DE4336633A1 - Koaxialantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Koaxialantenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-Patentschrift 21 84 79 sowie dem "Antennenbuch", Karl Rothammel, 8. Auflage, Stuttgart, Telekosmos-Verlag, Kapitel "25.11 Die Koaxialantenne" ist eine Koaxialantenne bekannt, die als vertikal polarisierter Rundstrahler im UKW-Bereich für Mobil­ stationen Verwendung findet. Von einem 50-Ohm-Koaxialkabel mit möglichst dickem Innenleiter sind auf eine Länge von elektrisch Lambda/4 (etwa Lambda/4 x 0,97) Außenmantel, Außenleiter und Di­ elektrikum entfernt, so daß nur der blanke Innenleiter stehen bleibt. Über das Koaxialkabel ist ein ebenfalls elektrisch Lamb­ da/4 langes Kupfer- oder Messingrohr geschoben und mit dem Außen­ leiter des Kabels an seinem dem Innenleiter des Kabels zuge­ wandten Ende verlötet. Angegeben ist ferner, daß der Durchmesser des Rohres beliebig sein kann, sofern die lichte Weite so groß ist, daß sich das Rohr über den Außenmantel des Kabels schieben läßt. Bei dieser Koaxialantenne handelt es sich im Prinzip um einen senkrecht stehenden Halbwellendipol, dessen unterer Lamb­ da/4-Abschnitt gleichzeitig als Viertelwellensperrtopf zur Her­ stellung der Symmetrie ausgebildet ist.

Diese bekannte Koaxialantenne gestattet lediglich UKW-Frequenzen zu senden bzw. zu empfangen, deren Verhältnis zueinander einem ganzzahligen Vielfachen entspricht.

Ferner sind Mehrfachfrequenzantennen bekannt, die aus zwei senk­ recht übereinander stehenden Halbwellendipolen gebildet sind und deren Einspeisungspunkt zwischen diesen Halbwellendipolen angeord­ net ist. Eine solche Mehrfrequenzantenne muß mittels eines Mastes montiert werden, der parallel zu den übereinanderstehenden Halb­ wellendipolen verläuft und einen quer zum Mast angeordneten Ausle­ ger aufweist, an dem die Mehrfrequenzantenne befestigt ist. Diese Anordnung benötigt viel Platz und ist daher für Mobilstationen nicht geeignet. Ferner ergibt sich eine starke Beeinträchtigung durch den Umstand, daß das mit der Antenne verbundene Koaxialkabel parallel zur Antennenachse entlang des Mastes verläuft.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Koaxialantenne an­ zugeben, die aufgrund ihrer Abmessungen für Mobilstationen ge­ eignet und auf unterschiedlichen, weit voneinander entfernten Fre­ quenzen betreibbar ist. Dies ist zum Beispiel der Fall, wenn UKW- Seefunk und Mobiltelefon über eine Antenne betrieben werden sol­ len.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen ge­ löst.

Der Kern der Erfindung besteht darin, eine bekannte Koaxialantenne mit einem senkrecht stehenden Halbwellendipol, dessen unterer Ab­ schnitt als Sperrtopf und dessen oberer Abschnitt als erster Lei­ terstab ausgebildet ist, durch eine Anordnung aus Phasenleitung und zweitem Leiterstab aufzustocken, wobei sich die Phasenleitung und der zweite Leiterstab an den ersten Leiterstab anschließt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die axiale Länge des Sperrtopfes etwa 1/4 oder 3/4 der Wellenlänge, die der Fre­ quenz bzw. dem Frequenzbereich von 156 bis 163 MHz, dem UKW-See­ funk, entspricht. Die axiale Länge des ersten Leiterstabs ent­ spricht etwa 1/4 oder 5/8 der Wellenlänge, die einer Frequenz bzw. einem Frequenzbereich von 890 bis 960 MHz, dem Frequenzbereich für Mobil-Telefone, gleichkommt. Die axiale Länge des zweiten Leiter­ stabes entspricht etwa 1/8 oder 5/8 der Wellenlänge, die mit der Frequenz bzw. dem Frequenzbereich von 890 bis 960 MHz korrespon­ diert.

Die erfindungsgemäße Koaxialantenne gestattet das Senden und den Empfang dieser unterschiedlichen, weit voneinander entfernt lie­ genden Frequenzen bzw. Frequenzbereiche, die nicht einem ganzzah­ ligen Vielfachen voneinander entsprechen, mit hohem Antennenge­ winn. Bei der erfindungsgemäßen Koaxialantenne ist die aus erstem Leiterstab, Phasenleitung und zweitem Leiterstab bestehende Anord­ nung mit einer Frequenz bzw. mit einem Frequenzbereich weitgehend in Resonanz, die etwa im Bereich von 890 bis 960 MHz liegt. Der untere Abschnitt des Halbwellendipols der erfindungsgemäßen Koaxi­ alantenne ist in Resonanz mit einer Frequenz bzw. einem Frequenz­ bereich von etwa 156 bis 163 MHz.

Es versteht sich, daß von der erfindungsgemäßen Lehre auch für an­ dere als die vorgenannten Frequenzbereiche Gebrauch gemacht werden kann. Ebenso sind auch andere Längenabmessungen denkbar, sofern sie mit den unterschiedlichen Frequenzen bzw. Frequenzbereichen in Resonanz sind. So kann etwa die axiale Länge des unteren Abschnit­ tes des Halbwellendipols und/oder des ersten Leiterstabes und/oder der zweite Leiterstab 1/8 oder ein ganzzahliges Vielfaches davon der jeweiligen Wellenlänge bzw. Frequenz betragen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der untere Abschnitt des Halbwellendipols durch ein elektrisch leitendes Rohr, wie eines aus Kupfer oder Messing, gebildet und mit dem Außenleiter eines durch das Rohr geführten Koaxialkabels an seinem dem ersten Leiterstab zugewandten Ende elektrisch verbunden. Der Innenleiter des durch den Sperrtopf geführten Koaxialkabels ist mit den dem Sperrtopf zugewandten Ende des ersten Leiterstabes verbunden.

Ferner ist bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung vorgese­ hen, das Dielektrikum zwischen erstem Leiterstab und Sperrtopf in Form einer gedruckten Schaltung zumindest teilweise auszubilden, wobei die gedruckte Schaltung zum einen den Außenleiter des ko­ axialen Speisekabels mit dem Rohr und zum anderen den Innenleiter des Speisekabels mit dem ersten Leiterstab verbindet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auf der gedruckten Schaltung ein Impedanz-Anpaßnetzwerk angeordnet. Die gedruckte Schaltung verfügt ferner über einen BNC-Stecker oder eine entspre­ chende Buchse, wodurch sich das Koaxialkabel einfach an die erfin­ dungsgemäße Antenne anschließen läßt. Das Impedanz-Netzwerk auf der gedruckten Schaltung wird durch Spulen und/oder Kondensatoren gebildet.

Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Erfindung wird die Koaxialantenne durch die Abstimmung des Verhältnisses des Innendurchmessers des Sperrtopfes zum Außendurchmesser des durch den Sperrtopf geführten Koaxialkabels abgestimmt. Da nicht immer ausgeschlossen werden kann, daß sich der untere Abschnitt und der obere Abschnitt des Halbwellendipols auf die Resonanzfrequenz der jeweiligen Abschnitte auswirken, ist gemäß einer weiteren erfin­ dungsgemäßen Ausbildung der Erfindung vorgesehen, den Sperrtopf und/oder den ersten Leiterstab und/oder den zweiten Leiterstab um einen Anpassungsfaktor zu verlängern oder auch zu verkürzen, um den unteren und oberen Abschnitt des Halbwellendipols auf die je­ weiligen unterschiedlichen Frequenzen bzw. Frequenzbereiche abzu­ stimmen.

Ferner ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Koaxialantenne eine Phasenleitung zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterstab in Form einer Spule vorgesehen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden auf den ersten Leiterstab der erfindungsgemäßen Koaxialantenne weitere An­ ordnungen aus Leiterstab und Phasenleitung aufgestockt.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ist der Sperrtopf und /oder der erste bzw. zweite Leiterstab durch einen wendelförmigen Leiter gebildet, wodurch sich eine er­ findungsgemäße Antenne mit besonders kleinen Abmessungen realisie­ ren läßt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Abbildung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Koaxialantenne, die über einen Antennenverteiler mit einem Mobiltelefon und einem VHF-Seefunksen­ der/-Empfänger verbunden ist.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Koaxialantenne mit einem senk­ recht stehenden Halbwellendipol, dessen unterer Abschnitt als Sperrtopf (1) und dessen oberer Abschnitt von einem ersten Leiter­ stab (2), einer Phasenleitung (3) und einem zweiten Leiterstab (4) gebildet ist. Die Koaxialantenne ist mittels eines Koaxialkabels (5) mit einem Antennenverteiler (7) verbunden. Mit dem Antennenverteiler (7) ist ein Mobiltelefon (10), z. B. ein D-Netz- Mobiltelefon für die Frequenzen 890 bis 960 MHz, verbunden. Ferner ist an den Antennenverteiler (7) ein VHF-Sender/-Empfänger für die UKW-Seefunkfrequenzen 156 bis 163 MHz über ein Koaxialkabel (9) angeschlossen.

Der untere Abschnitt des erfindungsgemäßen Halbwellendipols be­ steht aus dem Sperrtopf (1), der durch ein elektrisch leitendes Kupferrohr gebildet ist. An seinem oberen Ende weist der Sperrtopf (1) ein Dielektrikum (6) auf, durch das der erste Leiterstab (2) hindurchgesteckt wird. Auf den ersten Leiterstab (2) ist die Phasenleitung (3) in Form einer Spule und der zweite Leiterstab (4) aufgestockt. Die Anordnung aus erstem Leiterstab (2), zwi­ schengeschalteter Phasenleitung (3) und zweitem Leiterstab (4) sind elektrisch miteinander verbunden. Das am oberen Ende des Sperrtopfes (1) angeordnete Dielektrikum (6) isoliert den durch das Dielektrikum durchgesteckten und in den Sperrtopf (1) hinein­ ragenden ersten Leiterstab (2) elektrisch gegenüber dem leitenden Sperrtopf (1). Das Dielektrikum (6) gestattet eine sichere Fixie­ rung der Anordnung aus erstem Leiterstab (2), Phasenleitung (3) und zweitem Leiterstab (4) in Bezug auf den Sperrtopf (1).

Gemäß der beschriebenen, einfach herstellbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Koaxialantenne wird das Koaxialkabel (5) in den aus einem leitenden Rohr gebildeten Sperrtopf (1) hineingeschoben. Der Innenleiter des Koaxialkabels (5) wird mit dem in den Sperr­ topf (1) hineinragenden Enden des ersten Leiterstabes elektrisch verbunden. Der Außenleiter des Koaxialkabels (5) wird im Bereich des oberen, dem ersten Leiterstab (2) zugewandten Ende des Sperr­ topfes (1) mit dem Sperrtopf (1) verbunden.

Die axiale Länge des Sperrtopfes (1) beträgt etwa Lambda/4 der Wellenlänge, die der VHF-Seefunk-Frequenz bzw. dem Frequenzbereich von 156 bis 163 MHz entspricht. Der erste Leiterstab (2) ent­ spricht etwa 1/4 der Wellenlänge, die der Frequenz bzw. dem Fre­ quenzbereich für D-Netz-Mobiltelefone von 890 bis 960 MHz gleich­ kommt. Der zweite auf den ersten Leiterstab (2) über eine Spule (3) aufgestockte Leiterstab (4) weist eine axiale Länge auf, die 5/8 der Wellenlänge des D-Netz-Mobiltelefonfrequenzbereiches ent­ spricht. Die Anordnung aus erstem Leiterstab (2), Phasenleitung (3) und zweitem Leiterstab (4) ist in Resonanz mit dem VHF-See­ funk-Frequenzbereich. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß sich der untere Abschnitt (1) und der obere Abschnitt (2, 3, 4) des senkrecht stehenden Halbwellendipols gemäß der Erfindung wech­ selseitig in ihren Resonanzeigenschaften beeinflussen können. Zur Verbesserung der Resonanz der jeweiligen Abschnitte und damit des Antennengewinnes ist der Sperrtopf (1) und/oder der erste Leiter­ stab (2) und/oder der zweite Leiterstab (4) um einen Anpassungs­ faktor verlängert oder auch verkürzt.

Die erfindungsgemäße Koaxialantenne ist ferner durch eine ge­ eignete Abstimmung des Verhältnisses des Innendurchmessers des Sperrtopfes (1) zum Außendurchmesser des durch den Sperrtopf (1) geführten Koaxialkabels (5) abgestimmt.

Der senkrecht stehende Sperrtopf (1) ist an seinem oberen Ende derart beschaffen, daß ein Eindringen von Regen oder Spritzwasser verhindert ist. Am unteren Ende des Sperrtopfes (1) weist der an­ sonsten hermetisch verschlossene Sperrtopf (1) eine Kabeldurchfüh­ rung für das koaxiale Speisekabel (5) und eine Öffnung für Schwitzwasser auf (nicht dargestellt). Anstelle einer Kabeldurch­ führung kann auch ein BNC-Stecker bzw. eine BNC-Buchse zum An­ schluß des koaxialen Speisekabels (5) an die erfindungsgemäße An­ tenne vorgesehen werden.

Claims (26)

1. Koaxialantenne mit einem senkrecht stehenden Halbwellendipol, dessen unterer Abschnitt als Sperrtopf (1) und dessen oberer Abschnitt als erster Leiterstab (2) ausgebildet ist, bei dem der Sperrtopf (1) derart bemessen ist, daß er mit einer ersten Frequenz bzw. einem ersten Frequenzbereich in Resonanz ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leiterstab (2) an seinem freien Ende mit dem einen Ende eines zweiten Leiterstabes (4) verbunden ist, wobei die Anordnung aus erstem und zweitem Lei­ terstab (2, 4) derart bemessen ist, daß die Anordnung mit ei­ ner zweiten Frequenz bzw. einem zweiten Frequenzbereich in Resonanz ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leiterstab (2) an seinem freien Ende mit dem Ende einer Pha­ senleitung (3) in elektrischer Verbindung steht, deren anderes Ende elektrisch mit dem einen Ende des zweiten Leiterstabes (4) verbunden und die Anordnung aus erstem Leiterstab (2), Phasenleitung (3) und zweitem Leiterstab (4) derart bemessen ist, daß die Anordnung mit der zweiten Frequenz bzw. dem zwei­ ten Frequenzbereich in Resonanz ist.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrtopf (1) aus einem Kupfer-, Messing- oder sonstigen leitenden Rohr gebildet ist und mit dem Außenleiter eines durch das Rohr geführten Koaxialkabels (5) an seinem dem er­ sten Leiterstab (2) zugewandten Ende elektrisch verbunden ist.

4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das dem Sperrtopf (1) zugewandte Ende des ersten Lei­ terstabes (2) mit dem Innenleiter des durch den Sperrtopf ge­ führten Koaxialkabels (5) elektrisch verbunden ist.

5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die axiale Länge des Sperrtopfes (1) etwa 1/8 oder ein ganzzahliges Vielfaches davon einer ersten Wellenlänge be­ trägt, die der ersten Frequenz bzw. dem ersten Frequenzbereich entspricht.

6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die axiale Länge des ersten Leiterstabes (2) etwa 1/8 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon einer zweiten Wellen­ länge entspricht, die der zweiten Frequenz bzw. dem zweiten Frequenzbereich gleichkommt.

7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Phasenleitung (3), die den ersten und den zweiten Leiterstab (2, 4) elektrisch miteinander verbindet in Form ei­ ner Spule ausgebildet ist.

8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die axiale Länge des zweiten Leiterstabes (4) etwa 1/8 oder einem ganzzahligen Vielfachen davon der zweiten Wel­ lenlänge entspricht.

9. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die erste Frequenz bzw. der erste Frequenzbereich im Bereich der Seefunk-Frequenzen liegt.

10. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Frequenz bzw. der erste Frequenzbereich im VHF-Bereich von etwa 156 bis 163 MHz liegt.

11. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Frequenz bzw. der zweite Frequenzbe­ reich im Bereich der Mobilfunkfrequenzen liegt.

12. Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Frequenz bzw. der zweite Frequenzbereich im Bereich von etwa 890 bis 960 MHz, dem D-Netz-Mobilfunkbereich, liegt.

13. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der untere Abschnitt des Halbwellendipols mit dem ersten Leiterstab (2) über ein Dielektrikum (6) mechanisch verbunden ist.

14. Antenne nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Di­ elektrikum (6) durch eine gedruckte Schaltung gebildet ist, die zum einen den Außenleiter des koaxialen Speisekabels (5) mit dem Rohr (1) und zum anderen den Innenleiter des Speiseka­ bels (5) mit dem ersten Leiterstab (2) verbindet.

15. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem ersten Leiterstab (2) und dem In­ nenleiter des Koaxialkabels (5) und/oder zwischen dem Außen­ leiter des Koaxialkabels (5) und dem Sperrtopf (1) ein Impe­ danz-Anpaßnetzwerk angeordnet ist.

16. Antenne nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Im­ pedanz-Netzwerk auf der gedruckten Schaltung angeordnet ist.

17. Antenne nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Im­ pedanz-Netzwerk durch Spulen und/oder Kondensatoren gebildet ist.

18. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Koaxialantenne durch Abstimmung des Verhält­ nisses des Innendurchmessers des Sperrtopfes (1) zum Außen­ durchmesser des durch den Sperrtopf geführten Koaxialkabels (5) abgestimmt ist.

19. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axiale Länge des Sperrtopfes (1) etwa 1/4 oder 3/4 der Wellenlänge der ersten Frequenz bzw. des ersten Frequenzbereiches entspricht.

20. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axiale Länge des ersten Leiterstabes (2) etwa 1/4 oder 5/8 der zweiten Wellenlänge beträgt.

21. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axiale Länge des zweiten Leiterstabes (4) etwa 5/8 der zweiten Wellenlänge entspricht.

22. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sperrtopf (1) und/oder der erste Leiterstab (2) und/oder der zweite Leiterstab (4) um einen Anpassungsfak­ tor verlängert oder auch verkürzt ist, um den unteren und obe­ ren Abschnitt des Halbwellendipols auf die jeweiligen, unter­ schiedlichen Frequenzen bzw. Frequenzbereiche abzustimmen.

23. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf dem ersten Leiterstab (2) weitere Anordnun­ gen aus Leiterstab und Phasenleitung aufgestockt sind.

24. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sperrtopf (1) durch einen wendelförmigen Leiter gebildet ist.

25. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Leiterstab (2) von einem wendelförmi­ gen Leiter gebildet ist.

26. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Leiterstab (4) durch einen wendelför­ migen Leiter gebildet ist.