer zentralen Bohrung eines Zylinders 4 aus einem kompakten verdichteten, dielektrischen Material angeordnet. Der Mantel 2 ist in Fig. 1 mit einer leitenden Grundplatte 5 verbunden, die rechtwinkelig zum Stab 3 verläuft, in Fig. 2 mit einem leitenden Ring 6, der den Kern 1 in dem Bereich umgibt, wo dieser mit dem Stab 3 verbunden ist und in Fig. 3 ist der Mantel 2 durch einen Draht 7 mit einem leitenden Band 8 verbunden, das den Zylinder in der Kähe seiner Mitte umgibt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist der Zylinder 10 aus dielektrischem Material massiv ausgebildet und er hat an jedem Ende eine leitende Scheibe 11 und 12. Der Kern 1 ist direkt mit der Scheibe 11 und der Hantel 2 ist über einen Draht 13 mit der Scheibe 12 verbunden.

aei. Verwendung eines verdichteten Gemisches aus Barium-Titanat und Strontium-Titanat als Dielektrikum bei einer Empfangsantenne, wurde festgestellt, daß es möglich ist, die Länge des Stabes 3 auf ein Achtel der üänge zu verkürzen, die für eine Antenne ohne Dielektrikum erforderlich ist, bei einer verwendeten Frequenz von 683 MHz. Bei einer Frequenz von 90 MHz konnte die Antennenlänge auf ein Fünftel reduziert werden.

Bei Verwendung als Sender im Band von 400 bis 500 MHz ergab ein leitender Stab, der von einem Dielektrikum umgeben war, einen Antennengewinn von 8db im Vergleich mit einem Stab gleicher Länge ohne Dielektrikum.

Weitere geeignete dielektrische Materialien können hergestellt werden durch Mischung von Lanthanoxyd, Magnesiumkarbonat und Titanoxyd in oder etwa in den Anteilen von 25:72:25 bezogen auf das Gewicht oder durch Mischung von Kalziumoxyd, Wismuthoxyd und Titanoxyd in oder etwa in den Anteilen von 23:31:46 ebenfalls bezogen auf das Gewicht. Bei dem erstgenannten Gemisch sind die Bestandteile des fertigen dielektrischen Materials Lanthantitanat

4 0 9 8 8 1/0918

und Ilagnesiumtitanat, bei dem zweitgenannten Gemisch Kalziumtitanat und Wismuttitanat.

bei der dreifachen Mono-Pol-Antenne nach den Fig. 5 und 6 ist der mittlere Pol angeordnet wie in Fig. 1 und es werden dieselben Bezugszeichen benutzt. Der mittlere Pol 3 ist eine Verlängerung des Kernes 1 eines Koaxialkabels, dessen Mantel 2 mit einer Grundplatte 5 verbunden ist. Auf gegenüberliegenden Seiten des Poles 3 sind zwei leitende Stäbe 14, 15 angeordnet, die mit dem Kern 1 durch Drähte 16 verbunden sind und zwei weitere Mono-Pole bilden. Die Stäbe 14 und 15 sind parallel zum mittleren Pol 3. Die Mono-Pole 3, 14 und 15 sind von einem dielektrischen Material 17 umgeben, das zweckmäßigerweise ein Gemisch aus Bariumtitanat und Strontiumtitanat in Pulverform ist. Das Material 17 ist in einem Gehäuse 18 aus einem isolierenden Polyakrylat-Material angeordnet. Der Pol 14 ist kürzer und der Pol 15 ist länger als der mittlere Pol 3. Die Oberfläche 19 des dielektrischen Materials ist bündig mit den Enden der drei Pole 3, 14 und 15 und sie ist daher relativ zur Grundplatte 5 geneigt angeordnet. Wenn gewünscht, kann der lange Pol 15 durch ein leitendes Gitter oder eine Platte 20 ersetzt werden, die sowohl als Pol wie als Begrenzung für das dielektrische Material 17 wirkt.

Bei der Dipol-Antenne nach Fig. 7 trägt eine Platte aus isolierendem Material 2 fluchtende leitende Stäbe 21, die von gegenüberliegenden Seiten der Platte 25 ausgehen. Jeder Stab 21 ist an einen Speise-Draht 22 angeschlossen. Ferner ist jeder der Stäbe 21 von einem pulverförmigen dielektrischen Material 2 3 um geben, das in einem Gehäuse 24 angeordnet ist. Eine Resonanz einer Antenne bei der Betriebsfrequenz wird erreicht, wenn die Abmessungen der Antenne die nachfolgende Gleichung erfüllen;

J₁(¹^b) · Y_o(k₂a) = J_o(k₂a) · Y₁(^b),

409881/0918

wo a und b entsprechend die Radien des leitenden Stabes 3 und des ihn umgebenden dielektrischen Zylinders 4 sind (Fig. 1 und 2) J- J,, Y und Y, sind Bessel-Funktionen entsprechend der verwendeten mathematischen Bezeichnung. k₂ ist real und gleich ^²'

VT"¹

Hierbei ist k« .

Ao

χ ergibt sich aus L = χ · m Λ ο ,

4 pT

wobei E die relative dielektrische Konstante des dielektrischen Materials und L die Länge einer Mono-Pol-Antenne (Fig. 1) oder die halbe Länge einer Dipol-Antenne (Fig. 7) ist.

Ao ist die Wellenlänge im freien Raum der Funkwellen bei der gewünschten Frequenz und m ist eine ganze Zahl.

Für praktische Abmessungen, die sich aus der vorhergehenden Formel berechnen, ist ein dielektrisches Material mit einer Dielektrizitätskonstanten von wenigstens vier erwünscht. Die Bezeichnung hohe Dielektrizitätskonstante wird daher für solche mit dem Wert Vier oder darüber verwendet.

Wenn das dielektrische Material ein Gemisch aus Bariumtitanat und Strontiumtitanat ist, kann das Gemisch aus Bariumkarbonat, Strontiumkarbonat und Titandioxyd hergestellt werden, wobei diese Bestandteile in oder etwa in den Anteilen von 460:229:310, bezogen auf das Gewicht, gemischt werden. Es wird Wasser zugegeben und die Mischung wird etwa 1 Stunde lang gemahlen, worauf die Mischung in einem Ofen getrocknet und abgesiebt wird. Das erhaltene Pulver wird unter Anwendung eines Druckes im Bereich von etwa 300 bis 350 kg/cm² (2t je Quadratzoll) zu Blöcken verpresst. Die Blöcke werden dann bei einer Temperatur von etwa

409881/0918

1350 C etwa 2 Stunden lang gebrannt. Während des Brennens werden die Kabonate unter Freisetzung von Kohlendioxyd in die Titanate umgewandelt. .Mach dem Brennen werden die Blöcke durch Abschrecken in Wasser gebrochen. Die Bruchstücke werden gemahlen bis ein im wesentlichen gleichmäßiges Pulver erhalten v/ird, das danach getrocknet und abgesiebt wird. Dieses Pulver wird dann entweder hydrostatisch oder durch Extrusion zu Stäben verpreßt. Bei dem hydrostatischen Verfahren wird das Pulver einem Druck von etwa 5,5t je cm" (33 t je Quadratzoll) ausgesetzt und bei etwa 1200°C gebrannt. Bei dem Strangpreßverfahren wird das Pulver mit Polyvinylalkohol gemischt. Die auf diese Weise hergestellten Stäbe können zur Aufnahme eines Leiters durchbohrt werden. Für einen Leiter mit einem Radius von z.B. 0,3 cm ist z.B. ein Stabradius von weniger als 10cm geeignet.

409881/0918

Claims (11)

Patentansprüche

1. Funkantenne mit wenigstens einem Leiter, gekennzeichnet durch ein dielektrisches Material (4,
1O, 17, 23), das relativ zu dem Leiter (3; 11, 12;

3, 14, 15; 21) so angeordnet ist, daß wenigstens ein
Teil der über den Leiter gesendeten oder empfangenen
Energiemenge gezwungen ist, durch das dielektrische
Material zu laufen.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (3) stabförmig ausgebildet ist
und daß das dielektrische Material in Form eines hohlen
Zylinders (4) ausgebildet ist, in dessen Mitte der Stab
(3) längs der Längsachse des Zylinders verläuft.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende des Zylinders (4) ein leitfähiger Ring (6) angeordnet ist.

4. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (4) im Bereich seiner Längsmitte von einem leitfähigen Band (8) umgeben ist.

5. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material in Form eines Vollzylinders (10) ausgebildet ist und daß an jedem Ende des
Zylinders (10) eine leitfähige Scheibe (11, 12) angeordnet ist.

6. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich-

409881/0918

net, daß das dielektrische Material pulverförmig ist und innerhalb einer zylindrischen Gehäusewand angeordnet ist.

7. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei im Abstand angeordnete parallele leitfähige Stäbe (3, 14, 15) mit unterschiedlicher länge vorgesehen sind, die von dem dielektrischen Material im wesentlichen über ihre gesamte Länge umschlossen sind.

8. Antenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Platte (25) aus isolierendem Material, an der an gegenüberliegenden Seiten zwei leitfähige Stäbe (21), die miteinander fLuchten, quer zur Platte angebracht sind und daß die Stäbe (21) von dem dielektrischen Material (2 3) umgeben sind.

9. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material ein Gemisch aus Bariumtitanat und Strontiumtitanat ist.

10. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material ein Gemisch aus Lanthantitanat und Magnesiumtitanat ist.

11. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material ein Gemisch aus Kalziumtitanat und Wismuttitanat ist.

409881/0918

Leerseite