DK161232B - Rammeantenne til radiokommunikation - Google Patents

Description

DK 161232 B

i

Den foreliggende opfindelse angår en rammeantenne til radiokommunikation og indeholdende et antenneelement i form af en af flere viklinger bestående spole, en koblingssløjfe, som er drejeligt arrangeret inden i spolen, en bredbåndstransformator, som er tilsluttet mellem koblings-5 sløjfen og en radiokommunikationsenhed, en afstemningskondensator, som er koblet parallelt over spolens endepunkter, samt afstandselementer af elektrisk isolerende materiale til at bære spolen, koblingssløjfen og afstemningskondensatoren og til at isolere disse enheder i forhold til jord.

10 En rammeantenne af denne type er beskrevet i svensk patentansøgning nr. 7609349-1 samt i det engelske tidsskrift Radio Communication, september 1981, pp. 820-21, udgivet af The Radio Society of Great Britain.

Denne kendte rammeantenne har et frekvensområde, som ligger mellem ca.

1,9 MHz til ca. 16 MHz. Antennen er rundstrålende, men har i sit nærom-15 råde, dvs. et område inden for en radius på ca. 20 m fra antennen, udprægede indskæringer i det horisontale strålingsdiagram. Indskæringerne er beliggende vinkelret på antennesløjfens plan, og hver indskæring har form af en sektor, inden for hvilken signalstyrken er -30 dB (1000 gange mindre), jævnført med signalstyrken inden for øvrige områder på tilsva-20 rende afstand rundt om antennen. Uden for antennens nærområde er antennen imidlertid rundstrålende i horisontalplanet, og i verti kålplanet er antennen rundstrålende, i det mindste fra en højde på 30° og op til zenit og antageligvis også endda fra horisonten op til zenit.

Forekomsten af indskæringer i horisontal stråledi agrammet i anten-25 nens nærområde gør antennen attraktiv i sådanne tilfælde, hvor man ønsker at beskytte elektronisk udstyr imod rammeantennens udstrålede HF-energi. Ved at placere sådant elektronisk udstyr i området for disse indskæringer kan det elektroniske udstyr anvendes samtidigt med, at der sker radiosending fra rammeantennen, 30 Den ovenfor omtalte kendte rammeantenne har også flere yderligere ønskværdige egenskaber, såsom vibrationsbestandighed, lavt stående-bøl-ge-forhold (bedre end 1:1,3), lille størrelse (kun ca. 40 x 80 x 70 cm), samt høj Q-værdi (bedre end 1000), hvilket indebærer, dels at et rent signal, som er frit for overtoner, forlader rammeantennen ved sending, 35 og dels at rammeantennen er velegnet til modtagning takket være den smalle båndbredde, der indebærer, at ikke-ønskværdige signaler fra nært beliggende sendere bliver undertrykt. En mangel hos den kendte rammeantenne er det begrænsede frekvensomfang. Det har nu overraskende vist

DK 161232 B

2 sig, at denne mangel kan overvindes ved at reducere antallet af spoleviklinger, som ligger parallelt over afstemningskondensatoren. Ved denne foranstaltning stiger antennens anvendelige frekvensområde opad fra tidligere ca. 16 MHz til ca. 30 MHz. Desværre medfører formindskelsen af 5 viklingsantallet også, at horisontalstrålediagrammet i nærfeltet bliver forandret i negativ retning, eftersom indskæringerne ikke bliver lige så udprægede som tidligere, hvilket vil sige, at feltstyrken inden for de omtalte sektorer vinkelret på rammeantennen har tendens til at stige.

Det har imidlertid overraskende vist sig, at denne ulempe kan rettes til 10 ved at placere den konventionelle bredbåndstransformator usymmetrisk på undersiden af den kvadratiske koblingssløjfe, nærmere bestemt på en tre-diedel af længden af koblingssløjfens underside. Med denne placering af bredbåndstransformatoren tilbagestilles de ønskværdige indskæringer i det horisontale strålingsdiagram til den ønskelige værdi -30 dB i anten-15 nens nærområde.

Anledningen til, at antennens øverste anvendelige arbejdsområde stiger fra tidligere ca. 16 MHz til ca. 30 MHz er ikke fuldt klarlagt. Formodentlig opstår der spredningskapacitans samt induktion mellem de i antennens svingningskreds indkoblede viklinger af spolen og spolens øv-20 rige viklinger, som i elektrisk henseende er frit flydende, hvilket gør, at antennen udstråler i hovedsagen fuldt ud den tilførte effekt på de højeste frekvenser.

Ved således at kombinere de to nævnte foranstaltninger med hinanden opnås en rammeantenne, som har alle de øvrige ønskværdige egenskaber fra 25 den kendte rammeantenne.

Ud over, at frekvensområdet for antennen ifølge opfindelsen er gjort bredere, hvilket i sig selv er en fordel, forøges antennens anvendelsesområde, eftersom den såkaldte troposfærescatter nu kan udnyttes. Troposfærescatter indebærer, at radiobølger på frekvenser inden for an-30 tennens øverste anvendelige frekvensområde ved spredning i troposfæren udbreder sig over meget store afstande uden nævneværdig dæmpning. Senderens effekt kan således holdes lav, hvilket er en fordel.

En foretrukket udførelsesform for opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere i forbindelse med tegningen, hvor 35 fig. 1 viser et elektrisk koblingsdiagram over en rammeantenne ifølge opfindelsen, fig. 2 rammeantennen set i perspektiv fra den ene side, 3

DK 161232B

fig. 3 rammeantennen ifølge opfindelsen set i perspektiv fra den anden side, fig. 4 et skematisk koblingsdiagram over en i antennen indgående omkobler, og 5 fig. 5 et strålingsdiagram optaget for nærområdet for antennen ifølge opfindelsen.

Koblingsdiagrammet for rammeantennen ifølge opfindelsen vises i fig. 1. Et skærmet koaksialkabel 1 af passende længde forbinder rammean-10 tennen ifølge opfindelsen med en ikke vist radiokommunikationsenhed, der består af en sender og/eller en modtager. Den ikke viste modtager er fortrinsvis forkoblet med en bredbåndet HF-forstærker til forbedring af signal/støj-forholdet. Rammeantennen indeholder på i og for sig kendt måde en koblingssløjfe LI, som er stærkt induktivt koblet til et anten-15 neelement i form af en hovedsløjfe eller en spole L2 med flere viklinger, og antenneelementet er koblet parallelt med en variabel afstemningskondensator C. En bredbåndstransformator 2 forbinder på kendt måde koblingssløjfen med koaksialkabl et 1. Ifølge opfindelsen arrangeres en omkobler 3, ved hjælp af hvilken én eller flere viklinger af spolen kan 20 parallelkobles med afstemningskondensatoren C. I den specielle udførelsesform for rammeantennen, som beskrives i det følgende, har omkobleren 3 to stillinger, og i den ene af disse stillinger ligger kun én enkelt vikling af spolen parallelt med afstemningskondensatoren, mens samtlige viklinger i spolen ligger parallelt med afstemningskondensatoren i den 25 anden stilling. Det indses imidlertid, at der kan findes flere omkoblingsstillinger, således som det vises punkteret i fig. 1.

Den fysiske udførelse af rammeantennen ifølge opfindelsen fremgår af fig. 2 og 3. Spolen L2 har kvadratisk form og består af tre viklinger, som er fikseret på fast afstand fra hinanden ved hjælp af afstand-30 selementer i form af stænger 4 af elektrisk isolerende plast. Ved hjælp af andre afstandselementer 5 i form af stænger af elektrisk isolerende plast holdes spolen fikseret på og elektrisk isoleret fra et underlag 6.

Spolen er fremstillet af kobberrør med en diameter på 22 mm og med en vægtykkelse på 1 mm. Længden af kvadratets sider er 55 cm, og afstanden 35 mellem spoleviklingerne er 10 cm.

Ved hjælp af en skive 8 af elektrisk materiale, eksempelvis kobber, er spolens ene ende 7 sluttet til den ene ikke viste belægning af en keramisk vakuumkondensator 9, der således svarer til den i fig. 1 viste

DK 161232 B

4 kondensator C. Kondensatorens kapacitans er indstillelig mellem 5 og 1000 pF ved drejning af en stang 10, der er mekanisk sluttet til kondensatorens aksel, men som er elektrisk isoleret fra denne. Ved hjælp af en skive 12 (fig. 2) af elektrisk ledende materiale, eksempelvis kobber, er 5 spolens anden ende 11 sluttet til en første kontaktplade 13 (fig. 4) i omkobleren 3. Denne omkobler har en anden kontaktplade 14 (fig. 4), som, ved hjælp af en plade 15 af elektrisk ledende materiale, eksempelvis kobber, er sluttet til den anden ikke viste belægning i kondensatoren 9. Endvidere indeholder omkobleren 3 en tredie kontaktplade 16 (fig. 4), 10 som ved hjælp af en kontaktklemme 17 (fig. 2) af elektrisk ledende materiale, eksempelvis kobber, er sluttet til et punkt på spolen, der er således beliggende, at en vikling i spolen er koblet parallelt med afstemningskondensatoren 9, når omkoblerens bevægelige glider 18 (fig. 4) forbinder omkoblerens anden og tredie kontaktplade med hinanden. Når den 15 bevægelige glider 18 forbinder omkoblerens første og anden kontaktplade 13, hhv. 14, med hinanden, er samtlige viklinger i spolen koblet parallelt over kondensatoren 9. Den bevægelige glider 18 forskydes ved hjælp af en manøvrestang 19, som er elektrisk isoleret fra spolen og underlaget 6. Når samtlige tre viklinger i spolen er indkoblet parallelt over 20 kondensatoren 9, strækker antennens arbejdsområde sig fra ca. 2 MHz til ca. 7 MHz. Når kun den ene vikling i spolen er indkoblet parallelt med kondensatoren 9, og de øvrige to viklinger i elektrisk henseende flyder frit, strækker antennens anvendelige arbejdsområde sig fra ca. 7 MHz til ca. 30 MHz.

25 Skiverne eller pladerne 8 og 15 fungerer tillige som holdere til mekanisk fastholdelse af afstemningskondensatoren 9.

Koblingssløjfen LI har kvadratisk form med sidelængden 27 cm. Koblingssløjfen indeholder to holdere 20, 21, som er arrangeret i hver ende af sløjfen, og ved hjælp af hvilke sløjfen er fast forbundet med en cy-30 lindri sk stang 22, som er drejeligt anbragt på underlaget 6 for at tillade drejning af koblingssløjfens plan i forhold til planet for spolen L2. Når koblingssløjfens plan er anbragt vinkelret på planet for spolen L2, er antennen grundafstemt til arbejdsfrekvenser mellem ca. 2 MHz til ca. 16 MHz. Finafstemningen sker ved indstilling af kondensatoren 9. Når 35 koblingssløjfens plan falder sammen med planet for spolen L2, er antennen grundafstemt til frekvenser mellem ca. 16 MHz til ca. 30 MHz. Finindstillingen sker ved trimning af afstemningskondensatoren 9.

For at tilpasse koblingssløjfens LI impedans til impedansen for den

DK 161232 B

5 omtalte radiokommunikationsenhed findes den omtalte bredbåndstransformator 2, der har form af en toroidekerne, hvorpå de i fig. 1 viste viklinger findes antydet. Toroidekernen er fastgjort mellem holderne 20 og 21 ved hjælp af en ikke vist stang af elektrisk isolerende materiale, som 5 forløber mellem holderne og gennem toroidens centrum. Som indledningsvis omtalt har det vist sig, at denne transformator skal tilsluttes til koblingssløjfens underside på et sted, der er beliggende en trediedel af længden af koblingssløjfens side. Bredbåndstransformatorens impedansomsætning er 50Ω:200Ω. Ved denne foranstaltning får rammeantennen de i 10 fig. 5 viste karakteristiske indskæringer 23, 24 i rammeantennens horisontale strålediagram. Det skal bemærkes, at disse indskæringer kun forekommer i antennens nærområde. I områder længere borte er antennen rundstrålende i horisontalplanet.

Hvis bredbåndstransformatoren i stedet placeres centralt på under-15 siden, opnås ganske vist indskæringer, men slet ikke så kraftige som ned til 30 dB. Det i fig. 5 viste strålediagram er optaget for frekvenserne 2,5, 4,0, 6,0, 8,0 og 14 MHz. Afstanden mellem rammeantennen ifølge opfindelsen og senderantennen var 3,5 m, og koblingssløjfen var parallel med spolen eller sløjfen L2. De koncentriske ringe angiver signalets 20 dæmpning udtrykt i decibel regnet i forhold til et referencesignalniveau målt i retningen 0° (vinkelret på rammeantennens plan). Det i fig. 1 viste koaksial kabel 1 er ført gennem en ikke vist central boring i stangen 22.

Under underlaget 6 findes kredse til automatisk afstemning af an-25 tennen. Eftersom disse kredse ikke udgør nogen del af den foreliggende opfindelse, vil de ikke blive beskrevet nærmere.

Endelig bør det påpeges, at de angivne antennedimensioner kan formindskes, og at en tilsvarende forhøjelse af antennens frekvensarbejdsområde opnås derved.

30 Den viste udførelsesform for opfindelsen kan modificeres og varieres på mange forskellige måder inden for rammerne for opfindelsens grundidé.

Claims (5)

1. Rammeantenne til radiokommunikation og indeholdende et antenneelement i form af en af flere viklinger bestående spole (L2), en kob- 5 lingssløjfe (LI), som er drejeligt anbragt inden i spolen, en bredbåndstransformator (2), som er tilsluttet mellem koblingssløjfen og en radiokommunikationsenhed, en afstemningskondensator (9) til parallelkobling over spolens endepunkter, samt afstandselementer (5, 22) af elektrisk i-solerende materiale til at bære spolen og koblingskondensatoren og til 10 at isolere disse enheder i forhold til jord, KENDETEGNET ved en omkobler (3), som er tilsluttet mellem afstemningskondensatorens (9) ene belægning og i det mindste én valgfri vikling i spolen (L2), til indkobling af nævnte vikling i spolen parallelt med afstemningskondensatoren med henblik på udvidelse opad af rammeantennens anvendelige frekvensområde, 15 og ved at bredbåndstransformatoren (2) er forlagt usymmetrisk på koblingssløjfen.

2. Rammeantenne ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at koblingssløjfen er i hovedsagen kvadratisk, og at bredbåndstransformatoren er anbragt i et punkt, som er beliggende på en trediedel af længden af sløjfens ne- 20 derste vandrette side.

3. Rammeantenne ifølge krav 2, KENDETEGNET ved, at spolen (L2) er kvadratisk og har tre viklinger, som alle er indkoblet, når radiokommunikationsenhedens arbejdsfrekvens ligger mellem ca. 2 og ca. 7 MHz, og at kun én vikling i spolen er indkoblet, når nævnte arbejdsfrekvens lig- 25 ger mellem ca. 7 MHz og ca. 30 MHz, hvorved, i sidstnævnte tilfælde, spredningskapacitanser og induktans mellem den indkoblede vikling og de øvrige i elektrisk henseende frit flydende viklinger medfører forskydning opad af rammeantennens anvendelige frekvensområde.

4. Rammeantenne ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at omkobleren (3) 30 indeholder en første kontaktplade (13), som med en første skive eller plade (12) er sluttet til spolens ene ende (11), en anden kontaktplade (14), som med en anden skive eller plade (15) er sluttet til den ene belægning i afstemningskondensatoren (9), en tredie kontaktplade (16), som med en klemme (17) er sluttet til spolens første vikling, samt en bevæ-35 gelig kontaktglider (18) til forbindelse af den anden kontaktplade med enten den første kontaktplade eller den tredie kontaktplade, og hvor kondensatorens anden belægning er sluttet til spolens anden ende (7) ved hjælp af en tredie skive eller plade (8). DK 161232 B 7

5. Rammeantenne ifølge krav 4, hvor spolen er fremstillet af kobberrør, KENDETEGNET ved, at afstandselementer (4) af isolerende materiale er arrangeret mellem spolens enkelte viklinger, og at spolens radiale udstrækning er stor i forhold til dens aksiale udstrækning, hvorved 5 spolens godhedstal er bedre end 1000.