DE3046255A1 - Breitband-antenne kleiner abmessungen fuer das radiofrequenzband - Google Patents

Breitband-antenne kleiner abmessungen fuer das radiofrequenzband

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DE3046255A1
DE3046255A1 DE19803046255 DE3046255A DE3046255A1 DE 3046255 A1 DE3046255 A1 DE 3046255A1 DE 19803046255 DE19803046255 DE 19803046255 DE 3046255 A DE3046255 A DE 3046255A DE 3046255 A1 DE3046255 A1 DE 3046255A1
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David Kiryat Chaim Grimberg
Yoram Kiryat Bialik Kol
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Description

David Grimberg Kiryat Chaim (IL)
Yoram KoI Kiryat Bialik (IL)
BREITBAND-ANTENNE KLEINER ABMESSUNGEN FUER DAS RADIOFREQUENZBAND.
130041/0798
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenne für das Radiofrequenzband, insbesondere auf eine Antenne mit Breitband-Charakteristik.
Antennenarten mit einem resonierenden Element, wie zum Beispiel Monopole, Dipole, Schleifenantennen oder Antennen nach dem "Transmission line"-Prinzip besitzen einen Impedanzverlauf, der stark von der Frequenz abhängig ist und werden demzufolge normalerweise nur als Schmalband-Antennen verwendet. Breitband-Antennen besitzen üblicherweise kein resonierendes Element und sind z.B. zylindrisch, konisch, sphärisch, Diamantförmig oder logarithmisch ausgebildet, haben aber den Nachteil der normalerweise beträchtlichen Grosse, besonders für den Betrieb im VHF- und UHF-Band.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antenne für das Radiofrequenzband zu schaffen, die breitbandig ist, trotzdem aber geringe Abmessungen besitzt.
Gemäss der Erfindung wird dies mit einer Antennenkonstruktion erreicht, die eine "Transmission line"-Antenne enthält, welche an eine Monopol-Antenne angekoppelt ist. Das erfindungsgemässe Antennensystem benutzt so die gegensätzlichen Schmalband-Impedanzcharakteristika der "Transmission line"-Antennen und der Monopol-Antennen in der Weise, dass sich diese ergänzen, um so eine Antenne zu schaffen, die breitbandig ist, trotzdem aber relativ geringe Abmessungen besitzt. Die Länge sowohl des Transmission line"-Antennenteils als auch des Monopol-Antennenteils kann noch besonders abgestimmt werden, wie dies später noch eingehender beschrieben wird. So kann bei jeder Frequenz innerhalb des interessierenden Bandes eine optimale Anpassung an die gewünschte Eingangsimpedanz, im vorliegenden Beispiel 50 Ohm, erreicht werden.
13O{)41/O798
Dadurch ist mit der erfindungsgemässen Konstruktion nicht nur eine Breitbandantenne mit geringeren Abmessungen geschaffen, sondern die Verwendung von Anpassungsgliedern fällt auch dahin, was sich in einem höheren Gewinn bzw. in einer höheren übertragbaren Leistung äussert.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Antennenkonstruktion wird eine Grundplatte und ein zentraler Träger verwendet, der sich rechtwinklig zur Grundplatte erstreckt. Der "Transmission line"-Antennenteil ist am zentralen Träger befestigt und erstreckt sich parallel zur Grundplatte. Der Monopol-Antennenteil ist am freien Ende des "Transmission line"-Antennenteils angebracht und erstreckt sich parallel zur Achse des zentralen Trägers. Schliesslich ist am Ende des Monopol-Antennenteils eine Induktivität mit mehreren !^indungen vorgesehen, die koaxial zur Monopol-Antenne angeordnet ist.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Antennenkonstruktion sind vier "Transmission line"-Antennenteile vorgesehen, die alle am zentralen Träger befestigt und untereinander rechtwinklig ausgerichtet sind, wobei sie parallel zur Grundplatte verlaufen. An den vier freien Enden ist je eine Monopol-Antenne befestigt, die sich alle parallel zur Achse des zentralen Trägers erstrecken.
Besonders gute Resultate lassen sich dann erreichen, wenn die Länge der vier "Transmission-line"-Antennenteile und diejenige der vier Monopol-Antennenteile in ganz bestimmten Verhältnissen zueinander stehen, welche von der Wellenlänge der untersten noch zu empfangenden Frequenz abhängen. Die Bemessung dieser Verhältnisse wird weiter unter noch ausführlicher erläutert werden.
— 2 —
130041/0798
ORIGINAL INSPECTED
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen
Antennenkonstruktion, unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, näher erläutert.
Es zeigen:
Fig.l eine schematische Ansicht der erfindungsgemässen
Antennenkonstruktion, und
Fig.2-4 Grafiken, die verschiedene an der Antenne gemessene Charakteristiken darstellen.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen
Antennenkonstruktion schematisch dargestellt. Sie besitzt eine
Grundplatte GP aus elektrisch leitfähigem Material, z.B. aus Kupfer. Ein Träger CB ragt zentral durch die Grundplatte GP hindurch und steht dazu im rechten Winkel. Weiter umfasst die Konstruktion vier "Transmission line"-Antennen T^ - T^, vier Monopol-Antennen
M-j - M4, die je von einer der "Transmission line "-Antennen gespiesen werden, und vier Induktionsspulen Cj - C4, die je an den Enden der Monopol-Antennen befestigt sind.
Die Grundplatte GP besitzt quadratische Form und der Träger CB
durchdringt diese Platte GP in deren Zentrum. Die Verbindung zwischen Platte GP und Träger CB erfolgt mittels eines normalen Koaxialverbinders, der gleichzeitig den elektrischen Anschluss FP der Antenne darstellt.
Der Träger CB erstreckt sich rechtwinklig zur Grundplatte GP und
trägt an seinem oberen Ende die vier "Transmission line"-Antennen Τ.] - T,, sodass diese untereinander einen rechten Winkel einschliessen und parallel zur Grundplatte GP verlaufen.
Die Monopol-Antennen M^ - M4 sind je an einem Ende der "Transmission line"-Antennen angebracht und erstrecken sich parallel zueinander und zur Achse des zentralen Trägers CB.
130041/0798
Bei der praktischen Ausführung der Antennenkonstruktion können die vier "Transmission line"-Antennen T1 - T4 und die vier Monopol-Antennen M1 - M4 durch zwei U-förmige Stäbe aus elektrisch leitfähigem Material oder durch zwei entsprechend gebogene Drähte mit rundem Querschnitt gebildet sein, die dann so am zentralen Träger befestigt sind, dass sie rechtwinklig zueinander stehen. Die vier äusseren Schenkel der ü-förmigen Stäbe oder Drähte bilden so die vier Monopol-Antennen M1 - M4, während die beiden Verbindungsstege der U-förmigen Stäbe oder Drähte die vier "Transmission line"-Antennen T1 - T4 darstellen.
Die vier Induktionsspulen C1 - C4 besitzen je vier Windungen, wobei jede der Spulen, wie schon erwähnt, koaxial an je einem Ende der vier Monopol-Antennen M1 - M4 befestigt sind.
Es wurde ein Versuchsmuster der erfindungsgemässen Antennenkonstruktion gebaut, welches mit Bezug auf die Wellenlänge \ der untersten noch zu empfangenden Frequenz des interessierenden Frequenzbandes folgende Abmessungen aufweist:
M1 = 0,1133 > T1 = 0,0316 A d = 0,001 λ
M2 = 0,0866 λ T2 = 0,0366 A h = 0,0166 A
M3 = 0,12 X T3 = 0,035 λ 0 = 0,007 A
M4 = Ο,133λ T4 = 0,033 A 1 = 0,007 A
a = 0,25 χ
b = 0,25 A
Die Fig. 2-4 zeigen einige Charakteristika, die an einem Versuchmuster der erfindungsgemässen Antenne mit den obigen Parametern gemessen wurden; der Durchmesser (d) sowohl aller Antennenstäbe als auch des zentralen Trägers CB ist identisch, und der Durchmesser der zentralen Oeffnung in der Grundplatte GP, die den Anschlusspunkt FP der Antennenkonstruktion darstellt, betrug weniger als 1/30 A . Der Anschluss an den zentralen Träger erfolgte über
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ein Koaxial-Anschlusstück mit einer Impedanz von 50 ohm.
Die Fig. 2 zeigt die Abstrahlcharakteristik der Antenne gemäss Fig. 1, wobei die Kurve "H" das Azimuth bzw. die sogenannte H-Ebene und die Kurve "E" die Elevation bzw. die sogenannte E-Ebene darstellt. Es ist aus dem Diagramm ersichtlich, dass die Abstrahlcharakteristik praktisch gleich ist wie bei einer konventionellen Monopol-Antenne. Die Fig. 3 zeigt die am Versuchsmuster gemessene Beziehung zwischen Stehwellenverhältnis (VSWR) und Frequenz, Es ist ersichtlich, dass über das ganze Frequenzband ein Verhältnis von 1-2,5 erreicht werden kann, was den Anforderungen, die üblicherweise an eine Sende-Antenne gestellt werden, vollauf entspricht. Die Fig. 4 schliesslich zeigt den gemessenen Gewinn (dbi) in Abhängigkeit der Frequenz, wobei ersichtlich ist, dass der minimale Gewinn mehr als 1,5 dbi beträgt und im wesentlichen über das ganze Frequenzband zwischen 2 und 6 dbi beträgt. Im Vergleich zu einer konventionellen Monopol-Antenne ist dies ein sehr guter Wert; dort beträgt der Gewinn innerhalb des schmalen Frequenzbandes nur ca. 1,5 dbi. Auch bei einer konventionellen "Transmission line"-Antenne beträgt der Gewinn innerhalb des schmalen nutzbaren Frequenzbandes nur ca. 1,0 dbi.
Es hat sich gezeigt, dass die rechtwinklige Anordnung der Antennen untereinander und zum zentralen Träger das Optimum darstellt. Andererseits wurde festgestellt, dass kleinere Abweichungen von den rechten Winkeln, z.B. unter Windeinfluss, nur relativ kleine Aenderungen des Stehwellenverhältnisses und des Gewinns verursachen, dies stellt unzweifelhaft ein grosser Vorteil der erfindungsgemässen Antennenkonstruktion dar.
4350441/0798
Leerseite

Claims (10)

  1. PATENTANSRPUECHE
    IJ Breitband-Antennenkonstruktion für das Radio-Frequenzband, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine "Transmission line"-Antenne aufweist, die an eine Monopol-Antenne angekoppelt ist.
  2. 2. Antennenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Grundplatte und einen zentralen Träger aufweist, der sich rechtwinklig zur Grundplatte erstreckt, wobei die "Transmission line"-Antenne am zentralen Träger befestigt ist und sich parallel zur Grundplatte erstreckt, und wobei die Monopol-Antenne am freien Ende der "Transmission line"-Antenne angebracht ist und parallel zur Achse des zentralen Trägers verläuft.
  3. 3. Antennenkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Induktionsspule mit mehreren Wicklungen vorgesehen ist, die koaxial am Ende der Monopol-Antenne angeordnet ist.
  4. 4. Antennenkonstruktion nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am zentralen Träger vier "Transmission line"-Antennen angebracht sind, die sich parallel zur Grundplatte erstrecken und die untereinander je einen rechten Winkel einschliessen, und dass an den freien Enden .der vier "Transmission line"-Antennen je eine Monopol-Antenne angeordnet ist, die sich alle
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    parallel zur Achse des zentralen Trägers erstrecken.
  5. 5. Antennenkonstruktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Monopol-Antennen (M1-M4) und die "Transmission line"-Antennen (T1-T4) mit Bezug auf die Wellenlänge (\ ) der untersten Frequenz des interessierenden Frequenzbandes folgende Abmessungen besitzen:
    M1 = 0,1133 Λ T1 = 0,0316 Λ
    M2 = 0,0866 λ T2 = 0,0366 A
    M3 = 0,12 λ T3 = 0,035 Λ
    M4 = 0,133 Λ T4 = 0,033 Λ
  6. 6. Antennenkonstruktion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte quadratisch ist und dass die Seitenlänge 1/4 Λ beträgt.
  7. 7. Antennenkonstruktion nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des zentralen Trägers 0,0166 λ und der Durchmesser desselben wie auch derjenige aller Antennen 0,001 \ beträgt.
  8. 8. Antennenkonstruktion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende jeder der Monopol-Antennen je eine koaxial angeordnete Induktionsspule mit mehreren Windungen angebracht ist.
    130 041/0790
  9. 9. Antennenkonstruktion nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und der Durchmesser jeder der Induktionsspulen 0,007 A beträgt.
  10. 10. Antennenkonstruktion nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende jeder der Monopol-Antennen je eine koaxial angeordnete Induktionsspule mit mehreren Windungen angebracht ist, wobei die Längen (M-j-M^) der vier Monopol-Antennen, die Längen (T1-T4) der vier "Transmission line"-Antennen, der Durchmesser (d) der Antennen, die Höhe (h) des zentralen Trägers, der Durchmesser (d) und die Länge (1) jeder Spule sowie die Länge (a) und die Breite (b) der Grundplatte in Bezug auf die Wellenlänge (A) der untersten Frequenz des interessierenden Frequenzbandes folgende Abmessungen besitzen:
    M1 = 0,1133 A T1 = 0,0316 X d = 0,001 λ
    M2 = 0,0866 A T2 = 0,0366 A h = 0,0166 A
    M3 = 0,12 A T3 = 0,035 A 0 = 0,007 A
    M4 = 0,133 A T4 = 0,033 A 1 = 0,007 A
    a = 0,25 A
    b = 0,25 Λ
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