DE4438136C2

DE4438136C2 - Hybrid- und Breitbandhybridantenne

Info

Publication number: DE4438136C2
Application number: DE19944438136
Authority: DE
Inventors: Thomas Proepper
Original assignee: Sibet Sican Forschungs Un GmbH
Current assignee: SICAN F&E GMBH (SIBET), 30419 HANNOVER, DE
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1994-10-27
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2014-10-28
Also published as: EP0711000A2; DE4438136A1; EP0711000A3

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch-magnetische Hybridantenne und eine breitbandige Hybridgruppenantenne mit geringem Raumbedarf und verbesserter Nahfeldcharakteristik. Die Antenne dient der Erzeugung eines starken und teilpolarisierten Feldes vor allem im Nahbereich.

Die Hybridantenne ist elektrisch klein und kommt als Sende- und Empfangsantenne überall dort zum Einsatz, wo elektrisch kurze Dipolantennen sowie magnetische Rahmenantennen einen zu kleinen Strahlungswiderstand aufweisen.

Technisches Gebiet

Geräte mit elektrischen oder elektronischen Funktionen werden in Absorberhallen einer elektromagnetischen Störeinstrahlung ausgesetzt, um deren Störeinstrahlfestigkeit oder Störabstrahlung gemäß der gesetzlichen EMV- Richtlinien zu bestimmen. Dabei kommen in der Regel periodisch-logarithmische Breitbandantennen zum Einsatz.

Die Abmessungen einer solchen Antenne sind prinzipiell durch die Innenabmessungen der Absorberhalle begrenzt, die aus technischen und wirtschaftlichen Gründen ebenfalls eine bestimmte Größe nicht überschreiten kann. Eine Reihe von EMV-Messungen - etwa in der Automobilindustrie - werden bei Wellenlängen durchgeführt, wo der Innenraum verfügbarer Absorberhallen vollständig im Nahfeldbereich der verwendeten Dipolantennen liegen, die unter diesen Umständen selbst bei voller Ausnutzung der maximal möglichen Baulänge elektrisch kurz sind.

Stand der Technik

Elektrisch kurze Dipolantennen lassen sich durch Applikation einer Induktivität, die den kapazitiven Blindwiderstand kompensiert, elektrisch verlängern. Diese Maßnahme wirkt nur in unmittelbarer Umgebung der Resonanzfrequenz und ist im Sendebetrieb bei hohen Leistungen nicht anwendbar, da in der als Spule ausgeführten und nur im Strombauch der Antenne wirksamen Induktivität hohe ohmsche Verluste auftreten, die den Wirkungsgrad der Antenne reduzieren.

Dachkapazitäten können in geringem Maße ebenfalls den Strahlungswiderstand elektrisch kurzer Dipolantennen erhöhen.

Einfache magnetische Rahmenantennen haben einen sehr geringen Strahlungswiderstand. Mehrfachwindungen der magnetischen Schleife erhöhen zwar den Strahlungswiderstand, aber auch die ohmschen Verluste und reduzieren dadurch den Wirkungsgrad, weshalb sie für den Sendebetrieb nicht geeignet sind. Wird die magnetische Schleife mit einer kapazitiven Blindlast in Form eines durchstimmbaren Kondensators unterbrochen, so entsteht ein sehr schmalbandiger Serienresonanzkreis.

Er eignet sich vor allem für Empfangszwecke. Im Sendebetrieb entstehen an der Kapazität u. U. so hohe Spannungen, daß zur Abstimmung nur sehr teure Vakuum-Drehkondensatoren verwendet werden können.

In DE 25 52 043 B2 wird eine Antenne offenbart, die aus gebogenen und an jeweils einem Ende gerade verlaufenden Holmen besteht, die spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind. Es handelt sich im wesentlichen um zwei als Dipolantenne wirkende Stäbe mit den oben beschriebenen Nachteilen.

In DE-AS 10 44 904 ist eine Antenne beschrieben, die mittels Kondensator kapazitiv angepaßt ist. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um eine Hybridantenne, sondern um eine Dipolantenne. Die elektrische Verlängerung wird durch Umbiegen der Enden bewirkt, die nach oben umgebogen werden und als Dachkapazitäten wirken.

Aus DE-AS 10 02 819 ist eine entsprechende Dipolantenne, allerdings mit abgewinkelten Enden zu entnehmen.

Die in DE-PS 9 47 383 beschriebene Anordnung geht aus einer magnetischen Rahmenantenne hervor, die an der Stelle diametral zum Fußpunkt unterbrochen ist derart, daß die offenen, flächigen Enden überlappen und dadurch eine kapazitive Last bilden. Die Kapazität kann auch ein zusätzlich an das offene Ende angeschlossener Kondensator sein. In beiden Fällen breitet sich jedoch das elektrische Feld an der kapazitiven Last nicht aus. Der Strahlungswiderstand ist außerhalb der Resonanz dieses Serienschwingkreises sehr gering.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung war es daher, eine Hybridantenne anzugeben, umfassend eine zweifach unterbrochene, magnetische Schleife, wobei die erste Unterbrechung A als Speisepunkt dient und die zweite Unterbrechung B mit einer elektrisch kurzen Dipolantenne kapazitiv belastet ist. Die Antenne soll gegenüber der magnetischen Rahmenantenne einen wesentlich höheren Strahlungswiderstand aufweisen, im Fernfeld wie eine elektrische Dipolantenne und im Nahfeld wie eine kapazitiv belastete, magnetische Rahmenantenne wirken, einen geringen Raumbedarf aufweisen und ein teilpolarisiertes Nahfeld erzeugen.

Erfindung

Die Aufgabe wird mit einer Hybrid-Antenne gelöst, deren Merkmale dem A1 zu entnehmen sind.

Eine Ausführungsform besteht darin, die Holme kreisförmig zu biegen, für andere Strahlungscharakteristiken ist auch eine elliptische Schleife denkbar.

Eine Erhöhung der Breitbandigkeit und der Richtwirkung ist gemäß Anspruch 5 durch Anordnung mehrerer Hybridantennen zu einer Gruppenantenne nach dem auch bei herkömmlichen Dipolstrahlern angewandten logarithmisch periodischen Prinzip erreichbar.

Zeichnungen

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Erfindungsgemäße Hybridantenne in der Draufsicht,

Fig. 2: Erfindungsgemäße Hybridantenne in der Seitenansicht,

Fig. 3: Lokale magnetische Flußdichte der Hybridantenne in einer Absorberhalle,

Fig. 4: Referenzantenne RA in der Absorberhalle,

Fig. 5: Elektrisches Feld der Hybridantenne in der Referenzebene C,

Fig. 6: Elektrisches Feld der Referenzantenne in der Referenzebene C,

Fig. 7: Breitband-Gruppenantenne aus Hybridantennen.

Detaillierte Beschreibung

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht der Hybridantenne mit zwei Holmen der Dicke d, die im Winkel von 90°+α kreisförmig gebogen sind. Die Holme laufen mit der Länge L in einer Geraden aus. Die Holme werden derart angeordnet, daß die Teilkreise einen Kreis mit dem Radius R bilden. Die elektromagnetische Energie wird an den beiden Holmenden am Kreisanfang, Punkt A, eingespeist, wobei die Holmenden sowohl im Punkt A als auch im gegenüberliegenden Punkt B nicht im direkten elektrischen Kontakt zueinander stehen.

Fig. 2 zeigt die Seitenansicht der Hybridantenne. Als wesentliches Merkmal ist skizziert, daß die Holmelemente im Punkt B einen Abstand S voneinander aufweisen. Die Hybridantenne unterscheidet sich damit von Magnetfeldantennen, die im Schnittpunkt B einen Kurzschluß aufweisen.

Die Wahl des Radius R, der Länge L und des Winkels α sind entscheidend für die Strahlungscharakteristik der Antenne und müssen auf die Frequenz und das gewünschte Feld abgestimmt sein.

In Fig. 3 ist die lokale magnetische Flußdichte der Hybridantenne in einer Absorberhalle skizziert. Kennzeichnend für die Hybridantenne ist, daß im Gegensatz zu magnetischen Antennen das Maximum der Flußdichte nicht im Mittelpunkt, sondern in unmittelbarer Umgebung der Holme auftritt.

Die Erfindung wird in einer typischen Einsatzumgebung einer Absorberhalle der Größe 12 m × 9,5 m × 5,7 m numerisch mit Hilfe eines Finite-Differenzen- Zeitbereich-Programms simuliert. Die Frequenz des Strahlungsfeldes beträgt in diesem Beispiel 6 MHz. Die lineare Referenzantenne ist bei dieser Frequenz elektrisch kurz.

Im Vergleich zu einer elektrisch kurzen, symmetrischen Linearantenne als Referenzantenne RA mit den gleichen Ausdehnungen wie die Hybridantenne zeichnen sich die Vorteile der Erfindung ab.

Als Meß- und Vergleichsort wird eine, in Fig. 4 skizzierte Schnittebene C im Abstand von 10 m vor der Absorberrückwand gewählt. Aus den Fig. 5 und 6 ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Hybridantenne gegenüber der symmetrisch gespeisten Referenzantenne in der Schnittebene C eine wesentlich höhere elektrische Feldstärke entwickelt. Die maximale Feldstärke beträgt bei der Referenzantenne 0,9 V/m und bei der Hybridantenne 22,5 V/m.

Eine Eigenschaft der Hybridantenne ist, ähnlich einer magnetischen Nahfeldantenne, daß sie im vorderen halbkreisförmigen Bereich im wesentlichen induktiv auskoppelt. Die Linearelemente im hinteren Bereich koppeln kapazitiv aus und sorgen vor allem für den Dipolcharakter des Strahlungsfeldes und die gewünschte Richtcharakteristik.

Mit bekannten Anpassungsschaltungen kann die Fußpunktimpedanz der Hybridantenne wie bei herkömmlichen Antennen in Abhängigkeit von der Frequenz an den Wellenwiderstand der Speiseleitung angepaßt werden.

Für breitbandige Anwendungen werden auf verschiedene Wellenlängen abgestimmte Hybridantennen nach dem logarithmisch-periodischen Konstruktionsprinzip angeordnet. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß das Verhältnis der Abstände aufeinanderfolgender Holmelemente wie bei einer logarithmisch- periodischen V-Dipol-Antenne konstant ist.

d₁ : d₂ = d₂: d₃ = konst. (1)

Claims

1. Hybridantenne, umfassend eine zweifach unterbrochene, magnetische Rahmenantenne, wobei die erste Unterbrechung (A) als Speisepunkt dient und die zweite Unterbrechung (B) mit einer kapazitiven Last versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitive Last der magnetischen Rahmenantenne als elektrisch kurze Dipolantenne ausgeprägt ist.

2. Hybridantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Rahmenantenne kreisförmig gebogen und die Form einer Schenkelfeder mit mindestens einer Windung aufweist, die diametral gegenüber den Schenkeln (B) an dem Speisepunkt (A), aufgetrennt ist.

3. Hybridantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Rahmenantenne elliptisch gebogen ist.

4. Hybridantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der geraden und der Radius der gekrümmten Abschnitte so abgestimmt sind, daß die induktive Last der magnetischen Rahmenantenne und die kapazitive Last der elektrisch kurzen Dipolantenne einen Serienschwingkreis in Resonanz bildet.

5. Breitband-Gruppenantenne, umfassend Hybridantennen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hybridantennen in verschiedenen Größen ausgebildet sind, zu einer Gruppe angeordnet sind und einen gemeinsamen Speisepunkt (A) aufweisen.

6. Breitbandhybridantenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der magnetischen Rahmenantennen und die Längen der elektrisch kurzen Dipolantennen den Bedingungen des logarithmisch- periodischen Gruppenprinzips genügen.