DE3709163A1 - Niedrigprofil-breitband-monopolantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Niedrigprofil-Breitband-Monopol­ antenne und befaßt sich insbesondere mit einer solchen Antenne, die inhärente Eigenschaften bezüglich eines niedrigen Steh­ wellenverhältnisses und eines hohen Gewinns über einen brei­ ten Frequenzbereich, beispielsweise von 30 MHz bis 90 MHz aufweist.

Viele von zahlreichen Kommunikationssystemen, die den Radio­ frequenzteil bzw. Hochfrequenzteil des elektromagnetischen Spektrums benutzen, arbeiten jeweils über einen oder mehrere breite Frequenzbereiche einschließlich dem Luftverkehr (3-23 MHz), dem Amateursendebereich (2-30 MHz), dem Regierungs­ bereich (25-50 MHz und 30-90 MHz), dem Landfahrzeugbereich (2-50 MHz) und dem Marinefahrzeugbereich (3-22 MHz), um nur einige zu nennen. Bisher müssen Antennen für solche Stationen, die in Bändern von sehr niedrigen Frequenzen ("VLFs") über das niedrige Ende von Ultrahochfrequenzen ("UHFs") entweder für jeden verschiedenen engen Frequenzbereich gewechselt oder manuell oder elektronisch erneut angepaßt und/oder er­ neut abgestimmt werden, so daß die Antenne annehmbare Be­ triebsbedingungen wie ein niedriges Stehwellenverhältnis und einen hohen Gewinn über den gesamten interessierenden Frequenzbereich aufweist. Diese Eigenschaften sind bei mobilen Anwendungswellen besonders schwierig zu erreichen, bei welchen die Antennen stark, leichtgewichtig, leicht zu benutzen und mit niedrigem Profil sein müssen.

Eine solche bekannte bewegliche, vertikal polarisierte Breitband-Monopolantenne, die für eine Benutzung bei Frequenzen von etwa 30 MHz-76 MHz ausgelegt ist, ist in dem Artikel von Helmut Brueckmann "A New Approach to Broadband Vehicle Antennas", 1958 IRE National Convention Record, Teil 8, Seiten 19-27 beschrieben. Die Impedanz die­ ser Antenne variiert soweit über diese Frequenzen, daß vier getrennte Anpassungs- und Abstimmkreise, die vom Benutzer per Hand ein- und ausgeschaltet werden, verwendet werden müssen, um die Antenne abzustimmen.

Seit einiger Zeit haben elektromagnetische Nachrichtenstationen bzw. Kommunikationssysteme damit begonnen, Breitband-Techniken einzusetzen, so wie die sogenannten Frequenzspringersysteme bzw. Systeme mit Frequenzsprungtechnik, bei welchen sowohl der Sender als auch der Empfänger die Kommunikationsfrequenzen innerhalb eines breiten Frequenzspektrums in einer für beide Einheiten bekannten Weise schnell und häufig wechseln. Wenn mit solchen Systemen gearbeitet wird, sind Antennen mit mehreren Anpassungs- und/oder Abstimmungskreisen, die ent­ weder manuell oder elektronisch mit der für Kommunikations­ zwecke augenblicklich benutzten Frequenz geschaltet werden müssen, einfach unangemessen. Stattdessen ist eine einzige Antenne erforderlich, die an alle Frequenzen über das interessierende breite Frequenzspektrum vernünftig angepaßt und abgestimmt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine einzige Niedrig- Profilantenne, die für eine Benutzung über ein breites Frequenzband ohne das Erfordernis für ein erneutes Anpassen oder Abstimmen geeignet ist, zu schaffen, die für eine rauhe bewegliche Benutzung geeignet ist einschließlich einer elektrischen Isolation irgendeines Strahlerelementes, welches am meisten gefährdet ist, mit einem Hochspannungs-Leistungs­ leiter in Berührung zu treten, wobei die Abstrahlungs-Eigen­ schaften bzw. -Wirkungsgrade über das breite interessierende Frequenzband zumindest diejenigen einer Einviertel-Wellen­ längen-Monopolantenne annähern.

Eine erfindungsgemäße Niedrigprofil-Breitband-Monopolantenne umfaßt einen Strahler, ein Widerstandsnetzwerk und ein Übertragungsleitungsnetzwerk. Der Strahler umfaßt eine Reihen­ kapazität und ist betriebsmäßig mit dem Übertragungsleitungs­ netzwerk verbunden. Das Widerstandsnetzwerk ist mit dem Strahler in Reihe geschaltet, so daß eine Antenne mit einem genügend geringen Welligkeitsfaktor bzw. Stehwellenverhältnis über ihr breites Band vorgesehen ist, so daß ein Anpassen oder Ab­ stimmen entfällt und der Gewinn sich demjenigen einer Ein­ viertel-Wellenlängen-Monopolantenne über im wesentlichen alle Frequenzen in dem Breitband annähert.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung bei­ spielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungs­ gemäßen Antenne;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer Schaltung mit punktförmiger Verteilung des elektrischen Aufbaus bzw. eines Ersatzschaltbildes der in Fig. 1 ge­ zeigten Antenne;

Fig. 3 eine teilweise vertikale fragmentarische Ansicht im wesentlichen entlang Linie 3-3 in Fig. 1, die insbesondere ein Ausführungsbeispiel für eine Spitzenkondensatoranordnung zeigt.

Fig. 4 eine teilweise vertikale fragmentarische Ansicht im wesentlichen entlang Linie 4-4 in Fig. 1, die insbesondere eine beispielsweise Anordnung von Komponenten zeigt, die in der Basis-Isolator-An­ ordnung einschließlich der Widerstandsanordnung, dem Impedanzwandler und dem Anpassungsnetzwerk untergebracht sind;

Fig. 5 eine punktförmige Auftragung bzw. Aufzeichnung in der Form eines vereinfachten Smith-Diagramms mit einem charakteristischen Wellenwiderstand von 50 Ohm der gemessenen Impedanz der in Fig. 1 dar­ gestellten Antenne über den Frequenzbereich von näherungsweise 30 MHz bis 90 MHz; der Kreis des Stehwellenverhältnisses von 3,5:1 ist in einer gestrichelten Linie in der Darstellung der Fig. 5 wiedergegeben; die Impedanz wurde mit der Antenne gemessen, die eine Überalles-Gegenstandshöhe von 297,2 cm (117 inches) aufwies und in dem Mittelpunkt einer Grundebene bzw. Masseebene von 3,0 m x 3,0 m (10′ × 10′ bzw. 10 feet × 10 feet) angeordnet war;

Fig. 6 eine Aufzeichnung des Gewinns der in Fig. 1 darge­ stellten Antenne relativ zu dem einer Einviertel- Wellenlängen-Monopol-Antenne, die auf 0,0 dB bezogen ist, über den Freqeunzbereich von näherungsweise 30 MHz bis 90 MHz;

Fig. 7 eine Aufzeichnung eines Smith-Diagramms im wesent­ lichen in der gleichen Form wie das in Fig. 5, welche die Impedanz eines kontinuierlichen linearen Strahlers mit einer Überalles-Gegenstandslänge von 297,2 cm (117′′) darstellt;

Fig. 8 eine Aufzeichnung eines Smith-Diagramms im wesent­ lichen in der gleichen Form wie in Fig. 5, die die Impedanz der Antenne wiedergibt, deren Impedanz in Fig. 7 aufgezeichnet ist, modifiziert durch das Hinzufügen eines Kondensators von näherungsweise 5 pf, der in Reihe mit dem linearen Strahler auf einer Höhe von 166,4 cm (65,5′′) über der Masse­ ebene bzw. Grundebene eingesetzt worden war;

Fig. 9 eine Darstellung eines Smith-Diagramms im wesent­ lichen in der gleichen Form wie das in Fig. 5, welches die Impedanz der Antenne wiedergibt, deren Impedanz in Fig. 8 aufgezeichnet ist, modifiziert durch das Hinzufügen eines Breitband-Impedanzwandlers;

Fig. 10 eine Aufzeichnung eines Smith-Diagramms im wesentlichen in der gleichen Form wie in Fig. 5 die die Impedanz der Antenne wiedergibt, deren Impedanz in Fig. 9 aufgezeichnet ist, modifiziert durch das Hinzufügen eines Längenstückes einer Übertragungsleitung; und

Fig. 11 eine Aufzeichnung eines Smith-Diagramms im wesent­ lichen in der gleichen Form wie in Fig. 10, welche die Impedanz der Antenne aufzeichnet, deren Impedanz in Fig. 10 wiedergegeben ist, modifiziert durch das Hinzufügen eines Anpassungskondensators.

Fig. 1 veranschaulicht ein Beispiel einer Monopol-Antenne gemäß der Erfindung, die allgemein mit 10 bezeichnet ist. Die Antenne 10 umfaßt einen linearen oberen oder spitzen Strahlerabschnitt 11 ("Spitzenstrahler 11" genannt), in welchem ein Spitzenkondensator 12 (in Fig. 2 schematisch dargestellt) eingebettet ist, einen linearen unteren oder Basisstrahlerabschnitt 13 ("Basisstrahler 13" genannt) und eine Basisanordnung 14.

Sowohl der Spitzenstrahler 11 als auch der Basisstrahler 13 können allgemein in einer üblichen Weise für Anwendungsfälle von Monopolen mit Niedrigprofil und hoher mechanischer Festigkeit geformt sein: ein konischer zylindrischer Kern, der aus einem nicht-leitenden Material wie faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist, kann von einem Geflecht aus Leitern umwickelt und in einem Abdecklaminat aus einem Fiberglas oder einem Kunststoff eingeschlossen sein. Eine (nicht gezeigte) passende Hülse bzw. Kontaktringanordnung, die aus einem geeigneten Material wie Messing hergestellt ist, kann in die Basis des Spitzenstrahlers 11 und in die Spitze des Basisstrahlers 13 eingesetzt sein, um deren elektrisches und mechanisches Ineinandergreifen zu ermöglichen.

Eine mögliche Konstruktion eines Spitzenkondensators 12 wird mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. In einer nachfolgend zu diskutierenden Erhebung über den Grund bzw. in einem vorge­ gebenen Abstand über den Boden ist am Kern des Spitzen­ strahlers 11 (durch die Bezugsziffer 121 angegeben) ein zylindrisches leitendes Fitting 122 durch Kleben oder andere Methoden, die dem Fachmann bekannt sind, befestigt, welches einen zylindrischen Finger 123 mit geringfügig kleinerem Durchmesser als der des Kerns 121 aufweist. Der Finger 123 ruht innerhalb eines nicht-leitenden, dielektrischen Abstands­ halters 124 wie einem der aus Teflon so hergestellt ist, daß er den Finger 123 in einer Bohrung 125 aufnehmen kann, und der selber an dem fortlaufenden unteren Teil des Spitzen­ strahlers 11 befestigt ist. Ersichtlich kann die Kapazität des Spitzenkondensators 12 durch das Ausmaß eingestellt werden, mit welchem sich der Finger 123 innerhalb des fortlaufenden unteren Teils des Spitzenstrahlers 11 erstreckt. Außerdem ist es von Bedeutung, daß aufgrund der Aufnahme des Spitzen­ kondensators 12 in dem Spitzenstrahler 11 und in Reihe mit diesem die Antenne 10 einen merklichen Sicherheitsfaktor auf­ weist - die Antenne 10 bricht bei einer Berührung mit einer Hochspannungs-Versorungsleitung nicht zusammen bzw. fällt nicht aus, bis der Spitzenkondensator 12 und die diesen um­ gebende Fiberglasabdeckung ihre Durchschlagsspannung erreicht - für die festgestellt wurde, daß sie größer als 25 KV für die nachfolgend beschriebene Antennenkonfiguration beträgt.

Die Basisanordnung 14 umfaßt eine Feder 15 und, wie es am besten in Fig. 4 gezeigt und in Fig. 2 schematisch darge­ stellt ist, ein zylindrisches Basisgehäuse 16, welches eine Widerstandsanordnung 18, einen Impedanzwandler 19 und ein Über­ tragungsleitungs-Netzwerk 20 umfaßt. Die Feder 15, die bevor­ zugt aus rostbeständigem Stahl hergestellt ist, kann mit einem ihrer Enden mit der Basis des Basisstrahlers durch eine (nicht gezeigte) passende Kontakthülse elektrisch und mechanisch verbunden und mit ihrem entgegengesetzten Ende, wie durch Bolzen, an dem Basisgehäuse 16 befestigt sein, und ihre zwei Enden durch einen Kurzschlußgeflechtleiter 21 elektrisch kurzgeschlossen haben (Veranschaulichung in Fig.1). Die Widerstandsanordnung 18 kann eine Vielzahl von Wider­ ständen, die parallel verbunden sind, oder eine andere Schaltungskonfiguration umfassen, der konzentrierter bzw. punktförmig verteilter Schaltungswiderstand sich so ver­ hält, wie es nachfolgend beschrieben wird und deren elektri­ sche Nennleistungen genügen, um für eine angemessene Zer­ streuung bzw. Verbreitung der maximalen Wirkleistung, die von der Antenne 10 zu verbreiten ist, zu sorgen. Der Impedanz­ wandler 19 ist ein ringförmiger Breitband-Kopplungstransfor­ mator mit festem Impedanzverhältnis ähnlich dem, wie es be­ schrieben worden ist in dem "The ARRL Antenna Book, 14th Edition (1983)" auf den Seiten 4-8 bis 4-11 und 5-21 bis 5-22 und in dem Artikel von C.L.Ruthroff "Some Broad-Band Transformers", Proceedings of the IRE (1959) auf den Seiten 1337 bis 1342. Das Übertragungsleitungs-Netzwerk 20 umfaßt ein Längenstück einer koaxialen Übertragungsleitung 22 und eine Anpasungskapazität 23, die einen oder mehrere Konden­ satoren, die parallel geschaltet sind, oder eine andere Schaltungskonfiguration haben kann, deren konzentrierte bzw. punktförmig verteilte Kapazität (lumped-circuit capacitance) sich verhält, wie es nachfolgend beschrieben wird.

Um ein kompaktes Basisgehäuse zu erreichen, hat es sich als wünschenswert herausgestellt, die Übertragungsleitung 22 koaxial zur vertikalen (und longitudinalen) Achse und an der Basis des Basisgehäuses 16 zu wickeln und anzuordnen, wobei eine kleine gedruckte Schaltungsplatte 24, die die Anpassungs­ kapazität 23 trägt, umgeben wird. Der Mittelleiter eines Endes der koaxialen Übertragungsleitung 22 ist mit der kleinen gedruckten Schaltungsplatte 24 und einem Ende der Anpassungs­ kapazität 23 elektrisch verbunden. Das andere Ende der An­ passungskapazität 23 kann durch die gedruckte Schaltungs­ platte 24 mit dem Mittelkontakt irgendeiner Steckverbindung, wie einer BNC-Steckverbindung 25 elektrisch verbunden sein, die geeignet ist, eine schnelle elektrische und mechanische Verbindung zu einer (nicht gezeigten) Übertragungsleitung oder einer anderen Einrichtung zur Kopplung der Antenne 10 mit dem gewünschten Sender/Empfänger geeignet ist. Der Schirmleiter von dem Ende der Übertragungsleitung 22 ist durch die gedruckte Schaltungsplatte 24 mit dem Schirm der BNC-Steckverbindung 25 verbunden. Stützen bzw. Abstandshalter 26 sichern das Übertragungsleitungs-Netzwerk 20 an seinem Platz und tragen den Impedanzwandler 19 darüber, dessen zwei Leitungen 28 seiner Wicklung mit dem Ende der koaxialen Übertragungsleitung 22 elektrisch verbunden sind, welches dem mit der gedruckten Schaltungsplatte 24 verbundenen Ende entgegengesetzt ist. Ein Bananenstecker 29 oder eine andere geeignete elektrische Steckverbindung wird ehenfalls auf der Kopfseite der Abstandshalter 26 getragen für ein elektri­ sches und mechanisches Ineinandergreifen mit einem passenden Steckverbinder in der Basis der Widerstandsanordnung 18. Während die Widerstandsanordnung 18 aus einer Vielzahl von Widerständen aufgebaut ist, die elektrisch parallel ge­ schaltet sind, zwischen zwei kreisförmigen leitenden Platten mit einer von denen der Bananenstecker verbunden ist und von denen die entgegengesetzte Platte mit der Basis des Kurz­ schlußgeflechts-Kondensators 21 für die Feder 15 elektrisch in Eingriff steht, erkennt der Fachmann, daß das Widerstands­ netzwerk 18, der Impedanzwandler 19, die Übertragungsleitung 22 und die Anpassungskapazität 23 elektrisch in Reihe geschaltet sind, wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist.

Nachdem die mechanische und elektrische Konfiguration derAn­ tenne 10 beschrieben worden ist, werden die einzelnen Para­ meter ihre Elemente, wie sie für die bevorzugte Ausführungs­ form benutzt werden, die für eine Benutzung im Frequenzbe­ reich von 30 MHz - 90 MHz geeignet ist, nachfolgend im einzelnen angegeben:

Gegenständliche
Längenmaße:
  Länge über alles297,2 cm (117″)   Spitzenstrahler148,0 cm (58,25″)   Basisstrahler130,2 cm (51,25″)   Spitzenkondensator
  bis Grund bzw. Masse166,4 cm (65,50″) Spitzenkapazität:5 pf Widerstandsanordnung:12 220 Ohm 2W
Widerstände parallel
geschaltet   Effektiver Widerstand:18,33 Ohm Impedanzwandler:3,56 : 1 festes Impedanzverhältnis; zwei Leiter von 27,9 cm (11″) und 38,7 cm (15,25″) Längen um einen Ringkern gewickelt mit 2,5 cm (0,97″) Innendurchmesser und 3,9 cm (1,54″) Außendurchmesser, aus Ferrite mit 67% Nickel-Zink hergestellt mit einer Permeabilität 40 Anpassungskapazität:2180 pf Kondensatoren
parallel geschaltet Effektive Kapazität:360 pf Übertragungsleitungs-
Induktivität:114,3 cm (45″) von R 316/U Koaxialkabel mit 10 Windungen in Spule gewickelt, die einen Durchmesser von 3,7 cm (1,47″) aufweist.

Die Betriebsweise einer erfindungsgemäßen Antenne kann am besten mit Bezug auf mehrere Aufzeichnungen in der Form eines verein­ fachten Smith-Diagramms mit einem 50-Ohm-Wellenwiderstand bzw. einem charakteristischen Leitungswiderstand von 50 Ohm der Impedanz der Antenne 10 über den breiten Bereich von inte­ ressierenden Frequenzen erläutert werden, wenn Variationen bei einigen Elementen darin vorgenommen werden.

Fig. 5 zeigt eine Aufzeichnung (allgemein bekannt als ein Smithsches Diagramm) der Impedanz der Antenne 10 (mit den oben erläuterten spezifischen Parametern) wie sie mit der Antenne 10 gemessen wird, wenn diese vertikal über dem Mittelpunkt einer 3,0 × 3,0 m (10′ × 10′ bzw. 10 feet × 10 feet) Grundplatte angeordnet ist. Ersichtlich kann eine solche Antenne von im wesentlichen 30 MHZ bis 90 MHz mit einem Welligkeitsfaktor bzw. Stehwellenverhältnis VSWR von 3,5:1 oder weniger arbeiten, wobei das Erfordernis vollständig beseitigt ist, die Antenne in anderer Weise anzupassen oder abzustimmen. Darüber hinaus wird dieses niedrige Stehwellen­ verhältnis, wie es aus Fig. 6 ersichtlich ist, die den Gewinn dieser Ausführungsform der Antenne 10 relativ zu dem einer Monopolantenne wiedergibt, deren elektrische Scheinlänge bei jeder Frequenz Ein-Viertelwellenlänge beträgt und deren Ge­ winn bei allen Frequenzen auf 0,0 dB bezogen ist, ohne merk­ lichen Verlust an Gewinn (welcher 2,5 dB oder weniger, für alle Frequenzen bis auf die letzten 7% des interessierenden Frequenzbandes beträgt) erreicht.

Der Effekt der verschiedenen Elemente auf die Impedanz kann vollständig verstanden werden, indem zuerst die Impedanz auf Zeichnung in Form eines Smithschen Diagramms in Fig. 7 für einen kontinuierlichen linearen Strahler mit einer Überalles- Körperlänge von 297,2 cm (117′′) und einem effektiven Radius von etwa 1,3 cm (1/2′′) untersucht wird. Es ist ersichtlich, daß ein weiter Variationsbereich bezüglich des Widerstandes und der Reaktanz dieser Antenne als einer Funktion der Frequenz gibt und daß nach einer Ein-Viertel-Wellenresonanz bei 30 MHz eine Ein-Halb-Wellen-Mitschwingresonanz bei näherungsweise 39 MHz und eine Drei-Viertel-Wellen-Mitschwing­ resonanz bei näherungsweise 72 MHz gibt und durch eine Voll- Wellen-Resonanz bei 80 MHz hindurchgeht.

Es ist bekannt, daß wenn ein solcher Strahler bei bestimmten Frequenzen zwischen 30 MHz und 90 MHz angepaßt bzw. abgestimmt ist und wenn der Strahler länger als etwa ein 5/8tel Wellen­ länge einer Frequenz ist, der Richtungsgewinn bzw. Richtver­ stärkungsfaktor nicht länger in der Azimuthebene liegt und die Signalüberdeckung bzw. Signalreichweite verringert ist. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß die Schein-Elektrik­ länge bzw. elektrische Scheinlänge des linearen Strahlers dann, wenn eine kleine Kapazität in Reihe mit dem linearen Strahler angeordnet wird, über das gesamte Band von 30 MHz bis 90 MHz reduziert, die weite Variation bzw. große Änderung im Widerstand und der Reaktanz über die Bandbreite reduziert und der Strahlungswinkel auf einem Minimum (die Signalreich­ weite somit auf einem Maximum) gehalten werden kann.

Fig. 8 zeigt ein aufgetragenes Smith-Diagramm der Impedanz­ eigenschaften des linearen Strahlers mit einer Länge von 297,2 cm (117′′) mit einer Kapazität von näherungsweise 5 pf, die in Reihe mit dem linearen Strahler in einer Höhe von 166,4 cm (65.5′′) über der Grundplatte eingesetzt ist. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße modifizierte lineare Strahler eine Ein-Viertel-Wellenresonanz bei näherungs­ weise 38 MHz aufweist und durch Ein-Halb-Wellen-Mitschwingen bzw. Ein-Halb-Wellen-Resonanz bei näherungsweise 55 MHz hindurchgeht, jedoch keine weiteren Resonanzfrequenzen auf­ weist. Wenn ein Breitband-Impedanz-Wandler benutzt wird, um die Antennenimpedanz an der Basis des linearen Strahlers (die dessen Fußpunkt ist) in die der Übertragungsleitung umzu­ wandeln, mit welcher jener verbunden ist, wird ein niedrigeres Stehwellenverhältnis (VSWR) (d.h. 3,5:1 oder weniger) von näherungsweise 59 MHz bis 90 MHz erreicht, wie es in Fig. 9 gezeigt ist.

Die Höhe über Grund, auf welcher der Kondensator in Reihe mit dem linearen Strahler positioniert wird, ist wesentlich für das elektrische Leistungsverhalten bzw. die elektrische Arbeitsweise des linearen Strahlers und sollte letztlich gewählt werden, um das elektrische Leistungsverhalten und die mechanischen Gegebenheiten ins Gleichgewicht zu bringen. Erfindungsgemäß ist bei der Konstruktion einer Niedrig- Profil-Antenne, die über ein breites Band von 30 MHz bis 90 MHz betrieben werden soll, 166,4 cm (65.5′′) als ein Optimum anzusehen.

Fig. 9 macht ersichtlich, daß am unteren Ende des Arbeits­ frequenzbandes der lineare Strahler einschließlich des Reihen-Spitzenkondensators und des Impedanzwandlers einen niedrigen Eingangswiderstand und eine kapazitive Reaktanz aufweist. Das Hinzufügen der Übertragungsleitung, die bevor­ zugt, jedoch nicht notwendigerweise den gleichen charakteristi­ schen Leitungswiderstand bzw. Wellenwiderstand wie die mit der Antenne verbundene Übertragungs-Versorgungsleitung auf­ weist, fügt eine versetzende induktive Reaktanz hinzu, die das Abstimmen in dem Bereich von 40 MHz bis 60 MHz verbessert, wie es aus Fig. 10 ersichtlich ist. Noch wichtiger ist, daß dies dazu führt, daß der lineare Strahler bei niedrigen Frequenzen in dem Band induktiv reaktiv wird. Dies wiederum gestattet eine Kompensation durch die Hinzufügung einer klei­ nen Anpassungskapazität in Reihe mit der Übertragungsleitung, was zu dem Impedanzdiagramm der Fig. 11 führt.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß durch Hinzufügen eines kleinen Widerstandes in Reihe mit dem linearen Strahler und dem Impedanzwandler das resultierende Stehwellenverhältnis (VSWR) der Antenne bei niedrigerer Frequenz, wie es in Fig. 11 dargestellt ist, merklich verringert wird. Mit anderen Worten wirkt dieser Reihenwiderstand so, daß der Widerstand der Antenne 10 an deren Fußpunkt bzw. Versorgungspunkt bei niedrigeren Frequenzen angehoben wird, er hat jedoch wenig Einfluß auf den Widerstand des Fußpunktes bzw. Versorgungs­ punktes bei höheren Frequenzen, wodurch das Stehwellenver­ hältnis bei niedrigeren Frequenzen verringert wird ohne eine entsprechende Anhebung des Stehwellenverhältnisses bei höheren Frequenzen. Somit wird durch das Anordnen eines geeigneten Widerstandes in Reihe mit und vor dem Übertragungsleitungs- Netzwerks das Stehwellenverhältnis (VSWR) bei niedrigeren Frequenzen merklich verringert im Austausch für eine akzeptabel geringe Verringerung des Gewinns, und der spiralförmige Impedanzverlauf in Fig.11 wird in die in Fig. 5 gezeigte engere Spirale gezogen, wodurch eine Niedrig-Profil-Antenne erzeugt wird, deren Welligkeitsfaktor bzw. Stehwellenverhältnis über das gesamte interessierende Band genügend gering bzw. klein ist, so daß ein weiteres Abstimmen und Anpassen nicht er­ forderlich ist, und deren Gewinn nicht merklich geringer ist als der von einer Ein-Viertel-Wellenlängen-Antenne bei jeder Frequenz über das Band.

Weitere zusätzliche Modifikationen der Antenne 10 außer den vorstehend diskutierten, die erfindungsgemäß möglich sind, sollen ebenfalls beachtet werden. Beispielsweise können in Abhängigkeit von Herstellungs- und Anwendungs-Parametern die linearen Strahler als ein einziger kontinuierlicher Strahler oder ein aus mehreren Abschnitten bestehender Strahler ausge­ bildet sein. Ebenfalls kann die Höhe des Widerstandsnetzwerkes 18 über Masse bzw. Grund in Abhängigkeit davon geändert werden, was zu einer akzeptablen Stromverteilung im interessie­ renden Frequenzband beiträgt. Zusätzlich kann jedes Breitband- Impedanzanpassungs-Netzwerk geeigneter Charakteristik anstelle des kreisringförmigen Impedanzwandlers 19 benutzt werden.

Bei Anwendungsfällen, bei denen ein breiteres Profil erwünscht ist oder toleriert werden kann, kann der Durchmesser des Spitzenstrahlers 11 und des Basisstrahlers 13 erhöht werden mit einer geringen Verminderung des Stehwellenverhältnisses. Wenn eine Breitbandantenne für einen Betrieb bei höheren Frequenzen gesucht ist, ist es möglich, den Spitzenkonden­ sator 13 zu beseitigen oder in die Basisanordnung 16 zu verlegen und die Überalleslänge des Spitzenstrahlers 11 und des Basis­ strahlers 13 zu verringern, obgleich eine Vergrößerung des Widerstandes in dem Widerstandsnetzwerk 18 erforderlich sein kann, um eine angemessene Korrektur des Stehwellenverhält­ nisses am niedrigen Ende des interessierenden Bandes vorzu­ sehen. Als ein letztes Beispiel kann es möglich sein, ob­ gleich es allgemein nicht vorteilhaft erscheint, andere Reihenelemente der Antenne 10 zu verlegen: das Widerstands­ netzwerk 18 kann in Reihe zwischen die Übertragungsleitung 22 und Masse bzw. Grund geschaltet werden, vorausgesetzt eine große Induktanz wird parallel dazu hinzugefügt, um im wesent­ lichen störende bzw. löschende Grundströme bzw. Masseströme auszuschließen; und das Widerstandsnetzwerk 18 kann zwischen dem Impedanzwandler 19 und die Übertragungsleitung 22 ge­ schaltet werden, vorausgesetzt ein geringerer Gewinn ist tolerierbar und eine geringfügig verschiedene Korrektur des Stehwellenverhältnisses ist akzeptabel.

Claims (7)

1. Niedrigprofil-Breitband-Monopolantenne, die mit einer Übertragungsleitung verbunden ist, gekenn­ zeichnet durch einen Strahler mit einer Ein­ richtung, die eine Reihenkapazität vorsieht, durch ein Netz­ werk, welches im wesentlichen die Impedanz der Antenne mit der Impedanz der Übertragungsleitung, mit welcher die­ se verbunden ist, koppelt und anpaßt, wobei das Netzwerk mit dem Strahler betriebsmäßig verbunden ist, und durch eine Widerstandseinrichtung, die den Welligkeitsfaktor bzw. das Stehwellenverhältnis (VSWR) der Antenne über die niedrigeren Frequenzen in dem Breitband in dem Maße minimiert, daß eine Abstimmung überflüssig ist und sich der Gewinn dem eines Viertel-Wellenlängen-Monopols über im wesentlichen alle Frequenzen in dem Breitband annähert, wobei die Widerstandseinrichtung mit dem Strahler elektrisch in Reihe verbunden ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strahler einen ersten linearen Strahler und einen zweiten linearen Strahler, der mit einem Ende des ersten linearen Strahlers betriebsmäßig verbunden ist, umfaßt, und daß die Widerstandseinrichtung elektrisch in Reihe zwischen das Netzwerk und das Ende des zweiten linearen Strahlers, das zu dem des ersten linearen Strahlers entgegengesetzt liegt, geschaltet ist.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Widerstand der Widerstandseinrichtung das Stehwellenverhältnis bei den niedrigeren Frequenzen in dem Bereich von näherungsweise 30 MHz bis 90 MHz ver­ ringert.

4. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Reihenkapazität ein leitendes Glied um­ faßt, welches mit einem ersten Teil des ersten linearen Strahlers elektrisch verbunden ist für eine Erstreckung in einen zweiten Teil des linearen Strahlers und daß eine dielektrische Abstandshaltereinrichtung in dem zwei­ ten Teil des ersten linearen Strahlers befestigt ist, in welchem sich das leitende Glied erstreckt zur Schaffung der Reihenkapazität.

5. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Netzwerk eine Breitband-Wandlereinrich­ tung zur Ankopplung der Antenne an die Übertragungsleitung und eine Einrichtung zur Anpassung der Impedanz der Antenne an die Impedanz der Übertragungsleitung über das interessie­ rende Breitband umfaßt.

6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Breitband-Wandlereinrichtung einen Ringkern-Impedanz-Anpassungstransformator umfaßt.

7. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtung zur Anpassung der Impedanz der Antenne an die Impedanz der Übertragungsleitung eine Übertragungsleitung und einen Anpassungskondensator um­ faßt.