EP1239543A1 - Flachantenne für die mobile Satellitenkommunikation - Google Patents

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EP1239543A1
EP1239543A1 EP02002836A EP02002836A EP1239543A1 EP 1239543 A1 EP1239543 A1 EP 1239543A1 EP 02002836 A EP02002836 A EP 02002836A EP 02002836 A EP02002836 A EP 02002836A EP 1239543 A1 EP1239543 A1 EP 1239543A1
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EP
European Patent Office
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antenna
conductor
impedance
symmetry
connection point
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EP02002836A
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Heinz Lindenmeier
Jochen Hopf
Leopold Reiter
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Fuba Automotive GmbH and Co KG
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    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the invention relates to an antenna for mobile satellite communication on an in essentially horizontally oriented conductive base consisting essentially of linear conductor parts and an antenna connection point.
  • Antennas of this type are known from DE 40 08 505.8.
  • This antenna consists of crossed horizontal dipoles with a V-shape Dipole halves inclined at the bottom, consisting of linear conductor parts, at an angle mechanically fixed at 90 degrees to each other and at the top one on a horizontal Oriented conductive base fixed linear vertical conductor are attached.
  • the required antenna gain in the range of low elevation angles of 20 to 30 degrees only heavy and due to the V-shaped horizontal dipoles, which are inclined downwards Function naturally a sufficiently large distance from the conductive base demand, in no case - as required for mobile use - with a very small height of the Antennas can be realized.
  • the invention is therefore based on the object of first specifying an antenna which it allows the ratio of antenna gain in the low elevation range to antenna gain in the zenith angle range in an azimuthal main plane as required and which enables a directional diagram by combining several such antennas according to the gain requirements for circular polarized satellite communications Realize waves with a small electrical height of the antenna.
  • Antennas according to the invention can in particular in their training form for satellite communication can be produced particularly easily and therefore inexpensively. Also suitable due to their structure over a conductive base and their small size Height especially for use on vehicles. Another advantage is that they can be extended to the combination antenna for terrestrial communication, what with the saving of installation space in motor vehicles goes hand in hand. Another advantage is there that measures can be taken to ensure that in the presence of Discontinuities in the conductive base surface or in its skew, such as roof pitch or roof edge, the disturbance of the directional diagram resulting therefrom can be largely offset.
  • Fig. 1 shows the basic shape of an antenna according to the invention consisting of one with the conductive base 1 formed high-frequency conductive ring structure 2 with Ladder parts with a substantial horizontal extent 4b and ladder parts with a substantial one vertical extension 4a within a plane 0, which is on the conductive base surface 1 is vertical.
  • An essential function according to the present invention takes on here the impedance 7, which is in an interruption point of the high-frequency conductive Ring structure 2 in the impedance connection point 6 with the first impedance connection point 6a and the second impedance connection point 6b is introduced.
  • the design of the predetermined ratio of antenna gain in the zenith angle range The basic requirement is to gain antennas in the area of low elevation angles Antennas for satellite communication. Consequently, the adjustability is vertical and horizontal shot the basis of the present invention.
  • the embodiment of the invention is the antenna connection point 5 on the conductive base area 1 formed and the antenna signals are between a first antenna connection point 5a and a second antenna connection point 5b are coupled out of the ring structure 2.
  • To one Antenna connection point 5 formed in this way can be coupled to asymmetrical lines, as shown in Fig.2.
  • the ring structure 2 formed symmetrically to a vertical line of symmetry 8.
  • the antenna contains thus two identical impedances 7, which are also symmetrical to the vertical line of symmetry 8 are positioned, and a mirrored to the first antenna connection point 5 is introduced Has antenna connection point 5 'on the conductive base 1.
  • the coupling of the Ring structure 2 on the conductive base 1 enables, as shown in Fig. 3b, the advantageous embodiment of a resymmetry network 9, which e.g. with the help of a ⁇ / 2 detour line the signals can be realized.
  • the decoupling is symmetrical conductive base area 1 forming asymmetrical receive voltages Uu, the Direction indicated by arrows in the figures is done by simple Parallel connection of the unbalanced lines in Fig. 3b, the lengths of which are Distinguish ⁇ / 2.
  • the summarized symmetrical receive voltage ⁇ Us is at Collection point 11 in Fig. 3b available.
  • Such a resymmetry network 9 can be very advantageous and inexpensive in printed form Microstripline technology can be carried out.
  • different Design of impedance 7 the vertical diagrams shown in FIG level 0.
  • the impedance 7 can be positioned within the ring structure 2 can be freely selected within wide limits, with an extended conductor length for the in the Figures 3a and 3b marked section 16 of ⁇ / 4 proves to be particularly favorable.
  • Setting the right one Vertical diagram can be used within wide limits for different lengths of section 16 by appropriate choice of impedance 7.
  • FIG Achieve directional diagrams at a height 14 of less than a quarter wavelength With a preferred transverse dimension 15 of a little less than half a wavelength can be shown in FIG Achieve directional diagrams at a height 14 of less than a quarter wavelength.
  • the elevation diagrams denoted D4 and D5 result in Fig. 11. These have the property of an angular range at medium elevation largely hide.
  • the inductance value of the directional diagram D5 is larger chosen as for the directional diagram D4.
  • capacitances as an impedance 7 for use this property of the antenna is essential.
  • asymmetrical voltages Uu proves to be advantageous at the antenna connection points 5, which is used in Fig. 3c in that in a Summation circuit 19 in addition to a resymmetry network 9 for decoupling the unbalanced receive voltages Uu a power divider 21 for decoupling the symmetrical receive voltages Us is present.
  • a power divider 21 for decoupling the symmetrical receive voltages Us is present.
  • a further advantageous decoupling of the symmetrical voltage Us can, as in FIG. at an antenna connection point 5 arranged in the vertical line of symmetry 8.
  • FIG. 4b (detail from FIG. 4a) there is a two-wire line 24 to the first antenna connection point 5a and the second antenna connection point 5b connected and in the vertical Line of symmetry 8 led to the conductive base 1, in the vicinity of a line connection point 25 is designed.
  • the Two-wire line 24 to be replaced by a shielded two-wire line 23 the Shield conductor is connected to the conductive base 1.
  • the shielded two-wire line 23 in a simple manner two coaxial lines 22 run in parallel, as shown in Fig. 4d, their shields are connected to the conductive base 1.
  • the Voltages ⁇ Us and ⁇ Uu as described above, with the arrangements of Figures 4b, 4c and 4d can be coupled out separately.
  • the ring structure 2 is configured essentially rectangular.
  • Realized antenna shapes with a section 16 of approximately 1 ⁇ 4 ⁇ , a transverse dimension 15 of approximately 1/3 ⁇ and one Overall height 14 of about 1/6 ⁇ are sufficiently small for the required directional diagrams Result in losses.
  • a realized antenna according to the invention for frequencies around 2.3 GHz e.g. only a construction height 14 of 2 cm with a transverse dimension 15 of 4.5 cm. at Smaller heights can be chosen by choosing an appropriate capacitance value for the impedance 7 meet the requirements for the directional diagram, but it is increasing To count losses. The losses occurring in the downstream matching network 17 thus increase with a smaller antenna height.
  • An essential advantageous embodiment of the invention consists in the combination of several 5 to a satellite communication antenna for circular polarization.
  • two antennas are used for this purpose
  • Levels 0 are perpendicular to one another, combined, each antenna as in FIGS. 6a and 6.
  • 6c has a resymmetry network 9 and a matching circuit 17.
  • the voltage for circular polarization Uz using a phase shifter 18 and a summation circuit 19 are formed.
  • the latter are in Fig. 6c with the help a parallel connection of lines whose length differs by ⁇ / 4.
  • the Matching circuit 17 can advantageously be shown by printed dummy elements as shown in Fig. 6b will be realized.
  • the lines for resymmetrization are the lines 10a, b, the network as adaptation as series or stub lines 17 and for interconnection and 90 degree phase rotation executed as line 18 each printed.
  • FIG. 11 a suitable elevation diagram is shown in FIG. 11 of the character of the diagrams D2 and D3 for the individual antenna according to FIG. 5.
  • FIG. 6c results in what is required for circular polarization
  • Fig. 12b spatial Diagram
  • the conductive base is skewed, e.g. with a curved vehicle roof in Edge area of a window can be the asymmetry of the conductive base 1 and the Inclination compensated for by different capacitance values in the individual antenna branches become. This corresponds to squinting the diagram.
  • Antenna-adjustable squinting diagram with a squint angle of approx. 15 degrees opposite FIG. 13 shows the zenith angle by way of example.
  • N antennas can be rotationally symmetrical at an angular distance of 360 / N degrees to a vertical line of symmetry 8 be arranged as in FIG. Accordingly, phase shifters 18 with a respective one Phase rotation angle of 360 / N degrees provided, the output signals in the summation circuit 19 are merged and are available at collection point 11.
  • the roundness of the azimuthal directional diagram can continue by choosing sufficiently large values of N. be improved.
  • the rotational symmetry of such an arrangement means that the vertical conductor 4a ', as in Fig. 8, too.
  • the satellite communication antenna is expanded to a combination antenna for which the additional terrestrial communication with vertical polarization is extended to a frequency that deviates from the satellite frequency.
  • This is very advantageously accompanied by a saving in installation space in motor vehicles.
  • a symmetrical antenna designed from two antennas in accordance with the basic form of this invention as in FIG. 9 a, along the symmetry line 8 there is a vertical antenna conductor 20 which is connected at one end to a horizontal part of the ring structure 2 and between its lower end and the conductive base area 1 a connection gate Tu is formed to form an asymmetrical voltage Uu.
  • the conductor parts with horizontal extension 4b act as roof capacitance for the vertical antenna conductor 20.
  • the symmetrical voltages are tapped from the ring structure 2 at the corresponding gates T1a and T1b.
  • the matching network 29 in FIG. 9b serves for frequency-selective adaptation of the impedance present at the connection gate Tu for the frequency of the terrestrial radio service to the characteristic impedance of conventional coaxial lines.
  • the voltage Uu proportional to Uu is present at the output of this matching network 29.
  • the adaptation network 29 is advantageously so to design that the connection gate Tu at the satellite radio frequency with a reactance or is particularly advantageously loaded with a short circuit or idling.
  • the symmetry of the Arrangement can be advantageous for decoupling the connection gates Tu from the connection gates T1a, T1b are used when they are connected to the unbalance network 9. This is to protect the satellite radio service particularly important when the terrestrial Communication is bidirectional. If there is residual asymmetry, it is Improving the decoupling of the satellite radio service advantageous, the unbalance network 9 to be designed such that the connection gates T1a and T1b at the frequency of terrestrial radio service with a short circuit.
  • Fig. 10a the complete satellite communication antenna for circular polarization is with the vertical antenna conductor 20 shown.
  • the connection gates T2a and T2b the 90 Degrees relative to the antenna with the gates T1a, T1b rotated accordingly the antenna in Fig. 6c a resymmetry network 9 with subsequent matching circuit 17 as shown in Fig. 10b connected.
  • the loading of the gates T2a and T2b at Frequency of the terrestrial communication service to protect the satellite radio service the above statements apply.
  • the conductor parts are essential horizontal extension 4b to form a roof capacity 31 with a curved Surface designed in the form of a semi-ellipsoid and the edge in a surface 30 is guided, which in one of its dimensions substantially perpendicular to the plane 0 and is thus oriented essentially parallel to level 1.
  • a suitable choice of size and shape as the roof capacity 31 effective curved surface in conjunction with the appropriate dimensioning of the Impedances 7 can be both the vertical diagram and the one at the base of the Conductor parts with substantial vertical extension 4a existing base impedances set as desired.
  • the ladder parts can be horizontal Extension 4b to form the roof capacity 31 from wire or strip-shaped conductors 32 may be formed, as indicated in FIG. 14b, and may also be designed as lattice structures.
  • a roof capacity 31 that is formed in a particularly simple manner these are arranged completely in the surface 30 as a plane parallel to the conductive base surface 1 (Fig. 15a) and preferably formed in printed circuit technology, as in the figures 15a and 15b.
  • Another embodiment of the invention in printed technology shows Fig. 16.
  • the Conductor parts with a substantial horizontal extent 4b and several impedances 7,7 'in this way formed that with respect to level 0, in which the conductor parts with substantial vertical Extension 4a are also performed with regard to the impedance values of the impedances 7,7 ' symmetrical arrangement is given.
  • the symmetry of the arrangement should also refer to one oriented perpendicular to both the base area 0 and the base plane 1 Plane of symmetry 33 be given.
  • Such arrangements are in Figures 17a, 17b and 17c shown. To explain the operation of an antenna according to the invention, as in 17c, the ring structure 2 in FIG. 17a should first be considered.
  • a such a ring structure contains the capacities 7,7 ' vertical line of symmetry symmetrical capacities of the frame thus formed is also electrically symmetrical. Capacities between ladder parts with essential horizontal extension 4b and the surrounding space do not disturb this symmetry. Consequently 17a represents an antenna which according to the main claim of Invention is designed and also has the property of symmetry. For better The mode of operation of this arrangement is indicated at level 0, in which also Conductor parts are introduced with a substantial vertical extent 4a and the Plane of symmetry 33 shaded.
  • the current arrows for currents I1 and I2 shown in FIG. 18a indicate the principle Current flow of the two frames 2.
  • the current arrows show how this works Impedance network consisting of impedances 7 jointly effective for both frame parts and in which of the impedances 7 the currents I1 and I2 are uniform and in which they are superimposed in opposite directions.
  • 18a shows an example of a connection of the four gates T1a, T1b, T2a, T2b specified, which allows an antenna according to the described Invention to design for circularly polarized radiation.
  • the following are in the Figures 18b, 19 and 20 exemplary embodiments for an antenna of this type listed.
  • the two frames are in the vicinity of the vertical Line of symmetry 8 via a conductive central structure 37 via preferably printed coupling capacitors coupled.
  • the correspondingly designed roof capacities 31 with their coupling capacities 34 to each other and such capacities to form a ring-shaped central structure 37 allow the dimensioning of the antenna with respect to a desired one Directivity pattern.
  • the conductive central structure 37 of the antenna in Fig. 19 allows ring-shaped Training the introduction of a vertical antenna conductor 20 which is used to form a desired impedance at the connection gate Tu with a simple design Radiator coupling capacitance 38 is suitably coupled to the annular central structure 37.
  • FIG Roof capacitors 31 which are on a dielectric body in the form of a Pyramid stumps are suitably designed, attached, so that over the coupling and Capacities sets the appropriate directional diagram.
  • the antenna is for the coordinated and simultaneous reception of circularly polarized satellite radio signals and from in a radio frequency band of terrestrial that is closely adjacent in frequency Vertically polarized radio signals emitted by radio stations.
  • a frequency selective decoupling of the terrestrial radio service from Satellite radio service not possible due to the small frequency spacing.
  • the symmetrical Embodiment of the antennas described above has a perfect Decoupling between the vertical antenna conductor 20 and the output for reception the circular polarization To.
  • the system is not on a narrow band Frequency selection between the two radio services and it can terrestrial broadcast signal and the satellite broadcast signal independently received from each other. Mutual dampening through the withdrawal of power this does not apply to the other gate.
  • an antenna for the additionally combined bidirectional radio operation with vertically polarized terrestrial Radio stations shown.
  • the vertical antenna conductor 20 is additionally for at least bidirectional radio operation with vertically polarized terrestrial radio stations used.
  • the radiator length 43 of the vertical antenna conductor 20 for radio service with the The lowest frequency is advantageously chosen to be sufficiently large.
  • a required frequency-selective shortening of the electrically effective radiator length 43 for higher radio channel frequencies as indicated in FIGS. 21a and 21b, on advantageous way in the longitudinal train of the vertical antenna conductor 20 breakpoints with suitable blind elements 41 for designing the vertical diagram and the Base impedance inserted for this frequency.
  • 21a shows the block diagram of such a combination antenna.
  • matching networks 29a, 29b, 29c with outputs 40a, 40b, 40c for connection of the corresponding radio equipment.
  • the inputs of the matching networks 29a, 29b, 29c each via a frequency-selective isolating circuit 39a, 39b, or 39c to the common connection gate Tu switched on; that the adjustment ratios on Connection gate Tu in the radio frequency channels of the different radio services mutually so are influenced as little as possible.
  • connection gate Tu of the vertical antenna conductor 20 and the connection gates T1a, T1b, T2a, T2b Ring structures 2 are advantageous in the vicinity of the base points of the conductor parts vertical extension 4a each decoupling networks 42 used. These are like this carried out for signals on the frequency of a bidirectional radio operation with vertical polarized radio stations block the frequency of the circularly polarized However, satellite radio signals are permeable. This has the advantageous effect that the impedances present at the gates T1a and T1b via the resymmetry network 9 neither via their active component radiation attenuation on the frequency of a bidirectional radio service still have undesirable reactances on such Frequency cause a disturbing effect.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antenne für die mobile Satellitenkommunikation auf einer im wesentlichen horizontal orientierten leitenden Grundfläche (1), bestehend aus im wesentlichen linearen Leiterteilen (4) und einer Antennenanschlußstelle (5). Sie besteht aus Leiterteilen mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) und Leiterteilen mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung (4b), die zusammen mit der leitenden Grundfläche (1) eine hochfrequent leitende Ringstruktur (2) bilden. Die Leiterteile sind im wesentlichen in einer senkrecht zur leitenden Grundfläche (1) stehenden Ebene (0) geführt, wobei einer der Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) oder einer der Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung (4b) zur Ausbildung der Antennenanschlußstelle (5) unterbrochen ist und durch Unterbrechung einer der Leiterteile mindestens eine mit einer Impedanz (7) beschaltete Impedanzanschlußstelle (6) vorhanden ist und die Positionen der Impedanzanschlußstelle (6) und der Antennenanschlußstelle (5) sowie die Impedanz (7) derart gewählt sind, daß für die in der senkrecht zur leitenden Grundfläche (1) stehenden Ebene (0) mit in dieser Ebene polarisierten Wellen für vorgegebene Elevationswinkel (81) des Welleneinfalls (80) die vorgegebenen Antennengewinnwerte eingestellt sind (Fig. 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betriftt eine Antenne für die mobile Satellitenkommunikation auf einer im wesentlichen horizontal orientierten leitenden Grundfläche bestehend aus im wesentlichen linearen Leiterteilen und einer Antennenanschlußstelle. Antennen dieser Art sind bekannt aus DE 40 08 505.8. Diese Antenne besteht aus gekreuzten Horizontaldipolen mit V-förmig nach unten geneigten, aus linearen Leiterteilen bestehenden Dipolhälften, die unter einem Winkel von 90 Grad zueinander mechanisch fixiert und am oberen Ende eines auf einer horizontal orientierten leitenden Grundfläche befestigten linearen vertikalen Leiters angebracht sind.
Zur Erzeugung der bei der Satellitenkommunikation üblicherweise geforderten Zirkularpolarisation werden die unter beiden V-förmig nach unten geneigten Horizontaldipole elektrisch über ein 90 Grad Phasennetzwerk zusammengeschaltet. Für Satellitenantennen je nach Satellitenkommunikationssystem wird im Elevationswinkelbereich zwischen 25 bzw.30 Grad und 90 Grad ein Antennengewinn von konstant 3dBi für zirkulare Polarisation streng gefordert. Mit Antennen dieser Bauform läßt sich der im Bereich des Zenitwinkels geforderte Antennengewinn im allgemeinen problemfrei realisieren. Im Gegensatz hierzu wird der geforderte Antennengewinn im Bereich niedriger Elevationswinkel von 20 bis 30 Grad nur schwer und aufgrund der V-förmig nach unten geneigten Horizontaldipole, welche für ihre Funktion naturgemäß einen hinreichend großen Abstand von der leitenden Grundfläche fordern, keinesfalls - wie für den mobilen Einsatz gefordert - mit sehr kleiner Bauhöhe der Antennen realisiert werden können.
Es ist weiterhin bekannt, zur Erfüllung der Gewinnanforderungen sowohl im Winkelbereich niedriger Elevation als auch bei Steilstrahlung aus linearen Leitern gebogene Antennen zu verwenden. Die heute häufig verwendete Antennenform ist die Quadrifilar-Helix Antenne nach Kilgus (IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1976, S.238 - 241). Solche Antennen besitzen oft eine Länge von mehreren Wellenlängen und sind nicht als Flachantennen mit niedriger Bauhöhe bekannt. Auch mit einer in der EP 0 952 625 A2 angegebenen Antenne mit niedriger Bauhöhe lassen sich die oben genannten Gewinnwerte im Winkelbereich mit niedriger Elevation nicht erfüllen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, zunächst eine Antenne anzugeben, die es gestattet, das Verhältnis von Antennengewinn im niedrigen Elevationsbereich zum Antennengewinn im Zenitwinkelbereich in einer azimutalen Hauptebene anforderungsgemäß einzustellen und die es ermöglicht, durch Kombination mehrerer solcher Antennen ein Richtdiagramm gemäß den Gewinnanforderungen für die Satellitenkommunikation mit zirkular polarisierten Wellen bei elektrisch kleiner Bauhöhe der Antenne zu realisieren.
Diese Aufgabe wird bei einer Antenne nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs und die in den weiteren Ansprüchen vorgeschlagenen Maßnahmen gelöst.
Antennen nach der Erfindung können insbesondere in ihrer Ausbildungsform für Satellitenkommunikation besonders einfach und damit kostengünstig hergestellt werden. Ferner eignen sie sich auf Grund ihres Aufbaus über einer leitenden Grundfläche und ihrer klein gestaltbaren Bauhöhe besonders für den Einsatz auf Fahrzeugen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sie zur Kombinationsantenne für die terrestrische Kommunikation erweitert werden kann, was mit der Einsparung von Bauräumen in Kraftfahrzeugen einher geht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Maßnahmen ergriffen werden können, damit bei Vorhandensein von Diskontinuitäten in der leitenden Grundfläche bzw. bei deren Schieflage, wie z.B. Dachneigung oder Dachrand, gegenüber der Horizontalen die davon herrührende Störung des Richtdiagramms weitgehend ausgeglichen werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1: Prinzip einer Antenne nach der Erfindung mit einer hochfrequent leitenden Ringstruktur 2, gebildet aus im wesentlichen vertikalen Leiterteilen 4a und im wesentlichen horizontalen Leiterteilen 4b und der leitenden Grundebene 1.
  • Fig. 2: Prinzip einer Antenne nach der Erfindung mit einseitiger Auskopplung an der Antennenanschlußstelle 5.
  • Fig. 3a: Symmetrische Antenne einer Antenne nach der Erfindung mit den Antennenanschlußstellen 5 und 5' und einem Umsymmetriernetzwerk 9, gebildet aus unsymmetrischen Leitungen 10a und 10b.
  • Fig. 3b: Symmetrische Antenne nach der Erfindung mit einem Umsymmetriernetzwerk 9, gebildet aus unsymmetrischen Leitungen 10a und 10b, deren Länge sich um ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Betriebswellenlänge unterscheidet.
  • Fig. 3c: Symmetrische Antenne nach der Erfindung mit einem Umsymmetriernetzwerk 9 nach dem transormatorischen Prinzip zur getrennten unsymmetrischen Auskopplung der symmetrischen und der unsymmetrischen Spannungen
  • Fig. 4a: Symmetrische Antenne nach der Erfindung, bei der die Antennenanschlußstelle 5 im Bereich der Symmetrieachse 8 der Antenne angeordnet ist und bei der die Signale mittels einer symmetrischen Zweidrahtleitung nach unten geführt sind.
  • Fig. 4b: Detail aus Fig. 4a.
  • Fig. 4c: Detail aus Fig. 4a, aber mit einer geschirmten Zweidrahtleitung.
  • Fig. 4d: Antenne nach der Erfindung ähnlich Fig. 4a, jedoch mit zwei Koaxialleitungen an Stelle der Zweidrahtleitung und mit einem Umsymmetriernetzwerk 9 nach dem transformatorischen Prinzip zur getrennten unsymmetrischen Auskopplung der symmetrischen und der unsymmetrischen Spannungen.
  • Fig. 5: Antenne nach der Erfindung mit Bemassungsangaben und mit einem Anpaßnetzwerk 17.
  • Fig. 6a: Antenne für Zirkularpolarisation, gebildet aus zwei Antennen nach der Erfindung in aufeinander senkrecht stehenden Ebenen, deren Ausgangssignale über ein 90-Grad Phasendrehglied 18 in einer Summationsschaltung 19 zusammengefaßt sind.
  • Fig. 6b: Beispiel für ein Streifenleitungslayout für die Antenne nach Fig. 6a.
  • Fig. 6c: Räumliche Darstellung der Antenne für Zirkularpolarisation.
  • Fig. 7: Antenne für Zirkularpolarisation, gebildet aus drei Antennen nach der Erfindung in drei Ebenen, die azimutal in 120°-Winkeln angeordnet sind, deren Ausgangssignale über 120-Grad Phasendrehglieder 18 in einer Summationsschaltung 19 zusammengefaßt sind.
  • Fig. 8: Antenne für Zirkularpolarisation nach Fig. 7, bei der der vertikale Leiter 4a' im Symmetriepunkt der Anordnung entfällt.
  • Fig. 9a: Antenne nach der Erfindung mit einem weiteren Anschlußtor Tu zur Auskopplung einer unsymmetrischen Spannung.
  • Fig. 9b: Prinzip der Signalauskopplung bei einer erfindungsgemäßen Antenne nach Fig. 9a.
  • Fig. 10a: Antenne für Zirkularpolarisation, gebildet aus zwei Antennen nach der Erfindung in aufeinander senkrecht stehenden Ebenen, deren Ausgangssignale über ein 90-Grad Phasendrehglied 18 in einer Summationsschaltung 19 zusammengefaßt sind mit einem weiteren Anschlußtor Tu zur Auskopplung einer unsymmetrischen Spannung.
  • Fig. 10b: Prinzip der Signalauskopplung bei einer erfindungsgemäßen Antenne nach Fig. 10a.
  • Fig. 11: Variation der Richtdiagramme bei Änderung des Werts und des Charakters (induktiv oder kapazitiv) der Impedanz 7 bei einem Beispiel einer erfindungsgemäßen Antennen.
  • Fig. 12a: Elevationsdiagramm eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Antenne
  • Fig. 12b: Dreidimensional dargestelltes Diagramm einer erfindungsgemäßen Antenne.
  • Fig. 13: Elevationsdiagramm eines Beispiels einer schielenden erfindungsgemäßen Antenne.
  • Fig. 14a: Ausbildung einer flächenhaften Dachkapazität 31 in Form eines durch die Impedanz 7 unterbrochenen Halbellipsoids parallel zur Ebene 1
  • Fig. 14b: Wie Fig. 14a, jedoch mit leiterförmiger Ausbildung des Halbellipsoids
  • Fig. 15a: Draht- oder streifenförmige Leiterteile 32 mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung 4b in der Ebene 30 parallel zur Ebene 1
  • Fig. 15b: Wie Fig. 15a, jedoch mit flächenhaft gestalteten Leiterteilen 4b vorzugsweise in gedruckter Leitertechnik
  • Fig. 16: Ähnliche Ausführungsform wie Fig. 15b, ebenfalls in gedruckter Leitertechnik
  • Fig. 17a-c: Erklärung der prinzipiellen Wirkungsweise erfindungsgemäßer Antennen mit streng symmetrischem Aufbau im Hinblick auf die kapazitiven Koppeleffekte
  • Fig. 18a: Erfindungsgemäße Antenne für Zirkularpolarisation und streng symmetrischem Aufbau mit dreiecksförmigen Dachkapazitäten 31 und zur Erläuterung der Strompfade
  • Fig. 18b: Antenne mit ringförmiger Zentralstruktur 37 und Koppelkapazitäten 34
  • Fig. 19: Erfindungsgemäße Antenne ähnlich Fig. 18b, jedoch mit zusätzlichem vertikalen Antennenleiter 20 in der vertikalen Symmetrielinie 8
  • Fig. 20: Kombination aus Dachkapazitäten 31, welche auf einem dielektrischen Körper von der Form eines Pyramidenstumpfs geeignet ausgebildet sind.
  • Fig. 21a: Ähnlich Fig. 10b, jedoch mit weiteren Anschlusstoren 40a bis 40c zur Auskopplung unsymmetrischer Spannungen für weitere Funkdienste
  • Fig. 21b: Wie Fig. 21a, jedoch mit frequenzselektiven Entkopplungsnetzwerken 42 in den Anschlusstoren T1a, T1b, T2a und T2b
  • Fig. 22: Prinzipieller möglicher Aufbau einer erfindungsgemäßen Antenne für Satellitenfunk und mehrere terrestrische Funkdienste
    • Fig. 1 zeigt die Grundform einer Antenne nach der Erfindung bestehend aus einer zusammen mit der leitenden Grundfläche 1 gebildeten hochfrequent leitenden Ringstruktur 2 mit Leiterteilen mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung 4b und Leiterteilen mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung 4a innerhalb einer Ebene 0, welche auf der leitenden Grundfläche 1 senkrecht steht. Eine gemäß der vorliegenden Erfindung wesentliche Funktion nimmt hierbei die Impedanz 7 ein, welche in einer Unterbrechungsstelle der hochfrequent leitenden Ringstruktur 2 in die Impedanzanschlußstelle 6 mit dem ersten Impedanzanschlußpunkt 6a und dem zweiten Impedanzanschlußpunkt 6b eingebracht ist. Bei Einfall einer in der Ebene 0 polarisierten elektromagnetischen Welle unter einem bestimmten Elevationswinkel 81 erfolgt die Aufnahme horizontaler elektrischer Feldkomponenten in der Hauptsache durch die Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung 4b und - entsprechend hierzu - die vertikalen elektrischen Feldkomponenten in der Hauptsache durch die Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung 4a. Bei geeigneter Position der Antennenanschlußstelle 5 in einer Unterbrechungsstelle der Ringstruktur 2 und bei geeigneter Positionierung der Impedanz 7 innerhalb der Ringstruktur 2 läßt sich ein Vertikaldiagramm mit einer gewünschten Überlagerung der Aufnahme von vertikalen und horizontalen elektrischen Feldkomponenten einstellen.
    Die Gestaltung des vorgegebenen Verhältnisses des Antennengewinns im Zenitwinkelbereich zum Antennengewinn im Bereich niedriger Elevationswinkel ist die Grundforderung an Antennen für die Satellitenkommunikation. Folglich ist die Einstellbarkeit von vertikaler und horizontaler Aufnahme die Grundlage der vorliegenden Erfindung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Antennenanschlußstelle 5 an der leitenden Grundfläche 1 ausgebildet und die Antennensignale werden zwischen einem ersten Antennenanschlußpunkt 5a und einem zweiten Antennenanschlußpunkt 5b aus der Ringstruktur 2 ausgekoppelt. An eine derart gebildete Antennenanschlußstelle 5 kann die Ankopplung an unsymmetrische Leitungen, wie in Fig.2 gezeigt, erfolgen.
    In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Ringstruktur 2, wie in Fig. 3a dargestellt, symmetrisch zu einer vertikalen Symmetrielinie 8 ausgebildet. Die Antenne enthält somit zwei gleiche Impedanzen 7, welche ebenfalls symmetrisch zur vertikalen Symmetrielinie 8 positioniert sind, und eine zur ersten Antennenanschlußstelle 5 gespiegelt eingebrachte Antennenanschlußstelle 5' an der leitenden Grundfläche 1 aufweist. Die Ankopplung der Ringstruktur 2 an die leitende Grundfläche 1 ermöglicht, wie in Fig. 3b dargestellt, die vorteilhafte Ausgestaltung eines Umsymmetriernetzwerks 9, welches z.B. mit Hilfe einer λ/2-Umwegleitung der Signale realisiert werden kann. Die Auskopplung der sich symmetrisch zur leitenden Grundfläche 1 ausbildenden unsymmetrischen Empfangsspannungen Uu, deren Richtung durch Pfeile in den Figuren kenntlich gemacht ist, erfolgt durch einfache Parallelschaltung der unsymmetrisch ausgeführten Leitungen in Fig. 3b, deren Längen sich um λ/2 unterscheiden. Die zusammengefaßte symmetrische Empfangsspannung ~Us steht am Sammelpunkt 11 in Fig. 3b zur Verfügung.
    Ein solches Umsymmetriernetzwerk 9 kann sehr vorteilhaft und kostengünstig in gedruckter Mikrostreifenleitungstechnik ausgeführt werden. Mit dieser Anordnung lassen sich bei unterschiedlicher Gestaltung der Impedanz 7 die in Fig. 11 dargestellten Vertikaldiagramme in der Ebene 0 herstellen. Die Positionierung der Impedanz 7 innerhalb der Ringstruktur 2 kann in weiten Grenzen frei gewählt werden, wobei sich eine gestreckte Leiterlänge für den in den Figuren 3a und 3b gekennzeichneten Abschnitt 16 von λ/4 als besonders günstig erweist. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die an den Antennenanschlußstellen 5 wirksamen Antennenimpedanzen, welche sich insbesondere im Hinblick auf ein leicht realisierbares Umsymmetriernetzwerk 9 durch Leitungsschaltungen eignen sollten. Die Einstellung des passenden Vertikaldiagramms kann dagegen in weiten Grenzen für verschiedene Längen des Abschnitt 16 durch entsprechende Wahl der Impedanz 7 erfolgen. Bei einer bevorzugten Querabmessung 15 von etwas weniger als einer halben Wellenlänge lassen sich die in Fig. 11 dargestellten Richtdiagramme bei einer Bauhöhe 14 von weniger als einer Viertelwellenlänge erreichen. Um den Nachteil von Satellitenkommunikationsantennen nach dem Stande der Technik zu überwinden, ist es notwendig, die Strahlung im Bereich niedriger Elevationswinkel im Vergleich zur Strahlung im Zenitwinkelbereich anzuheben. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch Gestaltung der Impedanz 7 als eine Kapazität. Diese bewirkt, daß die Anhebung der Strahlung im Bereich niedriger Elevationswinkel mit steigendem Blindwiderstand, das heißt, sinkendem Kapazitätswert erfolgt. Dies drücken die Diagramme D3, D2 und D1 in Fig. 11 für kleiner werdende Kapazitätswerte aus. Wird die Impedanz 7 anstelle einer Kapazität als eine Induktivität ausgeführt, dann ergeben sich die mit D4 und D5 bezeichneten Elevationsdiagramme in Fig. 11. Diese haben die Eigenschaft, einen Winkelbereich bei mittlerer Elevation weitgehend auszublenden. Der Induktivitätswert des Richtdiagramms D5 ist dabei größer gewählt als für das Richtdiagramm D4. Für die Satellitenkommunikation kommen deshalb, von Sonderfällen für Spezialanwendungen abgesehen, aufgrund der oben geschilderten Forderung bei einer Antenne nach der Erfindung Kapazitäten als Impedanz 7 zur Anwendung. Für die Kombination mehrerer solcher Antennen zu einer zirkular polarisierten Satellitenkommunikationsantenne ist diese Eigenschaft der Antenne essentiell.
    Als vorteilhaft zeigt sich die zusätzliche Verfügbarkeit der unsymmetrischen Spannungen Uu an den Antennenanschlußstellen 5, welche in Fig. 3c dadurch genutzt wird, daß in einer Summationsschaltung 19 neben einem Umsymmetriernetzwerk 9 zur Auskopplung der unsymmetrischen Empfangsspannungen Uu ein Leistungsteiler 21 zur Auskopplung der symmetrischen Empfangsspannungen Us vorhanden ist. Am Sammelpunkt für symmetrische Spannungen 11a und am Sammelpunkt für unsymmetrische Spannungen 11b in Fig. 3c können somit sowohl unsymmetrische Empfangsspannungen Uu als auch symmetrische Empfangsspannungen Us getrennt voneinander ausgekoppelt werden.
    Eine weitere vorteilhafte Auskopplung der symmetrischen Spannung Us kann, wie in Fig. 4a, an einer, in der vertikalen Symmetrielinie 8 angeordneten Antennenanschlußstelle 5 erfolgen. Hierzu ist in Fig. 4b (Detail aus Fig. 4a) eine Zweidrahtleitung 24 an den ersten Antennenanschlußpunkt 5a und den zweiten Antennenanschlußpunkt 5b angeschlossen und in der vertikalen Symmetrielinie 8 zur leitenden Grundfläche 1 geführt, in deren Nähe eine Leitungsanschlußstelle 25 gestaltet ist. Dort bilden sich zwischen den Endpunkten der Zweidrahtleitung 24 die zu den symmetrischen Empfangsspannungen Us proportionale Spannung ~Us und jeweils zwischen einem Endpunkt der Zweidrahtleitung 24 und der leitenden Grundfläche 1 die zu den unsymmetrischen Empfangsspannungen Uu proportionale Spannung ~Uu aus.
    In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann, wie in Fig. 4c, die Zweidrahtleitung 24 durch eine geschirmte Zweidrahtleitung 23 ersetzt werden, deren Schirmleiter mit der leitenden Grundfläche 1 verbunden ist. Hierdurch wird eine günstigere Auskopplung der Spannung ~Uu an der leitenden Grundfläche 1 ermöglicht. In einer weiteren günstigen Ausführungsform kann die geschirmte Zweidrahtleitung 23 auf einfache Weise durch zwei parallel geführte Koaxialleitungen 22, wie in Fig. 4d, ausgeführt werden, deren Schirme mit der leitenden Grundfläche 1 verbunden sind. Mit Hilfe des Leistungsteilers 21 können die Spannungen ~Us und ~Uu, wie oben beschrieben, mit den Anordnungen der Figuren 4b, 4c und 4d getrennt ausgekoppelt werden.
    Bei einer besonders einfach herstellbaren Antenne nach der Erfindung ist, wie in Fig. 5 gezeigt, die Ringstruktur 2 im wesentlichen rechteckförmig ausgestaltet. Realisierte Antennenformen mit einem Abschnitt 16 von ca. ¼ λ, einer Querabmessung 15 von etwa 1/3 λ und einer Bauhöhe 14 von etwa 1/6 λ haben bei geforderten Richtdiagrammen hinreichend kleine Verluste ergeben. Eine realisierte erfindungsgemäße Antenne für Frequenzen um 2,3 GHz weist z.B. nur eine Bauhöhe 14 von 2cm bei einer Querabmessung 15 von 4,5 cm auf. Bei kleinerer Bauhöhe lassen sich bei Wahl eines entsprechenden Kapazitätswerts für die Impedanz 7 zwar die Forderungen an das Richtdiagramm erfüllen, es ist jedoch mit ansteigenden Verlusten zu rechnen. Die im nachgeschalteten Anpaßnetzwerk 17 auftretenden Verluste steigen also mit kleinerer Antennenhöhe.
    Eine wesentliche vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in der Kombination mehrerer Antennen nach Fig. 5 zu einer Satellitenkommunikationsantenne für Zirkularpolarisation. Hierzu werden in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform zwei Antennen, deren Ebenen 0 senkrecht aufeinander stehen, kombiniert, wobei jede Antenne wie in Fig. 6a und Fig. 6c ein Umsymmetriernetzwerk 9 und eine Anpaßschaltung 17 besitzt. Am Ausgang der Anpaßschaltung 17 wird die Spannung für Zirkularpolarisation Uz mit Hilfe eines Phasendrehglieds 18 und einer Summationsschaltung 19 gebildet. Letztere sind in Fig. 6c mit Hilfe einer Parallelschaltung von Leitungen, deren Länge sich um λ/4 unterscheidet, realisiert. Die Anpaßschaltung 17 kann vorteilhaft durch gedruckte Blindelemente wie in Fig. 6b dargestellt realisiert werden. Die Leitungen zur Umsymmetrierung sind als Leitungen 10a,b, das Netzwerk als Anpassung als Serien- bzw. Stichleitungen 17 und zur Zusammenschaltung und 90 Grad-Phasendrehung als Leitung 18 jeweils gedruckt ausgeführt.
    Mit Antennen dieser Ausführungsform wird ein geeignetes Elevationsdiagramm nach Fig. 11 vom Charakter der Diagramme D2 und D3 für die Einzelantenne nach Fig. 5 eingestellt. Nach der Zusammenschaltung gemäß Fig. 6c stellt sich daraus das für Zirkularpolarisation geforderte Gesamtdiagramm nach Fig. 12a (Schnitt Azimutalwinkel = const.) und Fig. 12b (räumliches Diagramm) ein.
    Bei einer Schieflage der leitenden Grundfläche, z.B. bei einem gekrümmten Fahrzeugdach im Randbereich eines Fensters kann die Unsymmetrie der leitenden Grundfläche 1 und die Neigung durch unterschiedliche Kapazitätswerte in den einzelnen Antennenzweigen ausgeglichen werden. Dies entspricht einem Schielen des Diagramms. Ein mit erfindungsgemäßen Antennen einstellbares schielendes Diagramm mit einem Schielwinkel von ca. 15 Grad gegenüber dem Zenitwinkel zeigt beispielhaft Fig. 13.
    In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können N Antennen rotationssymmetrisch im Winkelabstand von jeweils 360/N Grad zu einer vertikalen Symmetrielinie 8 wie in Fig. 7 angeordnet werden. Entsprechend werden Phasendrehglieder 18 mit einem jeweiligen Phasendrehwinkel von 360/N Grad vorgesehen, deren Ausgangssignale in der Summationsschaltung 19 zusammengeführt werden und am Sammelpunkt 11 verfügbar sind. Hinsichtlich der Ausgestaltung der Impedanz 7 gelten die oben genannten Regeln. Die Rundheit des azimutalen Richtdiagramms kann durch Wahl hinreichend großer Werte von N weiter verbessert werden. Die Rotationssymmetrie einer derartigen Anordnung läßt den Wegfall des vertikalen Leiters 4a', wie in Fig. 8, zu.
    In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Satellitenkommunikationsantenne zu einer Kombinationsantenne für den die zusätzliche terrestrische Kommunikation mit vertikaler Polarisation auf einer von der Satelliteniünkfrequenz abweichenden Frequenz erweitert. Dies geht sehr vorteilhaft mit einer Einsparung von Bauräumen in Kraftfahrzeugen einher.
    Bei einer aus zwei Antennen gemäß der Grundform dieser Erfindung gestalteten symmetrischen Antenne wie in Fig. 9a ist längs der Symmetrielinie 8 ein vertikaler Antennenleiter 20, welcher am einen Ende mit einem Horizontalteil der Ringstruktur 2 verbunden ist und zwischen dessen unterem Ende und der leitenden Grundfläche 1 ein Anschlußtor Tu zur Ausbildung einer unsymmetrischen Spannung Uu gebildet ist. Hierbei wirken die Leiterteile mit horizontaler Ausdehnung 4b als Dachkapazität für den vertikalen Antennenleiter 20. Die symmetrischen Spannungen werden an den entsprechenden Toren T1a bzw. T1b aus der Ringstruktur 2 abgegriffen. Das Anpaßnetzwerk 29 in Fig. 9b dient zur frequenzselektiven Anpassung der am Anschlußtor Tu für die Frequenz des terrestrischen Funkdienstes vorliegenden Impedanz an den Wellenwiderstand üblicher Koaxialleitungen. Am Ausgang dieses Anpaßnetzwerks 29 liegt die zu Uu proportionale Spannung ~Uu vor.
    Um den Satellitenfunkdienst nicht zu beeinträchtigen, ist das Anpaßnetzwerk 29 vorteilhaft so zu gestalten, daß das Anschlußtor Tu bei der Satellitenfunkfrequenz mit einem Blindwiderstand oder besonders vorteilhaft mit einem Kurzschluß oder Leerlauf belastet ist. Die Symmetrie der Anordnung kann vorteilhaft zur Entkopplung der Anschlußtore Tu von den Anschlußtoren T1a, T1b bei deren Beschaltung mit dem Umsymmetriernetzwerk 9 verwendet werden. Dies ist zum Schutze des Satellitenfunkdienstes besonders wichtig, wenn die terrestrische Kommunikation bidirektional erfolgt. Bei verbleibender Restunsymmetrie ist es zur Verbesserung der Entkopplung des Satellitenfunkdienstes vorteilhaft, das Umsymmetriernetzwerk 9 derart zu gestalten, daß die Anschlußtore T1a und T1b bei der Frequenz des terrestrischen Funkdienstes mit einem Kurzschluß belastet sind.
    In Fig. 10a ist die vollständige Satellitenkommunikationsantenne für zirkulare Polarisation mit dem vertikalen Antennenleiter 20 dargestellt. An den Anschlußtoren T2a und T2b der um 90 Grad gegenüber der Antenne mit den Toren T1a, T1b gedrehten Antenne wird entsprechend der Antenne in Fig. 6c ein Umsymmetriernetzwerk 9 mit nachfolgender Anpaßschaltung 17 wie in Fig. 10b gezeigt, angeschlossen. Bezüglich der Belastung der Tore T2a und T2b bei der Frequenz des terrestrischen Kommunikationsdienstes zum Schutz des Satellitenfunkdienstes gelten die obigen Ausführungen.
    In der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung 4b zur Ausbildung einer Dachkapazität 31 mit einer gekrümmten Oberfläche in Form eines Halbellipsoids ausgestaltet und die Berandung in einer Fläche 30 geführt ist, welche in einer ihrer Dimensionen im wesentlichen senkrecht zur Ebene 0 und somit im wesentlichen parallel zur Ebene 1 orientiert ist. Dies ist beispielhaft in den Figuren 14a und 14b dargestellt. Durch geeignete Wahl von Größe und Form der als Dachkapazität 31 wirksamen gekrümmten Oberfläche in Verbindung mit der geeigneten Dimensionierung der Impedanzen 7 lassen sich sowohl das Vertikaldiagramm als auch die im Fußpunkt der Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung 4a vorliegenden Fußpunktsimpedanzen wunschgemäß einstellen. Hierbei können die Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung 4b zur Ausbildung der Dachkapazität 31 aus draht- oder streifenförmigen Leitern 32 gebildet sein, wie es in Fig.14b angedeutet ist und auch als Gitterstrukturen ausgeführt sein. Für eine auf besonders einfache Weise gebildetete Ausführungsform einer Dachkapazität 31 ist diese komplett in der Fläche 30 als einer Ebene parallel zur leitenden Grundfläche 1 angeordnet (Fig. 15a) und vorzugsweise in gedruckter Leitertechnik ausgebildet, wie es in den Figuren 15a und 15b dargestellt ist. Hierbei ergibt sich die besonders vorteilhafte Eigenschaft, dass sowohl die Dachkapazität 31 und die meist kapazitv ausgeführten Impedanzen 7 hoch genau und reproduzierbar hergestellt werden können und damit sowohl das Richtdiagramm als auch die o.g. Fußpunktsimpedanzen bei der Serienherstellung mit kleinen Streuungen sichergestellt werden können. Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform in gedruckter Technik zeigt Fig. 16.
    In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden in der Ringstruktur 2 die Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung 4b und mehrere Impedanzen 7,7' derart ausgebildet, dass bezüglich der Ebene 0, in welcher die Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung 4a geführt sind eine auch hinsichtlich der Impedanzwerte der Impedanzen 7,7' symmetrische Anordnung gegeben ist. Dabei soll die Symmetrie der Anordnung auch bezüglich einer sowohl zur Grundfläche 0 als auch bezüglich der Grundebene 1 senkrecht orientierten Symmetrieebene 33 gegeben sein. Solche Anordnungen sind in den Figuren 17a, 17b und 17c dargestellt. Zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Antenne nach der Erfindung, wie sie in Fig. 17c dargestellt ist, soll zunächst die Ringstruktur 2 in Fig. 17a betrachtet werden. Eine solche Ringstruktur enthält die Kapazitäten 7,7', wobei bei Gleichheit der jeweils zur senkrechten Symmetrielinie symmetrisch liegenden Kapazitäten der dadurch gebildete Rahmen auch elektrisch symmetrisch ist. Auch Kapazitäten zwischen Leiterteilen mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung 4b und dem umgebenden Raum stören diese Symmetrie nicht. Somit stellt die Anordnung in Fig. 17a eine Antenne dar, welche nach dem Hauptanspruch der Erfindung gestaltet ist und zusätzlich die Eigenschaft der Symmetrie besitzt. Zur besseren Kenntlichmachung der Wirkungsweise dieser Anordnung sind die Ebene 0, in welcher auch Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung 4a eingebracht sind und die Symmetrieebene 33 schattiert eingezeichnet.
    Durch die beschriebene Ankopplung eines Umsymmetriernetzwerks 9, wie es z.B. in Fig. 9b angegeben ist, kann somit aus den Anschlußtoren T1a und T1b aus der symmetrischen Antennenanordnung eine Spannung Us ausgekoppelt werden. Zur Erläuterung der Wirkungsweise wird bemerkt, daß in der Ebene 33 in Fig. 17a zunächst keine Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung 4a eingebracht sind. Entsprechend der Nomenklatur in Fig. 3a werden die mit 7,7' gekennzeichneten Impedanzen auf der einen Seite der vertikalen Symmetrielinie 8 in den Figuren 17a bis 17c mit 7 und auf der anderen Seite der Symmetrielinie 8 mit 7' gekennzeichnet. Somit sind alle wirksamen Impedanzen in Fig. 17a bezüglich der mit T1a und T1b gekennzeichneten Tore mit entsprechenden Indizierungen 7,7' hinsichtlich der Platzierung in Bezug auf die Symmetrieebene 33 und aufgrund der gemeinsamen Wirkung auf die Tore T1a und T1b zusätzlich mit 1 indiziert. Die in Fig, 17a unbezeichneten Kapazitäten, welche sich in der Symmetrieebene 33 befinden, sind hinsichtlich der Tore T1a und T1b wirkungslos. In Fig. 17b sind zum Verständnis die Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung 4a bezüglich der Tore T1a, T1b weggelassen. Bei gleichbleibender Anordnung sämtlicher in Fig. 17a beschriebener Blindelemente 7 wird in der Symmetrieebene 33 eine Ringstruktur 2 mit den zugehörigen Toren T2a und T2b gebildet. Die Bezeichnungen für die Blindelemente 7 werden demnach entsprechend der in Fig. 17a eingeführten Nomenklatur entsprechend auf diese beiden Tore bezogen. Bei Kombination der beiden Ringstrukturen 2 in den Figuren 17a und 17b zu der in Fig. 17c dargestellten vollständigen Anordnung ergeben sich erfindungsgemäß zwei bezüglich der vertikalen Symmetrielinie 8 vollkommen symmetrische Ringstrukturen 2. Daraus geht hervor, daß eine Anordnung, wie sie in Fig. 18a dargestellt ist, bei geeigneter Wahl der Abmessungen der dort dargestellten Dachkapazitäten 31, welche Koppelkapazitäten ausbilden, wie sie in Fig. 17c dargestellt sind, ebenfalls nach der Erfindung gestaltet ist, wenn die Koppelkapazitäten durch geeignete Ausbildung der Dachkapazitäten die erfindungsgemäß wirksamen Impedanzen 7 mit der geforderten Größe bilden.
    Die in Fig. 18a eingezeichneten Strompfeile für die Ströme I1 und I2 deuten den prinzipiellen Stromfluss der beiden Rahmen 2 an. Die Strompfeile lassen erkennen, auf welche Weise das Impedanznetzwerk bestehend aus Impedanzen 7 gemeinsam für beide Rahmenteile wirksam sind und in welchen der Impedanzen 7 die Ströme I1 und I2 gleichförmig und in welchen sie gegensinnig überlagert sind. In Fig. 18a ist beispielhaft eine Beschaltung der vier Tore T1a, T1b, T2a, T2b angegeben, die es erlaubt, in der geschilderten Weise eine Antenne nach der Erfindung für die zirkular polarisierte Strahlung zu gestalten. Im folgenden werden in den Figuren 18b, 19 und 20 beispielhafte Ausführungsformen für eine Antenne dieser Art aufgeführt. In Fig. 18b werden die beiden Rahmen in der Umgebung der vertikalen Symmetrielinie 8 über eine leitende Zentralstruktur 37 über vorzugsweise gedruckte Koppelkapazitäten verkoppelt. Die entsprechend gestalteten Dachkapazitäten 31 mit ihren Koppelkapazitäten 34 zueinander und solchen Kapazitäten zur ringförmig ausgebildeten Zentralstruktur 37 ermöglichen die Dimensionierung der Antenne im Hinblick auf ein gewünschtes Richtdiagramm. Die leitende Zentralstruktur 37 der Antenne in Fig. 19 erlaubt bei ringförmiger Ausbildung die Einbringung eines vertikalen Antennenleiters 20, welcher zur Ausbildung einer gewünschten Impedanz am Anschlußtor Tu mit einer auf einfache Weise gestaltbaren Strahlerkoppelkapazität 38 zur ringförmigen Zentralstruktur 37 geeignet angekoppelt ist. Bei einem weiteren Beispiel einer Antenne nach der Erfindung ist in Fig. 20 eine Kombination aus Dachkapazitäten 31, welche auf einem dielektrischen Körper von der Form eines Pyramidenstumpfs geeignet ausgebildet sind, angebracht, so dass sich über die Koppel- und Raumkapazitäten das geeignete Richtdiagramm einstellt.
    In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Antenne für den koordinierten und gleichzeitigen Empfang von zirkular polarisierten Satellitenfunksignalen und von in einem in der Frequenz dicht benachbarten Hochfrequenzband von terrestrischen Funkstellen ausgestrahlten, vertikal polarisierten Funksignalen gestaltet. Für eine derartige Anwendung ist eine frequenzselektive Entkopplung des terrestrischen Funkdiensts vom Satellitenfunkdienst aufgrund des kleinen Frequenzabstandes nicht möglich. Die symmetrische Ausführungsform der oben geschilderten Antennen besitzt dagegen eine vollkommene Entkopplung zwischen dem vertikalen Antennenleiter 20 und dem Ausgang für den Empfang der Zirkularpolarisation Zu. Somit ist das System nicht auf eine schmalbandige Frequenzselektion zwischen den beiden Funkdiensten angewiesen und es können das terrestrisch ausgestrahlte Signal und das vom Satelliten ausgestrahlte Signal unabhängig voneinander empfangen werden. Eine gegenseitige Bedämpfung durch die Leistungsentnahme an dem jeweils anderen Tor ist dadurch nicht gegeben. Aufgrund der Symmetrie der Antenne ist diese Eigenschaft somit auch für gleichfrequente Signale gegeben derart, daß der Empfang vertikal polarisierter elektrischer Feldkomponenten am vertikalen Antennenleiter 20 keine Bedämpfüng bezüglich des Empfangs vertikal polarisierter elektrischer Feldkomponenten am Tor bezüglich des Ausgangs für den Empfang der Zirkularpolarisation Zu bewirkt. Dieser Sachverhalt ist in den Antennen nach den Figuren 10a, 10b, 19, 20 und 22 gegeben.
    In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 22 eine Antenne für den zusätzlich kombinierten bidirektionalen Funkbetrieb mit vertikal polarisierten terrestrischen Funkstellen dargestellt. Hierbei ist der vertikale Antennenleiter 20 zusätzlich für mindestens einen bidirektionalen Funkbetrieb mit vertikal polarisierten terrestrischen Funkstellen eingesetzt. Die Strahlerlänge 43 des vertikalen Antennenleiters 20 für den Funkdienst mit der niedrigsten Frequenz wird dabei auf vorteilhafte Weise hinreichend groß gewählt. Für den Fall einer erforderlichen frequenzselektiven Verkürzung der elektrisch wirksamen Strahlerlänge 43 für höhere Funkkanalfrequenzen werden, wie in den Figuren 21a und 21b angedeutet, auf vorteilhafte Weise in den Längszug des vertikalen Antennenleiters 20 Unterbrechungsstellen mit geeigneten Blindelementen 41 zur Gestaltung des Vertikaldiagramms und der Fußpunktsimpedanz für diese Frequenz eingefügt.
    In Fig. 21a ist das Blockschaltbild einer derartigen Kombinationsantenne dargestellt. Um die Impedanzanpassung für die verschiedenen Funkdienste zu bewirken, werden vorteilhaft entsprechende Anpassnetzwerke 29a, 29b, 29c mit Ausgängen 40a, 40b, 40c zum Anschluß der entsprechenden Funkgeräte eingesetzt. Zur Trennung der Impedanzwirkungen und der Signale in den verschiedenen Frequenzbereichen sind die Eingänge der Anpassnetzwerke 29a, 29b, 29c jeweils über eine frequenzselektive Trennschaltung 39a, bzw. 39b, bzw. 39c an das gemeinsame Anschlußtor Tu derart angeschaltet; dass die Anpassungsverhältnisse am Anschlusstor Tu in den Funkfrequenzkanälen der verschiedenen Funkdienste gegenseitig so wenig wie möglich beeinflusst sind.
    Zur Vermeidung der durch Strahlung bedingten Verkopplung zwischen dem Anschlußtor Tu des vertikalen Antennenleiters 20 und den Anschlußtoren T1a, T1b, T2a, T2b der Ringstrukturen 2 werden vorteilhaft in der Nähe der Fußpunkte der Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung 4a jeweils Entkopplungsnetzwerke 42 eingesetzt. Diese sind derart ausgeführt, dass sie für Signale auf der Frequenz eines bidirektionalen Funkbetriebs mit vertikal polarisierten Funkstellen sperrend wirken, für die Frequenz des zirkular polarisierten Satellitenfunksignals jedoch durchlässig sind. Dadurch wird auf vorteihafte Weise bewirkt, dass die über das Umsymmetriernetzwerk 9 an den Toren T1a und T1b vorliegenden Impedanzen weder über ihre Wirkkomponente eine Strahlungsdämpfung auf der Frequenz eines bidirektionalen Funkdienstes noch über unerwünschte Reaktanzen auf einer derartigen Frequenz eine störende Wirkung hervorrufen.
    Liste der Bezeichnungen
  • Ebene 0
  • leitende Grundfläche 1
  • Ringstruktur 2
  • Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung 4a
  • Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung 4b
  • Antennenanschlußstellen 5, 5'
  • erster Antennenanschlußpunkt 5a, 5a'
  • zweiter Antennenanschlußpunkt 5b, 5b'
  • Impedanzanschlußstelle 6, 6'
  • erster Impedanzanschlußpunkt 6a, 6a'
  • zweiter Impedanzanschlußpunkt 6b, 6b'
  • Impedanz 7, 7'
  • vertikale Symmetrielinie 8
  • symmetrische Empfangsspannungen Us
  • unymmetrische Empfangsspannungen Uu
  • Umsymmetriernetzwerk 9
  • Unsymmetrische Leitungen 10a,b
  • Sammelpunkt 11
  • Sammelpunkt für symmetrische Spannungen 11a
  • Sammelpunkt für unsymmetrische Spannungen 11b
  • Symmetriepunkt 12
  • Symmetrische Leitung 13
  • Bauhöhe 14
  • Querabmessung 15
  • Abschnitt 16
  • Anpaßschaltung 17
  • Phasendrehglied 18
  • Summationsschaltung 19
  • vertikaler Antennenleiter 20
  • Leistungsteiler 21
  • Koaxialleitung 22
  • geschirmte Zweidrahtleitung 23
  • Zweidrahtleitung 24
  • Leitungsanschlußstelle 25
  • Anschluß für Zirkularpolarisation 26
  • Leiterplatte 27
  • Umwegleitung 28
  • Anpaßnetzwerk 29
  • Fläche 30
  • Dachkapazität 31
  • Draht-oder streifenförmige Leiter 32
  • Symmetrieebene 33
  • Koppelkapazitäten 34
  • flächige Leiterstrukturen (35)
  • Trennspalten (36)
  • Zentralstruktur (37)
  • Strahlerlänge (43)
  • Strahlerkoppelkapazität (38)
  • frequenzselektive Trennschaltungen (39)
  • Ausgang(40)
  • Blindelemente (41)
  • Entkopplungsnetzwerk (42)
    • Welleneinfall 80
    • Elevationswinkel 81
    • Anschlußtor T1a
    • Anschlußtor T1b
    • Anschlußtor T2a
    • Anschlußtor T2b
    • Anschlußtor Tu
    • symmetrische Spannungen Us
    • unsymmetrische Spannungen Uu Spannung für Zirkularpolarisation Uz

    Claims (37)

    1. Antenne für die mobile Satellitenkommunikation auf einer im wesentlichen horizontal orientierten leitenden Grundfläche (1) bestehend aus im wesentlichen linearen Leiterteilen (4) und einer Antennenanschlußstelle (5)
      dadurch gekennzeichnet, daß
      aus den Leiterteilen mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) und den Leiterteilen mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung (4b) zusammen mit der leitenden Grundfläche (1) eine hochfrequent leitende Ringstruktur (2) gebildet ist und die Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) und die Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung (4b) im wesentlichen in einer senkrecht zur leitenden Grundfläche (1) stehenden Ebene (0) geführt sind und einer der Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) oder einer der Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung (4b) zur Ausbildung der Antennenanschlußstelle (5) unterbrochen ist und durch Unterbrechung einer der Leiterteile (4a), (4b) mindestens eine mit einer Impedanz (7) beschaltete Impedanzanschlußstelle (6) vorhanden ist und die Positionen der Impedanzanschlußstelle (6) und der Antennenanschlußstelle (5) sowie die Impedanz (7) derart gewählt sind, daß für die in der senkrecht zur leitenden Grundfläche (1) stehenden Ebene (0) mit in dieser Ebene polarisierten Wellen für vorgegebene Elevationswinkel (81) des Welleneinfalls (80) die vorgegebenen Antennengewinnwerte eingestellt sind (Fig. 1).
    2. Antenne nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Antennenanschlußstelle (5) im Fußpunkt eines Leiterteils mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) gebildet ist mit einem ersten Antennenanschlußpunkt (5a) am unteren Ende dieses Leiterteils und einem zweiten Antennenanschlußpunkt (5b) an einem hierzu benachbarten Punkt auf der leitenden Grundfläche (1) und die Position der Impedanzanschlußstelle (6) und ein Blindwiderstand als Impedanz (7) derart gewählt sind, daß hiermit eine bezüglich des Zenits gewünschte Unsymmetrie der Strahlungscharakteristik bei ebenso hinreichenden Richtwerten bei niedrigen Elevationswinkeln gebildet ist (Fig. 2).
    3. Antenne nach Anspruch 1 und 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Ringstruktur (2) bezüglich einer auf der leitenden Grundfläche (1) senkrecht stehenden Symmetrielinie (8) symmetrisch ausgebildet ist und somit neben der ersten eine weitere hierzu symmetrische Antennenanschlußstelle (5') am unteren Ende des anderen auf der leitenden Grundfläche (1) auftreffenden Leiterteils vorhanden ist und ebenso eine weitere Impedanzanschlußstelle (6') mit gleichgroßer Impedanz (7') symmetrisch zur ersten vorhanden ist und die Beschaltung der Antennenanschlußstellen (5') derart gewählt ist, daß sich dort symmetrische Spannungen Us einstellen (Fig. 3a).
    4. Antenne nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      ein Umsymmetriernetzwerk (9) zur Beschaltung der Antennenanschlußstellen (5, 5') vorhanden ist an dessen Ausgang an einem Sammelpunkt (11) die eingangsseitig symmetrisch zur Grundfläche (1) ausgebildeten symmetrischen Spannungen Us zusammengefaßt unsymmetrisch verfügbar sind (Fig. 3a).
    5. Antenne nach Anspruch 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das Umsymmetriernetzwerk (9) aus zwei unsymmetrischen Leitungen (10a,b) mit gleichem Wellenwiderstand besteht, von denen jede eingangsseitig an eine Antennenanschlußstelle (5) angeschlossen ist und die am Ausgang parallel geschaltet sind und deren Längen derart gewählt sind, daß sich ihre elektrischen Längen um ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Betriebswellenlänge voneinander unterscheiden (Fig. 3b).
    6. Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Ringstruktur (2) rechteckförmig ausgeführt ist und im Interesse hinreichender Antennengewinnwerte bei niedrigen Elevationswinkeln (81) des Welleneinfalls (80) in Verbindung mit der Forderung nach einer besonders niedrigen Bauhöhe (14) die Querabmessung (15) nicht wesentlich kleiner gewählt ist als eine halbe Betriebswellenlänge (Fig. 5 )
    7. Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Impedanz bzw. die Impedanzen (7) als Kapazitäten ausgeführt sind, deren Wert entsprechend der Forderung nach den in den vorgegebenen Elevationswinkeln des Welleneinfalls (81) zu erreichenden Antennengewinnwerten eingestellt ist (Fig. 1, Fig. 5 ).
    8. Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      zur Erreichung einer hinsichtlich der Gestaltung des Umsymmetriernetzwerks (9) günstigen Antennenimpedanz an der Antennenanschlußstelle (5) als grober Richtwert für die gestreckte Länge (16) des Abschnitts des Leiterteils (4b) mit im wesentlichen vertikaler Ausdehnung zwischen der Antennenanschlußstelle (5) und der Position der Impedanz (7) eine Viertelwellenlänge gewählt ist (Fig. 3a, Fig. 5)
    9. Antenne nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      dem Sammelpunkt (11) eine verlustarme Anpaßschaltung (17) nachgeschaltet ist zur Transformation der am Sammelpunkt (11) vorliegenden komplexen Impedanz in eine reelle, als Leitungswellenwiderstand realisierbare Impedanz (Fig. 5).
    10. Antenne für Zirkularpolarisation,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      zwei gleichartige Antennen nach den Ansprüchen 4 bis 9 vorhanden sind, deren im wesentlichen lineare Leiterteile (4) in aufeinander senkrecht stehenden Ebenen (0) geführt sind und deren Ausgangssignale über ein 90-Grad Phasendrehglied (18) in einer Summationsschaltung (19) zusammengefaßt sind (Fig. 6a, 6c).
    11. Antenne nach Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      beide Antennen auf einer als gedruckte Leiterplatte (27) gestalteten leitenden Grundfläche (1) angebracht sind und das Umsymmetriernetzwerk (9) beider Antennen als Mikrostreifenleitung mit einer Länge von einer halben Wellenlänge und die Anpaßschaltung (17) aus Blindelementen auf dieser Leiterplatte (27) ausgeführt sind und das 90-Grad Phasendrehglied (18) als gedruckte Umwegleitung (28) mit passendem Wellenwiderstand und die Summationsschaltung (19) als einfache Parallelschaltung gedruckter Leitungen realisiert ist (Fig. 6b).
    12. Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 11,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      N gleichartige Antennen nach den Ansprüchen 4 bis 9 vorhanden sind, deren im wesentlichen lineare Leiterteile (4) jeweils in einer Ebene (0) geführt sind und die Ebenen (0) jeweils um den azimutalen Winkel von 360°/N gegeneinander versetzt sind, so daß eine rotationssymmetrische Anordnung um eine vertikale Symmetrielinie (8) gegeben ist in der Weise, daß in dieser Symmetrielinie ein vertikaler Leiter (4a') als allen N Antennen gemeinsam angehöriger Leiterteil mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) vorhanden ist und die Ausgangssignale der Antennen jeweils über Phasendrehglieder (18), deren elektrischer Phasenwinkel gleich dem zugehörigen azimutalen Winkelversatz der zugehörigen Ebene (0) entspricht, in einer Summationsschaltung (19) zusammengefaßt sind (Fig. 7).
    13. Antenne nach Anspruch 12,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      der vertikale Leiter (4a') aufgrund der Rotationssymmetrie der Anordnung resultiert, weggelassen ist (Fig. 8).
    14. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Ringstruktur (2) bezüglich einer auf der leitenden Grundfläche (1) senkrecht stehenden Symmetrielinie (8) symmetrisch ausgebildet ist und die Antennenanschlußstelle (5) im Symmetriepunkt (12) symmetrisch zur Symmetrielinie (8) ausgebildet ist und zu einer ersten Impedanzanschlußstelle (6) eine weitere Impedanzanschlußstelle (6') mit gleich großer Impedanz (7) bezüglich der Symmetrielinie (8) symmetrisch zur ersten vorhanden ist und die Beschaltung der Antennenanschlußstelle (5) derart gewählt ist, daß sich dort bezüglich des Symmetriepunkts (12) symmetrische Spannungen ~Us einstellen (Fig. 4a, 4b).
    15. Antenne nach Anspruch 14,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      an der Antennenanschlußstelle (5) zwei längs der Symmetrielinie (8) zueinander parallel geführte gerade Leiter als eine Zweidrahtleitung (24) angeschlossen sind und an dem der leitenden Grundfläche (1) benachbartem Ende der Zweidrahtleitung (24) eine Leitungsanschlußstelle (25) derart gebildet ist, daß zwischen jedem Leiterende und der leitenden Grundfläche (1) die unsymmetrische Spannung ~Uu und zwischen den beiden Leiterenden die symmetrische Spannung ~Us anliegt (Fig.4b).
    16. Antenne nach Anspruch 15,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die Zweidrahtleitung (24) als eine geschirmte Zweidrahtleitung (23) ausgeführt ist, deren Schirm am anderen Leitungsende mit der Grundfläche (1) verbunden ist (Fig.4c).
    17. Antenne nach Anspruch 16,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      anstelle der geschirmten Zweidrahtleitung (23) zwei zueinander parallel geführte Koaxialleitungen geführt sind, deren Innenleiter jeweils an einem Leitungsende jeweils mit einem Anschluß der Antennenanschlußstelle (5) verbunden ist und deren Außenleiter mit der Grundfläche (1) verbunden ist, sodaß an dieser Stelle zwischen den Innenleitern die symmetrische Spannungen ~Us anliegen und zwischen jedem Innenleiter und der Grundfläche (1) die unsymmetrischen Spannungen ~Uu (Fig. 4d).
    18. Antenne nach einem der Ansprüche 4 und 14 bis 17,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      ein Auskoppelnetzwerk (9a) zur Auskopplung unsymmetrischer Spannungen ~Uu in Kombination mit dem Umsymmetriernetzwerk (9) vorhanden und eingangsseitig mit den Antennenanschlußstellen (5) oder der Leitungsanschlußstelle (25) verbunden ist, an dessen Ausgang an einem ersten Sammelpunkt (11b) die eingangsseitig unsymmetrisch zur Grundfläche (1) ausgebildeten unsymmetrischen Spannungen ~Uu zusammengefaßt unsymmetrisch vorliegen und die symmetrisch zur Grundfläche (1) ausgebildeten symmetrischen Spannungen ~Us am Ausgang des Umsymmetriernetzwerks (9) am zweiten Sammelpunkt für symmetrische Spannungen (11a) unsymmetrisch vorliegen (Fig. 3c, 4d).
    19. Antenne nach Anspruch 18,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      längs der Symmetrielinie (8) ein vertikaler Antennenleiter (20) ausgebildet ist, welcher an einem Ende mit der Ringstruktur (2) verbunden ist und an dem der leitenden Grundflache (1) benachbartem Ende des vertikalen Antennenleiters (20) ein Anschlußtor (Tu) zur Ausbildung einer unsymmetrischen Spannung ~Uu gebildet ist (Fig. 9a, 9b).
    20. Antenne nach Anspruch 19,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      neben dem Umsymmetriernetzwerk (9), welches eingangsseitig an die als erstes Anschlußtor (T1a) und zweites Anschlußtor (T1b) ausgeführten Antennenanschlußstellen (5) angeschlossen ist, und der verlustarmen Anpaßschaltung (17) ein Anpaßnetzwerk (29) zur Gestaltung einer angepaßten Auskopplung der unsymmetrischen Spannung ~Uu vorhanden ist (Fig. 9b).
    21. Antenne nach Anspruch 20 in Verbindung mit Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      der vertikaler Antennenleiter (20) im Kreuzungs- und Symmetriepunkt (12) der beiden Antennen mit diesen verbunden ist (Fig. 10a, 10b).
    22. Antenne für den Empfang von zirkular polarisierten Satellitensignalen nach einem der Anprüche 10, 21 und 22,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      bei einer Länge des Abschnitts (16) von ca. einem Viertel der Betriebswellenlänge der Kapazitätswert der Impedanz (7) derart gewählt ist, daß der Blindwiderstand etwa 5 bis 30 mal größer ist als die Impedanz einer Viertelwellen-Monopolantenne und somit hinreichend groß gewählt ist, daß der Antennengewinn einer unter kleinen Elevationswinkeln einfallender Strahlung und der aus dem Zenit einfallenden Strahlung entsprechend den Anforderungen hinreichend groß ist. (Fig. 6c, 7, 8, 10a, 10b)
    23. Antenne nach Anspruch 19 bis 22
      dadurch gekennzeichnet, daß
      für den zusätzlichen Sende- bzw. Empfangsbetrieb bei Rundstrahlung mit vertikaler Polarisation eine unsymmetrische Spannung ~Uu am Anschlußtor (Tu) eingespeist bzw. entnommen ist (Fig. 10a, 10b).
    24. Antenne nach Anspruch 23
      dadurch gekennzeichnet, daß
      bei Frequenzverschiedenheit der Frequenzen der symmetrischen Spannungen Us und der unsymmetrischen Spannungen Uu zur Verbesserung der durch Restunsymmetrie der Anordnung begrenzten Entkopplung zwischen dem Sammelpunkt für unsymmetrische Spannungen (11b) und dem Sammelpunkt für symmetrische Spannungen (11a) durch frequenzselektive Maßnahmen im Anpaßnetzwerk (29) und oder in der Anpaßschaltung (17) verbessert ist.
    25. Antenne nach Anspruch 3 bis 24
      dadurch gekennzeichnet, daß
      bei Vorhandensein von Diskontinuitäten in der leitenden Grundfläche (1) bzw bei deren Schieflage gegenüber der Horizontalen abweichend von der ansonsten gegebenen Symmetrie der Anordnung die Impedanzen (7) zum Ausgleich der davon herrührenden Störung des Richtdiagramms in den einzelnen Zweigen entsprechend unterschiedlich gewählt werden.
    26. Antenne nach Anspruch 1
      dadurch gekennzeichnet, dass
      dass die Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung (4b) zur Ausbildung einer Dachkapazität (31) flächig ausgestaltet und in einer Fläche (30) geführt sind, welche in einer ihrer Dimensionen im wesentlichen senkrecht zur Ebene (0) orientiert ist (Fig.14a)
    27. Antenne nach Anspruch 26
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung (4b) zur Ausbildung der Dachkapazität (31) aus draht - oder streifenförmigen Leitern (32) gebildet sind. (Fig.14b)
    28. Antenne nach 26 und 27 in Verbindung mit den Ansprüchen 3 bis 9
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Fläche (30) als eine Ebene parallel zur leitenden Grundfläche (1) und vorzugsweise in gedruckter Leitertechnik ausgebildet ist. (Fig.15a, 15b,16)
    29. Antenne nach Anspruch 28
      dadurch gekennzeichnet, dass
      zur Gestaltung der Ringstruktur (2) die Leiterteile mit wesentlicher horizontaler Ausdehnung (4b) und mehrere Impedanzen (7, 7') derart gebildet sind, dass bezüglich der Ebene (0), in welcher die Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) geführt sind, eine auch hinsichtlich der Impedanzwerte der Impedanzen (7, 7') symmetrische Anordnung gegeben ist und die Symmetrie der Anordnung auch bezüglich einer sowohl zur Grundfläche (0) als auch bezüglich der Grundebene (1) senkrecht orientierten Symmetrieebene (33) gegeben ist (Fig. 17a, 17b)
    30. Antenne nach Anspruch 29 in Verbindung mit Anspruch 10
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die beiden gleichartigen Antennen derart gebildet sind, dass durch die Ebene (0) der einen Antenne die Symmetrieebene (33) der anderen Antenne gebildet ist und umgekehrt und die Gesamtanordnung bezüglich der aus der Schnittlinie der Ebene (0) mit der Symmetrieebene (33) der Antennen gebildeten vertikalen Symmetrielinie (8) aus deckungsgleichen Quadranten gestaltet ist. (Fig.17c, 17d))
    31. Antenne nach Anspruch 30
      dadurch gekennzeichnet, dass
      zur Ausbildung der die Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) an deren oberen Ende jeweils belastende Dachkapazitäten (31) geeigneter Größe und zur Ausbildung der Impedanzen (7) als Koppelkapazitäten (34) zur Bildung der Ringstrukturen (2) beider Antennen in der Fläche (30) jeweils voneinander galvanisch getrennte flächige Leiterstrukturen (35) vorhanden sind, deren einander benachbarte Berandungen durch Formgebung und durch die zwischen ihnen liegenden Trennspalten (36) geeignet gestaltet sind. (Fig. 18a,)
    32. Antenne nach Anspruch 30,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      zur Ausbildung der die Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) an deren oberen Ende jeweils belastende Dachkapazitäten (31) geeigneter Größe in der Fläche (30) jeweils voneinander galvanisch getrennte flächige Leiterstrukturen (35) vorhanden sind und eine die vertikale Symmetrielinie (8) umgebende Zentralstruktur (37) vorhanden ist, an welche die Dachkapazitäten (31) zur Ausbildung der Impedanzen (7) als Koppelkapazitäten (34) zur Bildung der Ringstrukturen (2) beider Antennen kapazitiv angekoppelt sind. (Fig.18b)
    33. Antenne nach Anspruch 31 und 32 in Verbindung mit Anspruch 19,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Bereich in unmittelbarer Umgebung der vertikalen Symmetrielinie (8) von Leiterteilen frei gelassen gestaltet ist und der vertikale Antennenleiter (20) jedoch kapazitiv an Teile der Ringstruktur (2), wie z.B. die Zentralstruktur (37) oder die Dachkapazitäten (31) angekoppelt ist und die Strahlerlänge (43) und die Strahlerkoppelkapazität (38) zur Einstellung der kapazitiven Ankopplung im Hinblick auf eine geeignete, am Anschlusstor (Tu) vorliegende Impedanz gewählt sind. (Fig. 19, 20)
    34. Antenne nach Anspruch 10 in Verbindung den Ansprüchen 21 bzw. 30 für den koordinierten und gleichzeitigen Empfang von zirkular polarisierten Satellitenfunksignalen und von in einem, in der Frequenz dicht benachbarten Hochfrequenzband, von terrestrischen Funkstellen ausgestrahlten, vertikal polarisierten Funksignalen,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der vertikale Antennenleiter (20) mit dem Anpassnetzwerk (29) zum Empfang der vertikal polarisierten terrestrischen Funksignale in der unsymmetrischen Spannung Uu und die Antenne mit Anpassschaltung (17), Phasendrehglied (18) und Summationsschaltung (19) zum Empfang der zirkular polarisierten Satellitenfunksignale in der Spannung für Zirkularpolarisation Uz gestaltet ist, wobei unter Ausnutzung der durch die Symmetrie gegebenen Entkopplung keine wirksamen frequenzselektiven Maßnahmen zur gegenseitigen Abgrenzung der Satellitenfunksignale von den terrestrischen Funksignalen gegeben sind (Fig. 10a, 10b, Fig. 19, Fig. 20)
    35. Antenne für nach Anspruch 34 und für den kombinierten bidirektionalen Funkbetrieb mit vertikal polarisierten terrestrischen Funkstellen,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Strahlerlänge (43) des vertikalen Antennenleiters (20) für den Funkdienst mit der niedrigsten Frequenz hinreichend groß gewählt ist und für die Funkdienste entsprechende Anpassnetzwerke (29a, 29b, 29c, ...) mit Ausgängen (40a, 40b, 40c, ...) zum Anschluss der entsprechenden Funkgeräte vorhanden sind und die Eingänge der Anpassnetzwerke (29a, 29b, 29c, ...) jeweils an das Anschlusstor Tu angeschaltet sind und frequenzselektive Trennschaltungen (39a, 39b, 39c, ...) derart enthalten, dass die Anpassungsverhältnisse am Anschlusstor Tu in den Funkfrequenzkanälen der verschiedenen Funkdienste gegenseitig so wenig wie möglich beeinflusst sind. (Fig. 21a, Fig. 22)
    36. Antenne für nach Anspruch 35
      dadurch gekennzeichnet, dass
      zur frequenzselektiven Verkürzung der elektrisch wirksamen Strahlerlänge (43) für höhere Funkkanalfrequenzen in den Längszug des vertikalen Antennenleiters (20) Unterbrechungsstellen mit geeigneten Schaltungen aus Blindelementen (41) eingebracht sind. (Fig. 21a)
    37. Antenne für nach Anspruch 35 und 36
      dadurch gekennzeichnet, dass
      zur Vermeidung der durch Strahlung bedingten Verkopplung zwischen dem Anschlusstor Tu des vertikalen Antennenleiters (20) und den Anschlusstoren T1a, T1b, T2a, T2b der Ringstrukturen (2) in der Nähe der Fußpunkte der Leiterteile mit wesentlicher vertikaler Ausdehnung (4a) jeweils Entkopplungsnetzwerke (42) vorhanden sind, welche für Signale auf der Frequenz eines bidirektionalen Funkbetriebs mit vertikal polarisierten Funkstellen sperrend wirken, für die Frequenz des zirkular polarisierten Satellitenfunksignals jedoch durchlässig gestaltet sind. (Fig. 21b)
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