DE3142748A1

DE3142748A1 - ANTENNA SYSTEMS

Info

Publication number: DE3142748A1
Application number: DE19813142748
Authority: DE
Inventors: William Eric Ing. Stourbridge West Midlands Bartholomew
Original assignee: PLEXAN Ltd
Current assignee: PLEXAN Ltd
Priority date: 1980-10-29
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1982-09-09
Also published as: GB2086662A; JPS57104302A; GB2086662B

Description

V-V-

Antennen-SystemAntenna system

Description;

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Antennen-Systeme. The present invention relates to antenna systems.

Erfindungsgemäß ist ein abstimmbares Antennen-System für Sender und/oder Empfänger vorgesehen, das" eine belaste-te Stabantenne beinhaltet, deren effektive Länge bei über einem Viertel der Wellenlänge (λ) liegt, die durch die obere Grenze des. gewünschten Sende- oder Empfangsfrequenzbandes bestimmt ist. Die Antenne umfaßt eine verteilte Spule, einen Kondensator _r der zwischen das eineAccording to the invention, a tunable antenna system for transmitters and / or receivers is provided which "includes a loaded rod antenna whose effective length is over a quarter of the wavelength (λ) that passes through the upper limit of the desired transmission or reception frequency band The antenna comprises a distributed coil, a capacitor _r between the one

¹^ Ende der Spule und einem mit Masse verbundenen Pol geschaltet ist, eine Koppelspule, die an einem bestimmten Ort der verteilten Spule einkoppelt. Ferner umfaßt sie Hilfsmittel, mit denen die Kapazität des Kondensators und/oder die Induktivität der verteilten Spule in der Art verstellt werden kann, daß bei Einkopplung der Koppelspule an dem oben genannten bestimmten Ort, die Impedanz des Antennen-Systems· von einem Sender und/oder Empfänger der bei der genannten Wellenlänge arbeitet, durch die Koppelspule gesehen, im wesentlichen reell ist. ¹ ^ end of the coil and a pole connected to ground is connected, a coupling coil that couples at a certain location of the distributed coil. It also includes tools with which the capacitance of the capacitor and / or the inductance of the distributed coil can be adjusted in such a way that when the coupling coil is coupled in at the specific location mentioned above, the impedance of the antenna system from a transmitter and / or receiver operating at said wavelength, viewed through the coupling coil, is essentially real.

Erfindungsgemäß ist ein abstimmbares Antennen-System vorgesehen, welches ein Gehäuse, das den variablen Kondensator beinhaltet und den Wickelkörper trägt, ein oben lastendes, durch den Wickelkörper getragenes Element sowie eine, verteilte Spule umfaßt, die durch den Wickelkörper gestützt wird un den Kondensator mit dem oben lastenden Element verbindet. Ferner umfaßt es eine Koppelspule, die elektromagnetisch an einen vorbestimmten Abschnitt der verteilten Spule angekoppelt ist und mit Klemmen verbunden ist, die durch das Gehäuse getragen werden, wobei der Kondensator so veränderlich ist, daß bei mit Masse verbundenem und auf eine bestimmte Wellenlänge innerhalbAccording to the invention, a tunable antenna system is provided, which has a housing that contains the variable capacitor and carries the bobbin, an overhead, element carried by the bobbin and a distributed coil carried through the bobbin is supported and connects the capacitor to the element bearing above. It also includes a coupling coil, which is electromagnetically coupled to a predetermined portion of the distributed coil and connected to terminals carried by the housing, the capacitor being variable so that at grounded connected and on a certain wavelength within

des Wellenlängenbereichs der Antenne abgestimmtem Kondensator die Impedanz des Systems von den Klemmen aus gesellen im wesentlichen reel ist«,The capacitor, matched to the wavelength range of the antenna, increases the impedance of the system from the terminals is essentially real «,

g Erfindungsgemäß ist ferner ein abstimmbares Antennen-System vorgesehen, welches in Reihe geschaltet ein oben lastendes Element, eine verteilte Spule und einen Kondensator enthält„ wobei eine Koppelspule, die in die verteilte Spule nur über einen Teil der verteilten Spule einkoppelt, und Abstimmhilfsmittel zur Veränderung der Syst eiapar ame t er in der Weise vorgesehen sind, daß "bei Abstimmung des Systems auf eine bestimmte Frequenz der Eingangswiderstand des Systems durch die Koppelspule gesehen, im wesentlichen reell ist»-According to the invention is also a tunable antenna system provided, which connected in series an overhead element, a distributed coil and a capacitor contains "being a coupling coil that is distributed in the Coil is only coupled in via part of the distributed coil, and a tuning aid for changing the system eiapar ame t he is provided in such a way that "when voting of the system at a certain frequency the input resistance of the system is seen through the coupling coil, is essentially real »-

Antennen-Systene, in denen die Erfindung verkörpert ist, werden nun durch Beispiele beschrieben, wobei Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen genommen wird« Liese Zeichnungen zeigen=Antenna systems in which the invention is embodied will now be described by way of examples, reference being made to the accompanying schematic drawings « Show these drawings =

Fig. 1 ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Stabantenne ;1 shows a cross section through a rod antenna according to the invention ;

Pig» 2 die Abhängigkeit des Widerstandes vom Abstand für die Antenne nach Pig» 1;Pig »2 the dependence of the resistance on the distance for the antenna according to Pig »1;

Pig« 3 ©in Dipol-Antennen-System, welches zwei Antennen wie in Pig» 1 gezeigt, beinhaltet;Pig «3 © in dipole antenna system, which has two antennas as shown in Pig »1;

SO Pig«, 4 ein Antennensystem mit gebündelter Richtcharakte ristik, welches aus zwei strahlungsgekoppelten Dipol-Elementen besteht;SO Pig «, 4 an antenna system with a bundled directional pattern ristics, which consists of two radiation-coupled dipole elements;

Pig» 5 ein verändertes Antennensystem, mit gebündelter Richtcharakteristik, welches für den Betrieb in mehreren Prequenzsendern geeignet ist;Pig »5 a modified antenna system, with bundled Directional characteristic which is suitable for operation in several frequency transmitters;

r ! Fig. 6 die Stabantenne von Pig. 1 , verändert für den r ! Figure 6 shows the Pig rod antenna. 1, changed for the

Betrieb auf mehreren Frequenzbändern;Operation on multiple frequency bands;

!"ig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Antennenhalters für Hausfenster für die Aufnahme der Antenne von Fig. 1; .Fig. 7 is a perspective view of an antenna holder for house windows to accommodate the antenna of Fig. 1; .

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines Antennenhalters für Autofenster für die Aufnahme der Antenne von Fig. -1.8 shows a perspective illustration of an antenna holder for car windows to accommodate the antenna from Fig. -1.

Das zu beschreibende Antennensystem ist speziell für den Gebrauch durch Amateure oder für CB-Funk in Verbindung mit einem mobilen Sender \ind Empfänger geeignet. 15The antenna system to be described is specifically for use by amateurs or for CB radio in conjunction suitable with a mobile transmitter / receiver. 15th

Die belastete Stabantenne, die in Fig. 1 gezeigt wird, beinhaltet ein oben lastendes Element 2, zwei, in Serie geschaltet mit einer verteilten opule 4- und einem variablen Kondensator 6. Das oben lastende Element kann eine Spitzenverlängerung oder eine Dachlast sein. Der variable Kondensator 6 ist in einem Gehäuse 8 untergebracht. Ein zylindrischer Wickelkörper 1o, befestigt auf dem Gehäuse S, trägt die Spule 4-, und ein Stopfen in der Spitze des Wickelkörpers 1o trägt das oben lastende Element 2. Ein Schrumpfschlauch 14 aus Kunststoff umhüllt den Wickelkörper 1o und die Spule 4. Ein am Gehäuse 8 gelagerter Bedienungsknopf 16', ist mit dem Kondensator 6 verbunden, um dessen Kapazität verändern zu können.The loaded rod antenna shown in Fig. 1 includes an overhead loading element 2, two, in series switched with a distributed opule 4 and a variable Capacitor 6. The overhead element can be a top extension or a roof load. The variable Capacitor 6 is accommodated in a housing 8. A cylindrical bobbin 1o attached to the housing S, carries the coil 4-, and a plug in the top of the Winding body 1o carries the overhead element 2. A Shrink tubing 14 made of plastic envelops the winding body 1o and the coil 4. A mounted on the housing 8 Control button 16 ', is connected to the capacitor 6, to be able to change its capacity.

Eine. Koppelspule 16, die innerhalb des Wickelkörpers 1o angeordnet ist, hat Anschlußdrähte, die in Form eines Koaxialkabels durch den Wickelkörper 1o, zu jeweils einer von zwei Anschlußklemmen 18 und 2o, die am Gehäuse 8 be-One. Coupling coil 16, which is arranged within the winding body 1o, has connecting wires in the form of a Coaxial cable through the bobbin 1o, to one of two terminals 18 and 2o, which are attached to the housing 8

festigt sind, nach unten geführt sind. 35are fixed, are guided downwards. 35

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Die Anschlußklemmen 18 und 2o sind mit einem Sender/Empfänger 22 verbunden. Der freie Raum innerhalb des Wikkelkörpers 1o kann durch eine Kunststoffüllmasse, z.B.The terminals 18 and 2o are with a transmitter / receiver 22 connected. The free space within the winding body 1o can be replaced by a plastic filler, e.g.

ein Epoxy-Harz, ausgefüllt werden. . .an epoxy resin. . .

Die Stabantenne hat eine Länge, die bei über einem Viertel der höchsten Wellenlänge (jJ) des gewünschten Sende- und Empfangswellenlängenbereichs liegt. Eine effektive Antennenlänge von 3/8λ ist vorzuziehen. 10The rod antenna has a length which is more than a quarter of the highest wavelength (jJ) of the desired transmission and reception wavelength range. An effective antenna length of 3 / 8λ is preferable. 10

Fig. 2 zeigt den Widerstand der Antenne für eine bestimmte Wellenlänge, d.h.denjenigen Widerstand, den man in die Klöppelspule 16 sieht, wenn man sie mit verschiedenen Abständen entlang der Antenne positioniert, wobei der Abstand D- entlang der Antenne in der Abszissenachse und der Widerstand in der Ordinatenachse aufgetragen ist. Wie man sieht, hat der Widerstand ein Minimum an einem Ort zwischen den entgegengesetzten Enden der verteilten Spule 4. An diesem Ort ist die Antennenlast im wesent-Fig. 2 shows the resistance of the antenna for a given Wavelength, i.e. the resistance that you see in the bobbin 16 when you use it with different Distances positioned along the antenna, the distance D- along the antenna in the abscissa axis and the resistance is plotted on the ordinate axis. As can be seen, the resistance has a minimum at some point between the opposite ends of the distributed Coil 4. At this location, the antenna load is essentially

²^ liehen reell. Eür die Ankopplung an die verteilte Spule 4 wird die Kopplungsspule 16 an diesem Ort positioniert. ² ^ borrowed real. For the coupling to the distributed coil 4, the coupling coil 16 is positioned at this location.

Wenn der Senderausgang bei der bestimmten Wellenlänge an die Spule 16 angeschlossen und die Last auf den Sender reell ist, und wenn der Widerstand der Antenne, vom Sender aus gesehen, an den Sender angepaßt ist, dann ist die vom Sender an die Antenne übertragene Leistung ein Maximum, d.h., der Sender wird bei maximalem Wirkungsgrad arbeiten. When the transmitter output is on at the specific wavelength the coil 16 is connected and the load on the transmitter is real, and if the resistance of the antenna, from the transmitter is adapted to the transmitter, then the power transmitted from the transmitter to the antenna is a maximum, i.e. the transmitter will operate at maximum efficiency.

Wenn es gewünscht ist, daß der Sender auf einer anderen Wellenlänge arbeitet, wird der Kondensator 6 so lange verstellt, bis sich das Minimum der Widerstandscharakteri stik für diese Wellenlänge auf der Höhe der Koppelspule 16 befindet. So kann bewirkt werden, daß die Antennenlast für den Sender immer im wesentlichen reell ist und so der Sender bei maximalem Wirkungsgrad arbeiten kann.If it is desired that the transmitter operate on a different wavelength, the capacitor 6 becomes so long adjusted until the minimum of the resistance characteristics stik is at the level of the coupling coil 16 for this wavelength. This can cause the antenna load is always essentially real for the transmitter and so the transmitter can work with maximum efficiency.

Solche Antennen-Systeme sind speziell für die Verwendung in Verbindung mit mobilen Geräten geeignet, die in Motorfahrzeugen installiert sind. Eine am Gehäuse 8 befestigte Halterung 26 (s. Fig. 8) kann über das Fahrerfenster 23 des Fahrzeugs gesteckt werden^ wodurch.das System schnell ein- und ausgebaut werden kann. Ein Loch 26 a ist vorgesehen, um eine Befestigung des Systems " an der Halterung zu ermöglichen. In einer, veränderten Ausführung kann der Kondensator des Systems vom System getrennt werden, und mittels eines Lochs 25 b innerhalb des Fahrzeugs angebracht werden.Such antenna systems are especially suitable for use in connection with mobile devices that are in Motor vehicles are installed. A bracket 26 attached to the housing 8 (see FIG. 8) can be over the driver's window 23 of the vehicle can be plugged in ^ which System can be installed and removed quickly. A hole 26 a is provided to attach the system " to allow on the bracket. In a modified version, the system's capacitor can be removed from the system be separated, and attached by means of a hole 25 b within the vehicle.

Die Einstellung des Kondensators 6 kann leicht von-Hand vorgenommen werden, ohne daß der Fahrer das Fahrzeug verlassen muß, und das System kann leicht durch einen naheliegenden Verankerungspunkt des Sicherheitsgurtes geerdet werden.The setting of the capacitor 6 can easily be done by hand can be done without the driver having to leave the vehicle and the system can easily be through a nearby anchorage point of the seat belt must be earthed.

Falls das Antennensystem an einem vom Fahrer entfernten Punkt befestigt ist, z. B. in einem gepanzerten Fahrzeug oder Tank, kann der Kondensator durch einen geeigneten Servomotor und ein Ansteuerungs-System verstellt werden.If the antenna system is on a remote location from the driver Point is attached, e.g. B. in an armored vehicle or tank, the capacitor can be replaced by a suitable Servo motor and a control system can be adjusted.

Wo das Gerät in einem Saum eines Hauses oder Appartements benutzt werden soll, wird das Antennensystem außerhalb eines geeigneten Fensters mittels· einer Halterung 28 (s. Fig. 7) gehalten, welche zvri.schen das Fenster 27 und die tragende Wand 29 gesteckt wird. Die Halterung 28 ist mit einem Teil 28 a versehen, um sich an einer inne-Where the device is in a hem of a house or apartment is to be used, the antenna system is placed outside a suitable window by means of a bracket 28 (see Fig. 7) held, which zvri.schen the window 27 and the supporting wall 29 is inserted. The bracket 28 is provided with a part 28 a to attach to an internal

ren .Kante 29 a der Mauer 29 festzukrallen. Die Halterung ist mit einem geschwächten Teil 28 b versehen, damit dieses Teil der Halterung, welches aus der Mauer hervorspringt, in alle geeigneten Winkel gebogen werden kann.Ren. Edge 29 a of the wall 29 to claw firmly. The bracket is provided with a weakened part 28 b, so that this part of the bracket, which protrudes from the wall, can be bent to any suitable angle.

Es ist einleuchtend, daß die verteilte Spule und die Koppelspule auf vielfältige Art an dem Wicklungskörper 1o befestigt werden können. Beispielsweise können beideIt is evident that the distributed coil and the Coupling coil can be attached to the winding body 1o in a variety of ways. For example, both

Spulen innerhalb des Wicklungskörpers 1ο oder anstatt dessen beide Spulen außerhalb des Wicklungskörpers angeordnet werden« Die Kopplungsspule kann außerhalb des Wicklungskörpers angeordnet werden, während die verteilte Spule innerhalb dieses Wicklungskörpers angeordnet wird. Anstatt die Spulen auf den Wicklungskörper zu wikkelii, können sie durch einen Abscheidungsprozeß geformt werden.Coils within the winding body 1ο or instead whose two coils are arranged outside of the winding body «The coupling coil can be outside of the Winding body are arranged, while the distributed coil is arranged within this winding body will. Instead of wikkelii the coils on the winding body, they can be shaped by a deposition process.

In einer anderen Modifikation kann anstatt eines variablen Kondensators ein fester Kondensator verwendet werden und die Induktivität der verteilten Spule statt dessen variiert werden, um die Antenne auf die gewünschte Wellenlänge abzustimmen. Zum Beispiel kann die Induktivität der verteilten Spule durch einen variablen Abgriff verändert werden. Statt dessen kann die magnetische Permeabilität des Saums innerhalb der Spule verändert werden»In another modification, a fixed capacitor can be used instead of a variable capacitor and the inductance of the distributed coil instead can be varied to tune the antenna to the desired wavelength. For example, the inductance of the distributed coil can be changed by a variable tap. Instead, the magnetic Permeability of the seam within the coil can be changed »

Die beschriebene Stabantenne kann in Gruppen innerhalb verschiedener Antennensysteme benutzt werden, z. B. innerhalb eines Dipol-Plächenstrahlersystems» Pig«. 3 zeigt zwei Stabantennen 3o und 32, die antiparallel ausgerichtet mit den Erdungspunkten der Kondensatoren als gemein-The rod antenna described can be used in groups within different antenna systems, e.g. B. within of a dipole surface radiator system »Pig«. 3 shows two rod antennas 3o and 32, which are aligned anti-parallel with the grounding points of the capacitors as common

²^ same Masse miteinander verbunden sind= ² ^ same ground are connected to each other =

Die Koppelspulen der zwei Antennen 3o und 32 sind in Serie geschaltet, um den Anschluß an einen Sender zu_The coupling coils of the two antennas 3o and 32 are in Connected in series for connection to a transmitter

erleichtern.
80facilitate.
80

Die Anordnung ist speziell geeignet, um die Gesamtlänge des Antennensystems zu reduzieren» Wenn das Dipol-System darüberhinaus durch eine Haltestange (nicht gezeigt) getragen wird, kann die Haltestange als Masseverbindung für die zwei Kondensatoren benutzt werden.The arrangement is particularly suitable to reduce the overall length of the antenna system »If the dipole system is also carried by a support rod (not shown), the support rod can be used as a ground connection for the two capacitors are used.

3H27483H2748

Eine kompliziertere Antennenanordnung wird in Pig. 4 gezeigt, in der zwei weitere Dipole zu den Dipolen von ." Fig. 3 als strahlungsgekoppelte Elemente hinzugefügt sind. Die drei Dipol-Elemente 34-, 36 und 33 werden, parallel in Abständen ausgerichtet, durch eine Haltestange 4o getragen, wobei ein Element 34 als strahlungsgekoppelter Direktor (gesteuerter Blindwiderstand), ein zweites Element 36 als betriebenes Element und ein drittes Element 38 als strahlungsgekoppelter Reflektor arbeitet. Das Signal wird lediglich über das betriebene Element 36 ein- und ausgekoppelt.A more complicated antenna arrangement is described in Pig. 4 shown in the two more dipoles to the dipoles of. " Fig. 3 added as radiation-coupled elements are. The three dipole elements 34, 36 and 33 become, in parallel aligned at intervals, carried by a support rod 4o, with an element 34 being radiation-coupled Director (controlled reactance), a second element 36 as an operated element and a third Element 38 operates as a radiation-coupled reflector. The signal is only coupled in and out via the operated element 36.

Das Antennen-System von !Fig. 1 ist nur für den Gebrauch in einem einzigen Frequenzband geeignet. Um trotzdem ¹^ die Zahl der Frequenzbänder zu erhöhan, können weitere induktive Elemente als Einsteckelemente zwischen dem induktiven Grundelement und dem oben lastenden Abschnitt 2 (s. Fig. 6) hinzugefügt werden.The antenna system of! Fig. 1 is only suitable for use in a single frequency band. In order nevertheless ¹ ^, the number of frequency bands to erhöhan, further inductive elements can be used as insertion members between the inductive base member and the top load portion 2 (see. Fig. 6) are added.

^O In Fig. 6 können zwei zusätzliche induktive Elemente 80 und 52 hinzugefügt werden, um einen Empfang mit der Antenne über drei Frequenzbänder zu ermöglichen.^ O In Fig. 6, two additional inductive elements 80 and 52 can be added to enable reception with the antenna over three frequency bands.

In der Praxis vergrößert jedes der Elemente 80 und 82 die Länge und Induktivität der Gpule 4 in Fig. 1 und verändert damit die Wellenlänge· λ, des Systems.In practice, each of the elements 80 and 82 enlarges the length and inductance of the coil 4 in Fig. 1 and changed hence the wavelength · λ, of the system.

Die komplizierte Antennenanordnung von Fig. 4 kann' verändert werden, um durch zusätzliche induktive ElementeThe complicated antenna arrangement of Fig. 4 can be varied be to through additional inductive elements

wie in Fig. 6 beschrieben, drei Frequenzbänder abzudekken. Eine solche veränderte Antennenanordnung ist in Fig. 5 gezeigt, in der Teile, die ähnlich zu denen in Fig. 4 sind, ebenso bezeichnet werden.as described in FIG. 6, to cover three frequency bands. Such a modified antenna arrangement is in Fig. 5, in which parts similar to those in Fig. 4 are also designated.

Die Stabantenne kann in anderen Antennenanordnungen, wie z.B. der Η-Anordnung,· nach denselben Prinzipien genutzt werden.The rod antenna can be used in other antenna arrangements, such as the Η arrangement, according to the same principles will.

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Claims

Tunable antenna system with an overhead element, marked by a distributed coil (4) and a capacitor (6), both connected in series with the element (2), a coupling coil (15) which is in the distributed coil (4-) only Coupled via part of the same, and a tuning element (17) to a parameter of one of the components To change the coil (4 ·), capacitor (6) and coupling coil (16) of the system when tuning the system to the desired frequency in such a way that the input resistance of the system seen through the coupling coil (16) is essentially real.

Antenna system according to Claim 1, characterized in that the distributed coil (4) is arranged within plug-in sections (8o, 82) to the tunable frequency band of the system to change.

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3 · Antenna system according to claim 1 or 2, with an effective length of over a quarter of the wavelength (/ I), which corresponds to the upper limit of the desired transmit. Or receive wavelength band, characterized in that the coupling coil (.16) at a certain location of the distributed coil (4-), and that with the tuning element (17) the capacitance of the capacitor (6) can be changed in such a way that, with the coupling coil at the specified location _y, the input resistance of the antenna system is seen through the coupling coil from a transmitter and / or receiver that operates within the wavelength range mentioned, is essentially real.

4-. Antenna system according to one of the preceding claims, characterized in that with the tuning element (17) the inductance of the distributed coil (4-) · can be changed.

5. Antenna system according to claim 1, characterized in that it is identified that the distributed coil (4-) is wound on the outside of a winding former (io), and that the coupling coil (16) is arranged within this winding body (io).

6. Antenna system according to claim 2, characterized in that the winding body (io) and the coils (4- and 16) in heat shrink tubing (14) are wrapped in plastic.

7 · Antenna system according to one of the preceding claims, characterized in that the

The system's wavelength is 3 / 8A. 35

3U2748

8o dipole antenna5 characterized by zv * rei systems (3 °, 32), each corresponding to One of the preceding claims, wherein the two systems (3o, '32) aligned along a common axis, but are directed in different directions, and by coupling the two Coupling coils (16) coupled in series with one another.,

Dipole antenna according to claim S ₅ , characterized in that the two systems (3 °, 32) are supported by a common bracket which functions as the common ground of the system »

1o "antenna arrangement, marked by three dipole antennas (34-, 36-38), each according to Claim 8 and in that the three antennas are arranged in parallel with gaps, wherein the two outer dipole antennas (3 ^ and 38) as radiation-coupled Reflector or = as radiation-doubled Director work and the middle dipole antenna (36) works as an operated element «