DE975430C

DE975430C - UEber ein koaxiales Kabel unsymmetrisch gespeiste Antenne

Info

Publication number: DE975430C
Application number: DES24825A
Authority: DE
Inventors: Hugo Dipl-Ing Diebold
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1951-09-15
Filing date: 1951-09-15
Publication date: 1961-11-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine über ein koaxiales Kabel unsymmetrisch gespeiste Antenne, die als mit der Öffnung nach unten weisender Topf ausgebildet ist, von dessen Bodenfläche in seinem Innern ein leitender Stab nach Erde geführt ist und bei der der dadurch entstehende Topfkreis als Blindwiderstand dient, welcher in seiner Wirkung zwischen Antenne und Erde geschaltet erscheint.

Es ist bekannt, die Blindkomponente einer Antenne durch einen Topfkreis zu kompensieren, der von der Innenwandung des Strahlers und einem im Innern dieses Strahlers geführten leitenden Stab gebildet wird. Betrachtet man die Antenne als ein an ihrem Ende offenes und den Topfkreis als ein am Ende kurzgeschlossenes Leitungsstück, so ergibt sich, daß der beim Abweichen von der Resonanzfrequenz auftretende Blindwiderstand des Topfkreises das umgekehrte Vorzeichen im Vergleich zum Blindwiderstand der Antenne aufweist. Es ist bekannt, auf diese Weise innerhalb eines gewissen Bereiches eine Kompensation des Blindwiderstandes einer Antenne herbeizuführen. Die Länge des Topfkreises und damit der von ihm gebildete Blindwiderstand ist dabei durch einen im Innern des Strahlers angebrachten Kurzschlußbügel veränderbar. Eine Transformation des Fußpunktwiderstandes der Antenne und damit eine Anpassung an das Speisekabel ist auf diese Weise nicht möglich, weil lediglich der Blindanteil kompensiert werden kann und der verbleibende Realteil des Fußpunktwiderstandes nicht immer mit dem Wellenwiderstand des Kabels übereinstimmt.

Eine Kompensation und Transformation eines komplexen Widerstandes ist durch besondere Anpassungsschaltungen möglich, wozu bei bekannten An

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Ordnungen Kombinationen aus L- und C-Gliedern verwendet werden. Diese sind als Anpassungsvierpole dem komplexen Verbraucher vorgeschaltet, so daß für sie besondere Schaltmittel notwendig sind. Es ist auch bekannt, durch eine geeignete Dimensionierung der Antennenabmessungen eine Anpassung der Antenne an das Speisekabel zu erreichen. Dabei sind die Außendimensionen des Strahlers, d. K seine Länge und sein Außendurchmesser, genau festgelegt, ebenso die Abmessungen des von dem tragenden Stab und der Innenwandung der Antenne gebildeten Topfkreises. Es sind also in diesem Falle besondere Strahler notwendig, deren Abmessungen in bestimmter Be_T ziehung zur Wellenlänge stehen müssen. Es ist auch bekannt, Vertikalstrahler dadurch an ein Antennenkabel anzupassen, daß der Anschluß des Kabels an die Antenne in entsprechender Höhe erfolgt. Der Wellenwiderstand einer Antenne nimmt nämlich in Richtung auf ihr offenes Ende hin zu, so daß bei so Anschluß des Kabels in entsprechender Höhe eine Anpassung möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anpassung beliebig aufgebauter Antennen an das Speisekabel zu ermöglichen, ohne daß zusätzliche Schaltmittel notwendig sind. Erreicht wird dies bei Antennen der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch, daß ein vom Außenleiter befreiter Teil des Kabels derart in Beziehung zur Topfwandung (innen oder außen) beziehungsweise zu dem im Innern der Antenne angeordneten Stab geführt ist, daß die sich gegenüberliegenden Teile von Innenleiter und Topfwandung bzw. Stab eine Leitung bilden, welche ohne Zuhilfenahme weiterer Schaltelemente den für die Erfüllung der Anpassungsbedingungen notwendigen, zwischen Antenne und Kabel geschalteten Blindwiderstand darstellt. Auf diese Weise können beliebig aufgebaute-Antennen durch entsprechende Wahl der Länge und des Wellenwiderstandes der von Innenleiter und Topfwandung bzw. Stab gebildeten Leiteranordnung an das Zuleitungskabel angepaßt werden. Es handelt sich also nicht um eine einfache Anpassung durch Anzapfung, sondern um ein durch diese Leiteranordnung gebildetes Transformationsglied.

Bei der Wahl des Vorzeichens des Blindwiderstandes. der von Innenleiter und Topfwandung bzw. Stab gebildeten Leitung ist man unabhängig von der Länge dieser Leitung, da diese an ihrem Ende offen oder kurzgeschlossen sein kann, je nachdem, ob man den Innenleiter an der Topfwandung (innen oder außen) bzw. an dem Stab anschließt oder nicht. Mit diesen beiden Möglichkeiten hat man es in der Hand, das Vorzeichen des Blindwiderstandes in gewünschter Weise zu wählen. Durch die Verwendung- des Innenleiters des die Antenne speisenden koaxialen Kabels zur Bildung eines zwischen Antenne ürfd Kabel geschaltet erscheinenden Blindwiderstandes läßt sieh eine Kompensation und Transformation-des Antennenwiderstandes durchführen. Es werden bei der Erfindung zur Anpassung der Antenne die bereits vorhandenen Bauelemente, nämlich die Antenne und -der Innenleiter des die Antenne speisenden Kabels, "benutzt. Für die Anpassung der Antenne'ist deshalb kein zusätzlicher Aufwand an Schaltmitteln, notwendig.

■'.- Die Erfindung läßt sich besonders zweckmäßig für solche Antennen verwenden, deren Länge von A/4 der Betriebswelle abweicht, z.'B. gegenüber λ/4 stark verkürzt ist. Die in diesem Falle auftretende kapazitive Blindkomponente wird kompensiert, wobei gleichzeitig eine Transformation durchgeführt wird, wodurch die Antenne an das speisende Kabel angepaßt ist. Im Falle einer kapazitiven Blindkomponente muß der zwischen Antenne und Erde geschaltet erscheinende Blindwiderstand (Topfkreis) eine Induktivität darstellen, während der zwischen Antenne und Kabel geschaltet erscheinende Blindwiderstand (Leitung) ein beliebiges Vorzeichen besitzen kann, also eine Induktivität oder. Kapazität bilden kann. Im Falle des Einsatzes von Induktivitäten und bei Anschluß des Innenleiters des Kabels an der Innenwandung der Antenne bzw, an dem Stab kann man die Induktivitäten magnetisch koppeln. Unter Ausnutzung der so erzielbaren Widerstandstransformation und einer auftretenden Streuinduktivität lassen sich die Bauelemente gegenüber nichtmagnetisch gekoppelten verkleinern.

Da die Topf waSdung über den Stab leitend mit Erde verbunden» -ist, .· können sich auf der Antenne keine statischen Aufladungen bilden, wodurch gleichzeitig ein Blitzschutz herbeigeführt ist.

In Fig. ι ist. die Anwendung der Erfindung in einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform wiedergegeben. Hier wird eine stark verkürzte A/4-Antenne mit großem -Durchmesser aus einem koaxialen Kabel gespeist, wobei deren Anpassung durch zwei Induktivitäten erfolgt, von denen die eine durch den Topfkreis und die andere durch die Leitung gebildet ist. Die Antenne A ist zwecks Vergrößerung ihres Durchmessers topfförmig mit der Öffnung nach unten weisend ausgebildet und über einen" Stab L, der in der Mitte der inneren Bodenfläche des Topfes angeschlossen ist, mit Masse (Erde) verbunden. Die Dimensionen dieses ioo Topfes sind so gewählt, daß der Innenraum der An- - tenne A mit-dem Stab L einen Topfkreis bildet, der für die Betriebswellenlänge die für die Erfüllung der Anpassungsbedingung notwendige, parallel zum Verbraucher liegeiide Induktivität darstellt. Die Speisung der Antenne-il "erfolgt über ein koaxiales Kabel K, dessen -Innenleiter / an die Innenwandung der Antenne A angeschlossen und bis zum Anschluß derart in Beziehung zur Innenwandung geführt ist, daß die sich gegenüberliegenden; Teile von Innenleiter / und Innenwandung, ähnlich einer abgestimmten Lecher-Leitung, die für die .Erfüllung der Anpassungs- und Kompensationsbedingung notwendige, zwischen Stromquelle und Verbraucher geschaltete Induktivität bilden. Der Stab L" dient hierbei gleichzeitig als Träger der Antenne A. . - - -

Der Innenleiter des koaxialen Kabels kann auch an der. Außenwandung der Antenne angeschlossen werden, wobei der Innenleiter derart in Beziehung zur Außenwand geführt ist, daß die sich gegenüberliegenden Teile von Innenleiter und Außenwandung die für die Anpassung notwendige, zwischen Stromquelle und Verbraucher geschaltete Induktivität bilden.

Bei'der Dimensionierung des durch die Antenne gebildeten Topf kreises kann es vorkommen, daß sich für den Stab L ein" sehr kleiner Durchmesser ergibt,

so daß für die Halterung der Antenne eine oder mehrere besondere Stützen S vorgesehen werden müssen. Eine solche Ausführungsform zeigt die Fig. 2. Zweckmäßig ist es hierbei, diese Stützen an ihrem oberen Ende mit einem Isolierstück P, z. B. einem Porzellankörper, zu versehen, auf dem die innere Bodenfläche der topfförmigen Antenne aufliegt. Durch ihren heruntergezogenen Topfrand verhindert die Antenne A damit weitgehend eine Verschmutzung der Isolierstücke und damit das Auftreten von unerwünschten Ableitungsverlusten. In der einen Stütze S ist der Innenleiter / des Speisekabels K hochgeführt und durchbricht an einer geeigneten Stelle die Stütze. Der Innenleiter ist hier an den Stab L angeschlossen. Der abgegriffene Teil des Stabes L und die Stütze S bilden dann eine Art Lecher-Leitung, welche die für die Erfüllung der Anpassungsbedingung notwendige, zwischen Stromquelle und Verbraucher geschaltete Induktivität darstellt. Der Anschluß des Innenleiters an den Stab L ist verschiebbar vorgesehen, um eine nachträgliche Abstimmung zu ermöglichen.

Die beschriebenen Antennen lassen sich vorteilhaft als Fahrzeugantennen, insbesondere für Lokomotiven, verwenden, da sie infolge ihrer Verkürzung gegenüber /.'4 eine geringe Bauhöhe aufweisen und durch den heruntergezogenen Topf rand gegen Verschmutzung unempfindlich sind.

Claims

Patentansprüche.·

ι. Über ein koaxiales Kabel unsymmetrisch gespeiste Antenne, die als mit der Öffnung nach unten weisender Topf ausgebildet ist, von dessen Bodenfläche in seinem Innern ein leitender Stab nach Erde geführt ist, und bei der der dadurch entstehende Topfkreis als Blindwiderstand dient, welcher in seiner Wirkung zwischen Antenne und Erde geschaltet erscheint, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Außenleiter befreiter Teil des Kabels derart in Beziehung zur Topfwandung (innen oder außen) bzw. zum Stab (L) geführt ist, daß die sich gegenüberliegenden Teile von Innenleiter (/) und Topfwandung bzw. Stab eine Leitung bilden, welche ohne Zuhilfenahme weiterer Schaltelemente den für die Erfüllung der Anpassungsbedingungen notwendigen, zwischen Antenne und Kabel (K) geschalteten Blindwiderstand darstellt.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (/) an der Topfwandung (innen oder außen) bzw. an dem Stab (L) angeschlossen ist.
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Topfwandung bzw. an dem Stab (L) liegende Anschluß des Innenleiters (/) zwecks Abstimmung der Leitung verschiebbar vorgesehen ist.
4. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne gegenüber 2/4 der Betriebswelle verkürzt ist und der zwischen Antenne und Erde geschaltet erscheinende Blindwiderstand (Topfkreis) eine Induktivität darstellt und der zwischen Antenne und Kabel (K) geschaltet erscheinende Blindwiderstand (Leitung) eine Induktivität oder Kapazität bildet.
5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Antenne und Erde liegende Induktivität mit der zwischen Antenne und Kabel (K) liegenden Induktivität magnetisch gekoppelt ist.
6. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der inneren Bodenfläche des Topfes nach Masse führende Stab (L) gleichzeitig die Antenne trägt.
7. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung der Antenne eine oder mehrere besonders isolierte Stützen (S) vorgesehen sind.
8. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützen (S) an ihrem oberen Ende ein Isolierstück (P), insbesondere einen keramischen Körper, aufweisen, auf dem die innere Bodenfläche der Antenne aufliegt.
9. Antenne nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Stützen (S) das Kabel (K) hochgeführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschrift Nr. 643 577; USA.-Patentschrift Nr. 2529213;

Pitsch, Lehrbuch der Funkempfangstechnik, 1948, S. 70/71;

Das Radiomagazin, 1949, S. 219/220 und 447 bis 449;

Meinke, Antennen und Wellenausbreitung, 1948, S. 8 bis 11.

Meinke, Kurven, Formeln und Daten aus der Dezimeterwellentechnik, 1949, S. DX/5, DX/6, DX/7 und DX/10;

Bailey, TV and other Receiving Antennas, 1950,

S-34. 35, 334. 335. 344. 345;

»Electronics«, August 1935, S. 240, Juli 1946, S. 244 bis 246, November 1946, S. 134 bis 136, März 1947, S. 46, August 1947, S. 187;

deutsche Patentanmeldungen ρ 3894 VIIIa/2ia⁴B (bekanntgemacht am 6.7.1950); S1248 Villa/21a⁴ (bekanntgemacht am 22. 2. 1951).

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 821 374, 855 732, 919 718.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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