EP1872437A1 - Gefaltete monopolantenne - Google Patents

Gefaltete monopolantenne

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Publication number
EP1872437A1
EP1872437A1 EP06742223A EP06742223A EP1872437A1 EP 1872437 A1 EP1872437 A1 EP 1872437A1 EP 06742223 A EP06742223 A EP 06742223A EP 06742223 A EP06742223 A EP 06742223A EP 1872437 A1 EP1872437 A1 EP 1872437A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
base plate
antenna
radiator elements
folded monopole
monopole antenna
Prior art date
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Ceased
Application number
EP06742223A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg LOGEMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
EADS Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EADS Deutschland GmbH filed Critical EADS Deutschland GmbH
Publication of EP1872437A1 publication Critical patent/EP1872437A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle mounted on a horizontal surface of the vehicle, e.g. on roof, hood, trunk
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/32—Vertical arrangement of element
    • H01Q9/36—Vertical arrangement of element with top loading
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • 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 a folded monopole antenna according to the preamble of claim 1, in particular for the shortwave region.
  • both radiator elements of the antenna are designed as planar components, wherein the ratio of height to width is less than 5.
  • the overall height of the antenna is, for example, in an advantageous embodiment, only about 1/15 of the lowest operating wavelength.
  • the bandwidth of the antenna is sufficient despite the shortening and there are no additional, negative impact on the efficiency measures for bandwidth increase necessary.
  • the measure contributes to let the roof capacity in the direction perpendicular to the radiator elements protrude beyond the radiator elements.
  • An additional LC element at the feed point of the antenna can also increase the bandwidth.
  • the bandwidth of the antenna is in an advantageous embodiment at least one octave.
  • the height of the two radiators may in particular be less than 1/10 of the lowest operating wavelength of the antenna.
  • the distance of the two radiator elements can advantageously be chosen smaller than 1/5 of the lowest operating wavelength.
  • the length and width of the roof capacity may advantageously be less than 1/10 of the lowest operating wavelength.
  • planar antenna radiators used in the present invention also encompasses those embodiments in which the radiator surfaces have perforations (eg perforated plates) or in the form of lattice-shaped structures (eg mesh wires), as long as only the dimensions of the openings or the lattice constants are significantly lower than the wavelengths used.
  • an antenna suitable in particular for mobile use is realized with a very low overall height, very good efficiency and at the same time a bandwidth of at least one octave. It is particularly, but not exclusively, suitable for shortwave operation.
  • the invention will be described by means of concrete embodiments with reference to FIG. Show it:
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention Faltmonopolantenne.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention Faltmonopolantenne LC element at the feed point.
  • Fig. 1 shows the first embodiment of the antenna according to the invention.
  • the radiator elements 1, 2 of the antenna are formed as vertical sheet metal parts with the dimensions height C and width D. They are arranged parallel to each other at a distance E.
  • the radiator elements are not formed in the form of wires, but as laminar components (height / width ⁇ 5 and preferably height / width> 0.2), which considerably increases the broadband capability of the antenna.
  • the distance E between the two vertical radiator elements 1, 2 determines within certain limits theticianwiderstand the antenna.
  • the entire antenna is mounted on a metal base plate (not shown), which is preferably larger than the dimensions A, B of the horizontal roof capacity 3.
  • a metal base plate (not shown), which is preferably larger than the dimensions A, B of the horizontal roof capacity 3.
  • One of the two vertical radiator elements 1 is conductively connected at its lower edge to the base plate, the other radiator element 2 is not completely guided to the base plate, but remains separated from the base plate by a dielectric (air).
  • the radiator element 2 is slightly bevelled in the embodiment shown. There is the feeding point of the antenna.
  • roof capacity 3 formed as a metal plate with the dimensions A, B.
  • This sheet closes the current path between the vertical radiator elements 1, 2 and also represents by its large dimension a pronounced roof capacity, which - A -
  • the roof capacity extends over the entire width D of the radiator elements and cantilevered at both ends even beyond, so that applies in this embodiment: B> D. Also in the direction perpendicular to the radiator elements, the roof capacity projects beyond the radiator elements, so that applies A> E.
  • a typical dimensioning of the antenna is:
  • an LC element L1, C1 (FIG. 2) or L1, L2, C1 (FIG. 3) can advantageously be used.
  • This causes a transformation of theticianddlingrstandes of about 100 to 200 ohms to the desired 50 ohms and is also dimensioned so that it compensates for the reactive component of the tillddlingwiderstandes the antenna in the desired frequency component.
  • high or low pass circuits are suitable here.
  • the described folding monopole has a capacitive reactive component increasing with increasing frequency above its resonant frequency
  • an adaptation circuit which compensates for this reactive component with a longitudinal inductance is advantageous.
  • Figs. 2 and 3 show two arrangements that meet these requirements.
  • inductance L1 With two inductors L1.L2 (FIG. 3), a somewhat larger bandwidth can be achieved than with an inductance L1 according to FIG. 2.
  • the antenna shows at 0 ° elevation a nearly perfect omnidirectional diagram with vertical polarization.
  • the usual vertically upwards pointing zero point for vertical radiators is deflected in this type of antenna from the vertically fed sheet metal to the grounded vertical sheet to an angle of approximately 45 °.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gefaltete Monopolantenne zum Übertragen und Empfan- gen elektromagnetischer Signale, umfassend: - eine metallische Grundplatte, - zwei im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Grundplatte angeord nete Strahlerelemente (1 ,2), wobei eines der Strahlerelemente (1 ) mit der Grund- platte verbunden ist, und das andere Strahlerelement (2) durch ein Dielektrikum von der Grundplatte getrennt ist, wobei sich an dem der Grundplatte gegenüber liegende Ende des letztgenannten Strahlerelements (2) der Speisepunkt der An tenne befindet, - eine Dachkapazität (3), welche auf den beiden Strahlerelementen (1 ,2) angeord- net ist, wobei die Dachkapazität (3) die beiden Strahlerelemente (1 ,2) über deren gesamter Breite verbindet. Gemäß der Erfindung sind die beiden Strahlerelemente (1 ,2) als flächenhafte Bauteile mit einem Verhältnis von Höhe zu Breite kleiner (5) ausgebildet.

Description

Gefaltete Monopolantenne
Die Erfindung betrifft eine gefaltete Monopolantenne nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 , insbesondere für den Kurzwellenbereich.
Vertikale Faltmonopole in Verbindung mit einer Dachkapazität sind bereits bekannt, z.B. DE-OS 2003789, wo ein Breitband-Faltmonopol beschrieben wird.
Eingeschränkte räumliche Verhältnisse, z.B. beim mobilen Einsatz, machen eine Verkürzung der Antenne nötig. Stark verkürzte Kurzwellenantennen werden üblicherweise mit einem Anpassgerät betrieben, was jedoch zu einer eingeschränkten Bandbreite führt. Durch zusätzliche resistive Lasten kann die Bandbreite zwar erhöht werden, die Antennen verlieren dadurch aber erheblich an Wirkungsgrad.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Antenne zu schaffen, die bei räumlich eingeschränkten Verhältnissen ohne Einschränkung hinsichtlich Bandbreite und Wirkungsgrad betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird mit der Antenne gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß sind beide Strahlerelemente der Antenne als flächenhafte Bauteile ausgebildet, wobei das Verhältnis von Höhe zu Breite kleiner 5 ist. Durch diese Maßnahme wird es möglich, die Höhe der Antenne sehr gering zu halten, so dass sie z.B. in Fahrzeugen mit Kunststoff dach untergebracht werden kann. Die Bauhöhe der Antenne beträgt z.B. in einer vorteilhaften Ausführung nur ca. 1/15 der niedrigsten Betriebswellenlänge. Die Bandbreite der Antenne ist trotz der Verkürzung ausreichend und es sind keine zusätzlichen, den Wirkungsgrad negativ beeinflussenden Maßnahmen zur Bandbreitenerhöhung nötig. Zur weiteren Verbesserung der Bandbreite trägt die Maßnahme bei, die Dachkapazität in Richtung senkrecht zu den Strahlerelementen über die Strahlerelemente hinauskragen zu lassen.
Durch eine zusätzliches LC-Glied am Speisepunkt der Antenne kann die Bandbreite ebenfalls noch erhöht werden.
Die Bandbreite der Antenne beträgt in einer vorteilhaften Ausführung mindestens eine Oktave.
Die Höhe der beiden Strahler kann insbesondere kleiner als 1/10 der niedrigsten Betriebswellenlänge der Antenne sein.
Der Abstand der beiden Strahlerelemente kann vorteilhaft kleiner als 1/5 der niedrigsten Betriebswellenlänge gewählt werden.
Länge und Breite der Dachkapazität können vorteilhaft geringer als 1/10 der niedrigsten Betriebswellenlänge sein.
Nur zur Klarstellung wird darauf hingewiesen, dass der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff von flächenhaften Antennenstrahlern auch solche Ausführungen mit umfasst, bei der die Strahlerflächen Durchbrechungen aufweisen (z.B. Lochbleche) oder in Form von gitterförmigen Strukturen vorliegen (z.B. Maschendrähte), solange nur die Dimensionen der Durchbrechungen bzw. der Gitterkonstanten wesentlich geringer sind als die verwendeten Wellenlängen.
Mit der Erfindung wird eine insbesondere für mobile Einsätze geeignete Antenne mit sehr niedriger Aufbauhöhe, sehr gutem Wirkungsgrad und gleichzeitig einer Bandbreite von mindestens einer Oktave realisiert. Sie ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für den Kurzwellenbetrieb geeignet. Die Erfindung wird anhand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Fig. beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Faltmonopolantenne; Fig. 2 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Faltmonopolantenne mit LC-Glied am Speisepunkt.
Fig. 1 zeigt die erste Ausführung der erfindungsgemäßen Antenne. Die Strahlerelemente 1 ,2 der Antenne sind ausgebildet als senkrechte Blechteile mit den Dimensionen Höhe C und Breite D. Sie sind parallel zueinander im Abstand E angeordnet. Die Strahlerelemente sind nicht in der Form von Drähten, sondern als flächenhafte Bauteile ausgebildet (Höhe/Breite < 5 und bevorzugt Höhe/Breite > 0,2), was die Breitbandigkeit der Antenne erheblich erhöht. Der Abstand E zwischen den beiden vertikalen Strahlerelementen 1 ,2 bestimmt in gewissen Grenzen den Fußpunktwiderstand der Antenne.
Die ganze Antenne ist auf einer metallenen Grundplatte (nicht dargestellt) montiert, die bevorzugt größer als die Dimensionen A,B der horizontalen Dachkapazität 3 ist. Einer der beiden vertikalen Strahlerelemente 1 ist an seiner unteren Kante mit der Grundplatte leitend verbunden, das andere Strahlerelement 2 wird nicht vollständig an die Grundplatte geführt, sondern bleibt von der Grundplatte durch ein Dielektrikum (Luft) getrennt. An der der Grundplatte gegenüberliegenden Kante des Strahlerelements 2 ist das Strahlerelement 2 in der gezeigten Ausführung etwas angeschrägt. Dort befindet sich der Speisepunkt der Antenne.
Auf den beiden vertikalen Strahlerelementen ruht die bereits erwähnte Dachkapazität 3, ausgebildet als Blechplatte mit den Dimensionen A,B. Dieses Blech schließt den Strompfad zwischen den vertikalen Strahlerelementen 1 ,2 und stellt außerdem durch seine großflächige Abmessung eine ausgeprägte Dachkapazität dar, welche - A -
wesentlich zur geringen Bauhöhe der Antenne beiträgt. Die Dachkapazität erstreckt sich dabei über die gesamte Breite D der Strahlerelemente und kragt an beiden Enden noch darüber hinaus, so dass in dieser Ausführung gilt: B > D. Auch in Richtung senkrecht zu den Strahlerelementen kragt die Dachkapazität über die Strahlerelemente hinaus, so dass gilt A > E.
Eine typisch Dimensionierung der Antenne ist:
C = D = — - λ A = 5 = 0,15i E = —Ä
15 11 A = kleinste Betriebswellenlänge in m.
Diese Dimensionierungen sind ungefähre Richtwerte und von der elektrischen Umgebung abhängig. Andere vorteilhafte Dimensionierungen erhält man z.B. bei einem größeren Wert für C und gleichzeitig kleineren Werten für A und B.
Zum Erreichen der gewünschten Bandbreite von 1 Oktave oder mehr kann vorteilhaft ein LC-Glied L1 , C1 (Fig.2) oder L1 , L2, C1 (Fig.3) eingesetzt werden. Dieses bewirkt eine Transformation des Fußpunktwiderstandes von ca. 100 bis 200 Ohm auf die gewünschten 50 Ohm und ist gleichzeitig so dimensioniert, dass es den Blindanteil des Fußpunktwiderstandes der Antenne im gewünschten Frequenzanteil kompensiert. Grundsätzlich sind hier Hoch- oder Tiefpassschaltungen geeignet. Da der beschriebene Faltmonopol oberhalb seiner Resonanzfrequenz jedoch einen mit steigender Frequenz zunehmenden kapazitiven Blindanteil aufweist, ist eine Anpassschaltung vorteilhaft, die diesen Blindanteil mit einer Längsinduktivität kompensiert. Fig. 2 und 3 zeigen zwei Anordnungen, die diese Anforderungen erfüllen. Mit zwei Induktivitäten L1.L2 (Fig.3) lässt sich eine noch etwas größere Bandbreite erzielen als mit einer Induktivität L1 gemäß Fig. 2. Die Antenne zeigt bei 0° Elevation ein nahezu perfektes Rundstrahldiagramm mit vertikaler Polarisation. Die bei Vertikalstrahlern übliche senkrecht nach oben weisende Nullstelle wird bei diesem Antennentyp vom vertikalen eingespeisten Blech zum geerdeten Vertikalblech hin auf einen Winkel von ca. 45° abgelenkt.

Claims

Patentansprüche
1. Gefaltete Monopolantenne zum Übertragen und Empfangen elektromagnetischer Signale, umfassend: - eine metallische Grundplatte,
- zwei im wesentlichen parallel zueinander und senkrecht zur Grundplatte angeordnete Strahlerelemente (1 ,2), wobei eines der Strahlerelemente (1) mit der Grundplatte verbunden ist, und das andere Strahlereiement (2) durch ein Dielektrikum von der Grundplatte getrennt ist, wobei sich an dem der Grundplatte gegenüberliegende Ende des letztgenannten Strahlerelements (2) der Speisepunkt der Antenne befindet,
- eine Dachkapazität (3), welche auf den beiden Strahlerelementen (1 ,2) angeordnet ist, wobei die Dachkapazität (3) die beiden Strahlerelemente (1 ,2) über deren gesamter Breite verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Strahlerelemente (1 ,2) flächenhafte Bauteile mit einem Verhältnis von Höhe zu Breite kleiner 5 sind.
2. Gefaltete Monopolantenne nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dachkapazität (3) in Richtung senkrecht zu den Strahlerelementen (1 ,2) über die Strahlerelemente hinauskragt.
3. Gefaltete Monopolantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der beiden Strahlerelemente (1 ,2) kleiner als 1/10 der niedrigsten Betriebswellenlänge der Antenne ist.
4. Gefaltete Monopolantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der beiden Strahlerelemente (1 ,2) kleiner als 1/5 der niedrigsten Betriebswellenlänge ist.
5. Gefaltete Monopolantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Länge und Breite der Dachkapazität (3) kleiner als 1/10 der niedrigsten Betriebswellenlänge ist.
6. Gefaltete Monopolantenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Speisepunkt der Antenne ein LC-Glied vorhanden ist.
EP06742223A 2005-04-21 2006-04-06 Gefaltete monopolantenne Ceased EP1872437A1 (de)

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