DE807100C

DE807100C - Rahmenantenne

Info

Publication number: DE807100C
Application number: DEP20717D
Authority: DE
Inventors: Klaas Posthumus
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1947-01-25
Filing date: 1948-11-05
Publication date: 1951-06-25
Also published as: GB656887A; BE479859A; NL72283C; FR960134A; US2617033A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rahmenantenne für Sende- und/oder Empfangszwecke und besteht darin, daß zur Vergrößerung des Strahlungswiderstandes der Rahmenantenne eine oder mehrere mit der Rahmenantennenspule induktiv gekoppelte und sich von dem Spulenumfang nach außen erstreckende Kurzschlußwindungen angeordnet sind.

Vorzugsweise bilden die Kurzschlußwindungen zusammen eine den Spulenkörper umgebende ringförmige Oberfläche. Dabei können die Kurzschlußwindungen einander anstoßende Ringsektoren umgeben.

Die Anwendung der Erfindung ergibt nebst anderen im folgenden erwähnten Vorteilen den Vorzug, daß die wirksame Oberfläche der Rahmenantennenspule und demnach der Strahlungswiderstand der Antenne ohne Änderung der Spule vergrößert werden, da die als Transformatoren wirksamen Kurzschlußwindungen ihrer Natur nach den Strom in der Rahmenantennenspule nach dem Außenumfang der Kurzschlußwindun- ao gen verdrängen.

Besonders bei Rahmenantennen, bei denen die Rahmenantennenspule, um störende Eigenfrequenzen der Rahmenantenne zu verhüten, nur aus einer einzigen Windung mit kleiner Oberfläche (geringe Windungslänge) bestehen darf, hat die Verwendung mehrerer sektorförmiger Kurzschlußwindungen nach der Erfindung wesentliche Vorteile.

Wenn bei gegebener Größe der von den Kurzschlußwindungen beanspruchten ringförmigen Oberfläche die Umfangslänge jeder Kurzschlußwindung durch Vergrößerung ihrer Anzahl verkleinert wird, können störende Eigenfrequenzen der Kurzschlußwindungen weitgehend vermieden werden, so daß die erfindungsgemäße Rahmenantenne sich besonders zum Aussenden breiter Frequenzbänder mit waagerechter

Polarisation eignet, was ζ. B. für Fernsehen, Mehrfachtelefonie und Radionavigation vielfach erforderlich ist.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. ι ist eine Draufsicht einer Rahmenantenne mit einer einzigen Kurzschlußwindung, und

Fig. 2 stellt das versuchsweise festgelegte polare Strahlungsdiagramm dar;

ίο Fig. 3 und 4 zeigen in Draufsicht bzw. im Querschnitt eine Rahmenantenne mit mehreren sektorförmigen Kurzschlußwindungen, und

Fig. 5 zeigt das entsprechende Strahlungsdiagramm;

Fig. 6 stellt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rahmenantenne mit besonders gebildeten Kurzschlußwindungen dar;

Fig. 7 ist ein Einzelschnitt einer besonders ausgebildeten Rahmenantennenspule, und

Fig. 8 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dar. ao In Fig. 1 ist mit 1 eine aus einer einzigen Windung bestehende Rahmenantennenspule bezeichnet, die an eine sich gemäß der Spulenachse erstreckende Übertragungsleitung 2 angeschlossen ist. Entsprechend der Erfindung ist die Spule 1 von einer in der Spulenebene liegenden ringförmigen Metallplatte 3 umgeben, die eine radial gerichtete Unterbrechung 4 aufweist und im Zusammenhang mit Stromverdrängungswirkungen durch eine Kurzschlußwindung ersetzt gedacht werden kann, die sich gemäß dem Umfang der Platte 3 erstreckt.

Ein in der Rahmenspule auftretender Strom induziert in der Kurzschlußwindung einen dazu proportionalen Strom, der, sofern die elektrische Länge der Kurzschlußwindung kleiner als die Hälfte der Betriebs-Wellenlänge ist, längs des Außenumfangs 5 der Kurzschlußwindung überall gleichgerichtet ist. Der auf diese Weise entstandene Kreisstrom umfaßt jedoch eine größere wirksame Oberfläche als die Spule 1.

Zur Erläuterung dieser Wirkung sei auf die Analogie zwischen der vorliegenden, für Empfangszwecke verwendeten Rahmenantenne und der vielfach bei induktiver Hochfrequenzerhitzung eines Werkstücks zwischen diesem Werkstück und der umgebenden Induktionsspule angeordneten Kurzschlußwindung hingewiesen, die gewöhnlich als Konzentrator bezeichnet wird. In beiden Fällen wird das magnetische Kraftlinienfeld in der Rahmenspule 1 bzw. dem Werkstück konzentriert, was als eine Vergrößerung der wirksamen Oberfläche und des Strahlungswiderstandes der Rahmenspule bzw. des Werkstückes gedeutet werden kann. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Rahmenantenne für Sendezwecke tritt natürlich die gleiche Wirkung auf.

Bei einer versuchsweisen Ausbildung der Rahmenantenne nach Fig. 1 wurde der Außendurchmesser des Kurzschlußringes 3 entsprechend zwei Drittel der Betriebswellenlänge (etwa 68 cm) gewählt, bei einem Durchmesser der Spule 1 von annähernd ¹I₁₂ der Wellenlänge.

Infolge der verhältnismäßig großen Länge desAußenumfangs der Kurzschlußwindung ist der dort auftretende Strom nicht überall gleichgerichtet, und es entsteht ein in der Rahmenebene gemessenes Strahlungsdiagramm nach Fig. 2 mit hervortretenden Schleifen.

Bei gleichbleibenden Umfangsabmessungen kann dies jedoch durch sektormäßige Unterteilung des Kurzschlußringes 3 vermieden werden. Die Fig. 3 und 4 stellen eine geänderte Ausführungsform mit acht sektorförmigen Kurzschlußwindungen 6 dar, während Fig. 5 das entsprechende, ebenfalls in der Rahmenebene gemessene Strahlungsdiagramm darstellt. Das praktisch kreisförmige Strahlungsdiagramm (maximale Abweichung 5%) erbringt den Beweis, daß nun der Strom längs des Außenumfangs der Kurzschluß-Sektoren überall gleichgerichtet ist. In benachbarten Sektorrändern auftretende Ströme sind entgegengesetzt gerichtet, auch wenn längs dieser Ränder Strombäuche und -knoten auftreten, und tragen nicht zur Strahlung bei. Der Natur nach wird also der Strom in der Spule 1 von den Kurzschlußwindungen zum Außenumfang des Systems verdrängt.

Während bei einer aus einer einzigen Windung bestehenden Rahmenantenne die Umfangslänge dieser Windung für die Frequenzabhängigkeit des Systems maßgebend ist, ist jetzt nicht die Länge des Außenumfangs des Systems, sondern die Bemessung der Kurzschlußwindungen maßgebend für die Frequenzabhängigkeit des Systems.

Eine weitere Verringerung der Länge der Kurz-Schlußwindungen entsteht durch radiale Unterteilung der von den Kurzschlußwindungen beanspruchten ringförmigen Oberfläche, z. B. auf die in Fig. 8 dargestellte Weise, bei der der innere Ring vier und der Außenring acht sektorförmige Kurzschlußwindungen 9 bzw. 10 mit einander nahezu gleichen Umfangslängen hat; auf diese Weise ist eine besonders große Umfangslänge des Systems bei gleichbleibendem Strom längs des Außenumfangs erzielbar.

Wenn die elektrische Länge der Kurzschlußwindungen annähernd V₄ (³Z₄, ⁵/₄ usw.) der Betriebswellenlänge beträgt, verhalten sich die Kurzschlußwindungen als Impedanztransformatoren, was z. B. zur Erzielung einer sehr hohen Eingangsimpedanz der Spule ι benutzt werden kann; dabei tritt jedoch gleichzeitig eine ausgeprägte Frequenzabhängigkeit des Antennensystems auf.

Zur Übertragung breiter Frequenzbereiche sollen die erwähnten elektrischen Längen der Kurzschlußwindungen vermieden werden, oder es kann auch der Frequenzabhängigkeit dadurch entgegengewirkt werden, daß aufeinanderfolgenden Kurzschlußwindungen nach verschiedenen Seiten von ¹Z₄ der Betriebswellenlänge (z. B. um 5°/o) abweichende elektrische Längen gegeben werden. Dies ist z. B. durch passende Wahl der radialen Längen der Sektoren 6 oder der öffnungswinkel der Sektoren oder auch durch Kombination beider Maßnahmen bewirkbar.

Fig. 6 stellt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rahmenantenne im Querschnitt dar, wo die von den Kurzschlußwindungen 6' beanspruchte Oberfläche kegelförmig ist. Die Wirkungsweise und die Wirkung der Kurzschlußwindungen werden von einer solchen Formgebung nicht beeinflußt, was aus baulichen Gründen wichtig ist.

Für eine günstige Wirkungsweise des Systems ist

eine sehr feste Kopplung zwischen den Kurzschlußwindungen 6 und der Kopplungsspule ι erwünscht. Zu diesem Zweck können benachbarte Ränder der Rahmenspulenoberfläche und der von den Kurzschluß windungen beanspruchten ringförmigen Oberfläche sich überlappen.

Fig. 7 zeigt in einem teilweisen Querschnitt von Fig. 3 eine zu diesem Zweck geeignete Ausführungsform der Rahmenspule. Die einen U-förmigen Quer- schnitt η aufweisende Windung der Spule ι umfaßt den Innenrand 8 der Kurzschlußsektoren 6.

Zur Verringerung der Streustrahlung, die in den radialen Unterbrechungen der von den Kurzschlußwindungen beanspruchten ringförmigen Oberfläche auftritt, können benachbarte Ränder der Sektoren 6 sich unter Zwischenfügung von Isolierstoff überlappen. Selbstverständlich soll für die Kurzschlußwindungen Metall mit einem kleinen spezifischen Widerstand verwendet werden, um unnötige Verluste zu vermeiden.

ao Gegebenenfalls können die Sektoren an den hauptsächlich stromführenden Stellen, z. B. kataphoretisch, mit einer dünnen Schicht eines besonders gut leitenden Metalles überzogen werden.

Um Beeinträchtigung infolge auftretender hoher Stromdichten weitgehendst hintanzuhalten, haben sich durch Metallplatten von nicht zu kleiner Stärke, z. B. einiger Millimeter gebildete Kurzschlußwindungen als günstig erwiesen.

Die Sektoren 6 und die Spule 1 können auf einer Platte aus Isolierstoff angeordnet sein. Deutlichkeitshalber ist die mechanische Halterung in der Zeichnung nicht dargestellt.

Gewünschtenfalls können die leitenden Teile des Antennensystems gemäß der Erfindung als auf Isolierstoff, z. B. auf chemischem Wege, angebrachte Metallbeläge ausgebildet sein.

Die Sektoren können in der Mitte durch gegebenenfalls miteinander verbundene Metallteile unterstützt werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Rahmenantenne, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung des Strahlungswiderstandes der Rahmenantenne eine oder mehrere induktiv mit der Rahmenantennenspule gekoppelte und sich von dem Spulenumfang auswärts erstreckende Kurzschlußwindungen angebracht sind.
2. Rahmenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwindungen zusammen eine den Spulenkörper umgebende ringförmige Oberfläche umgeben.
3. Rahmenantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwindungen einander anstoßende Ringsektoren umgeben.

4. Rahmenantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in radialer Richtung aufeinanderfolgende, sektorförmige Kurzschlußwindungen angebracht sind.

5. Rahmenantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere der von den Kurzschlußwindungen beanspruchten ringförmigen Oberflächen eine größere Anzahl Kurzschlußwindungen als die innere dieser Oberflächen aufweist.

6. Rahmenantenne nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwindungen verschiedene elektrische Längen haben.

7. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Kurzschlußwindungen beanspruchte Oberfläche kegelförmig ist.

8. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Ränder der Rahmenspulenoberfläche und die von den Kurzschlußwindungen beanspruchte ringförmige Oberfläche sich überlappen.

9. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Ränder der Oberfläche der Kurzschlußwindungen sich überlappen.

10. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kurzschlußwindungen durch Metallplatten gebildet werden.

11. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenantennenspule eine einzige Windung besitzt.

12. Rahmenantenne nach Ansprüchen 8 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenspulenwindung einen U-förmigen Querschnitt aufweist, der den Innenrand der von den Kurzschlußwindungen beanspruchten ringförmigen Oberfläche umfaßt.

13. Rahmenantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Anwendung in einem Rundfunkgerät, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang der Rahmenantennenspule kleiner und der Umfang der von den Kurzschlußwindungen beanspruchten ringförmigen Oberfläche größer als die Betriebswellenlänge ist.

14. Rahmenantenne nach Anspruch 13 mit mehreren sektorförmigen Kurzschlußwindungen, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Bemessung der Kurzschlußwindungen wenigstens nahezu ein Viertel der Betriebswellenlänge ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 6.