EP1214752A1 - Antenne für den empfang von satellitensignalen und terrestrischen signalen und antennenmodifikations- vorrichtung - Google Patents

Antenne für den empfang von satellitensignalen und terrestrischen signalen und antennenmodifikations- vorrichtung

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EP1214752A1
EP1214752A1 EP00926895A EP00926895A EP1214752A1 EP 1214752 A1 EP1214752 A1 EP 1214752A1 EP 00926895 A EP00926895 A EP 00926895A EP 00926895 A EP00926895 A EP 00926895A EP 1214752 A1 EP1214752 A1 EP 1214752A1
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monopole
dipole
signals
modification device
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    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/32—Vertical arrangement of element
    • H01Q9/38—Vertical arrangement of element with counterpoise

Definitions

  • Antenna for receiving satellite signals and terrestrial signals and antenna modification device for receiving satellite signals and terrestrial signals and antenna modification device
  • the present invention relates to an antenna and in particular to a universal antenna for the reception of satellite signals and terrestrial signals, which is particularly suitable for mobile use.
  • the present invention further relates to an antenna modification device for modifying an existing monopole antenna.
  • the elevation angle of a receiving antenna to geostationary satellites is between 30 ° and 60 ° depending on the latitude at which the receiving antenna is located.
  • the maximum gain of the receiving antenna should therefore be 45 °.
  • Common vertical antennas for mobile reception which are referred to as so-called rod antennas, such as the Classic ⁇ / 4 monopoly, due to the system, have a theoretical zero at an elevation angle of 90 ° or an angle theta of 0 °. Due to the influence of finite electrical conductivity and losses in the metallic base, for example the car roof, the maximum gain of these antennas is at an elevation angle between 10 ° and 35 °. Above an elevation angle of 35 °, the antenna gain decreases rapidly, which severely reduces the system reserve in the case of satellite reception. However, this can lead to loss of reception. Conventional automobile antennas are therefore not suitable for the joint reception of terrestrial signals and satellite signals.
  • the object of the present invention is to provide an antenna for the reception of satellite signals and terrestrial signals, in which reception losses in satellite reception can be avoided.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna modification device for modifying existing monopole antennas, which enables existing monopole antennas to be modified in such a way that reception losses in satellite reception can be eliminated or reduced.
  • the present invention provides an antenna for receiving satellite and terrestrial signals, which has a monopoly having a first end connected to a feed point and a second end.
  • the antenna also has an unpowered dipole which is spaced axially from the second end of the monopole. direction to the monopoly is arranged.
  • the monopoly is a ⁇ / 4 monopoly, while the dipole has a length in the range of ⁇ / 2-25% and ⁇ / 2 + 25%. Furthermore, the distance between monopole and dipole is preferably less than ⁇ / 10. Due to the arrangement according to the invention of monopole and unpowered dipole, the dipole as a purely passive element contributes to the resulting directional characteristic via field coupling, i.e. to the far field pattern, the antenna. The resulting directional characteristic shows a maximum gain that is in the range of an elevation angle of 45 °. Thus, the antenna according to the invention is particularly suitable for receiving signals which are transmitted via geostationary satellites, so that reception losses can be eliminated or reduced.
  • the present invention further provides an antenna modification device for modifying a monopole antenna having a first end connected to a feed point and a second end, the antenna modification device having a dipole and a connector.
  • the connecting element serves to connect the dipole and the monopole in such a way that the dipole is spaced apart from the second end of the monopole and is in axial alignment with the monopole.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of an antenna according to the invention for the reception of satellite signals and terrestrial signals; and Fig. 2 shows a directional characteristic of the antenna shown in Fig. 1.
  • the antenna is preferably attached to a conductive base, for example a car roof 10.
  • a monopoly 12 which is preferably a ⁇ / 4 monopoly, is connected to a feed point 14 at its base point at which it is attached to the car roof 10.
  • the feed point 14 is, for example, a coaxial connection.
  • a dipole 16 is now arranged at a distance from the second end of the monopole 12 in axial alignment with the monopole 12, a distance 18 being provided between the monopole 12 and the dipole 16.
  • the length of the dipole is preferably between ⁇ / 2 minus 25% and is the wavelength associated with the frequency of the signals to be received. In the most preferred case, the length of the dipole 16 is.
  • the distance 18 between the monopole 12 and the dipole 16 is preferably less than ⁇ / 10 -
  • the dipole 16 is not supplied by itself, but rather contributes as a purely passive element, which does not have its own connection, via field coupling to the resulting directional characteristic, which is shown in FIG.
  • the antenna arrangement according to the invention has the result that the gain maximum 20 lies in a range of an elevation angle of 45 °, as indicated by arrow 22 in FIG. 2. It can also be seen from FIG. 2 that the maximum gain in the region of an elevation angle of 45 ° is approximately 6 dBi, ie 6 dB compared to an isotropic radiator. This guarantees optimal reception of satellite signals. As can also be seen in FIG. 2, the gain of the antenna decreases in the direction of the base area, which is acceptable, however, due to the already high reception field strengths of the terrestrial transmission signals which hit the reception antenna at an elevation angle between 0 ° and 20 °.
  • the absolute gain as well as the location of the maximum profit with respect to the base area, ie the elevation angle thereof, can be influenced or optimized.
  • the monopole 12 can be realized, for example, with a length of 3.2 cm and the dipole 16 with a length of 6.4 cm.
  • the antenna is realized in that the monopole 12 and the dipole 16 are clad in a plastic sheath, as is customary, for example, for conventional monopole automotive antennas.
  • the spacing between monopole 12 and dipole 16 can also be ensured by plastic, for example.
  • An antenna modification device is constructed in order to produce an antenna according to the invention for the reception of satellite signals and terrestrial signals from a conventional monopole antenna.
  • the antenna modification device according to the invention has a dipole, which corresponds, for example, to the dipole 16 shown in FIG. 1.
  • the antenna modification device has a connector (not shown) to connect the dipole and the conventional monopole so as to have the relationship with each other described above with reference to FIG. 1.
  • at the connecting element can be, for example, a plug-in sleeve or another device which is suitable for fastening an element containing the dipole to the second end of a conventional monopole, which is usually clad with plastic.
  • Conventional monopole antennas can thus be upgraded in accordance with the invention in order to enable interference-free reception of satellite signals.
  • conventional monopole antennas do not have to be completely replaced by the antenna according to the invention, but can be upgraded by the antenna modification device according to the invention, which represents a considerable cost saving.

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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Eine Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen umfasst einen Monopol (12) mit einem ersten Ende, das mit einem Speisepunkt (14) verbunden ist, und einem zweiten Ende und einen ungespeisten Dipol (16), der beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols (12) in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass ein Gewinnmaximum der Antenne bei einem Elevationswinkel von etwa 45 DEG liegt. Eine Antennenmodifikationsvorrichtung umfasst einen Dipol und ein Verbindungselement, durch das der Dipol derart mit dem Ende einer bestehenden Monopol-Antenne verbunden werden kann, dass der Dipol ungespeist beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist.

Description

Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen und Antennenmodifikationsvorrichtung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenne und insbesondere auf eine universelle Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen, die insbesondere für einen mobilen Einsatz geeignet ist. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Antennenmodifikationsvorrichtung zum Modifizieren einer bestehenden Monopol-Antenne.
In jüngerer Zeit bedienen sich immer mehr Dienste geostatio- närer Satelliten zur Austrahlung von Radiosignalen, Fernsehsignalen oder anderen Signalen. Dabei besteht die Tendenz dazu, hybride Lösungen zu realisieren, d.h. Systeme, bei denen Signale gleichzeitig sowohl über Satellit als auch über terrestrische Sender ausgestrahlt werden. Durch eine solche Vorgehensweise können die Vorteile beider Varianten kombiniert werden.
Da die Empfangsfeldstärken von Satellitensignalen im Vergleich zu Signalen, die von terrestrischen Sendern ausgestrahlt werden, wesentlich geringer sind, muß beim Entwurf und beim plastischen Aufbau der Empfangsantenne sehr viel Wert auf einen maximalen Antennengewinn in Richtung des Satelliten gelegt werden. In der nördlichen Hemisphäre beträgt beispielsweise der Elevationswinkel einer Empfangsantenne zu geostationären Satelliten zwischen 30° und 60° abhängig vom Breitengrad, an dem sich die Empfangsantenne befindet. Beim Empfang von Signalen, die über geostationäre Satelliten ausgestrahlt werden, sollte daher das Gewinnmaximum der Empfangsantenne bei 45° liegen.
Übliche vertikale Antennen für den mobilen Empfang, die als sogenannte Stabantennen bezeichnet werden, wie z.B. der klassische ^/4-Monopol, besitzen systembedingt eine, theoretische, Nullstelle bei einem Elevationswinkel von 90°, bzw. einem Winkel Theta von 0°. Durch den Einfluß einer endlichen elektrischen Leitfähigkeit sowie von Verlusten in der metallischen Grundfläche, beispielsweise dem Autodach, liegt das Gewinnmaximum dieser Antennen bei einem Elevationswinkel zwischen 10° und 35°. Oberhalb eines Elevationswinkels von 35° nimmt der Antennengewinn rasch ab, wodurch die Systemreserve im Falle eines Satellitenempfangs stark geschmälert wird. Dies kann jedoch zu Empfangsverlusten führen. Somit sind übliche Automobilantennen für den gemeinsamen Empfang von terrestrischen Signalen und Satellitensignalen nicht geeignet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen zu schaffen, bei der Empfangsverluste beim Satellitenempfang vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Antenne gemäß Anspruch 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antennenmodifikationsvorrichtung zum Modifizieren bestehender Monopol-Antennen zu schaffen, die es ermöglicht, bestehende Monopol-Antennen dahingehend zu modifizieren, daß Empfangsverluste beim Satellitenempfang beseitigt bzw. reduziert sein können.
Diese Aufgabe wird durch eine Antennenmodifikationsvorrich- tung nach Anspruch 6 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen, die einen Monopol aufweist, der ein erstes Ende, das mit einem Speisepunkt verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist. Die Antenne besitzt ferner einen ungespeisten Dipol, der beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Aus- richtung zu dem Monopol angeordnet ist.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist der Monopol ein ^/4-Monopol, während der Dipol eine Länge in einem Bereich von ^/2 - 25% und \/ 2 + 25% besitzt. Ferner beträgt der Abstand zwischen Monopol und Dipol vorzugsweise weniger als ^/10. Durch die erfindungsgemäße Anordnung von Monopol und ungespeistem Dipol trägt der Dipol als rein passives Element über eine Feldkopplung zur resultierenden Richtcharakteristik, d.h. zum Fernfeldmuster, der Antenne bei. Die resultierende Richtcharakteristik zeigt ein Gewinnmaximum, das im Bereich eines Elevationswinkels von 45° liegt. Somit ist die erfindungsgemäße Antenne zum Empfang von Signalen, die über geostationäre Satelliten ausgestrahlt werden, vorzüglich geeignet, so daß Empfangsverluste beseitigt bzw. reduziert sein können.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Antennenmodifikationsvorrichtung zum Modifizieren einer Monopol-Antenne, die ein mit einem Speisepunkt verbundenes erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei die Antennenmodifikationsvorrichtung einen Dipol und ein Verbindungselement besitzt. Das Verbindungselement dient zum Verbinden des Dipols und des Monopols derart, daß der Dipol ungespeist beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Ausrichtung zum dem Monopol angeordnet ist. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung das Modifizieren bestehender Monopol-Antennen, um einen Satellitenempfang ohne merkliche Empfangsverluste realisieren zu können.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei- spiels einer erfindungsgemäßen Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen; und Fig. 2 eine Richtcharakteristik der in Fig. 1 dargestellten Antenne.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird nun der prinzipielle Aufbau einer universellen Antenne für den mobilen Empfang von Satelliten und terrestrischen Signalen, wie sie beispielsweise auf einem Autodach angebracht sein kann, näher erläutert. Die Antenne wird dabei vorzugsweise auf einer leitfähigen Grundfläche, beispielsweise einem Autodach 10, angebracht. Ein Monopol 12, der vorzugsweise eine ^/4-Monopol ist, ist an seinem Fußpunkt, an dem derselbe an dem Autodach 10 angebracht ist, mit einem Speisepunkt 14 verbunden. Bei dem Speisepunkt 14 handelt es sich beispielsweise um einen koaxialen Anschluß. Erfindungsgemäß ist nun beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols 12 ein Dipol 16 in axialer Ausrichtung zu dem Monopol 12 angeordnet, wobei zwischen dem Monopol 12 und dem Dipol 16 ein Abstand 18 vorgesehen ist. Die Länge des Dipols beträgt vorzugsweise zwischen ^/2 minus 25% und die Wellenlänge, die der Frequenz der zu empfangenden Signale zugeordnet ist, ist. Im am meisten bevorzugten Fall beträgt die Länge des Dipols 16 Der Abstand 18 zwischen dem Monopol 12 und dem Dipol 16 ist vorzugsweise kleiner als Λ/10-
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, wird der Dipol 16 nicht selbst gespeist, sondern trägt als rein passives Element, das keinen eigenen Anschluß besitzt, über eine Feldkopplung zur resultierenden Richtcharakteristik bei, die in Fig. 2 dargestellt ist.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, hat die erfindungsgemäße Antennenanordnung zur Folge, daß das Gewinnmaximum 20 in einem Bereich eines Elevationswinkels von 45° liegt, wie durch den Pfeil 22 in Fig. 2 angezeigt ist. Ferner ist aus Fig. 2 zu sehen, daß das Gewinnmaximum im Bereich eines Elevationswinkel von 45° etwa 6 dBi, also 6 dB gegenüber einem isotropen Strahler, beträgt. Dies garantiert einen optimalen Empfang von Satellitensignalen. Wie ferner in Fig. 2 zu sehen ist, nimmt der Gewinn der Antenne in Richtung Grundfläche ab, was jedoch aufgrund der ohnehin hohem Empfangsfeldstärken der terrestrischen Sendesignale, die in einem Elevationswinkel zwischen 0° und 20° auf die Empfangsantenne treffen, akzeptabel ist.
Durch eine Variation der Länge des Dipols 16, beispielsweise zwischen _λ/2 ~ 25% und + 25%, kann der Absolutgewinn sowie die Lage des Gewinnmaximums bezüglich der Grundfläche, d.h. der Elevationswinkel desselben beeinflußt bzw. optimiert werden.
Bei einem Ausfuhrungsbeispiel, bei dem mit der Antenne Signale bei einer Frequenz von 2,34 GHz, d.h. einer Wellenlänge von 12,8 cm, empfangen werden sollen, ist der Monopol 12 beispielsweise mit einer Länge von 3,2 cm und der Dipol 16 mit einer Länge von 6,4 cm zu realisieren.
Bei einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Antenne realisiert, indem der Monopol 12 und der Dipol 16 in eine KunststoffUmhüllung eingekleidet sind, wie es beispielsweise für herkömmliche Monopol-Automobilantennen üblich ist. Dabei kann beispielsweise auch die Beabstandung zwischen Monopol 12 und Dipol 16 durch Kunststoff sichergestellt sein.
Eine Antennenmodifikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist aufgebaut, um aus einer herkömmlichen Monopol-Antenne eine erfindungsgemäße Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen herzustellen. Dazu besitzt die erfindungsgemäße Antennenmodifikationsvorrichtung einen Dipol, der beispielsweise dem Dipol 16, der in Fig. 1 gezeigt ist, entspricht. Ferner weist die Antennenmodifikationsvorrichtung ein Verbindungselement (nicht dargestellt) auf, um den Dipol und den herkömmlichen Monopol so zu verbinden, daß dieselben die oben bezugnehmend auf Fig. 1 beschriebene Beziehung zueinander aufweisen. Bei dem Verbindungselement kann es sich dabei beispielsweise um eine Steckhülse oder um eine andere Vorrichtung handeln, die dazu geeignet ist, ein den Dipol enthaltendes Element an dem zweiten Ende eines herkömmlichen Monopols, der üblicherweise mit Kunststoff verkleidet ist, zu befestigen. Somit können erfindungsgemäß übliche Monopolantennen aufgerüstet werden, um einen störungsfreien Empfang von Satellitensignalen zu ermöglichen. Somit müssen herkömmliche Monopolantennen nicht vollständig durch die erfindungsgemäße Antenne ersetzt werden, sondern können durch die erfindungsgemäße Antennenmodifikationsvorrichtung aufgerüstet werden, was eine beträchtliche Kosteneinsparung darstellt.

Claims

Patentansprüche
1. Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen, mit folgenden Merkmalen:
einem Monopol (12) mit einem ersten Ende, das mit einem Speisepunkt (14) verbunden ist, und einem zweiten Ende; und
einem ungespeisten Dipol (16) , der beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols (12) in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist.
2. Antenne nach Anspruch 1, bei der der Monopol (12) ein /4-Monopol ist, wobei die Wellenlänge der zu empfangenden Signale ist.
3. Antenne nach Anspruch 2, bei der der Dipol eine Länge im Bereich zwischen - 25% und I 2 + 25% aufweist.
4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Monopol (12) derart angeordnet ist, daß sich unterhalb des ersten Endes eine leitfähige Fläche (10) befindet.
5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Speisepunkt (14) ein koaxialer Anschluß ist.
6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Abstand zwischen Monopol (12) und Dipol (16) kleiner als /10 ist, wobei die Wellenlänge der zu empfangenden Signale ist.
7. Antennenmodifikationsvorrichtung zum Modifizieren einer Monopolantenne, die ein mit einem Speisepunkt verbundenes erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, mit folgenden Merkmalen:
einem Dipol; und einem Verbindungselement zum Verbinden des Dipols und des Monopols derart, daß der Dipol ungespeist beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist.
8. Antennenmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 7 zum Modifizieren einer //4-Monopolantenne, bei der der Dipol eine Länge in einem Bereich zwischen J\ / 2 - 25% und χ/2 + 25% aufweist, wobei J die Wellenlänge des zu empfangenden Signals ist.
9. Antennenmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Verbindungselement derart ausgestaltet ist, daß nach der Verbindung des Dipols und des Monopols die Be- abstandung zwischen Monopol und Dipol kleiner als y\/10 ist.
EP00926895A 1999-09-16 2000-04-12 Antenne für den empfang von satellitensignalen und terrestrischen signalen und antennenmodifikations- vorrichtung Expired - Lifetime EP1214752B1 (de)

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