DE3024896C2

DE3024896C2 - Balancing device designed as a quarter-wavelength blocking pot shorted on one side

Info

Publication number: DE3024896C2
Application number: DE19803024896
Authority: DE
Inventors: Werner 7316 Köngen Heiner; Wolfgang Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Wendel
Original assignee: Richard Hirschmann Radiotechnisches Werk, 7300 Esslingen
Current assignee: Richard Hirschmann & Co 7300 Esslingen De GmbH
Priority date: 1980-07-01
Filing date: 1980-07-01
Publication date: 1987-02-26
Also published as: ATA202181A; AT382264B; DE3024896A1

Description

Die Erfindung betrifft eine als einseitig kurzgeschlossener Viertelwellen- Sperrtopf ausgebildete Symmetriereinrichtung zum Anschluß einer symmetrischen Antenne an eine Koaxialleitung, deren antennenseitiges viertelwellenlanges Außenleiterstück den Innenleiter des Sperrtopfs bildet. Derartige Topfkreise zur Umsymmetrierung des Antennenanschlusses verhindern die Ausbildung von Mantelwellen, welche nicht nur einen Verlust am Empfangsenergie, sondern auch eine Verzerrung des Antennendiagramms bewirken würden. Sie sind als eine geringe Verluste aufweisende Alternative zu Symmetrierspulen, Umwegleitungen und Symmetrierübertragern aus der Praxis bekannt und beispielsweise in dem Fachbuch "Empfangstechnik im UHF-Bereich" von Ing. F. Möhring, Herausgeber Loewe-Opta AG, Mai 1964, Seite 126/127 beschrieben.The invention relates to a balancing device designed as a quarter-wave blocking pot short-circuited on one side for connecting a symmetrical antenna to a coaxial line, the quarter-wave-long outer conductor section on the antenna side of which forms the inner conductor of the blocking pot. Such pot circuits for rebalancing the antenna connection prevent the formation of sheath waves, which would not only cause a loss of reception energy, but also a distortion of the antenna diagram. They are known from practice as a low-loss alternative to balancing coils, bypass lines and balancing transformers and are described, for example, in the specialist book "Empfangstechnik im UHF-Bereich" by Ing. F. Möhring, publisher Loewe-Opta AG, May 1964, page 126/127.

Diese Symmetriereinrichtungen erfüllen zwar den genannten technischen Zweck zufriedenstellend, sind aber ausschließlich für diese eine Aufgabe vorgesehen und daher stets als besondere, die Antennenanlage verteuernde Bauteile ausgeführt.Although these balancing devices fulfil the technical purpose mentioned above satisfactorily, they are intended exclusively for this one task and are therefore always designed as special components that increase the cost of the antenna system.

Weiterhin ist aus der DE-AS 11 42 014 ein Symmetrierglied zum Anschluß einer symmetrischen Antenne an eine Koaxialleitung bekannt, bei dem ein Teil, nämlich ein geschlitzter Außenleiter, im Hinblick auf eine Befestigung am Standrohr als starres Rohr ausgebildet ist. Dieses Symmetrierglied ist aber schon nicht als einseitig kurzgeschlossener Viertelwellen-Sperrkopf sondern als kompliziertere Schlitzsymmetrierung aufgebaut und benötigt überdies im Bereich des offenen Schlitzes einen besonderen Witterungsschutz. Vor allem aber ist sein geschlitzter Außenleiter nicht selbst als Standrohr oder Teil davon ausgebildet; vielmehr ist dieser über ein zusätzliches Isolierrohr mit einem als starres Rohr ausgebildeten Außenleiter der damit äußerst kostspielig als speziell herzustellendes Teil aufgebauten Koaxialleitung, und dieses wiederum über besondere Befestigungsmittel mit dem Standrohr verbunden. Diese Befestigungsmittel müssen äußerst stabil sein, um das durch den großen horizontalen Abstand der Antenne vom Standrohr bedingte erhebliche Biegemoment dauerhaft sicher aufnehmen zu können. Darüber hinaus wird bei diesem bekannten Symmetrierglied eine Schelle zur Gewährleistung des erforderlichen Preßsitzes zwischen den Hälften des geschlitzten Außenleiters und dem Isolierrohr verwendet. Schließlich sind weitere Maßnahmen zur Bildung eines einwandfreien Kontaktes zwischen dem starren Rohr und dem Kabelaußenleiter sowie für die Befestigung des Kabels am Standrohr und des Isolierrohres im geschlitzten Außenleiter erforderlich. Dieser komplizierte und teure Aufbau mit für die elektrische Wirkung an sich unnötigen Teilen bedingt somit einen hohen Herstellungs- und Montageaufwand bei zugleich großem Platzbedarf, wodurch für viele praktische Anwendungsfälle ein sinnvoller Einsatz dieses bekannten Symmetriergliedes zumindest in Frage gestellt ist. Das erfindungsgemäße Symmetrierglied weist demgegenüber einen äußerst einfachen, kostengünstigen und mechanisch dauerhaft stabilen Aufbau ohne zusätzliche Befestigung und Kontaktierungsmittel auf. Außerdem wird der Witterungsschutz von dem zum Verschließen des oberen Standrohrendes auch beim Stand der Technik erforderlichen Teil miterfüllt, so daß hierfür keine besondere Einrichtung vorzusehen ist.Furthermore, DE-AS 11 42 014 discloses a balancing element for connecting a symmetrical antenna to a coaxial line, in which one part, namely a slotted outer conductor, is designed as a rigid tube for attachment to the standpipe. However, this balancing element is not designed as a quarter-wave blocking head short-circuited on one side, but as a more complicated slot balancing and also requires special weather protection in the area of the open slot. Above all, however, its slotted outer conductor is not designed as a standpipe or part of one; rather, it is connected via an additional insulating tube to an outer conductor designed as a rigid tube of the coaxial line, which is therefore extremely expensive to manufacture as a specially manufactured part, and this in turn is connected to the standpipe via special fastening means. These fastening means must be extremely stable in order to be able to safely and permanently absorb the considerable bending moment caused by the large horizontal distance between the antenna and the standpipe. In addition, this known balancing element uses a clamp to ensure the required press fit between the halves of the slotted outer conductor and the insulating tube. Finally, further measures are required to create a perfect contact between the rigid tube and the cable outer conductor and to fasten the cable to the standpipe and the insulating tube in the slotted outer conductor. This complicated and expensive structure with parts that are unnecessary for the electrical effect therefore requires a high level of manufacturing and assembly effort and at the same time requires a lot of space, which at least calls into question the sensible use of this known balancing element for many practical applications. The balancing element according to the invention, on the other hand, has an extremely simple, cost-effective and mechanically permanently stable structure without additional fastening and contacting means. In addition, the weather protection is also fulfilled by the part required to close the upper end of the standpipe in the prior art, so that no special device is required for this.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Symmetriereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, die bei möglichst vollständiger und verlustarmer Symmetrierung einen einfachen sowie kostengünstigen und dennoch dauerhaft stabilen witterungsgeschützten Aufbau aufweist.The invention is based on the object of creating a balancing device according to the preamble of claim 1, which has a simple and cost-effective yet permanently stable weatherproof structure with as complete and low-loss balancing as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Außenleiter des Sperrtopfes zusätzlich als zur Befestigung der Antenne dienendes Standrohr bzw. eines Teils davon vorgesehen ist. Dies kann auf einfachste Weise dadurch erreicht werden, daß das direkt an den symmetrischen Antennenausgang angeschlossene Koaxialkabel durch das zur Befestigung der Antenne sowieso benötigte metallische Standrohr geführt und sein Außenleiter nach einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge galvanisch mit dem Standrohr verbunden wird. Dabei ist es selbstverständlich, daß aus Gründen der Anpassung ein Koaxialkabel gewählt wird, dessen Wellenwiderstand dem Anschlußwiderstand der Antenne entspricht.This object is achieved according to the invention in that the outer conductor of the blocking pot is also provided as a standpipe for fastening the antenna or a part thereof. This can be achieved in the simplest way by leading the coaxial cable connected directly to the symmetrical antenna output through the metal standpipe required anyway for fastening the antenna and its outer conductor being galvanically connected to the standpipe after a quarter of the average operating wavelength. It goes without saying that, for reasons of adaptation, a coaxial cable is selected whose characteristic impedance corresponds to the connection resistance of the antenna.

Auf diese Weise ist mit geringstmöglichem Mehraufwand erreicht, daß das Standrohr nicht nur zur Montage einer oder mehrerer Antennen, sondern zugleich als Symmetriereinrichtung dient, wodurch die Antennenanlage in Herstellung und Montage kostengünstiger gestaltet ist und mit kleineren räumlichen Abmessungen bzw. geringerem Platzbedarf auskommt.In this way, with the least possible additional effort, the standpipe not only serves to mount one or more antennas, but also as a balancing device, making the antenna system more cost-effective to manufacture and assemble and requiring smaller dimensions and less space.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach dem Anspruch 1 beschrieben.Advantageous embodiments of the subject matter according to claim 1 are described in the subclaims.

Bei einer Ausführung nach Anspruch 2 dient der Sperrtopfaußenleiter nicht nur als Standrohr mit, sondern darüber hinaus auch noch als (Teil einer) unsymmetrischen Antenne und erfüllt damit ohne Mehraufwand eine dreifache Funktion.In an embodiment according to claim 2, the barrier pot outer conductor serves not only as a standpipe, but also as (part of) an asymmetrical antenna and thus fulfills a triple function without additional effort.

Bei einer Symmetriereinrichtung nach Anspruch 3 ist auf einfache Weise eine Vergrößerung der Bandbreite des Sperrtopfs erreicht und damit das Auftreten von Mantelströmen und dessen nachteilige Folgen in einem größeren Frequenzbereich wirksam vermieden.In a balancing device according to claim 3, an increase in the bandwidth of the barrier pot is achieved in a simple manner and thus the occurrence of sheath currents and their disadvantageous consequences in a larger frequency range are effectively avoided.

Eine Ausgestaltung nach Anspruch 4 gewährleistet in vorteilhafter Weise einen konstanten Wellenwiderstand des Sperrtopfs bei geringen dielektrischen Verlusten.An embodiment according to claim 4 advantageously ensures a constant characteristic impedance of the barrier pot with low dielectric losses.

Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Symmetriereinrichtung in teilweise geschnittener Ansicht bei einer Kombinationsantenne für den Rundfunkempfang in den Frequenzbereichen LMKU.The figure shows an embodiment of the balancing device according to the invention in a partially sectioned view of a combination antenna for radio reception in the LMKU frequency ranges.

Bei dieser Kombinationsantenne ist für den UKW-Empfang ein symmetrischer Halbwellen-Dipol vorgesehen, dessen Arme 1, 1&min; mit ihren anschlußseitigen Endteilen im montierten Zustand witterungsgeschützt in einem Isolierkopf 2 angeordnet und über Anschlußlaschen 3, 3&min; mit dem Außenleiter 4 bzw. dem Innenleiter 5 des koaxialen Anschlußkabels 6, 22 galvanisch verbunden sind. Die Abmessungen des Halbwellen-Dipols sind so gewählt, daß sein Fußpunktwiderstand dem Wellenwiderstand des Koaxialkabels 6, 22 (75 Ohm) entspricht. Zur Vermeidung von Mantelwellen, die sowohl einen Verlust an Empfangsenergie, als auch eine Verzerrung des Antennendiagramms bewirken würden, ist ein am antennenseitigen Ende offener Viertelwellen-Sperrkopf vorgesehen, dessen Innenleiter durch den Außenleiter 4 des antennenseitigen viertelwellenlangen Koaxialkabelstücks 6 und dessen Außenleiter durch den oberen Teil 7 des Antennenstandrohrs gebildet ist. Der Kurzschluß am empfängerseitigen Ende des Sperrtopfs ist durch galvanische Verbindung des Kabelaußenleiters 4 und des Sperrtopfaußenleiters 7 mittels der Schraubklemmschelle 8 bewirkt. Das Koaxialkabelstück 6 ist durch schmale Kunststoff-Stützscheiben 9zentrisch im Sperrtopfaußenleiter 7 geführt. Durch entsprechende Ausführung der Stützscheiben 9 ist in bekannter Weise auch eine azentrische Führung des Koaxialkabelstückes 6 zur Bandbreiten-Vergrößerung möglich. Der untere Teil 10 der Standrohres ist mit dessen oberem Teil 7 mit Hilfe der metallischen Halterung 11 fest verbunden, davon aber durch das Isolierteil 12 galvanisch getrennt. Dabei sind die Abstände des oberen Standrohrteils 7 vom unteren 10, sowie der Halterung 11 möglichst groß und für das Isolierteil 12 Kunststoffmaterial mit geringer Dielektrizitätskonstante gewählt worden, damit die Kapazität des Sperrtopfaußenleiters 7 gegen Masse, die eine Verminderung des Empfangspegels im LMK-Bereich bewirkt, möglichst gering ist. This combination antenna is provided with a symmetrical half-wave dipole for VHF reception, the arms 1, 1' of which are arranged with their connection-side end parts in an insulating head 2 in the assembled state, protected from the weather, and are galvanically connected to the outer conductor 4 or the inner conductor 5 of the coaxial connection cable 6, 22 via connection lugs 3, 3' . The dimensions of the half-wave dipole are selected so that its base resistance corresponds to the characteristic impedance of the coaxial cable 6, 22 (75 Ohm). To avoid sheath waves, which would cause both a loss of reception energy and a distortion of the antenna diagram, a quarter-wave blocking head is provided which is open at the antenna end, the inner conductor of which is formed by the outer conductor 4 of the quarter-wave coaxial cable section 6 on the antenna side and the outer conductor of which is formed by the upper part 7 of the antenna standpipe. The short circuit at the receiver end of the blocking pot is caused by a galvanic connection of the cable outer conductor 4 and the blocking pot outer conductor 7 by means of the screw clamp 8. The coaxial cable section 6 is guided centrally in the blocking pot outer conductor 7 by means of narrow plastic support disks 9. By designing the support disks 9 accordingly, it is also possible to guide the coaxial cable section 6 eccentrically in order to increase the bandwidth in a known manner. The lower part 10 of the standpipe is firmly connected to its upper part 7 by means of the metal holder 11 , but is galvanically separated from it by the insulating part 12. The distances between the upper standpipe part 7 and the lower part 10 and the holder 11 are as large as possible and plastic material with a low dielectric constant has been selected for the insulating part 12 so that the capacitance of the outer conductor 7 of the blocking pot to ground, which causes a reduction in the reception level in the LMK range, is as low as possible.

Die Antenne für den LMK-Empfang besteht aus dem Metallstab 13, dem Gewindebolzen 14, sowie dem damit über einen Kontaktstift 15 verbundenen, den Sperrtopfaußenleiter bildenden oberen Standrohrteil 7. Wegen der galvanischen Verbindung des Armes 1, sowie der durch die Kabelkapazität bewirkten Verkopplung des Armes 1&min; mit dem Sperrtopfaußenleiter 7 beträgt auch die UKW-Antenne, die selbstverständlich auch als Dipolschleife, Kreuzdipol oder YAGI-Antenne ausgebildet sein kann, zu einer Vergrößerung des Empfangspegels im LMK-Bereich bei.The antenna for LMK reception consists of the metal rod 13 , the threaded bolt 14 and the upper standpipe part 7 connected to it via a contact pin 15 and forming the outer conductor of the blocking pot. Due to the galvanic connection of the arm 1 and the coupling of the arm 1' with the outer conductor of the blocking pot caused by the cable capacitance, the VHF antenna, which can of course also be designed as a dipole loop, cross dipole or YAGI antenna, also contributes to an increase in the reception level in the LMK range.

Bei der Montage wird der als Gewindebuchse ausgeführte, einen ringförmigen Flansch 16 aufweisende untere Teil 17 des Metallstabes 13 mit dem Gewindebolzen 14 verschraubt, der durch den in Bohrungen des Sperrtopfaußenleiters 7 eingreifenden Kontaktstift 15 in vertikaler Richtung fixiert ist. Dabei wird das freie Endteil des Sperrtopfaußenleiters 7 von einem nach unten abragenden Rohrstutzen 18 des Isolierkopfes 2 bündig umfaßt. Insgesamt ist damit zugleich eine stabile Verbindung der beiden übereinandergreifenden Schalen 19, 20 des Isolierkopfes 2 miteinander und auch mit dem oberen Standrohrteil 7, sowie eine sichere Halterung und Kontaktgabe der beiden Arme 1, 1&min; des UKW-Dipols in Betriebsstellung gewährleistet. Das Isolierteil 12 trägt eine Schaltungsplatine 21 mit in der Figur nicht dargestellten Bauelementen zum Zusammenschalten der Signale des UKW- und des LMK-Bereiches auf eine gemeinsame koaxiale Ableitung 22. Die nötige leitende Verbindung des Massebelages der Schaltungsplatine 21, an den auch der Außenleiter der koaxialen Ableitung 22 angeschlossen ist, mit dem geerdeten unteren Standrohrteil 10 ist über die Halterung 11, die Schraube 23 und eine Lasche 24 hergestellt. Da über den Außenleiter des Koaxialkabelstücks 6 auch die LMK-Signale übertragen werden, ist dieser nicht direkt mit Masse verbunden, sondern, z. B. über einen in der Figur ebenfalls nicht dargestellten Serienresonanzkreis, selektiv nur für den UKW-Bereich.During assembly, the lower part 17 of the metal rod 13 , which is designed as a threaded bush and has an annular flange 16 , is screwed to the threaded bolt 14 , which is fixed in the vertical direction by the contact pin 15 engaging in holes in the barrier pot outer conductor 7. The free end part of the barrier pot outer conductor 7 is flush with a downwardly projecting pipe socket 18 of the insulating head 2. Overall, this ensures a stable connection of the two overlapping shells 19, 20 of the insulating head 2 to one another and also to the upper standpipe part 7 , as well as secure mounting and contacting of the two arms 1, 1' of the VHF dipole in the operating position. The insulating part 12 carries a circuit board 21 with components (not shown in the figure) for connecting the signals of the VHF and LMK ranges to a common coaxial lead 22 . The necessary conductive connection of the ground layer of the circuit board 21 , to which the outer conductor of the coaxial lead 22 is also connected, with the grounded lower standpipe part 10 is made via the bracket 11 , the screw 23 and a tab 24. Since the LMK signals are also transmitted via the outer conductor of the coaxial cable section 6 , this is not connected directly to ground, but rather, for example, via a series resonance circuit (also not shown in the figure), selectively only for the VHF range.

Die Halterung 11, sowie das Isolierteil 12 und damit auch die Schaltungsplatine 21, sowie das offene Ende des unteren Standrohrteils 10 sind durch eine Kunststoffhaube 25 abgedeckt und damit gegen Witterungseinflüsse geschützt.The bracket 11 , as well as the insulating part 12 and thus also the circuit board 21 , as well as the open end of the lower standpipe part 10 are covered by a plastic cover 25 and thus protected against the effects of the weather.

Claims

1. Balancing device designed as a quarter-wave blocking pot short-circuited on one side for connecting a symmetrical antenna to a coaxial line, the quarter-wave-long outer conductor piece on the antenna side of which forms the inner conductor of the blocking pot, characterized in that the outer conductor ( 7 ) of the blocking pot is additionally provided as a standpipe serving to attach the antenna ( 1, 1' ) or a part thereof.

2. Balancing device according to claim 1, characterized in that the barrier pot outer conductor ( 7 ) simultaneously serves as an asymmetrical antenna or part of such an antenna for a further frequency range.

3. Balancing device according to claim 1 or 2, characterized in that the quarter-wave length coaxial cable piece ( 6 ) on the antenna side is arranged acentrically in the blocking pot, preferably in such a way that the characteristic impedance of the blocking pot is approximately three to five times lower than that of the coaxial cable piece ( 6 ).

4. Balancing device according to one of the preceding claims, characterized in that the coaxial cable piece ( 6 ) is held at a constant distance from the barrier pot outer conductor ( 7 ) by support disks ( 9 ) made of low-loss insulating material that are as thin as possible.