DE3339278C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenvorrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannte Fernsehantennen bestehen aus eindimensionalen Elemen
ten. Üblicherweise sind derartige Antennen entweder Monopole,
die ein Antennenelement umfassen, oder Dipole, die zwei univer
sal bewegbare Antennenelemente umfassen, welche in der bekann
ten "Hasenohr"-Konfiguration verbunden sind.
Ein bedeutender Nachteil der bekannten Antennen liegt in dem
Platzbedarf, den diese für einen richtigen Betrieb erfordern.
Wenn beispielsweise im niedrigen VHF-Band Signale zu empfangen
sind, muß jedes eindimensionale Antennenelement bis zu einer
Länge von etwa 90 cm eingestellt werden. Häufig ist eine opti
male Richtungseinstellung derartiger Antennen, beispielsweise
in geneigten Stellungen, unmöglich, weil z. B. derartige Anten
nen auf dem Fernsehgerät angeordnet bzw. aufgestellt werden,
welches üblicherweise nahe einer Wand aufgestellt ist.
Eine kleinere Ausbildung der Antenne löst indessen das Problem
nicht. Wenn die Antenne nämlich kleiner ist, ist der Antennen
gewinn vermindert, da der Strahlungswidertand abnimmt oder die
Impedanzanpassung zwischen der Antenne und der zum Fernsehem
pfänger hinführenden Leitung sehr schlecht wird, und zwar ins
besondere im Hinblick auf die Breitbandeigenschaften der Fern
sehsignale.
Eine Antennenvorrichtung der eingangs angegebenen Art ist in
der US-PS 32 90 689 oder der DE-OS 19 16 062 beschrieben.
Bei der aus der US-PS 32 90 689 entnehmbaren Antennenvorrich
tung sind beide drahtförmigen Antennenelemente in Form einer
Schleife bzw. eines Rahmens ausgebildet, wobei sie jeweils in
einem eigenen Gelenk um parallel zueinander verlaufende Schwenk
achsen aufeinanderzu oder voneinander weg schwenkbar gelagert
sind.
Bei der in der DE-PS 19 16 062 beschriebenen Antennenvorrich
tung sind ebenfalls zwei drahtförmige Antennenelemente jeweils
in Form einer Schleife vorgesehen, die um eine gemeinsame Mit
telachse drehbar gelagert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenvorrich
tung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß ein
größerer Antennengewinn erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht eine wesentliche
Vergrößerung des Antennengewinns. Bei einer kleinen und kompak
ten Baugröße läßt sich ein Antennengewinn in einer solchen
Größe erreichen, der bei bekannten Ausgestaltungen nur bei viel
größerer Bauweise erreicht werden kann. Außerdem ermöglicht die
erfindungsgemäße Ausgestaltung eine einfache und kostengünstige
Herstellung, weil die Plattenteile des zweiten Antennenelements
in einfacher Weise, z. B. durch Stangen, hergestellt werden kön
nen. Ferner verbessert die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch
die Impedanz.
Die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung eignet sich insbeson
dere für den Einsatz als VHF-Antenne für einen Fernsehempfänger.
Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie erziel
bare Vorteile anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und
einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung in
schematischer perspektivischer Darstellung;
Fig. 2 die Antennenvorrichtung in abgewandelter
Ausgestaltung;
Fig. 3 die Antennenvorrichtung nach Fig. 1 unter
Veranschaulichung bevorzugter Abmessungen;
Fig. 4-6 Kurvendarstellungen der Leistungseigenschaften der
Antennenvorrichtung.
Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, besteht die erfindungsgemäße
Antennenvorrichtung im wesentlichen
aus einem zweidimensionalen ersten Antennenelement 30
in Form eines im wesentlichen rechteckförmigen Rahmens bzw.
Bügels aus einem elektrisch leitenden Draht, der an einem
zweiten zweidimensionalen Antennenelement angebracht
ist, welches aus mehreren L-förmigen, elektrisch leitenden
Plattenteilen 10, 20 bestehen. Das erste Plattenteil 10 weist
zwei Schenkel 11, 12 auf. Der Schenkel 12 verjüngt
sich zu einem ersten Kontaktpunkt 13 am freien Schenkelende
hin. Das zweite Plattenteil 20 weist ebenfalls zwei Schenkel
21, 22 auf. Der Schenkel 22 verjüngt sich ebenfalls zu
einem zweiten Kontaktpunkt 23 am freien Schenkelende hin. Die beiden Plattenteile 10,
20 sind in derselben Ebene angeordnet, wobei die freien
Enden der verjüngten Schenkel 12, 22 in zueinander entgegengerichteter
Beziehung angeordnet sind. Die Schenkel
11, 21 weisen gleichmäßige Breiten auf, sind von
derselben Länge und verlaufen parallel zueinander.
Das erste Antennenelement 30 besteht
aus einem elektrisch leitenden Draht, der zu einem im wesentlichen
rechteckförmigen Rahmen gebogen ist, welcher sich in einer
ersten Ebene erstreckt. Eine Längsseite des Rechtecks wird durch
zwei End-Schenkel 31, 32 gebildet, zwischen deren Enden ein
Spalt vorgesehen ist. Die gegenüberliegende Längsseite
33 des betreffenden Bügels weist einen mittleren nach innen abgesetzten
Abschnitt 34 auf.
Das erste Antennenelement 30 und das aus den Plattenteilen
10, 20 bestehende zweite Antennenelement sind derart
drehbar aneinander angebracht, daß der von ihren
Ebenen eingeschlossene Winkel R einstellbar ist. Die beiden
Antennenelemente 10, 20 und 30 sind elektrisch leitend miteinander
verbunden, beispielsweise durch zwei Spulen-
bwz. Schraubenfedern 41, 42. Jede Feder 41,
42 umfaßt einen Wickelteil, der den zugehörigen
Schenkel 31, 32 umgibt. Die
Federn 41, 42 enden als Finger, welche an den
Schenkeln 11, 21 der Plattenteile 10, 20 befestigt
sind.
Eine Anpassungsschaltung 50, die aus einer Vielzahl
von Kondensatoren und Induktivitäten besteht, welche
in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise angeordnet sind,
ist zwischen den Kontaktpunkten 13, 23 und einem
Koaxialkabel 51 angeschlossen, welches das durch die
Antennenvorrichtung empfangene Signal zu einem Fernsehempfänger
hin leitet. Die Impedanz eines typischen Koaxialkabels
beträgt 75 Ohm. Die Anpassungsschaltung 50 paßt die
Impedanz der Antennenvorrichtung an jene des Koaxial
kabels 51 an.
Die oben beschriebene Antennenvorrichtung ist für den
Einsatz als VHF-Antenne für einen Fernsehempfänger ge
eignet.
Es ist möglich, außerdem eine UHF-Antenne in der die
vorliegende Erfindung verkörpernden Antennenvorrichtung
bereitzustellen. Zu diesem Zweck ist eine weitere Antenne,
bestehend aus zwei leitenden Plattenteilen
61, 62, in der Ebene der Plattenteile 10, 20 angeordnet.
Die Plattenteile 61, 62 sind generell trapezförmig
ausgebildet, und sie verjüngen sich zu Kontaktpunkten
63, 64 an ihren benachbarten Enden. Eine Anpassungsschaltung
70 paßt die Impedanz der dritten Antenne
an die Impedanz einer konventionellen flachen
Zweidraht-Antennenleitung 71 an, welche in typischer
Weise eine Impedanz von 300 Ohm aufweist.
Aus Fig. 2 geht hervor, daß dem zweiten Antennenelement
ein Basisteil 100 zugeordnet ist,
welches aus einem Kunststoff besteht, wie aus einem
ABS-(Acrylonitril-butadien-styrol)-Mischpolymer. Die
verschiedenen Plattenteile 10, 20, 61, 62 sind an
dem Basisteil 100 durch Anschlußösen, durch thermisches
Anschweißen oder durch andere geeignete Einrichtungen
befestigt. Die Impedanzanpassungsschaltungen 50, 70
können auf Schaltungs- bzw. Leiterplatten hergestellt
sein, welche ebenfalls an dem Basisteil 100 befestigt
oder in diesem untergebracht sein können.
Das Basisteil 100 ist an einem Paar von Gelenkblöcken
111, 112 befestigt. Die Gelenkblöcke 111, 112
weisen Bohrungen auf, durch welche sich die Schenkel
31, 32 des Rahmens bzw. Bügels drehbar hindurcherstrecken.
Die Enden der betreffenden Schenkel 31,
32 sind in einem Ansatz 100a
drehbar gelagert, der in der Mitte am
Basisteil 100 gebildet ist. Die Gelenkblöcke 111,
112 und der Ansatz 100a tragen den Rahmen bzw. Bügel
drehbar bezüglich des Basisteils
100, um den Winkel R zwischen den Antennenelementen
ändern zu können. Die Gelenkblöcke 111, 112
umfassen Nuten 131 für einen weiter unten noch beschriebenen
Zweck. In der dem Gelenk abgewandten Schenkelseite des Basisteiles 100
ist eine Nut 132 vorgesehen. Der abgesetzte Abschnitt 34
des Rahmens bzw. Bügels vermag federnd in die Nut
132 einzutauchen, wenn der betreffende
Bügel zur Lagerung eingeklappt ist (R=O) oder wenn die
Antennenvorrichtung nicht in Gebrauch ist.
Das Basisteil 100 weist ferner eine nach unten abstehende
Welle 141 auf. Eine Zahnscheibe 142 ist an
einem Ansatz bzw. Vorsprung 143 angebracht, der mit
dem Basisteil 100 zusammenhängend geformt ist. Die
Welle 141, die in typischer Weise aus Metall besteht
(für eine maximale Lebensdauer), ist in dem Vorsprung
143 eingebettet und von der Zahnscheibe 142 umgeben.
Die Welle 141 stellt eine Aufsatz- bzw.
Halterungseinrichtung für die Antennenvorrichtung dar.
Ein Träger 151, der am Fernsehempfänger befestigt sein
kann, weist ein in ihm geformtes Loch 152 auf,
welches die Welle 141 drehbar aufnimmt. Die Antennenvorrichtung
kann somit in der Ebene des Basisteiles
100 um die durch die Welle 141 bestimmte Achse gedreht
dreht werden. Der Träger 151 weist ebenfalls eine
Zahnscheibe 152 auf, welche der Zahnscheibe 142 ge
genüberliegt und mit dieser zusammenwirkt, um eine
unbeabsichtigte Drehung der Antennenvorrichtung zu
verhindern. Wenn die Antennenvorrichtung ausgerichtet
worden ist, wird sie in der betreffende Lage durch
die Fixierungseinrichtung festgehalten, welche aus
den Zahnscheiben 142, 153 besteht, und zwar ent
gegen externen Drehkräften, wie sie durch das Koaxial
kabel 51 ausgeübt werden, wenn die Antennenvorrichtung
gedreht wird.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß eine Antennenvorrich
tung gemäß der vorliegenden Erfindung sehr kompakt ist
im Vergleich zu bekannten eindimensionalen
Antennen.
In typischer Weise ist die Gesamt-Umfangslänge
2 l der in Fig. 3 dargestellten betriebsfähigen
Antenne etwas mehr als 1 m, was etwa das 0,3 bis 0,5fache
der Wellenlänge der Signale im unteren VHF-Band
ist. Bei einem derartigen Wert für die Länge 2 l gelangt
die Antenne in Parallelresonanz für Signale mit einer
Frequenz von etwa 150 MHz, deren Wellenlänge 2m beträgt.
Es dürfte ferner einzusehen sein, daß die Abmessungen
des Rahmens bzw. des Bügels und der Plattenteile 10, 20
- diese Abmessungen sind alle in mm angegeben - so sind,
daß die L-förmigen Platteteile 10, 20 und die dazwischenliegenen
Plattenteile 61, 62 innerhalb des Bügels liegen
können, wenn dieser gefaltet ist.
Fig. 4 veranschaulicht in einem Kurvendiagramm den Verlauf
des Widerstands R und der Reaktanz X in Ohm in Abhängigkeit
von 2 l/λ, wobei 2 l die Umfangslänge eines Bügels
bzw. Rahmens ist, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht
ist, und wobei λ die Wellenlänge des empfangenen Signals
bedeutet. Wie in Fig. 4 veranschaulicht, ist bei einem
Signal von etwa 100 MHz, dessen Wellenlänge etwa 3 m
beträgt, die Reaktanz X induktiv; die Reaktanz wird
kapazitiv bei einem Signal, von etwa 200 MHz, dessen
Wellenlänge etwa 1,5 m beträgt. Die Widerstandskomponente
beträgt etwa 10 Ohm bei 100 MHz und etwa 100 Ohm
bei 200 MHz. Im oberen VHF-Band
bei Frequenzen zwischen etwa 170 MHz und 222 MHz) kann
eine derartige Antenne so ausgebildet sein, daß eine
Breitbandresonanz aufgrund der Anpassungsschaltung 50
auftritt, womit das gesamte obere VHF-Band abgedeckt
ist. Bezüglich des unteren VHF-Bandes (Frequenzen zwischen
90 MHz und 108 MHz) ist jedoch die Empfangsbandbreite
vermindert, da der Strahlungswiderstand niedrig
ist. Unter diesen Bedingungen kann weder das gesamte
untere VHF-Band noch die geforderte 6-MHz-Bandbreite
abgedeckt werden. Obwohl für Stehwellenverhältnisse
von etwa 2 bis 3 die geforderte Kanalbandbreite er
zielt werden kann, ist es dennoch nicht möglich, das
gesamte untere VHF-Band abzudecken. Darüber hinaus
ermöglicht bei der Antennenvorrichtung gemäß der vor
liegenden Erfindung die Einstellbarkeit des Winkels R,
die Koppelkapazität derart zu ändern, daß die Resonanz
frequenz für jeden Kanal im unteren VHF-Band geändert
werden kann, und ferner kann der gesamte untere VHF-
Bandbereich durch die Antennenvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung abgedeckt werden.
Fig. 5 zeigt ein Smithsches Leitungsdiagramm, welches
grafisch die Impedanzkurve der die vorliegende Erfindung
verkörpernden Antenne für verschiedene Werte des Winkels
Q veranschaulicht. Die in Fig. 5 vollausgezogene Linie
stellt die Impedanz bei 180° dar, und die gestrichelte
Linie stellt die Impedanz bei 0° dar. Die Impedanz ist
für verschiedene Frequenzen (90 MHz, 93 MHz, 105 MHz
und 220 MHz) veranschaulicht. Es sei darauf hingewie
sen, daß die Impedanzkurven der Antenne für 0° und für
180° oberhalb einer gewissen Frequenz gleich sind.
Fig. 6 zeigt den Verlauf des Gewinn der Antennenvor
richtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 6
veranschaulichen die vollausgezogenen Linien die Ver
hältnisse bei der Antennenvorrichtung gemäß der vor
liegenden Erfindung, und die gestrichelten Linien ver
anschaulichen die Werte für eine bekannte Dipolantenne, nämlich
schwenkbare Fernsehzimmerantenne, auch als sogenannte
Hasenohren-Antenne bezeichnet. Die Fig. 6 veranschau
licht dabei, daß die kleine, kompakte Antenne, wie sie
in Fig. 3 gezeigt ist, Impedanz- und Gewinn-Kennlinien
aufweist, welche vergleichbar sind mit den Kennlinien
einer Dipolantenne, die Antennenelemente mit einer Länge
von etwa 90 cm aufweist.
Die Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist somit im oberen Bandbereich von VHF-Signalen vom
Breitband-Resonanztyp, und sie ist ferner bei jeder
Kanalfrequenz im unteren Bandbereich der VHF-Signale
in Resonanz, wodurch der Strahlungswiderstand klein
ist, und zwar aufgrund der Fähigkeit, den Winkel R än
dern zu können.
Es ist selbstverständlich im Stand der Technik bekannt,
daß die Resonanzfrequenz einer Antenne mittels einer
Varaktordiode geändert werden kann. Derartige Einrich
tungen sind jedoch von Nachteil, da sie eine Steuer
spannung erfordern, was die Kosten der Antenne erhöht,
und da eine nichtlineare Verzerrung bei Vorhandensein
des resultierenden elektrischen Feldes hervorgerufen
werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung sind je
doch derartige Kostenerhöhungen vermieden, und eine
nichtlineare Verzerrung ist vermieden, da durch die
Einstellung des Winkels R die Resonanzfrequenz der
Antenne variiert wird. Ferner ermöglichen die Nuten
131 in den Blöcken 111, 112, den Winkel R so ein
zustellen, daß er nicht unabsichtlich verändert wird.
Es dürfte einzusehen sein, daß der Gewinn der vorlie
genden Antennenvorrichtung gesteigert ist, da die
Schenkel 12, 22 der Platten 10 bzw. 20 sich zu
den Kontaktpunkten 13 bzw. 23 hin verjüngen, so daß
die Spannung an diesen Punkten erhöht ist. Die Schen
kelteile 31 und 32 des Bügels bzw. Rahmens 30 erhöhen
ebenfalls den Gewinn der Antennenvorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der Erfindung können
die beiden Antennenelemente in mehr als zwei
Dimensionen ausgebildet bzw. hergestellt sein.
Claims (4)
1. Antennenvorrichtung mit einem drahtförmigen ersten Antennen
element in Form etwa einer sich in einer ersten Ebene erstrecken
den Schleife etwa rechteckiger Form, wobei die
Enden der Schleife an ihrer Längsseite einen Abstand vonein
ander aufweisen, und einem zweiten Antennenelement, das ge
genüber dem ersten Antennenelement lageverstellbar angeord
net und diesem elektrisch leitend verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Antennenelement aus einer Mehrzahl Platten
teilen (10, 20) besteht, die in einer von der Ebene des er
sten Antennenelements (30) differenten zweiten Ebene ange
ordnet sind und von denen wenigstens zwei Platten
teile L-förmig geformt sind mit ersten Schenkeln (12, 22),
deren freie Enden aufeinanderzu gerichtet sind, und mit zwei
ten Schenkeln (11, 21), die zu der Längsseite der Schleife hin
gerichtet sind.
2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich Antennenelemente einer weiteren Antenne (61, 62)
in der zweiten Ebene der Plattenteile (10, 20) zwi
schen deren Schenkeln angeordnet sind.
3. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem zweiten Antennenelement ein Basisteil (100) aus
Kunststoff zugeordnet ist, an dem die L-förmigen Platten
teile (10, 20) angebracht, insbesondere eingebettet sind.
4. Antennenvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Anpassungsschaltung (50) vorgesehen ist, welche die
Antennenimpedanz an die Impedanz einer Leitung
(51) anpaßt, die ein Antennensignal wegzuführen gestattet.
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