EP2693565A1 - Electrical radiator for vertically polarised radio signals - Google Patents

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EP2693565A1
EP2693565A1 EP13177848.2A EP13177848A EP2693565A1 EP 2693565 A1 EP2693565 A1 EP 2693565A1 EP 13177848 A EP13177848 A EP 13177848A EP 2693565 A1 EP2693565 A1 EP 2693565A1
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EP
European Patent Office
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radiator
vertical
frequency
conductor
ring conductor
Prior art date
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Application number
EP13177848.2A
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German (de)
French (fr)
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EP2693565B1 (en
Inventor
Stefan Lindenmeier
Heinz Lindenmeier
Jochen Hopf
Leopold Reiter
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Delphi Deutschland GmbH
Original Assignee
Delphi Deutschland GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H01Q1/325Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the location of the antenna on the vehicle
    • H01Q1/3275Adaptation 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

Definitions

  • the invention relates to an electric radiator for vertically polarized radio signals for a radio service with a narrow frequency bandwidth around a frequency fo with the free space wavelength ⁇ o in the GHZ range for the preferred use on vehicles.
  • vehicle antennas it is important for vehicle antennas to create antennas with filigree structures for the individual radio services, which can be combined with antennas for other radio services, in particular with the smallest possible height and often with a small footprint, in order to design combination antennas with a small space requirement as a whole .
  • Such combination antennas are optionally covered with a plastic sheath as Radom or even deepened introduced into a molding of the body as a cavity.
  • the design of vehicle antennas has a high demand on their mechanical stability and vibration resistance.
  • the profitability in the production of crucial importance for the reception of all the above-mentioned radio services due to the mass-produced antennas.
  • the impedance of a known capacitive emitter with roof capacitance with inductance Lm 15 for example generating a resonance at a frequency of fo of about 1.5 GHz in the frequency band of a radio service in question, as in FIG. 4a , is therefore very unfavorable especially in the mechanical dimensions given there and the electrically small height h / ⁇ o of about 1/20.
  • the mechanical instability which is accompanied by the structure of the with the roof capacity at the top mechanically loaded spotlight.
  • this radiator is to be used below as a reference radiator 29.
  • the (electrically small) radiator 1 for vertically polarized radio signals for a narrow bandwidth radio service by a frequency f o with the free space wavelength ⁇ o in the GHZ range comprises a substantially horizontally oriented conductor loop arranged above a conductive base surface 6 Radiator feed 5 for electromagnetic excitation of the conductor loop relative to the conductive base 6.
  • the conductor loop is designed by a polygonal or elliptical / circular closed ring conductor 2 n a substantially horizontal plane with the height h smaller ⁇ o / 6 over the conductive base 6 extending.
  • Distributed at the circumference of the ring conductor 2 are at least three electromagnetically coupled to conductor loop coupling points 7 and to the conductive base 6 extending towards vertical radiators 4, 4b, 4c, 4d, wherein at least two of the vertical radiator 4b, 4c and optionally 4d are electrically coupled to the electrically conductive base 6 at ground connection points 3b, 3c, 3d and a vertical radiator 4a is excited via the radiator feed 5 at its lower end.
  • the vertical radiator 4b, 4c, 4d which is coupled to the electrically conductive base area 6 between its conductor loop crosspoints 7a, 7b, 7c, 7d and which are each coupled to a ground terminal 3b, 3c, 3d, and which is excited by the radiator feed point 5, between its Conductor loop coupling point 7a and the radiator feed 5 each have inductively active components 13a, 13b, 13c, 13d, so that at the radiator feed 5 at the frequency fo a low-impedance resonance is given by the character of a series resonance.
  • the additional advantage that the radiator gain in flat radiation even at very low electric radiator height can be made larger by flattening the vertical directional diagram with azimuthal omnidirectional characteristics than with an elementary radiator.
  • the radiator can be made as a filigree yet mechanically stable structure, which allows the combination with another vertically polarized antenna.
  • a particular advantage in this case shows the possibility of an extremely economical way of producing the radiator in large numbers, which is particularly important for use in vehicles of particular importance.
  • the radiator according to the invention can be designed by little complicated complementary measures for an additional wider frequency range as a circularly polarized antenna, in particular for the reception of satellite radio signals.
  • a significant advantage of a radiator according to the invention is further given by the possibility that the remaining free in the center of the loop area on the base can be largely used for attaching additional combined antennas for additional other radio services.
  • the ring conductor (2) may be formed by a closed wire ring and coupled to the vertical radiators by galvanic connection.
  • radiator 29 in FIG. 4a consists of the radiator according to the invention in the FIGS. 1 and 4b from a ring conductor 2, on whose circumference at least three vertical radiators 4a, 4b, 4c and 4d are arranged, wherein the ring line 2 is excited via one of the vertical radiators 4a and the other vertical radiators 4b, 4c and 4d respectively via an inductance 15 are electrically conductively connected to the conductive base 6.
  • the vertical radiators 4a-c and d azimuthally distributed approximately the same and the inductance 15 of all radiators are chosen approximately equal.
  • the real part the impedance at the radiator feed 5 is about the square of the number N of the vertical radiator greater than a reference radiator 29 of the same geometric height h according to equation (2), so that at electrically low height h / ⁇ o and with a suitable choice of the number N of the vertical Emitter 4, the emitter impedance can be designed much closer to the target impedance ZL for impedance matching.
  • Rs ZL rsm ZL * N 2 ⁇ 32 * H ⁇ ⁇ O 2 * N 2
  • a comparison of the bandwidths of the impedance curves in the FIGS. 4b for the radiator according to the invention with the inductors 15 of about 25nH each and in FIG. 4a for the reference radiator 29, within the detectable accuracy, the same values for the relative bandwidth of Brel 3.6% are obtained. This is determined in each case by the frequency spacings of the impedances with + 45 ° and -45 ° phase around the resonance frequency fo -1.5 GHz.
  • an antenna based on the reference radiator 29 with a matching network 35 for transforming the radiator impedance into the target impedance ZL undergoes a bandwidth reduction, which is not subject to a radiator according to the invention due to its favorable radiator impedance.
  • the additional advantage that the bandwidth factor is practically independent of the conductor width 8 in FIG. 2 . If the vertical radiators 4a-d according to the invention are attached approximately to the outer boundary of the ring line 2, then the currents on the outer boundary of the ring line contribute to the formation of the radiator properties, so that the bandwidth factor of the conductor width 8 is virtually independent to the special case that the ring conductor by a closed area, as in FIG. 6b , is formed.
  • the impedances of the radiators according to the invention in the FIGS. 4b . 6a and 6b show in comparison with increasing ring conductor width 8 only insignificantly changing resonance resistance Rs at the frequency fo.
  • the bandwidth of the radiator according to the invention is mainly dependent on the relative radiator height, ie with (h / ⁇ o) 2 and the capacitance of the ring conductor 2 according to its outer boundary.
  • it is practically independent of the ring conductor width 8 and the diameter d of a mechanically intrinsically stable wire-shaped ring conductor 2, as can be seen from a comparison of the in the FIGS. 6a and 6b specified bandwidths. This results in the significant advantage in designing an antenna for vehicles that the space in the center Z of the radiator can be provided for combination with other radiators for other radio services.
  • the inventive advantage of the effortless adaptation of the impedance of the radiator according to the invention to ZL 50 ohms with respect to the reference radiator 29 with a VSWR value of more than 20 dB.
  • the VSWR values of the reference radiator 29 are far greater than the resonance frequency on average by about 20 dB, so that a radiator according to the invention is much more decoupled from adjacent antennas for other radio services, such as telephone services with strong transmission radiation.
  • the resonance resistance is within a large value range of h ', which is of interest for practical use.
  • h / ⁇ o near the Target resistance ZL can be designed.
  • the dot-dash curve for the impedance of the monopole with roofing capacity as a reference radiator 29 with the same external dimensions shows the comparison of more than an order of magnitude deviating low values.
  • FIG. 7 the vertical radiation pattern of a radiator according to the invention is shown with an advantageously increased gain over a prior art antenna according to the prior art and
  • FIG. 8 shows the azimuthal circular diagram with the azimuthal fluctuation Gmax-Gmin ⁇ 0.26 dB.
  • the gain increase in the frequency environment of the resonant frequency f o is due to the spacing of the vertical radiators 4a-4c and their action as a radiator group with co-excited currents, but on the other hand causes only the above-mentioned slight azimuthal gain fluctuation at not too great a distance.
  • the advantage associated with the radiator according to the invention is that the transverse extent of the ring conductor 2, which is related to the wavelength ⁇ o, is not limited to similarly small values, as is the case for its height h. This makes it possible to increase the bandwidth of the radiator at the same relative radiator height h / ⁇ o, or alternatively to reduce the height further with the same bandwidth.
  • the in the FIGS. 4b . 6a and 6b given relative bandwidths Brel ⁇ 3,6% about the ratio between the length of the square boundary of the ring line 2 to the circumference of the circular loop smaller.
  • the capacity of the ring conductor 2 is thus given approximately by the extended length of its outer boundary and contributes linearly to the formation of the bandwidth B of the impedance around the resonance frequency fo.
  • the azimuthal radiation pattern is given even with comparatively large transverse expansions of the ring conductor 2 as a circular diagram.
  • the ring conductor 2 is designed as a closed approximately wire-shaped ring, with which the vertical radiator 4 are galvanically connected.
  • This ring conductor 2 with radiators 4 can be economically punched from sheet metal and produced by subsequent bending of the radiator 4.
  • the conductive base in the region of the radiator 1 is designed as a printed circuit board.
  • the prefabricated radiator part can be easily connected to the lower ends of the vertical radiators with the inductors 15 - for example by soldering - whereby a mechanically extremely stable radiator construction is given.
  • This mechanical stability is of great advantage, in particular with regard to the narrow relative bandwidth of some radio services, which counteracts detuning due to mechanical vibrations and ensures high reproducibility in the production process.
  • the ring conductor 2 in the horizontal plane surface and its outer boundary in Be designed substantially symmetrically to its center Z, wherein the inner boundary of the ring conductor 2 inner is designed in such a way that along the circumference of the ring conductor width B is smaller than 1/4 of the measured over the center Z horizontal extension of the ring conductor.
  • the space around the center Z of the ring conductor 2 is advantageously available for the exemplary design of further antennas.
  • the similarity of the currents in the vertical radiators 4 is important for the resulting optimal support of the vertically polarized radiation.
  • This is particularly advantageous to achieve when the ring conductor 2 is circular or designed as a regular polygon with N corners and over the circumference L of the circle or at the corners of the N-corner over the circumference of the length L of the ring conductor 2 in number N mutually identical vertical radiators 4a-d in the same length elongated lengths L / N of the structure away from each other via the conductor loop coupling points 7a-d to the ring conductor 2 are galvanically coupled 6.
  • the resonance at the frequency fo is brought about by designing the inductively active components 13a-d of the vertical radiators 4a-d.
  • the vertical radiators 4a-d can likewise be connected in each case at an interruption point with an inductance 15a-d of the inductive components 13a-d necessary for this purpose.
  • the components 13a-d inductively active in the vertical radiators 4b-d have approximately the same size in all vertical radiators 4a-d, so that-as already stated above-at resonance in these radiators 4a-d flow equal direction currents of about the same size.
  • this condition is not necessarily met meticulously for a basic perception of the advantages achieved by the invention in terms of a favorable radiator impedance.
  • optimum conditions can be achieved with regard to the radiator impedance and the azimuthal directional independence of the directional diagram.
  • the choice of an interruption point for switching on concentrated inductive components is carried out for the production of the radiator 1 particularly low at the lower end of a rod-shaped vertical radiator 4a-d.
  • the other terminal of the radiator feed 5 is formed on the conductive base 6.
  • the inductors 15a-d can advantageously be designed as printed inductances 32a-d on the electrically conductive base 6 designed as an electrically conductive printed circuit board, each at one end with the vertical radiator 4a-d and at the other End are connected to the electrically conductive base 6 and also designed on the coated circuit board a connection of the radiator feed 5.
  • the inductors 32a-d can be omitted if the inductively active components 13a-13d are each realized by shaping the vertical radiators 20.
  • vertical radiator parts 20 and horizontally extending radiator parts 21 are formed, so that the in FIG. 1 shown necessary inductive components 13a - 13c are achieved even at a small height h.
  • the design of the vertical radiator parts 20 and the horizontally extending radiator parts 21 in FIG. 9 also combined by oblique radiator parts 22, as in FIG. 10 represented, or carried by meandering radiator parts.
  • a radiator 1 with such vertical radiators 4a-c can be produced, for example, economically from a piece punched from sheet metal and subsequent bending, and the vertical radiators are connected at their lower end to the conductive base 6 or to the radiator junction 5 formed there.
  • a particularly economical solution for use in vehicles is to be achieved by choosing the appropriate dimensions of the radiator 1 in such a way that at the radiator feed 5 adaptation to ZL without matching network 35 is given and the radiator feed 5 -.
  • the antenna connection point 34 forms an antenna 36 adapted to ZL.
  • the impedance matching to ZL can be effected simply by selecting the resonant frequency fo in such a way that the slight detuning of the resonance of the radiator between the radiator feed point 5 occurs at a slightly higher frequency f in the frequency band of the radio service and the adjacent ground terminal 3a occurring impedance is inductive.
  • impedance matching to ZL can be achieved in a simple manner, whereby the radiator feed point 5 likewise forms the antenna connection point 34 of an antenna 36 adapted to ZL.
  • the ring conductor 2 is designed as a square, at the corners of each a ring line crosspoint 7 with a galvanically connected there vertical radiator 4, 4a-d is formed.
  • Three of the radiators 4, 4b-d are connected to the electrically conductive base 6 for coupling to a ground terminal 3b-d via an inductor 13b-d to the ground terminal 3b-d and a radiator 4, 4a, optionally over an inductor 13a connected to the radiator feed 5.
  • the resonance frequency fo is approximately equal to the center frequency f of the service and the pages of The squares are approximately equal to ⁇ o / 10 and the heights h, 9 are approximately equal to ⁇ o / 20.
  • a radiator with these external dimensions can advantageously be designed in such a way that there is impedance matching at ZL at the radiator feed point 5 and thus the antenna connection point 34 is provided by the latter.
  • a radiator according to the invention advantageously offers the possibility of sunk the radiator and to integrate without significant loss of its radiation properties in the vehicle body.
  • the ring conductor 2 in a further horizontal loop level E in height h, 9 extending over the cavity base surface 6a introduced in such a manner that the conductive cavity base surface 6a, the projection surface of the ring conductor 2 at the lying below the conductive surface plane E1 base surface plane E2 at least covers and the cavity side surfaces 40 at each point a contour in have the way that a sufficiently large cavity spacing 10 between the ring conductor 2 and the cavity 38 is given at each point.
  • a sinking of the radiation resistance Rs is associated with the recessed installation of a radiator.
  • the increase of the radiation resistance by a factor N 2 according to the invention relative to a reference radiator 29 is of particular importance.
  • the emitter 1 which is designed for vertical polarization for a radio service to the frequency fo, extended in its function for the reception of circularly polarized satellite radio signals of a satellite service at a frequency fs> fo, as exemplified in Fig. 14 is shown.
  • the phases of the currents in these radiators are adjusted in such a way that the ring conductor 2 is operated together with the conductive base 6 as a loop, so that at the frequency fs a resonant structure is formed in such a way that is adjusted by feeding via one of the vertical radiator 4d with radiator feed 5 on the loop the current distribution of a current line wave in a single direction of rotation, the phase difference over an azimuthal cycle is just 2 ⁇ ,
  • the supply of the radiator for the function of the circular polarization can also be done at the radiator feed point 5 in an advantageous manner.
  • a radiator for the reception of circularly polarized satellite signals is known from DE 10 2009 040 910
  • the feed is given to a vertical radiator via a capacitance and the connection of the other radiator to the electrically conductive base surface 6 also over capacity.
  • Is the inductors 15a-d of the coupled to the conductive ground plane vertical radiator 4a-c and the one vertical radiator 4d with radiator feed 5 each have a capacitive element 26a-d connected in parallel.
  • the space which can be designed in the center of the ring conductor 2 is used for attaching a further vertically polarized antenna, as shown by way of example in FIG 15A is shown with a rod-shaped antenna 28.
  • a vertical substantially rod-shaped antenna for at least one further radio service can advantageously be designed along a vertical center line VZ.
  • the frequency-selective dipoles 25 are low impedance in the frequency ranges of the other radio services and in the frequency range which is associated with the radiator 1 with ring conductor 2, high-impedance perform.
  • the design of rod-shaped, radiation-isolated antennas bridged by frequency-selectively bridged interruption points is known from the DE103 04 911 ,
  • the ring conductor 2 can essentially be defined by the boundary of a closed conductive surface, as in FIG Fig. 3 , the ring line coupling points 7a, 7b, 7c, 7d are each formed in the vicinity of this boundary.
  • the electrical properties such. As the radiation resistance Rs at the resonant frequency fo, are only insignificantly influenced by the representation of the ring conductor 2 as a closed surface due to the essential for the function currents along the boundary of the surface. This also applies to the relative radiator bandwidth Brel.
  • the bandwidth B can theoretically by a factor of 2 ⁇ / In2 be increased by additions to a matching network at the antenna connection point 34 assuming an arbitrarily complicated, but lossless matching network, as cited in the cited document in the AEÜ is.
  • the magnification factors that can be achieved in practice are all the smaller, with reasonable economic outlay, the further the radiator impedance deviates from the target impedance ZL.
  • losses increase the bandwidth, but to the same extent reduce the radiation gain of an antenna.
  • the radiator 1 according to the invention is always superior to the reference radiator 29 with matching network even when supplementing with a matching network and taking into account losses in terms of radiation gain and achievable bandwidth.

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Abstract

The emitter (1) has polygonal or elliptical/circular closed ring conductor that forms horizontally oriented conductor loop. Three vertical emitters (4a,4b) are electromagnetically coupled to ring conductor at conductor loop coupling points (7a-7c). The vertical emitters are coupled to electrically conductive base area (6) between coupling points and earth terminal point (3a-3c). The vertical emitter is excited via emitter infeed point (5), so that low-resistance resonance provided with character of series resonance is provided at infeed point.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Strahler für vertikal polarisierte Funksignale für einen Funkdienst mit schmaler Frequenzbandbreite um eine Frequenz fo mit der Freiraum-Wellenlänge λo im GHZ-Bereich für die bevorzugte Verwendung auf Fahrzeugen.The invention relates to an electric radiator for vertically polarized radio signals for a radio service with a narrow frequency bandwidth around a frequency fo with the free space wavelength λo in the GHZ range for the preferred use on vehicles.

Bedingt durch die Vielzahl der Funkdienste, deren Verfügbarkeit im Fahrzeug unabdingbar geworden ist, kommt es bei der Gestaltung von Antennen insbesondere auf kleines Bauvolumen in Verbindung mit möglichst kleiner Höhe an. Vielfach ist es bei guter Antennenleistung nicht möglich und nicht zweckmäßig, eine Anzahl in jeweils relativ schmalen, jedoch in der Frequenz relativ weit voneinander liegenden Frequenzbereichen operierenden Funkdiensten mit einer breitbandig arbeitenden Antenne abzudecken. Vielfach werden die Funksignale der verschiedenen Funkdienste auch mit unterschiedlicher Polarisation ausgestrahlt, so dass es nicht zweckmäßig ist, den verschiedenen Anforderungen mit einer Antenne gerecht zu werden. Vielmehr kommt es für Fahrzeugantennen darauf an, für die einzelnen Funkdienste Antennen mit filigranen Strukturen zu schaffen, welche insbesondere bei immer möglichst kleiner Höhe und häufig bei kleiner Grundfläche mit Antennen für andere Funkdienste kombiniert werden können, um in der Gesamtheit Kombinationsantennen mit kleinem Raumbedarf zu gestalten. Solche Kombinationsantennen werden gegebenenfalls mit einer Plastikhülle als Radom abgedeckt oder gar vertieft in eine Ausformung der Karosserie als Kavität eingebracht. Zusätzlich wird an die Konstruktion von Fahrzeugantennen ein hoher Anspruch an deren mechanische Stabilität und Erschütterungsfestigkeit gestellt. Die beispielhafte Betrachtung von nur einigen Antennen der vielfach für das Fahrzeug geforderten Funkdienste im Dezimeter-Wellenbereich, wie Antennen für die Mobilfunkdienste GSM und den in der Frequenzbandbreite schmalen digitalen Rundfunkdienst im L-Band bei ca. 1,5 GHz mit jeweils mit vertikaler Polarisation ausgestrahlten Funksignalen sowie den schmalbandigen digitalen Satelliten-Rundfunkdienst SDARS bei ca. 2,3 GHz , dessen Signale in zirkularer Polarisation vom Satelliten ausgestrahlt werden, lässt erkennen, dass die Schaffung einer einzelnen Breitbandantenne zur Abdeckung aller Funkdienstezu zu schier unüberwindlichen Schwierigkeiten führen würde. Zusätzlich ist für den Empfang aller genannten Funkdienste aufgrund der in Großserie hergestellten Antennen die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung von ausschlaggebender Bedeutung.Due to the large number of radio services, the availability of which has become indispensable in the vehicle, in the design of antennas it is particularly important to have a small construction volume in conjunction with the smallest possible height. In many cases it is not possible with good antenna performance and not appropriate to cover a number in each case relatively narrow, but in the frequency relatively widely spaced frequency ranges operating radio services with a broadband antenna. In many cases, the radio signals of the various radio services are also broadcast with different polarization, so that it is not appropriate to meet the various requirements with an antenna. Rather, it is important for vehicle antennas to create antennas with filigree structures for the individual radio services, which can be combined with antennas for other radio services, in particular with the smallest possible height and often with a small footprint, in order to design combination antennas with a small space requirement as a whole , Such combination antennas are optionally covered with a plastic sheath as Radom or even deepened introduced into a molding of the body as a cavity. In addition, the design of vehicle antennas has a high demand on their mechanical stability and vibration resistance. The exemplary consideration of only a few antennas of the radio frequency services required in the decimetre waveguide, such as antennas for the GSM mobile services and the narrow band in the L-band digital broadcasting service at about 1.5 GHz, each with vertical polarization radiated Radio signals and the SDARS narrowband digital satellite broadcasting service at approximately 2.3 GHz, whose signals are broadcast in circular polarization from the satellite, indicate that the creation of a single broadband antenna to cover all radio services would lead to insurmountable difficulties. In addition, for the reception of all the above-mentioned radio services due to the mass-produced antennas, the profitability in the production of crucial importance.

Für den Mobilfunkdienst GSM werden seit langem vertikale Strahler eingesetzt, wie sie zum Beispiel in der EP 1 445828 beschrieben sind. Zur Verkleinerung solcher Strahler kann eine Dachkapazität zur Anwendung kommen, wie sie zum Beispiel auch in Meinke-Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag 1986, N16 , Tabelle 1 sowie im Zusammenhang dort mit Bild 6 für den Elementarstrahler beschrieben ist. Die minimal erforderliche Höhe h eines solchen elektrisch kurzen Monopol-Strahlers, wenn er durch eine Induktivität 15, wie in Figur 4a, mit dem Induktivitätswert Lm ergänzt ist, bemisst sich an dem Frequenz-Bandbreitenbedarf B für den betroffenen Funkdienst bei dessen Mittenfrequenz fo mit der Freiraumwellenlänge λo. Dieser Zusammenhang zwischen der relativen Strahlerbandbreite Brel = B/fo, dem Strahlungswiderstand Rsm und seiner Kapazität Csm ist in Archiv für Elektronik und Übertragung (AEÜ) in Band 30, (1976 ), Heft 9, dort in Gleichung 11, dargestellt und beträgt unter Berücksichtigung der bekannten Beziehung für den Strahlungswiderstand, Rsm = 160*π2*(hem/ λo)2 Ohm, des kurzen Monopolstrahlers mit seiner effektiven Höhe hem B fo = hem 2 * Cs * fo 3 * Zo co 2 * π 2 * 8 3 = hem 2 * Cs * k = BFm * k

Figure imgb0001

mit Zo = 120π Ohm = Feldwellenwiderstand des freien Raums und der Lichtgeschwindigkeit co.For the mobile service GSM long since vertical emitters are used, as for example in the EP 1 445828 are described. To reduce such emitters, a roofing capacity can be used, as for example in Meinke-Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag 1986, N16 , Table 1 and in connection there with Figure 6 is described for the elementary radiator. The minimum required height h of such an electrically short monopole radiator, when passing through an inductance 15, as in FIG. 4a , is supplemented with the inductance value Lm, is measured at the frequency bandwidth requirement B for the affected service at its center frequency fo with the free space wavelength λo. This relationship between the relative radiator bandwidth Brel = B / fo, the radiation resistance Rsm and its capacitance Csm is in Archive for Electronics and Transmission (AEÜ) in Volume 30, (1976 No. 9, there in equation 11, and taking into account the known relationship for the radiation resistance, Rsm = 160 * π 2 * (hem / λo) 2 ohms, of the short monopole radiator with its effective height hem B fo = hem 2 * Cs * fo 3 * Zo co 2 * π 2 * 8th 3 = hem 2 * Cs * k = BFM * k
Figure imgb0001

with Zo = 120π ohm = field wave resistance of free space and the speed of light co.

Die ausschlaggebenden mechanischen Abmessungen der Antenne sind für die hier durchgeführten Betrachtungen ausschließlich in dem Ausdruck für den Bandbreitenfaktor BFm in Klammern enthalten, wobei bei hinreichend großer Dachkapazität Cs die effektive Höhe hem des Monopolstrahlers seiner geometrischen Höhe h gleichkommt. Für die Erfüllung der relativen Bandbreite eines elektrisch kurzen Strahlers für einen bestimmten Funkdienst mit der Mittenfrequenz fo kann somit der Term außerhalb des Klammerausdrucks "Bandbreitenfaktor" = BFm für den Monopol zu einer von seinen Abmessungen unabhängigen Konstanten k zusammengefasst werden. Diese Strahlerbandbreite stellt im Folgenden die Referenzbandbreite dar. Im Impedanz-Diagramm in Figur 4a ist der Impedanzverlauf des Strahlers als Kurve im Frequenzbereich um die Resonanzfrequenz fo dargestellt, wobei die Impedanz im Resonanzpunkt den Strahlungswiderstand Rsm wiedergibt, welcher sich, bezogen auf einen normierten Widerstand (Zielimpedanz) ZL = 50 Ohm aus der o.g. Beziehungen für diesen Elementarstrahler, wie folgt, darstellen lässt: Rsm ZL = 3 , 2 * π 2 * hem λ o 2 32 * h λ o 2

Figure imgb0002
The decisive mechanical dimensions of the antenna are included for the considerations made here only in the expression for the bandwidth factor BFm in brackets, with sufficiently large roof capacity Cs, the effective height hem of the monopole radiator is equal to its geometric height h. Thus, for the satisfaction of the relative bandwidth of an electrically short radiator for a particular service with the center frequency fo, the term outside the bracket expression "bandwidth factor" = BFm for the monopole can be a constant independent of its dimensions k are summarized. In the following, this radiator bandwidth represents the reference bandwidth. In the impedance diagram in FIG FIG. 4a the impedance profile of the radiator is shown as a curve in the frequency range around the resonance frequency fo, the impedance at the resonance point representing the radiation resistance Rsm, which, based on a normalized resistance (target impedance) ZL = 50 ohms from the above relationships for this elementary radiator, as follows , let represent: rsm ZL = 3 . 2 * π 2 * hem λ O 2 32 * H λ O 2
Figure imgb0002

Bezüglich des Einsatzes eines derartigen Resonanzstrahlers 29 in Figur 4a unten kommt diesem auf ZL bezogenen Strahlungswiderstand Rsm insbesondere für die Anwendung in Fahrzeugen eine besondere Bedeutung zu. Aufgrund seiner extremen Ablage vom Anpassungspunkt ZL = 50 Ohm für übliche Funksysteme im Fahrzeug ist die Transformation dieses Widerstands in den Anpassungspunkt ZL im Anpassnetzwerk 35 bei elektrisch kleinen Antennen 36 aufwändig und reduziert die Bandbreite der Antenne an der Antennenanschlussstelle 34, so dass dort die oben angegebene Strahlerbandbreite B gemäß Gleichung (1) nicht mehr zur Verfügung steht. Hinzu kommt, dass Anpassnetzwerke 35, insbesondere wenn diese aus komplexen Schaltungsstrukturen gestaltet sind, die Herstellung von Fahrzeugantennen verteuern. Die Impedanz eines bekannten kapazitiven Strahlers mit Dachkapazität mit Induktivität Lm 15 zur beispielhaften Erzeugung einer Resonanz bei einer Frequenz von fo von ca. 1,5GHz im Frequenzband eines betreffenden Funkdienstes, wie in Figur 4a, ist insbesondere bei den dort angegebenen mechanischen Dimensionen und der elektrisch kleine Höhe h/λo von ca. 1/20 deshalb sehr ungünstig. Hinzu kommt die mechanische Instabilität, welche durch den Aufbau des mit der Dachkapazität am oberen Ende mechanisch belasteten Strahlers einhergeht. Hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften soll dieser Strahler im Folgenden als Referenzstrahler 29 herangezogen werden.Regarding the use of such a resonant radiator 29 in FIG. 4a below, this ZL-related radiation resistance Rsm is of particular importance for use in vehicles. Due to its extreme offset from the adaptation point ZL = 50 ohms for conventional radio systems in the vehicle, the transformation of this resistor into the matching point ZL in the matching network 35 is complicated in the case of electrically small antennas 36 and reduces the bandwidth of the antenna at the antenna connection point 34, so that the one given above Beam band width B according to equation (1) is no longer available. In addition, matching networks 35, especially when designed from complex circuit structures, make the manufacture of vehicle antennas more expensive. The impedance of a known capacitive emitter with roof capacitance with inductance Lm 15 for example generating a resonance at a frequency of fo of about 1.5 GHz in the frequency band of a radio service in question, as in FIG. 4a , is therefore very unfavorable especially in the mechanical dimensions given there and the electrically small height h / λo of about 1/20. Added to this is the mechanical instability, which is accompanied by the structure of the with the roof capacity at the top mechanically loaded spotlight. With regard to its electrical properties, this radiator is to be used below as a reference radiator 29.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Strahler nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welcher auch bei sehr kleiner elektrischer Höhe h/λo und bei mechanischer Stabilität in der Frequenzumgebung seiner Resonanzfrequenz fo eine Impedanz in der Nähe des für Funksysteme in Fahrzeugen vorgeschriebenen und normierten Widerstands ZL = 50 Ohm besitzt, so dass der technische Aufwand zur Ergänzung des Strahlers durch ein Anpassnetzwerk für Anpassung an ZL = 50 Ohm zu einer Antenne über eine relativ große Frequenzbandbreite wirtschaftlich gestaltet werden kann.The object of the invention is therefore to provide a radiator according to the preamble of claim 1, which even at very small electrical height h / λo and mechanical stability in the frequency environment of its resonant frequency fo has an impedance in the vicinity of the prescribed and normalized for radio systems in vehicles resistance ZL = 50 ohms, so that the technical complexity to complement the radiator through a matching network for adaptation to ZL = 50 ohms to an antenna over a relatively large frequency bandwidth are made economically can.

Diese Aufgabe wird bei einer Antenne nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.This object is achieved in an antenna according to the preamble of the main claim by the characterizing features of the main claim.

Gemäß der Erfindung umfasst der (elektrisch kleine) Strahler 1 für vertikal polarisierte Funksignale für einen Funkdienst mit schmaler Frequenzbandbreite um eine Frequenz fo mit der Freiraum-Wellenlänge λo im GHZ-Bereich eine im Wesentlichen horizontal orientierte, über einer leitenden Grundfläche 6 angeordnete Leiterschleife mit einer Strahlerspeisestelle 5 zur elektromagnetischen Erregung der Leiterschleife gegenüber der leitenden Grundfläche 6. Die Leiterschleife ist durch einen polygonartig oder elliptisch/kreisförmig geschlossenen Ringleiter 2 n einer im Wesentlichen horizontalen Ebene mit der Höhe h kleiner λo/6 über der leitenden Grundfläche 6 verlaufend gestaltet. Am Umfang des Ringleiters 2 verteilt sind mindestens drei an Leiterschleifen-Koppelpunkten 7 mit dem Ringleiter 2 elektromagnetisch verkoppelte und zur leitenden Grundfläche 6 hin verlaufende vertikale Strahler 4, 4b, 4c, 4d vorhanden, wobei mindestens zwei der vertikalen Strahler 4b, 4c und gegebenenfalls 4d mit der elektrisch leitenden Grundfläche 6 an Masse-Anschlusspunkten 3b, 3c, 3d elektromagnetisch verkoppelt sind und ein vertikaler Strahler 4a über die Strahlerspeisestelle 5 an dessen unterem Ende erregt ist. Die mit der elektrisch leitenden Grundfläche 6 zwischen ihren Leiterschleifen-Koppelpunkten 7a, 7b, 7c, 7d und dem jeweils mit einem Masse-Anschlusspunkt 3b, 3c, 3d verkoppelten vertikalen Strahler 4b, 4c, 4d und der über die Strahlerspeisestelle 5 erregte, zwischen seinem Leiterschleifen-Koppelpunkt 7a und der Strahlerspeisestelle 5 besitzen jeweils induktiv wirksame Komponenten 13a, 13b, 13c, 13d, so dass an der Strahlerspeisestelle 5 bei der Frequenz fo eine niederohmige Resonanz vom Charakter einer Serienresonanz gegeben ist.According to the invention, the (electrically small) radiator 1 for vertically polarized radio signals for a narrow bandwidth radio service by a frequency f o with the free space wavelength λ o in the GHZ range comprises a substantially horizontally oriented conductor loop arranged above a conductive base surface 6 Radiator feed 5 for electromagnetic excitation of the conductor loop relative to the conductive base 6. The conductor loop is designed by a polygonal or elliptical / circular closed ring conductor 2 n a substantially horizontal plane with the height h smaller λo / 6 over the conductive base 6 extending. Distributed at the circumference of the ring conductor 2 are at least three electromagnetically coupled to conductor loop coupling points 7 and to the conductive base 6 extending towards vertical radiators 4, 4b, 4c, 4d, wherein at least two of the vertical radiator 4b, 4c and optionally 4d are electrically coupled to the electrically conductive base 6 at ground connection points 3b, 3c, 3d and a vertical radiator 4a is excited via the radiator feed 5 at its lower end. The vertical radiator 4b, 4c, 4d, which is coupled to the electrically conductive base area 6 between its conductor loop crosspoints 7a, 7b, 7c, 7d and which are each coupled to a ground terminal 3b, 3c, 3d, and which is excited by the radiator feed point 5, between its Conductor loop coupling point 7a and the radiator feed 5 each have inductively active components 13a, 13b, 13c, 13d, so that at the radiator feed 5 at the frequency fo a low-impedance resonance is given by the character of a series resonance.

Mit einem Strahler nach der Erfindung ist der zusätzliche Vorteil verbunden, dass der Strahlergewinn bei Flachstrahlung auch bei sehr niedriger elektrischer Strahlerhöhe durch Abflachung des vertikalen Richtdiagramms bei azimutaler Rundcharakteristik größer gestaltet werden kann als mit einem Elementarstrahler. Weiterhin kann der Strahler als filigrane und dennoch mechanisch stabile Struktur hergestellt werden, welche die Kombination mit einer weiteren vertikal polarisierten Antenne zulässt. Als besonderer Vorteil zeigt sich hierbei die Möglichkeit einer äußerst wirtschaftlichen Weise der Herstellung des Strahlers in großen Stückzahlen, welche insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen von besonderer Bedeutung ist. Weiterhin kann der erfindungsgemäße Strahler durch wenig komplizierte ergänzende Maßnahmen für einen zusätzlichen weiteren Frequenzbereich als zirkular polarisierte Antenne insbesondere für den Empfang von Satellitenfunksignalen gestaltet werden. Ein wesentlicher Vorteil eines Strahlers nach der Erfindung ist ferner durch die Möglichkeit gegeben, dass der im Zentrum der Ringleitung frei bleibende Bereich auf der Grundfläche weitgehend zur Anbringung weiterer kombinierter Antennen für zusätzliche andere Funkdienste genützt werden kann.With a radiator according to the invention, the additional advantage that the radiator gain in flat radiation even at very low electric radiator height can be made larger by flattening the vertical directional diagram with azimuthal omnidirectional characteristics than with an elementary radiator. Furthermore, the radiator can be made as a filigree yet mechanically stable structure, which allows the combination with another vertically polarized antenna. A particular advantage in this case shows the possibility of an extremely economical way of producing the radiator in large numbers, which is particularly important for use in vehicles of particular importance. Furthermore, the radiator according to the invention can be designed by little complicated complementary measures for an additional wider frequency range as a circularly polarized antenna, in particular for the reception of satellite radio signals. A significant advantage of a radiator according to the invention is further given by the possibility that the remaining free in the center of the loop area on the base can be largely used for attaching additional combined antennas for additional other radio services.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Ringleiter (2) durch einen geschlossenen Drahtring gebildet sein und mit den vertikalen Strahlern durch galvanische Verbindung verkoppelt sein.According to an advantageous embodiment, the ring conductor (2) may be formed by a closed wire ring and coupled to the vertical radiators by galvanic connection.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Figuren zeigen im Einzelnen:

  • Fig. 1:
    Strahler 1 nach der Erfindung mit kreisförmigem, zum Beispiel drahtförmigem Ringleiter 2 in der Höhe h über einer leitenden Grundfläche 6 verlaufend, mit N= 3 an Ringleitungs-Koppelpunkten 7a, 7b, 7c an den Ringleiter angeschlossenen vertikalen Strahlern 4a, 4b, 4c, wobei zwei vertikale Strahler 4b, 4c an ihrem unteren Ende über Masse-Anschlusspunkte 3b 3c mit der leitenden Grundfläche 6 verbunden sind und am unteren Ende eines der vertikalen Strahler 4a die Strahlerspeisestelle 5 gebildet ist, über welche der Strahler 1 erregt ist. Alle vertikalen Strahler 4a, 4b, 4c besitzen induktiv wirksame Komponenten 13a, 13b, 13c zur Bewirkung der niederohmigen Resonanz etwa bei der mittleren Frequenz fo des Funkdienstes mit vertikaler Polarisation.
  • Fig. 2:
    Strahler nach der Erfindung wie in Figur 1, jedoch mit quadratischem bzw. rechteckigem, zum Beispiel flächig gestaltetem Ringleiter 2 und größerer Leiterbreite 8 und mit N = 4 Ringleitungs-Koppelpunkten 7a, 7b, 7c, 7d zur Ankopplung der vier vertikalen Strahlern 4a, 4b, 4c, 4d, an seinen vier Eckpunkten.
  • Fig. 3:
    Strahler nach der Erfindung wie in Figur 2, jedoch mit der Besonderheit, dass die Breite des Ringleiters 2 derart gewählt ist, dass innerhalb der äußeren Berandung des Ringleiters 2 eine geschlossene, leitende Fläche gebildet ist.
  • Fig. 4a und Fig. 4b
    Gegenüberstellung der Impedanzverläufe eines Strahlers mit quadratischem Ringleiter 2 nach der Erfindung gemäß Fig. 4b und eines Stabmonopols mit quadratischer Dachkapazität und Fußpunktinduktivität Lm 15 als Referenzstrahler 29 gemäß Fig.4a in der komplexen, auf ZL bezogenen Impedanzebene jeweils in der Frequenznähe der Resonanzfrequenz fo = 1.4 GHz bei gleicher Höhe h = 1cm und gleicher Kantenlänge 23 von 2cm der quadratischen Dachkapazität des Referenzstrahlers 29 und des quadratisch gestalteten Ringleiters 2 mit der Leiterbreite 8 von 2mm des Strahlers 1 nach der Erfindung. Die einander gleichen äußeren Abmessungen der beiden Strahler 1 und 29 bedingen zunächst gleiche relative Strahlerbandbreiten von Brel = 3,6%. Die mit dem extrem niedrigen Resonanzwiderstand Rsm/ZL = 0,06 gemäß Fig. 4a verbundene Schwierigkeit der Anpassung der Strahlerimpedanz an ZL bedingt jedoch einen großen technischen Aufwand und eine Reduzierung der wirksamen relativen Bandbreite des durch ein Anpassnetzwerk 35 ergänzten Strahlers. Das Verdienst der vorliegenden Erfindung ist es, dass diese Nachteile bei einem Strahler nach der Erfindung mit Rs/ZL = 0,85 gemäß Fig. 4b in der Praxis entfallen können.
  • Fig. 5:
    Verlauf des auf ZL bezogenen Strahlungswiderstands bei der Resonanzfrequenz fo in Abhängigkeit von der relativen geometrischen Strahlerhöhe h/λo = h' des Referenzstrahlers 29 (strichpunktiert) und des Strahlers 1 nach der Erfindung (N = 4) in Figur 4b. Die Kurven N = 3, N = 4 oder N = 5 beziehen sich auf Strahler 1 nach der Erfindung mit jeweils einem als reguläres Dreieck, reguläres Viereck oder Fünfeck gestalteten Ringleiter 2 mit gleicher relativer Strahlerbandbreite Brel. Der dargestellte Bereich für h' > 0,025 (sh. Marker) kennzeichnet den nutzbaren Wertebereich für h', wenn die Forderung 0,5 < Rs/ZL < 2 (sh. Grenzlinien) beispielhaft erfüllt werden soll.
  • Fig. 6:
    Impedanzverläufe von Strahlern nach der Erfindung mit äußeren Abmessungen wie in Figur 4b, jedoch mit einer Leiterbreite 8 von 5 mm in Figur 6a und der Besonderheit in Figur 6b, dass die Breite des Ringleiters 2 derart gewählt ist, dass innerhalb der äußeren Berandung des Ringleiters 2 eine geschlossene Fläche gebildet ist. Ein Vergleich der Impedanzverläufe in den Figuren 6a und 6b zeigt, dass der Widerstand Rs/ZL bei der Resonanzfrequenz fo durch den Gestaltungsunterschied der Strahler nur wenig beeinflusst ist. Ferner zeigt sich, dass sich die relative Bandbreiten Brel = 3,6% der beiden Strahler in den Figuren 6a bzw. 6b im Rahmen der Nachweisbarkeit in der Praxis nicht unterscheiden. Der äußerst geringfügig unterschiedlichen Wirkung der unterschiedlichen Ringleiter 2 ist durch geringfügigen Nachabgleich der Induktivitäten 15a, 15b, 15c, 15d Rechnung getragen.
  • Fig. 7: zeigt das vertikale Richtdiagramm in dB-Eichung eines Strahlers nach der Erfindung mit einer gegenüber einem elektrisch kleinen Elementarstrahler (4,77dBi) erhöhten Richtwirkung von 5,57dBi bzw. 5,31dBi durch die voneinander beabstandeten vertikalen Strahler 4a-d.
  • Fig. 8:
    Azimutales Richtdiagramm für Flachstrahlung des in Figur 7 besprochenen Strahlers mit nur geringfügiger Abweichung vom Runddiagramm mit Schwankungen zwischen 5,57dBi und 5,31dBi. Fig. 9:
  • Beispielhafte Realisierung eines Strahles nach der Erfindung mit rechteckförmigem Ringleiter 2 mit äußerer Querabmessung 16 und äußerer Längsabmessung 17 und
    Gestaltung der vertikalen Strahler in der Weise, dass die für Resonanz notwendigen induktiv wirksamen Komponenten 13a -13d in den einzelnen Strahlern jeweils durch Formung vertikaler Strahlerteile 20 und horizontaler Strahlerteiler 21 gegeben sind. Durch Wahl entsprechender Abmessungen kann an der Strahlerspeisestelle 5 Anpassung an ZL ohne weitere Anpassungselemente erzielt werden, sodass durch die Strahlerspeisestelle 5 die Antennenanschlussstelle 24 gegeben ist.
  • Fig. 10:
    Beispiel wie in Figur 9, jedoch mit schräg verlaufenden Strahlerteilen 22 der vertikalen Strahler 4a, 4b, 4c, 4d.
  • Fig. 11:
    Strahler nach der Erfindung in einer ausreichenden Kavitätstiefe 12, welche durch Ausformung der leitenden Grundfläche 6 gestaltet ist, so dass der Strahler zum Beispiel ohne Erhebung über die Karosseriefläche in die Fahrzeugkarosserie integriert ist. Die Basisfläche 39 der Kavität 38 ist im Beispiel als gedruckte Leiterplatte gestaltet und die induktiv wirksamen Komponenten 13a -13d sind als gedruckte Induktivitäten 32a, 32b, 32c, 32d realisiert.
  • Fig. 12:
    vergleichende Darstellung der auf ZL bezogenen Impedanzverläufe eines Strahlers mit kreisförmiger Ringleitung und vier vertikalen Strahlern nach der Erfindung in Kurve a) und eines Monopols mit Dachkapazität als Referenzstrahler 29 in Kurve b), jeweils im Frequenzbereich zwischen 100 MHz und 2 GHz und gleichen Resonanzfrequenzen fo = 1,54 GHz. Der unterschiedliche Charakter der beiden Strahler ist in ihrem Verhalten bei niedrigen Frequenzen begründet, wobei die Impedanz in Kurve a) dort induktiv ist und deren Realteil mit f4 wächst und die Impedanz in Kurve b) dort kapazitiv ist und deren Realteil langsamer, d.h. mit f2, ansteigt.
  • Fig. 13:
    Nachweis der vorteilhaften Frequenzselektivität der Antenne nach der Erfindung gemäß dem Impedanzverlauf a) in Figur 12 anhand des Frequenzverlaufs des VSWR, bezogen auf den Widerstand ZL nach Kurve a) in Figur 12 mit sehr niedrigen Werten im Frequenzbereich mit der Nutzbandbreite B um die Resonanzfrequenz fo und extrem günstigen hohen Werten des VSWR bei von fo weit abweichenden Frequenzen. Im Gegensatz hierzu sind die Werte des VSWR gemäß dem Impedanzverlauf b) in Figur 12 des Referenzstrahlers 29 im Nutzbereich um fo ungünstig groß und bei weitab liegenden Frequenzen ungünstig klein.
  • Fig. 14:
    Beispiel eines Strahlers nach der Erfindung in Kombination mit einer Antenne für den Empfang zirkular polarisierter Satelliten-Funksignale auf einer höheren Frequenz fs als für den Funkdienst mit vertikaler Polarisation. Im Beispiel ist am unteren Ende der vertikalen Strahler 4 jeweils anstelle der gedruckten Induktivität 32a, 32b, 32c, 32d in Figur 11 ein frequenzselektiver Zweipol gestaltet, welcher beispielhaft jeweils aus der Parallelschaltung eines kapazitiv wirkenden Elements 26 und einer Induktivität 15a, 15b, 15c, 15d besteht, so dass bei der niedrigeren Frequenz die gewünschte induktive Wirkung und bei der höheren Frequenz fs die gewünschte kapazitive Wirkung der Blindelement-Schaltung 27a-d gegeben ist. Der Ringleiter 2 bildet bei der höheren Frequenz fs eine durch die kapazitive Wirkung der Blindelement-Schaltung 27 bedingte, in Resonanz befindliche Ringleitung mit Ausbildung einer umlaufenden Welle auf dieser Leitung, sodass zirkulare Polarisation bei dieser Frequenz fs gegeben ist.
  • Fig. 15:
    a) zeigt die vorteilhafte Kombination eines Strahlers mit nicht zu breitem Ringleiter 2 nach der Erfindung mit einem im Wesentlichen stabförmigen Strahler 28 im Zentrum Z des Ringleiters 2 für einen weiteren Funkdienst bzw. mehrere weitere Funkdienste mit vertikaler Polarisation auf anderen Frequenzen als fo. Zur Vermeidung von Strahlungskopplung zwischen den beiden Strahlern ist der stabförmige Strahler 28 in Leiterstücke 24 unterteilt, deren elektrische Länge nicht größer ist als 3/8*λo. b) die Unterbrechungsstellen sind durch frequenzselektive Zweipole 25 überbrückt, welche bei der Frequenz fo hochohmig und in den Frequenzbereichen der anderen Funkdienste niederohmig sind.
The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. The accompanying figures show in detail:
  • Fig. 1 :
    Emitter 1 according to the invention with a circular, for example, wire-shaped ring conductor 2 in height h over a conductive base 6 extending, with N = 3 at ring line crosspoints 7a, 7b, 7c connected to the ring conductor vertical radiators 4a, 4b, 4c, wherein two vertical radiators 4b, 4c are connected at their lower end via ground connection points 3b 3c to the conductive base 6 and at the lower end of one of the vertical radiators 4a, the radiator feed 5 is formed, via which the radiator 1 is energized. All the vertical radiators 4a, 4b, 4c have inductively effective components 13a, 13b, 13c for effecting the low-resistance resonance at approximately the center frequency fo of the vertical polarization service.
  • Fig. 2 :
    Emitter according to the invention as in FIG. 1 However, with square or rectangular, for example, surface designed ring conductor 2 and 8 larger conductor width and with N = 4 loop coupling points 7a, 7b, 7c, 7d for coupling the four vertical radiators 4a, 4b, 4c, 4d, at its four vertices.
  • Fig. 3 :
    Emitter according to the invention as in FIG. 2 , However, with the special feature that the width of the ring conductor 2 is selected such that within the outer boundary of the ring conductor 2, a closed, conductive surface is formed.
  • Fig. 4a and Fig. 4b
    Comparison of the impedance curves of a radiator with square ring conductor 2 according to the invention according to Fig. 4b and a rod monopole with square roof capacitance and base point inductance Lm 15 as the reference radiator 29 according to FIG 4a in the complex, on ZL-related impedance level in each case near the frequency of the resonant frequency fo = 1.4 GHz at the same height h = 1cm and the same edge length 23 of 2cm of the square roof capacity of the reference radiator 29 and the square shaped ring conductor 2 with the conductor width 8 of 2mm of the radiator 1 according to the invention. The same outer dimensions of the two radiators 1 and 29 initially cause the same relative radiator belt widths of Brel = 3.6%. Those with the extremely low resonance resistance Rsm / ZL = 0.06 according to Fig. 4a However, the associated difficulty of matching the emitter impedance to ZL requires a great deal of technical effort and a reduction in the effective relative bandwidth of the emitter complemented by a matching network 35. The merit of the present invention is that these disadvantages in a radiator according to the invention with Rs / ZL = 0.85 according to Fig. 4b can be omitted in practice.
  • Fig. 5 :
    Course of the relative to ZL radiation resistance at the resonant frequency fo as a function of the relative geometric radiator height h / λo = h 'of the reference radiator 29 (dash-dotted lines) and the radiator 1 according to the invention (N = 4) in FIG. 4b , The curves N = 3, N = 4 or N = 5 refer to radiator 1 after the Invention with one designed as a regular triangle, regular square or pentagon ring conductor 2 with the same relative radiator band width Brel. The range shown for h '> 0.025 (see marker) identifies the usable value range for h' if the requirement 0.5 <Rs / ZL <2 (see borderlines) is to be met by way of example.
  • Fig. 6 :
    Impedance curves of radiators according to the invention with external dimensions as in FIG. 4b , but with a conductor width 8 of 5 mm in FIG. 6a and the peculiarity in FIG. 6b in that the width of the ring conductor 2 is chosen such that a closed surface is formed within the outer boundary of the ring conductor 2. A comparison of the impedance curves in the FIGS. 6a and 6b shows that the resistance Rs / ZL at the resonant frequency fo is only slightly affected by the design difference of the radiators. Furthermore, it can be seen that the relative bandwidths Brel = 3.6% of the two radiators in the FIGS. 6a or 6b in the context of verifiability in practice. The extremely slight difference in the effect of the different ring conductors 2 is taken into account by slight rebalancing of the inductances 15a, 15b, 15c, 15d.
  • Fig. 7 Figure 12 shows the vertical directional diagram in dB calibration of a radiator according to the invention with a 5.57dBi and 5.31dBi directivity, respectively, enhanced by a 5.7dBi and 5.31dBi versus a small electric elementary radiator (4.77dBi) by the spaced-apart vertical radiators 4a-d.
  • Fig. 8 :
    Azimuthal directional diagram for flat radiation of in FIG. 7 discussed spotlight with only slight deviation from the circular diagram with variations between 5.57dBi and 5.31 dBi. Fig. 9 :
  • Exemplary realization of a beam according to the invention with rectangular ring conductor 2 with outer transverse dimension 16 and outer longitudinal dimension 17 and
    Design of the vertical radiator in such a way that the necessary for resonance inductively effective components 13a -13d in the individual radiators respectively Forming vertical radiator parts 20 and horizontal beam splitter 21 are given. By choosing the appropriate dimensions, adaptation to ZL can be achieved at the radiator feed point 5 without further adaptation elements, so that the antenna connection point 24 is provided by the radiator feed point 5.
  • Fig. 10 :
    Example as in FIG. 9 but with oblique beam parts 22 of the vertical radiators 4a, 4b, 4c, 4d.
  • Fig. 11 :
    Emitter according to the invention in a sufficient cavity depth 12, which is designed by shaping the conductive base 6, so that the radiator is integrated, for example, without elevation over the body surface in the vehicle body. The base surface 39 of the cavity 38 is designed in the example as a printed circuit board and the inductively active components 13a -13d are realized as printed inductors 32a, 32b, 32c, 32d.
  • Fig. 12 :
    Comparative representation of the ZL related impedance curves of a radiator with circular loop and four vertical radiators according to the invention in curve a) and a monopole with roof capacity as a reference radiator 29 in curve b), respectively in the frequency range between 100 MHz and 2 GHz and the same resonant frequencies fo = 1.54 GHz. The different character of the two emitters is due to their behavior at low frequencies, the impedance in curve a) is there inductive and their real part with f 4 grows and the impedance in curve b) is capacitive there and the real part slower, ie with f 2 , increases.
  • Fig. 13 :
    Detection of the advantageous frequency selectivity of the antenna according to the invention in accordance with the impedance curve a) in FIG FIG. 12 based on the frequency curve of the VSWR, based on the resistance ZL according to curve a) in FIG. 12 with very low values in the frequency domain with the useful bandwidth B around the resonant frequency fo and extremely favorable high values of the VSWR at frequencies which differ far from fo. In contrast, the values of the VSWR are according to the Impedance curve b) in FIG. 12 of the reference radiator 29 in the useful range to fo unfavorably large and unfavorably small at far frequencies.
  • Fig. 14 :
    Example of a radiator according to the invention in combination with an antenna for receiving circularly polarized satellite radio signals at a higher frequency fs than for the vertical polarization service. In the example, at the lower end of the vertical radiator 4 respectively in place of the printed inductance 32a, 32b, 32c, 32d in FIG. 11 a frequency-selective dipole designed, for example, each of the parallel circuit of a capacitive element 26 and an inductance 15a, 15b, 15c, 15d, so that at the lower frequency, the desired inductive effect and at the higher frequency fs the desired capacitive effect of the dummy element Circuit 27a-d is given. The ring conductor 2 forms at the higher frequency fs due to the capacitive effect of the dummy element circuit 27, resonant ring line with the formation of a rotating wave on this line, so that circular polarization is given at this frequency fs.
  • Fig. 15 :
    a) shows the advantageous combination of a radiator with not too wide ring conductor 2 according to the invention with a substantially rod-shaped radiator 28 in the center Z of the ring conductor 2 for another service or several other radio services with vertical polarization at frequencies other than fo. To avoid radiation coupling between the two radiators, the rod-shaped radiator 28 is divided into conductor pieces 24 whose electrical length is not greater than 3/8 * λo. b) the interruption points are bridged by frequency-selective two-pole 25, which are high-impedance at the frequency fo and low in the frequency ranges of the other radio services.

Die Beschreibung der Wirkungsweise eines Strahlers nach der Erfindung kann anschaulich anhand eines Vergleichs mit dem bereits oben genannten elektrisch kleinen als Referenzstrahler 29 bezeichneten Monopol-Stabstrahler in Fig. 4a mit Dachkapazität 11 und einer Induktivität Lm, 15 im Fußpunkt nach dem Stande der Technik erfolgen. Seine Fußpunktsimpedanz an der Strahlerspeisestelle 5 ist bei niedrigen Frequenzen kapazitiv und kann bei Wahl einer geeigneten Induktivität Lm 15 bei der hier betrachteten Frequenz fo eines Funkdienstes eine niederohmige Resonanz vom Charakter eines Serienresonanzkreises annehmen mit dem in Bezug auf ZL = 50 Ohm sehr niederohmigen Resonanzwiderstand Rsm/ZL=0,06. Dieser bekannte Impedanzverlauf ist beispielhaft in der Frequenzumgebung der Resonanz fo = 1,5 GHz für den dargestellten Strahler mit den angegebenen Abmessungen und dem für eine Impedanztransformation in den Widerstand ZL extrem ungünstigen Resonanzwiderstand Rsm/ZL=0,06 dargestellt.The description of the operation of a radiator according to the invention can be graphically based on a comparison with the already mentioned above as a reference radiator 29 monopole rod radiator in Fig. 4a with roofing capacity 11 and an inductance Lm, 15 at the base point according to the prior art. His Fußpunktsimpedanz at the radiator feed 5 is at capacitive capacitive and, given the choice of a suitable inductance Lm 15 at the frequency fo of a radio service considered here, can assume a low-resistance resonance of the character of a series resonant circuit with the resonance impedance Rsm / ZL = 0.06 which is very low in relation to ZL = 50 ohms. This known impedance characteristic is shown by way of example in the frequency environment of the resonance fo = 1.5 GHz for the illustrated radiator with the specified dimensions and the resonance resistor Rsm / ZL = 0.06 which is extremely unfavorable for an impedance transformation in the resistor ZL.

Im Gegensatz zum Referenzstrahler 29 in Figur 4a besteht der Strahler nach der Erfindung in den Figuren 1 und 4b aus einem Ringleiter 2, an dessen Umfang mindestens drei vertikale Strahler 4a, 4b, 4c bzw. 4d angeordnet sind, wobei die Ringleitung 2 über einen der vertikalen Strahler 4a erregt ist und die anderen vertikalen Strahler 4b, 4c bzw. 4d jeweils über eine Induktivität 15 mit der leitenden Grundfläche 6 elektrisch leitend verbunden sind. In einer besonders bevorzugten Gestaltung einer Antenne nach der Erfindung sind die vertikalen Strahler 4a-c bzw. d azimutal etwa gleich verteilt angeordnet und die Induktivität 15 aller Strahler etwa gleich gewählt. Abhängig von den Abmessungen des Ringleiters 2 und seiner Höhe h über der Grundfläche 6 ergibt sich bei geeigneter Wahl der Induktivitäten 15 erfindungsgemäß an der Strahlerspeisestelle 5 in der Frequenzumgebung der gewünschten Resonanzfrequenz fo der Impedanzverlauf einer niederohmigen Serienresonanz, wie es in den Figuren 4b, 6a, 6b und in Figur 12, Kurve a) dargestellt ist. Bei Erregung eines Strahlers nach der Erfindung an der Strahlerspeisestelle 5 bei Frequenzen weit unterhalb der Resonanzfrequenz fo ist die dort messbare Impedanz von gleichem Charakter wie die einer elektrisch kleinen Rahmenantenne, deren Strahlungswiderstand mit f4 und deren Blindwiderstand proportional zur Frequenz f ansteigt. Es ist zum Beispiel in Figur 1 durch die Gegensinnigkeit des Stromes im gespeisten Strahler 4a zu den beiden Strömen in den übrigen vertikalen Strahlern 4b und 4c leicht nachzuvollziehen, dass sich die vertikal polarisierten Strahlungsbeiträge in den vertikalen Strahlern weitgehend aufheben. Ausschließlich in der Frequenzumgebung der Resonanzfrequenz fo sind die Ströme in allen vertikalen Strahlern gleichsinnig, so dass sich die vertikal polarisierten Strahlungsbeiträge vollständig unterstützend addieren. Erfindungsgemäß ergibt sich dabei das entscheidende Phänomen, dass der Realteil der Impedanz an der Strahlerspeisestelle 5 etwa um das Quadrat der Anzahl N der vertikalen Strahler größer ist als bei einem Referenzstrahler 29 gleicher geometrischer Höhe h gemäß Gleichung (2), sodass bei elektrisch niedriger Bauhöhe h/λo und bei geeigneter Wahl der Anzahl N der vertikalen Strahler 4 die Strahlerimpedanz wesentlich näher bei der Zielimpedanz ZL für Impedanzanpassung gestaltet werden kann. Erfindungsgemäß gilt in Annäherung für den Resonanzwiderstand des Strahlers bei der Frequenz fo: Rs ZL = Rsm ZL * N 2 32 * h λ o 2 * N 2

Figure imgb0003
In contrast to the reference radiator 29 in FIG. 4a consists of the radiator according to the invention in the FIGS. 1 and 4b from a ring conductor 2, on whose circumference at least three vertical radiators 4a, 4b, 4c and 4d are arranged, wherein the ring line 2 is excited via one of the vertical radiators 4a and the other vertical radiators 4b, 4c and 4d respectively via an inductance 15 are electrically conductively connected to the conductive base 6. In a particularly preferred embodiment of an antenna according to the invention, the vertical radiators 4a-c and d azimuthally distributed approximately the same and the inductance 15 of all radiators are chosen approximately equal. Depending on the dimensions of the ring conductor 2 and its height h above the base surface 6 results with a suitable choice of inductors 15 according to the invention at the radiator feed 5 in the frequency environment of the desired resonant frequency fo the impedance characteristic of a low-resistance series resonance, as shown in the FIGS. 4b . 6a . 6b and in FIG. 12 , Curve a) is shown. Upon excitation of a radiator according to the invention at the radiator feed 5 at frequencies far below the resonant frequency fo, the measurable impedance there is the same character as that of an electrically small loop antenna whose radiation resistance increases with f 4 and the reactance proportional to the frequency f. It is for example in FIG. 1 by the ingenuity of the current in the fed radiator 4a to the two streams in the other vertical radiators 4b and 4c easily understand that largely cancel the vertically polarized radiation contributions in the vertical radiators. Only in the frequency neighborhood of the resonant frequency fo are the currents in all vertical radiators in the same direction, so that the vertically polarized radiation contributions add together in a completely supportive manner. According to the invention results in the crucial phenomenon that the real part the impedance at the radiator feed 5 is about the square of the number N of the vertical radiator greater than a reference radiator 29 of the same geometric height h according to equation (2), so that at electrically low height h / λo and with a suitable choice of the number N of the vertical Emitter 4, the emitter impedance can be designed much closer to the target impedance ZL for impedance matching. According to the invention, in approximation for the resonance resistance of the radiator at the frequency fo: Rs ZL = rsm ZL * N 2 32 * H λ O 2 * N 2
Figure imgb0003

Hierbei zeigt sich als besonderer Vorteil eines Strahlers nach der Erfindung, dass die Bandbreite seines Impedanzverlaufs nicht kleiner ist als die eines Referenzstrahlers 29 mit gleichen äußeren Abmessungen der Dachkapazität 11 bzw. des Ringleiters 2 in den Figuren 4a bzw. 4b und bei gleichen Bauhöhen h/λo, so dass auf die beiden Strahler etwa der gleiche Bandbreitenfaktor BF = BFm nach Gleichung (1) zutrifft. Ein Vergleich der Bandbreiten der Impedanzverläufe in den Figuren 4b für den Strahler nach der Erfindung mit den Induktivitäten 15 von jeweils etwa 25nH und in Figur 4a für den Referenzstrahler 29 ergibt im Rahmen der feststellbaren Genauigkeit gleiche Werte für die relative Bandbreite von Brel = 3,6%. Diese ist jeweils über die Frequenzabstände der Impedanzen mit +45° und -45° Phase um die Resonanzfrequenz fo ∼ 1,5GHz ermittelt.Here, as a particular advantage of a radiator according to the invention that the bandwidth of its impedance curve is not smaller than that of a reference radiator 29 with the same outer dimensions of the roof capacitance 11 and the ring conductor 2 in the FIGS. 4a or 4b and at the same heights h / λo, so that approximately the same bandwidth factor BF = BFm according to equation (1) applies to the two radiators. A comparison of the bandwidths of the impedance curves in the FIGS. 4b for the radiator according to the invention with the inductors 15 of about 25nH each and in FIG. 4a for the reference radiator 29, within the detectable accuracy, the same values for the relative bandwidth of Brel = 3.6% are obtained. This is determined in each case by the frequency spacings of the impedances with + 45 ° and -45 ° phase around the resonance frequency fo -1.5 GHz.

Wie bereits weiter oben ausgeführt, erfährt jedoch eine Antenne auf Basis des Referenzstrahlers 29 mit einem Anpassnetzwerk 35 zur Transformation der Strahlerimpedanz in die Zielimpedanz ZL eine Bandbreitenreduktion, welcher ein Strahler nach der Erfindung aufgrund seiner günstigen Strahlerimpedanz nicht unterworfen ist. Zudem ergibt sich bei einem Strahler nach der Erfindung der zusätzliche Vorteil, dass der Bandbreitenfaktor praktisch unabhängig ist von der Leiterbreite 8 in Figur 2. Sind die vertikalen Strahler 4a-d erfindungsgemäß etwa an der äußeren Berandung der Ringleitung 2 angebracht, so tragen in der Hauptsache die Ströme auf der äußeren Berandung der Ringleitung zur Bildung der Strahlereigenschaften bei, so dass der Bandbreitenfaktor von der Leiterbreite 8 praktisch unabhängig ist bis hin zu dem Sonderfall, dass der Ringleiter durch eine geschlossene Fläche, wie in Figur 6b, gebildet ist. Die Impedanzen der Strahler nach der Erfindung in den Figuren 4b, 6a und 6b zeigen im Vergleich den mit wachsender Ringleiterbreite 8 sich nur unwesentlich ändernden Resonanzwiderstand Rs bei der Frequenz fo. Somit ist auch die Bandbreite des Strahlers nach der Erfindung in der Hauptsache abhängig von der relativen Strahlerhöhe, das heißt mit (h/λo )2 und der Kapazität des Ringleiters 2 gemäß dessen äußerer Berandung. Sie ist jedoch praktisch unabhängig von der Ringleiterbreite 8 bzw. des Durchmessers d eines mechanisch eigenstabilen drahtförmigen Ringleiters 2, wie dies aus einem Vergleich der in den Figuren 6a und 6b angegebenen Bandbreiten hervorgeht. Dies führt zu dem wesentlichen Vorteil bei der Gestaltung einer Antenne für Fahrzeuge, dass der Raum im Zentrum Z des Strahlers für die Kombination mit weiteren Strahlern für andere Funkdienste zur Verfügung gestellt werden kann.However, as already explained above, an antenna based on the reference radiator 29 with a matching network 35 for transforming the radiator impedance into the target impedance ZL undergoes a bandwidth reduction, which is not subject to a radiator according to the invention due to its favorable radiator impedance. In addition, results in a radiator according to the invention, the additional advantage that the bandwidth factor is practically independent of the conductor width 8 in FIG. 2 , If the vertical radiators 4a-d according to the invention are attached approximately to the outer boundary of the ring line 2, then the currents on the outer boundary of the ring line contribute to the formation of the radiator properties, so that the bandwidth factor of the conductor width 8 is virtually independent to the special case that the ring conductor by a closed area, as in FIG. 6b , is formed. The impedances of the radiators according to the invention in the FIGS. 4b . 6a and 6b show in comparison with increasing ring conductor width 8 only insignificantly changing resonance resistance Rs at the frequency fo. Thus, the bandwidth of the radiator according to the invention is mainly dependent on the relative radiator height, ie with (h / λo) 2 and the capacitance of the ring conductor 2 according to its outer boundary. However, it is practically independent of the ring conductor width 8 and the diameter d of a mechanically intrinsically stable wire-shaped ring conductor 2, as can be seen from a comparison of the in the FIGS. 6a and 6b specified bandwidths. This results in the significant advantage in designing an antenna for vehicles that the space in the center Z of the radiator can be provided for combination with other radiators for other radio services.

Insbesondere für die Gestaltung von Kombinationsantennen für mehrere Funkdienste auf engem Raum auf Fahrzeugen ist die Frequenzselektivität eines Strahlers 1 nach der Erfindung von besonderem Vorteil. Dies geht anschaulich aus der Gegenüberstellung des Frequenzverlaufs der VSWR-Werte eines Strahlers 1 nach der Erfindung mit Resonanzfrequenz fo = 1,53 Gigahertz in Figur 13, Kurve a), und eines Referenzstrahlers 29 mit gleichen äußeren Abmessungen in Kurve b) hervor. In der Frequenznachbarschaft der Resonanzfrequenz zeigt sich der erfindungsgemäße Vorteil der aufwandslosen Anpassung der Impedanz des Strahlers nach der Erfindung an ZL = 50 Ohm gegenüber dem Referenzstrahler 29 mit einem VSWR-Wert von mehr als 20 dB. Andererseits sind die VSWR-Werte des Referenzstrahlers 29 weit ab von der Resonanzfrequenz im Mittel um etwa 20 dB größer, so dass ein Strahler nach der-Erfindung wesentlich stärker von benachbarten Antennen für andere Funkdienste entkoppelt ist, wie zum Beispiel von Telefonfunkdiensten mit starker Sendestrahlung .Particularly for the design of combination antennas for a number of radio services in a confined space on vehicles, the frequency selectivity of a radiator 1 according to the invention is of particular advantage. This can be clearly seen from the comparison of the frequency response of the VSWR values of a radiator 1 according to the invention with resonant frequency fo = 1.53 gigahertz FIG. 13 , Curve a), and a reference radiator 29 with the same external dimensions in curve b). In the frequency neighborhood of the resonance frequency, the inventive advantage of the effortless adaptation of the impedance of the radiator according to the invention to ZL = 50 ohms with respect to the reference radiator 29 with a VSWR value of more than 20 dB. On the other hand, the VSWR values of the reference radiator 29 are far greater than the resonance frequency on average by about 20 dB, so that a radiator according to the invention is much more decoupled from adjacent antennas for other radio services, such as telephone services with strong transmission radiation.

Wie bereits oben im Zusammenhang mit Figur 5 beschrieben, ist dort der Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand bei der Frequenz fo über der relativen geometrischen Höhe h/λo = h' des Strahlers in Figur 4b für N = 4 aufgetragen. Im Vergleich mit den Kurven für N = 3 und N = 5 zeigt sich, dass bei geeigneter Wahl der Anzahl N von vertikalen Strahlern an einem als N-Eck gestalteten Ringleiter 2 der Resonanzwiderstand innerhalb eines großen, für die praktische Anwendung interessanten Wertebereichs von h' = h/λo in der Nähe des Zielwiderstandes ZL gestaltet werden kann. Die strich-punktierte Kurve für die Impedanz des Monopols mit Dachkapazität als Referenzstrahler 29 mit gleichen äußeren Abmessungen zeigt die im Vergleich um mehr als eine Größenordnung abweichenden niedrigen Werte.As already mentioned above FIG. 5 described there is the relationship between the resonance resistance at the frequency fo on the relative geometric height h / λo = h 'of the radiator in FIG. 4b applied for N = 4. In comparison with the curves for N = 3 and N = 5, it can be seen that, with a suitable choice of the number N of vertical radiators on a ring conductor 2 designed as an N-corner, the resonance resistance is within a large value range of h ', which is of interest for practical use. = h / λo near the Target resistance ZL can be designed. The dot-dash curve for the impedance of the monopole with roofing capacity as a reference radiator 29 with the same external dimensions shows the comparison of more than an order of magnitude deviating low values.

In Figur 7 ist das vertikale Strahlungsdiagramm eines Strahlers nach der Erfindung dargestellt mit einem vorteilhaft vergrößerten Gewinn gegenüber einer Antenne gleicher Höhe nach dem Stand der Technik und Figur 8 zeigt das azimutale Runddiagramm mit der azimutalen Schwankung Gmax-Gmin ∼ 0,26 dB. Der Gewinnzuwachs in der Frequenzumgebung der Resonanzfrequenz fo ist durch die Beabstandung der vertikalen Strahler 4a-4c und ihrer Wirkung als Strahlergruppe mit gleichsinnig erregten Strömen begründet, die jedoch andererseits bei nicht zu großem Abstand lediglich die oben genannte, geringfügige azimutale Gewinnschwankung bewirkt.In FIG. 7 the vertical radiation pattern of a radiator according to the invention is shown with an advantageously increased gain over a prior art antenna according to the prior art and FIG. 8 shows the azimuthal circular diagram with the azimuthal fluctuation Gmax-Gmin ~ 0.26 dB. The gain increase in the frequency environment of the resonant frequency f o is due to the spacing of the vertical radiators 4a-4c and their action as a radiator group with co-excited currents, but on the other hand causes only the above-mentioned slight azimuthal gain fluctuation at not too great a distance.

Wenngleich auch die Anforderung an eine kleine geometrische Antennenhöhe h eine der Hauptaufgaben für die Gestaltung einer Fahrzeugantenne darstellt und insbesondere für Antennen, welche im Frequenzbereich um 1,5 GHz, wie zum Beispiel für den DAB-Rundfunkdienst im L-Frequenzband, eine Antennenhöhe von h = 1 cm, das heißt h/λo = 1/20, gefordert ist, so ist die Ausdehnung der Ringleitung 2 nicht grundsätzlich auf ähnlich kleine Werte eingeschränkt. Mit dem Strahler nach der Erfindung ist somit der Vorteil verbunden, dass die auf die Wellenlänge λo bezogene Querausdehnung des Ringleiters 2 nicht auf ähnlich kleine Werte beschränkt ist, wie dies für seine Höhe h der Fall ist. Dadurch ist es möglich, die Bandbreite des Strahlers bei gleicher relativer Strahlerhöhe h/λo zu vergrößern, oder alternativ bei gleicher Bandbreite die Höhe weiter zu reduzieren. Zur Veranschaulichung kann das Beispiel eines Strahlers nach der Erfindung mit einer kreisförmigen Ringleitung 2 wie in Figur 1, jedoch mit vier azimutal gleichverteilten vertikalen Strahlern 4a-4c und der gleichen Höhe h = 1 cm dienen, welche bei einem relativen Durchmesser von D/λo = 0,32 bei der Frequenz um 1,5 GHz die relative Bandbreite Brel = B/fo ∼ 9% besitzt. Im Vergleich hierzu sind die in den Figuren 4b, 6a und 6b angegebenen relativen Bandbreiten Brel∼3,6% etwa um das Verhältnis zwischen der Länge der quadratischen Berandung der Ringleitung 2 zum Umfang der kreisförmigen Ringleitung kleiner. Die Kapazität des Ringleiters 2 ist somit näherungsweise durch die gestreckte Länge seiner äußeren Berandung gegeben und trägt linear zur Bildung der Bandbreite B der Impedanz um die Resonanzfrequenz fo bei.Although the requirement for a small geometric antenna height h represents one of the main tasks for the design of a vehicle antenna and in particular for antennas which in the frequency range around 1.5 GHz, such as for the DAB broadcast service in the L-frequency band, an antenna height of h = 1 cm, that is, h / λo = 1/20, is required, the expansion of the loop 2 is not limited to similarly small values. The advantage associated with the radiator according to the invention is that the transverse extent of the ring conductor 2, which is related to the wavelength λo, is not limited to similarly small values, as is the case for its height h. This makes it possible to increase the bandwidth of the radiator at the same relative radiator height h / λo, or alternatively to reduce the height further with the same bandwidth. By way of illustration, the example of a radiator according to the invention with a circular loop 2 as in FIG. 1 , but with four azimuthally equally distributed vertical radiators 4a-4c and the same height h = 1 cm serve, which at a relative diameter of D / λo = 0.32 at the frequency around 1.5 GHz, the relative bandwidth Brel = B / fo ~ 9% owns. In comparison, the in the FIGS. 4b . 6a and 6b given relative bandwidths Brel~3,6% about the ratio between the length of the square boundary of the ring line 2 to the circumference of the circular loop smaller. The capacity of the ring conductor 2 is thus given approximately by the extended length of its outer boundary and contributes linearly to the formation of the bandwidth B of the impedance around the resonance frequency fo.

In vorteilhafter Weise ist das azimutale Strahlungsdiagramm auch bei vergleichsweise großen Querausdehnungen des Ringleiters 2 als Runddiagramm gegeben. Bei dem oben genannten Beispiel einer Antenne mit kreisförmigem Ringleiter und dem relativen Durchmesser von D/λo = 0,32 beträgt die gestreckte Länge eines Ringleiter-Abschnitts zwischen zwei einander benachbarten Ringleitungs-Koppelpunkten 7a-7b etc. jeweils eine Viertel-Wellenlänge = λo/4. Obgleich der Abstand zwischen zwei einander gegenüberliegenden vertikalen Strahlern D/λo = 0,32 beträgt und insofern nicht mehr klein ist gegenüber der Wellenlänge λo, ist die azimutale Schwankung des Strahlergewinns kleiner als 0,3dBi.Advantageously, the azimuthal radiation pattern is given even with comparatively large transverse expansions of the ring conductor 2 as a circular diagram. In the above example of a circular ring antenna and the relative diameter of D / λ o = 0.32, the stretched length of a ring conductor section between two adjacent ring line crosspoints 7a-7b etc. is one-quarter wavelength = λ o / 4th Although the distance between two opposed vertical radiators is D / λ o = 0.32 and is thus no longer small compared to the wavelength λ o, the azimuthal fluctuation of the radiator gain is less than 0.3 dBi.

Im Folgenden werden einige vorteilhafte Formen für die Realisierung von Strahlern nach der Erfindung ausgeführt.In the following, some advantageous forms for the realization of radiators are carried out according to the invention.

In einer möglichst einfachen und wirtschaftlichen Gestaltung eines Ringleiters 2 mit den vertikalen Strahlern 4 ist der Ringleiter 2 als geschlossener etwa drahtförmiger Ring gestaltet, mit welchem die vertikalen Strahler 4 galvanisch verbunden sind. Dieser Ringleiter 2 mit Strahlern 4 kann wirtschaftlich aus Blech gestanzt und durch anschließende Biegung der Strahler 4 hergestellt werden. Auf vorteilhafte Weise ist die leitende Grundfläche im Bereich des Strahlers 1 als gedruckte Leiterplatte ausgeführt. In diese können die Induktivitäten 15 zum Beispiel als spiralenförmige Leiterbahnen, wie in Figur 11 angedeutet, gedruckt eingebracht sein, wobei an einem Ende einer der Induktivitäten 15 ein Anschluss-Pad als Strahleranschlussstelle gedruckt ist. Das vorgefertigte Strahlerteil kann mit den unteren Enden der vertikalen Strahler auf einfache Weise mit den Induktivitäten 15 - zum Beispiel durch Löten - verbunden werden, wodurch eine mechanisch äußerst stabile Strahlerkonstruktion gegeben ist. Diese mechanische Stabilität ist insbesondere im Hinblick auf die schmale relative Bandbreite mancher Funkdienste von großem Vorteil, die einer Verstimmung durch mechanische Vibrationen entgegensteht und eine hohe Reproduzierbarkeit beim Herstellungsprozess gewährleistet.In a simple and economical design of a ring conductor 2 with the vertical radiators 4, the ring conductor 2 is designed as a closed approximately wire-shaped ring, with which the vertical radiator 4 are galvanically connected. This ring conductor 2 with radiators 4 can be economically punched from sheet metal and produced by subsequent bending of the radiator 4. Advantageously, the conductive base in the region of the radiator 1 is designed as a printed circuit board. In this, the inductors 15, for example, as spiral-shaped conductor tracks, as in FIG. 11 indicated, printed introduced, wherein at one end of one of the inductors 15 a connection pad is printed as a radiator junction. The prefabricated radiator part can be easily connected to the lower ends of the vertical radiators with the inductors 15 - for example by soldering - whereby a mechanically extremely stable radiator construction is given. This mechanical stability is of great advantage, in particular with regard to the narrow relative bandwidth of some radio services, which counteracts detuning due to mechanical vibrations and ensures high reproducibility in the production process.

Bei einem derartigen Strahler mit galvanisch gekoppelten vertikalen Strahlern 4 kann der Ringleiter 2 in der horizontalen Ebene flächig und seine äußere Berandung im Wesentlichen symmetrisch zu seinem Zentrum Z ausgeführt sein, wobei die innere Berandung des Ringleiters 2 innere in der Weise gestaltet ist, dass längs des Umfangs die Ringleiter-Breite B jeweils kleiner ist als 1/4 der über das Zentrum Z gemessenen horizontalen Ausdehnung des Ringleiters. Dadurch steht in vorteilhafter Weise der Raum um das Zentrum Z des Ringleiters 2 für die beispielhafte Gestaltung weiterer Antennen zur Verfügung.In such a radiator with galvanically coupled vertical radiators 4, the ring conductor 2 in the horizontal plane surface and its outer boundary in Be designed substantially symmetrically to its center Z, wherein the inner boundary of the ring conductor 2 inner is designed in such a way that along the circumference of the ring conductor width B is smaller than 1/4 of the measured over the center Z horizontal extension of the ring conductor. As a result, the space around the center Z of the ring conductor 2 is advantageously available for the exemplary design of further antennas.

Wie bereits weiter oben ausgeführt, ist die Gleichsinnigkeit der Ströme in den vertikalen Strahlern 4 für die daraus resultierende optimale Unterstützung der vertikal polarisierten Strahlung von Bedeutung. Dies ist besonders vorteilhaft zu erreichen, wenn der Ringleiter 2 kreisförmig bzw. als reguläres Vieleck mit N Ecken gestaltet ist und über den Umfang L des Kreises bzw. an den Ecken des N-Ecks über den Umfang der Länge L des Ringleiters 2 in der Anzahl N untereinander gleiche vertikale Strahler 4a-d in gleich langen gestreckten Längenabständen L/N der Struktur voneinander entfernt über die Leiterschleifen-Koppelpunkte 7a-d an den Ringleiter 2 galvanisch 6 angekoppelt sind. Dabei ist erfindungsgemäß die Resonanz bei der Frequenz fo durch Gestaltung der induktiv wirksamen Komponenten 13a-d der vertikalen Strahler 4a-d herbeigeführt. Zur Herstellung der Resonanz des Ringleitungsstrahlers 1 können die vertikalen Strahler 4a-d ebenfalls jeweils an einer Unterbrechungsstelle mit einer Induktivität 15a-d der hierfür notwendigen induktiven Komponenten 13a-d beschaltet sein.As already stated above, the similarity of the currents in the vertical radiators 4 is important for the resulting optimal support of the vertically polarized radiation. This is particularly advantageous to achieve when the ring conductor 2 is circular or designed as a regular polygon with N corners and over the circumference L of the circle or at the corners of the N-corner over the circumference of the length L of the ring conductor 2 in number N mutually identical vertical radiators 4a-d in the same length elongated lengths L / N of the structure away from each other via the conductor loop coupling points 7a-d to the ring conductor 2 are galvanically coupled 6. In this case, according to the invention, the resonance at the frequency fo is brought about by designing the inductively active components 13a-d of the vertical radiators 4a-d. To produce the resonance of the ring line radiator 1, the vertical radiators 4a-d can likewise be connected in each case at an interruption point with an inductance 15a-d of the inductive components 13a-d necessary for this purpose.

In einer besonders vorteilhaften Realisierung der Erfindung besitzen die in den vertikalen Strahlern 4b-d induktiv wirksamen Komponenten 13a-d in allen vertikalen Strahlern 4a-d etwa gleiche Größe, so dass - wie weiter oben bereits festgestellt - bei Resonanz in diesen Strahlern 4a-d richtungsgleiche Ströme von etwa gleicher Größe fließen. Diese Bedingung ist jedoch für eine grundsätzliche Wahrnehmung der mit der Erfindung erzielbaren Vorteile im Hinblick auf eine günstige Strahlerimpedanz nicht notwendigerweise akribisch einzuhalten. Durch Einhalten der Gleichheit der Ströme lassen sich jedoch im Hinblick auf die Strahlerimpedanz und die azimutale Richtungsunabhängigkeit des Richtdiagramms optimale Bedingungen erreichen.In a particularly advantageous implementation of the invention, the components 13a-d inductively active in the vertical radiators 4b-d have approximately the same size in all vertical radiators 4a-d, so that-as already stated above-at resonance in these radiators 4a-d flow equal direction currents of about the same size. However, this condition is not necessarily met meticulously for a basic perception of the advantages achieved by the invention in terms of a favorable radiator impedance. By maintaining the equality of the currents, however, optimum conditions can be achieved with regard to the radiator impedance and the azimuthal directional independence of the directional diagram.

Die Wahl einer Unterbrechungsstelle zur Einschaltung von konzentrierten induktiven Komponenten erfolgt für die Herstellung des Strahlers 1 besonders günstig jeweils am unteren Ende eines stabförmigen vertikalen Strahlers 4a -d. Dort kann jeweils eine konzentrierte Induktivität 32 a-32c zwischen dem unteren Ende des stabförmigen vertikalen Strahlers 4a -d und der leitenden Grundfläche 6 bzw. dem dort befindlichen Anschluss der Strahlerspeisestelle 5 geschaltet werden. Der andere Anschluss der Strahlerspeisestelle 5 ist auf der leitenden Grundfläche 6 gebildet. Wie bereits oben angedeutet, können die Induktivitäten 15a-d in vorteilhafter Weise als gedruckte Induktivitäten 32a-d auf der als elektrisch leitend beschichteten Leiterplatte ausgeführten elektrisch leitenden Grundfläche 6 gestaltet werden, welche jeweils an einem Ende mit dem vertikalen Strahler 4a-d und am anderen Ende mit der elektrisch leitenden Grundfläche 6 bzw. dem ebenfalls auf der beschichteten Leiterplatte gestalteten einem Anschluss der Strahlerspeisestelle 5 verbunden sind.The choice of an interruption point for switching on concentrated inductive components is carried out for the production of the radiator 1 particularly low at the lower end of a rod-shaped vertical radiator 4a-d. There can each a concentrated inductance 32 a-32 c between the lower end of the rod-shaped vertical radiator 4 a - d and the conductive base 6 and the terminal located there of the radiator feed 5 are connected. The other terminal of the radiator feed 5 is formed on the conductive base 6. As already indicated above, the inductors 15a-d can advantageously be designed as printed inductances 32a-d on the electrically conductive base 6 designed as an electrically conductive printed circuit board, each at one end with the vertical radiator 4a-d and at the other End are connected to the electrically conductive base 6 and also designed on the coated circuit board a connection of the radiator feed 5.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Induktivitäten 32a-d entfallen, wenn die induktiv wirksamen Komponenten 13a - 13d jeweils durch Formgebung der vertikalen Strahler 20 realisiert sind. Hierfür sind vertikale Strahlerteile 20 und horizontaler verlaufende Strahlerteile 21 geformt, so dass die in Figur 1 dargestellten notwendigen induktiven Komponenten 13a - 13c auch bei kleiner Höhe h erreicht werden. Hierbei kann die Gestaltung der vertikalen Strahlerteile 20 und der horizontal verlaufenden Strahlerteile 21 in Figur 9 ebenso kombiniert durch schräg verlaufende Strahlerteile 22, wie in Figur 10 dargestellt, bzw. durch mäanderförmige Strahlerteile erfolgen. Ein Strahler 1 mit derartigen vertikalen Strahlern 4a-c kann zum Beispiel auf wirtschaftliche Weise aus einem aus Blech gestanztem Stück und anschließender Biegung hergestellt und die vertikalen Strahler an ihrem unteren Ende mit der leitenden Grundfläche 6 bzw. mit der dort gebildeten Strahleranschlussstelle 5 verbunden werden. Eine für den Einsatz in Fahrzeugen besonders wirtschaftliche Lösung ist durch Wahl entsprechender Abmessungen des Strahlers 1 in der Weise zu erreichen, dass an der Strahlerspeisestelle 5 Anpassung an ZL ohne Anpassnetzwerk 35 gegeben ist und die Strahlerspeisestelle 5 - gemäß der allgemeinen Darstellung in Figur 4a links unten - die Antennenanschlussstelle 34 einer an ZL angepassten Antenne 36 bildet.In a further advantageous embodiment of the invention, the inductors 32a-d can be omitted if the inductively active components 13a-13d are each realized by shaping the vertical radiators 20. For this purpose, vertical radiator parts 20 and horizontally extending radiator parts 21 are formed, so that the in FIG. 1 shown necessary inductive components 13a - 13c are achieved even at a small height h. Here, the design of the vertical radiator parts 20 and the horizontally extending radiator parts 21 in FIG. 9 also combined by oblique radiator parts 22, as in FIG. 10 represented, or carried by meandering radiator parts. A radiator 1 with such vertical radiators 4a-c can be produced, for example, economically from a piece punched from sheet metal and subsequent bending, and the vertical radiators are connected at their lower end to the conductive base 6 or to the radiator junction 5 formed there. A particularly economical solution for use in vehicles is to be achieved by choosing the appropriate dimensions of the radiator 1 in such a way that at the radiator feed 5 adaptation to ZL without matching network 35 is given and the radiator feed 5 -. In accordance with the general illustration in FIG. 4a bottom left - the antenna connection point 34 forms an antenna 36 adapted to ZL.

Bei etwas zu kleinem Resonanzwiderstand Rs kann die Impedanzanpassung an ZL auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass die Resonanzfrequenz fo in der Weise gewählt ist, dass die bei einer geringfügig höheren Frequenz f im Frequenzband des Funkdienstes auftretende geringfügige Verstimmung der Resonanz des Strahlers die zwischen Strahlerspeisestelle 5 und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt 3a auftretende Impedanz induktiv ist. Durch Parallelschaltung einer Kapazität zwischen Strahlerspeisestelle 5 und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt 3a kann auf einfache Weise Impedanzanpassung an ZL erreicht werden, wodurch die Strahlerspeisestelle 5 gleichermaßen die Antennenanschlussstelle 34 einer an ZL angepassten Antenne 36 bildet.If the resonant resistance Rs is too low, the impedance matching to ZL can be effected simply by selecting the resonant frequency fo in such a way that the slight detuning of the resonance of the radiator between the radiator feed point 5 occurs at a slightly higher frequency f in the frequency band of the radio service and the adjacent ground terminal 3a occurring impedance is inductive. By parallel connection of a capacitance between radiator feed point 5 and the adjacent ground connection point 3a, impedance matching to ZL can be achieved in a simple manner, whereby the radiator feed point 5 likewise forms the antenna connection point 34 of an antenna 36 adapted to ZL.

In einer vorteilhaft einfach herstellbaren Grundform eines Strahlers 1 nach der Erfindung ist der Ringleiter 2 als Quadrat gestaltet, an dessen Ecken jeweils ein Ringleitungs-Koppelpunkt 7 mit einem dort galvanisch angeschlossenen vertikalen Strahler 4, 4a-d ausgebildet ist. Drei der Strahler 4, 4b-d sind mit der elektrisch leitenden Grundfläche 6 zur Ankopplung an einen Masse-Anschlusspunkt 3b-d jeweils über eine Induktivität 13b-d an den Masse-Anschlusspunkt 3b-d angeschlossen und ein Strahler 4, 4a, gegebenenfalls über eine Induktivität 13a mit der Strahlerspeisestelle 5 verbunden.In an advantageously easy to manufacture basic shape of a radiator 1 according to the invention, the ring conductor 2 is designed as a square, at the corners of each a ring line crosspoint 7 with a galvanically connected there vertical radiator 4, 4a-d is formed. Three of the radiators 4, 4b-d are connected to the electrically conductive base 6 for coupling to a ground terminal 3b-d via an inductor 13b-d to the ground terminal 3b-d and a radiator 4, 4a, optionally over an inductor 13a connected to the radiator feed 5.

Für einen Strahler - zum Beispiel für den bereits oben genannten Funkdienst DAB im L-Frequenzband bei einer Mittenfrequenz von f∼1,5 GHz - ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung nach der Erfindung die Resonanzfrequenz fo etwa gleich der Mittenfrequenz f des Funkdienstes und die Seiten des Quadrats sind etwa gleich λo/10 und die Höhe h, 9 etwa gleich λo/20 gewählt. Ein Strahler mit diesen äußeren Abmessungen kann vorteilhaft in der Weise gestaltet werden, dass an der Strahlerspeisestelle 5 Impedanzanpassung an ZL vorliegt und somit durch letztere die Antennenanschlussstelle 34 gegeben ist.For a radiator - for example, for the above-mentioned radio service DAB in the L-frequency band at a center frequency of f~1.5 GHz - in an advantageous embodiment of the invention, the resonance frequency fo is approximately equal to the center frequency f of the service and the pages of The squares are approximately equal to λo / 10 and the heights h, 9 are approximately equal to λo / 20. A radiator with these external dimensions can advantageously be designed in such a way that there is impedance matching at ZL at the radiator feed point 5 and thus the antenna connection point 34 is provided by the latter.

An die Glattheit der Oberfläche einer Fahrzeugkarosserie werden vornehmlich aus ästhetischen Gründen, jedoch auch aus Gründen der Windgeräuschentwicklung hohe Anforderungen gestellt. Hierfür bietet ein Strahler nach der Erfindung vorteilhaft die Möglichkeit, den Strahler versenkt und ohne nennenswerte Einbußen an seinen Strahlungseigenschaften in die Fahrzeugkarosserie zu integrieren. Hierzu wird, wie in Figur 11 dargestellt, die im Wesentlichen in einer Grundflächen-Ebene E1 verlaufende leitende Grundfläche 6 am Ort des Ringleiters 2 als eine nach oben geöffnete leitende Kavität 38 ausgeformt, deren leitende Kavitäts-Basisfläche 6a in der Kavitäts-Tiefe 12 parallel zur und unterhalb der Grundflächen-Ebene E1 gelegenen Basisflächen-Ebene E2 verläuft. In diese Kavität wird der Ringleiter 2 in einer weiteren horizontalen Ringleitungs-Ebene E in der Höhe h, 9 verlaufend über der Kavitäts-Basisfläche 6a in der Weise eingebracht, dass die leitende Kavitäts-Basisfläche 6a die Projektionsfläche des Ringleiters 2 auf die unterhalb der leitenden Grundflächen-Ebene E1 gelegenen Basisflächen-Ebene E2 mindestens überdeckt und die Kavitäts-Seitenflächen 40 an jeder Stelle eine Kontur in der Weise aufweisen, dass ein hinreichend großer Kavitäts-Abstand 10 zwischen dem Ringleiter 2 und der Kavität 38 an jeder Stelle gegeben ist. Naturgemäß ist mit dem versenkten Einbau eines Strahlers ein Absinken des Strahlungswiderstandes Rs verbunden. Insbesondere auch in diesem Zusammenhang ist die gegenüber einem Referenzstrahler 29 erfindungsgemäße Erhöhung des Strahlungswiderstandes um den Faktor N2 von besonderer Bedeutung.On the smoothness of the surface of a vehicle body are made primarily for aesthetic reasons, but also for reasons of wind noise high demands. For this purpose, a radiator according to the invention advantageously offers the possibility of sunk the radiator and to integrate without significant loss of its radiation properties in the vehicle body. For this purpose, as in FIG. 11 illustrated, the substantially extending in a base plane E1 conductive base surface 6 at the location of the ring conductor 2 as an upwardly open conductive cavity 38, the conductive cavity base surface 6a in the cavity depth 12 parallel to and below the base plane E1 located base plane E2. In this cavity, the ring conductor 2 in a further horizontal loop level E in height h, 9 extending over the cavity base surface 6a introduced in such a manner that the conductive cavity base surface 6a, the projection surface of the ring conductor 2 at the lying below the conductive surface plane E1 base surface plane E2 at least covers and the cavity side surfaces 40 at each point a contour in have the way that a sufficiently large cavity spacing 10 between the ring conductor 2 and the cavity 38 is given at each point. Naturally, a sinking of the radiation resistance Rs is associated with the recessed installation of a radiator. In particular, in this context too, the increase of the radiation resistance by a factor N 2 according to the invention relative to a reference radiator 29 is of particular importance.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Strahler 1, welcher für vertikale Polarisation für einen Funkdienst um die Frequenz fo gestaltet ist, in seiner Funktion für den Empfang von zirkular polarisierten Satellitenfunksignalen eines Satellitenfunkdienstes bei einer Frequenz fs > fo erweitert, wie es beispielhaft in Fig. 14 dargestellt ist. Im Gegensatz zur Funktion für die vertikale Polarisation mit gleichphasig und gleichsinnig fließenden Strömen in den vertikalen Strahlern 4a-c sind die Phasen der Ströme in diesen Strahlern in der Weise eingestellt, dass der Ringleiter 2 zusammen mit der leitenden Grundfläche 6 als eine Ringleitung betrieben ist, sodass bei der Frequenz fs eine Resonanzstruktur in der Weise gebildet ist, dass durch Einspeisung über den einen der vertikalen Strahler 4d mit Strahlerspeisestelle 5 auf der Ringleitung die Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung eingestellt ist, deren Phasenunterschied über einen azimutalen Umlauf gerade 2π beträgt. Die Speisung des Strahlers für die Funktion der zirkularen Polarisation kann in vorteilhafter Weise ebenso an der Strahlerspeisestelle 5 erfolgen. Ein Strahler für den Empfang von zirkular polarisierten Satellitensignalen ist bekannt aus der DE 10 2009 040 910 , dort z.B. in Fig. 17, wobei die Einspeisung an einem vertikalen Strahler über eine Kapazität und die Verbindung der anderen Strahler zur elektrisch leitenden Grundfläche 6 hin ebenso über Kapazitäten gegeben ist. Zur Verknüpfung der beiden Funktionen bei einem Strahler nach der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 14a, ist den Induktivitäten 15a-d der an die leitende Grundebene angekoppelten vertikalen Strahler 4a-c sowie dem einen vertikalen Strahler 4d mit Strahlerspeisestelle 5 jeweils ein kapazitiv wirkendes Element 26a-d parallel geschaltet. Somit ist, wie in Fig. 14b dargestellt, jeweils eine Blindelement-Schaltung 27a-d gegeben, welche für den Funkdienst bei der Frequenz f weiterhin die geforderte induktive Wirkung und bei der Frequenz fs für den Satellitenfunkdienst die für die Resonanz und die Umlaufrichtung der umlaufenden Welle bestimmende kapazitive Wirkung besitzt.In a further advantageous embodiment of the invention, the emitter 1, which is designed for vertical polarization for a radio service to the frequency fo, extended in its function for the reception of circularly polarized satellite radio signals of a satellite service at a frequency fs> fo, as exemplified in Fig. 14 is shown. In contrast to the function for the vertical polarization with in-phase and co-current flows in the vertical radiators 4a-c, the phases of the currents in these radiators are adjusted in such a way that the ring conductor 2 is operated together with the conductive base 6 as a loop, so that at the frequency fs a resonant structure is formed in such a way that is adjusted by feeding via one of the vertical radiator 4d with radiator feed 5 on the loop the current distribution of a current line wave in a single direction of rotation, the phase difference over an azimuthal cycle is just 2π , The supply of the radiator for the function of the circular polarization can also be done at the radiator feed point 5 in an advantageous manner. A radiator for the reception of circularly polarized satellite signals is known from DE 10 2009 040 910 There, for example, in Fig. 17, wherein the feed is given to a vertical radiator via a capacitance and the connection of the other radiator to the electrically conductive base surface 6 also over capacity. For combining the two functions in a radiator according to the present invention, as in Fig. 14a , Is the inductors 15a-d of the coupled to the conductive ground plane vertical radiator 4a-c and the one vertical radiator 4d with radiator feed 5 each have a capacitive element 26a-d connected in parallel. Thus, as in Fig. 14b represented, in each case a dummy element circuit 27a-d given, which for the service at the frequency f continue to have the required inductive effect and at the frequency fs for the satellite service the capacitive effect determining the resonance and the direction of rotation of the rotating shaft.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der im Zentrum des Ringleiters 2 gestaltbare Freiraum zur Anbringung einer weiteren vertikal polarisierten Antenne genutzt, wie es beispielhaft in Fig.15a mit einer stabförmigen Antenne 28 dargestellt ist. Hierzu kann vorteilhaft längs einer vertikalen Zentrallinie VZ eine vertikale im Wesentlichen stabförmige Antenne für mindestens einen weiteren Funkdienst gestaltet werden. Zur Unterdrückung der Strahlungskopplung zwischen dem Strahler 1 nach der Erfindung und der weiteren vertikal polarisierten stabförmigen Antenne 28 ist deren Leiter in der Weise in durch Unterbrechungsstellen 14 in voneinander getrennte Leiterstücke 24 unterteilt, dass die gestreckten Längen 19 der Leiterstücke 24 nicht größer als 3/8 der Wellenlänge λo gewählt sind und die Unterbrechungsstellen 14 durch frequenzselektive Zweipole 25, wie in Fig. 15b dargestellt, überbrückt sind. Die frequenzselektiven Zweipole 25 sind in den Frequenzbereichen der weiteren Funkdienste niederohmig und in dem Frequenzbereich, welcher dem Strahler 1 mit Ringleiter 2 zugeordnet ist, hochohmig auszuführen. Die Gestaltung von stabförmigen, durch frequenzselektiv überbrückte Unterbrechungsstellen strahlungsentkoppelten Antennen ist bekannt aus der DE103 04 911 .In a further advantageous embodiment of the invention, the space which can be designed in the center of the ring conductor 2 is used for attaching a further vertically polarized antenna, as shown by way of example in FIG 15A is shown with a rod-shaped antenna 28. For this purpose, a vertical substantially rod-shaped antenna for at least one further radio service can advantageously be designed along a vertical center line VZ. To suppress the radiation coupling between the radiator 1 according to the invention and the other vertically polarized rod-shaped antenna 28 whose conductor is subdivided in such a way by interruption points 14 into separate conductor pieces 24, that the extended lengths 19 of the conductor pieces 24 is not greater than 3/8 the wavelength λo are chosen and the interruption points 14 by frequency-selective dipole 25, as in Fig. 15b shown, bridged. The frequency-selective dipoles 25 are low impedance in the frequency ranges of the other radio services and in the frequency range which is associated with the radiator 1 with ring conductor 2, high-impedance perform. The design of rod-shaped, radiation-isolated antennas bridged by frequency-selectively bridged interruption points is known from the DE103 04 911 ,

Schließlich kann es zum Beispiel aus Gründen erhöhter mechanischer Stabilitätsanforderungen notwendig sein, den Ringleiter 2 möglichst stabil auszuführen. In diesem Fall kann der Ringleiter 2 im Wesentlichen durch die Berandung einer geschlossenen leitenden Fläche, wie in Fig. 3, gestaltet werden, wobei die Ringleitungs-Koppelpunkte 7a, 7b, 7c, 7d jeweils in der Nähe dieser Berandung gebildet sind. Die elektrischen Eigenschaften, wie z. B. der Strahlungswiderstand Rs bei der Resonanzfrequenz fo, werden durch die Darstellung des Ringleiters 2 als geschlossene Fläche aufgrund der für die Funktion wesentlichen Ströme längs der Berandung der Fläche nur unwesentlich beeinflusst. Dies trifft ebenso auf die relative Strahlerbandbreite Brel zu.Finally, it may be necessary for reasons of increased mechanical stability requirements, for example, to perform the ring conductor 2 as stable as possible. In this case, the ring conductor 2 can essentially be defined by the boundary of a closed conductive surface, as in FIG Fig. 3 , the ring line coupling points 7a, 7b, 7c, 7d are each formed in the vicinity of this boundary. The electrical properties, such. As the radiation resistance Rs at the resonant frequency fo, are only insignificantly influenced by the representation of the ring conductor 2 as a closed surface due to the essential for the function currents along the boundary of the surface. This also applies to the relative radiator bandwidth Brel.

Ausgehend von der Bandbreite eines elektrisch kleinen Strahlers kann die Bandbreite B durch Ergänzungen mit einem Anpassnetzwerk am Antennenanschlussstelle 34 unter Voraussetzung eines beliebig komplizierten, jedoch verlustlosen Anpassnetzwerks theoretisch maximal um den Faktor 2π/In2 vergrößert werden, wie es in der eingangs genannten Druckschrift im AEÜ zitiert ist. Die in der Praxis erreichbaren Vergrößerungsfaktoren sind bei vertretbar wirtschaftlichem Aufwand jedoch umso kleiner, je weiter die Strahlerimpedanz von der Zielimpedanz ZL abweicht. Naturgemäß vergrößern Verluste die Bandbreite, reduzieren jedoch in gleichem Maß den Strahlungsgewinn einer Antenne. Somit ist der Strahler 1 nach der Erfindung auch bei Ergänzung mit einem Anpassnetzwerk und bei Berücksichtigung von Verlusten im Hinblick auf Strahlungsgewinn und erreichbarer Bandbreite dem Referenzstrahler 29 mit Anpassnetzwerk stets überlegen.Starting from the bandwidth of an electrically small radiator, the bandwidth B can theoretically by a factor of 2π / In2 be increased by additions to a matching network at the antenna connection point 34 assuming an arbitrarily complicated, but lossless matching network, as cited in the cited document in the AEÜ is. However, the magnification factors that can be achieved in practice are all the smaller, with reasonable economic outlay, the further the radiator impedance deviates from the target impedance ZL. Naturally, losses increase the bandwidth, but to the same extent reduce the radiation gain of an antenna. Thus, the radiator 1 according to the invention is always superior to the reference radiator 29 with matching network even when supplementing with a matching network and taking into account losses in terms of radiation gain and achievable bandwidth.

Liste der BezeichnungenList of terms

  • Strahler 1Spotlight 1
  • Ringleiter 2Ring conductor 2
  • Masse-Anschlusspunkt 3a, 3b 3c, 3dGround connection point 3a, 3b 3c, 3d
  • vertikale Strahler 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4evertical radiators 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e
  • Strahlerspeisestelle 5Spotlight 5
  • Leitende Grundfläche 6, 6a, 6bConductive base 6, 6a, 6b
  • Ringleitungs-Koppelpunkte 7,7a,7b,7c,7dRing line coupling points 7,7a, 7b, 7c, 7d
  • Leiterbreite 8Conductor width 8
  • Abstand der Höhe h, 9Distance of height h, 9
  • Kavitäts-Abstand 10Cavity distance 10
  • Dachkapazität 11Roof capacity 11
  • Kavitäts-Tiefe 12Cavity depth 12
  • induktiv wirksame Komponenten 13, 13a -13ginductively effective components 13, 13a -13g
  • Unterbrechungsstelle14Unterbrechungsstelle14
  • Induktivität 15,15a, 15b, 15c, 15dInductance 15, 15a, 15b, 15c, 15d
  • Äußere Querabmessung 16Outer transverse dimension 16
  • Äußere Längsabmessung 17External longitudinal dimension 17
  • innere Querabmessung 18inner transverse dimension 18
  • gestreckte Länge 19stretched length 19
  • vertikaler Strahlerteil 20vertical radiator part 20
  • horizontaler Strahlerteil 21horizontal radiator part 21
  • schräg verlaufender Strahlerteil 22obliquely extending radiator part 22
  • Kantenlänge 23Edge length 23
  • Leiterstücke 24Conductor pieces 24
  • Frequenzselektiver Zweipol 25Frequency selective dipole 25
  • kapazitiv wirkendes Element 26capacitive element 26
  • Blindelement-Schaltung 27Blind element circuit 27
  • stabförmigen Strahler 28rod-shaped radiator 28th
  • Referenzstrahler 29Reference emitter 29
  • Mikrostreifenleiter 30,30a,30b,30cMicrostrip conductors 30, 30a, 30b, 30c
  • Leistungsteiler- und Phasenschiebernetzwerk 31Power divider and phase shifter network 31
  • Gedruckte Induktivität 32a, 32b, 32c, 32d,Printed inductance 32a, 32b, 32c, 32d,
  • Leiterplatte 33Printed circuit board 33
  • Antennenanschlussstelle 34Antenna connection point 34
  • Anpassnetzwerk 35Matching network 35
  • Antenne 36Antenna 36
  • Abstand 37Distance 37
  • Kavität 38Cavity 38
  • Kavitäts-Basisfläche 39Cavity base surface 39
  • Kavitäts-Seitenflächen 40Cavity side surfaces 40
  • Kavitäts-Abstand 41Cavity distance 41
  • Bandbreite BBandwidth B
  • Relative Bandbreite BrelRelative bandwidth Brel
  • Resonanzfrequenz foResonant frequency fo
  • Feldwellenwiderstand des freien Raums ZoField Wave Resistance of Free Space Zo
  • Effektive Höhe des elektrisch kurzen Monopol-Strahlers hemEffective height of the electrically short monopole emitter hem
  • Kapazität des elektrisch kurzen Monopol-StrahlersCapacity of the electrically short monopole emitter
  • Lichtgeschwindigkeit coSpeed of light co
  • Freiraumwellenlänge λoFree space wavelength λo
  • Geometrische Höhe hGeometric height h
  • Drahtdurchmesser dWire diameter d
  • Kreisdurchmesser DCircle diameter D
  • Antennenfaktor des elektrisch kurzen Monopol-Strahlers BFmAntenna factor of the electrically short monopole radiator BFm
  • Antennenfaktor des Strahlers nach der Erfindung BFAntenna factor of the radiator according to the invention BF
  • Konstante kConstant k
  • Grundflächen-Ebene E1Base plane E1
  • Grundflächen-Ebene E2Base plane E2
  • Ringleitungs-Ebene E3Ring line level E3
  • Anzahl Koppelpunkte NNumber of crosspoints N
  • normierter Widerstand (Zielimpedanz) ZLnormalized resistance (target impedance) ZL
  • Strahlungswiderstand bei der Resonanzfrequenz RsRadiation resistance at the resonant frequency Rs
  • Reaktanz XReactance X
  • Gestreckte Länge des Ringleitungsstrahlers LElongated length of the ring line radiator L
  • vertikale Zentrallinie VZvertical center line VZ

Claims (15)

Elektrischer Strahler (1) für vertikal polarisierte Funksignale für einen Funkdienst mit schmaler Frequenzbandbreite um eine Frequenz fo mit der Freiraum-Wellenlänge λo im GHZ-Frequenzbereich, umfassend wenigstens eine im Wesentlichen horizontal orientierte, über einer leitenden Grundfläche (6) angeordnete Leiterschleife, mit einer Strahlerspeisestelle (5) zur elektromagnetischen Erregung der Leiterschleife gegenüber der leitenden Grundfläche (6),
dadurch gekennzeichnet, dass - die Leiterschleife durch einen polygonartig oder elliptisch/kreisförmig geschlossenen Ringleiter (2) in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene mit der Höhe h kleiner λo/6 über der leitenden Grundfläche (6) verlaufend gestaltet ist, - am Umfang des Ringleiters (2) etwa gleichverteilt mindestens drei an Leiterschleifen-Koppelpunkten (7) mit dem Ringleiter (2) elektromagnetisch verkoppelte und zur leitenden Grundfläche (6) hin verlaufende vertikale Strahler (4, 4a-d) vorhanden sind, wobei mindestens zwei der vertikalen Strahler (4, 4a-d) mit der elektrisch leitenden Grundfläche (6) an Masse-Anschlusspunkten (3b-d) elektromagnetisch verkoppelt sind und ein vertikaler Strahler (4a) über die Strahlerspeisestelle (5) an dessen unterem Ende erregt ist, - die mit der elektrisch leitenden Grundfläche (6) zwischen ihren Leiterschleifen-Koppelpunkten (7a-d) und dem jeweils mit einem Masse-Anschlusspunkt (3a, 3b) verkoppelten vertikalen Strahler (4b-d) und der über die Strahlerspeisestelle (5) erregte vertikale Strahler (4a), zwischen seinem Leiterschleifen-Koppelpunkt (7a) und der Strahlerspeisestelle (5) jeweils induktiv wirksame Komponenten (13a-d) besitzen, so dass an der Strahlerspeisestelle (5) bei der Frequenz fo eine niederohmige Resonanz vom Charakter einer Serienresonanz gegeben ist.
An electric radiator (1) for vertically polarized radio signals for a narrow frequency bandwidth service by a frequency f o with the free space wavelength λ o in the GHZ frequency range, comprising at least one substantially horizontally oriented conductor loop arranged above a conductive base (6) Radiator feed point (5) for electromagnetic excitation of the conductor loop relative to the conductive base (6),
characterized in that - The conductor loop is designed by a polygonal or elliptical / circular closed ring conductor (2) extending in a substantially horizontal plane with the height h smaller λo / 6 on the conductive base (6), - At the circumference of the ring conductor (2) approximately equally distributed at least three conductor loop coupling points (7) with the ring conductor (2) electromagnetically coupled and the conductive base (6) extending vertical radiator (4, 4a-d) are present, at least two of the vertical radiators (4, 4a-d) are electromagnetically coupled to the electrically conductive base (6) at ground connection points (3b-d) and a vertical radiator (4a) is excited via the radiator feed (5) at its lower end . - Which with the electrically conductive base (6) between its conductor loop crosspoints (7a-d) and each coupled to a ground terminal (3a, 3b) vertical radiator (4b-d) and the excitation via the radiator feed (5) vertical radiator (4a), between its conductor loop coupling point (7a) and the radiator feed (5) each have inductively active components (13a-d), so that at the radiator feed (5) at the frequency fo a low-impedance resonance of the character of a series resonance given is.
Strahler nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringleiter (2) in der horizontalen Ebene flächig und seine äußere Berandung im Wesentlichen symmetrisch zu seinem Zentrum Z gestaltet ist und seine innere Berandung in der Weise gestaltet ist, dass längs des Umfangs die Ringleiter-Breite B jeweils kleiner ist als 1/4 der über das Zentrum Z des Ringleiters (2) gemessenen horizontalen Ausdehnung des Ringleiters. (2)
Radiator according to claim 1,
characterized in that
the ring conductor (2) in the horizontal plane and its outer boundary is substantially symmetrical to its center Z designed and its inner boundary is designed in such a way that along the circumference of the ring conductor width B is smaller than 1/4 of the via the center Z of the ring conductor (2) measured horizontal extension of the ring conductor. (2)
Strahler nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringleiter (2) kreisförmig bzw. als reguläres Vieleck mit N Ecken gestaltet ist und über den Umfang L des Kreises bzw. an den Ecken des N-Ecks über den Umfang der Länge (L) des Ringleiters (2) N untereinander gleiche vertikale Strahler (4a-d) in gleich langen gestreckten Längenabständen (L/N) der Ringleiterstruktur voneinander entfernt über die Leiterschleifen-Koppelpunkte (7a-d) an den Ringleiter (2) galvanisch (6) angekoppelt sind und die Resonanz bei der Frequenz fo durch Gestaltung der induktiv wirksamen Komponenten (13a-d) der vertikalen Strahler (4a-d) gegeben ist.
Emitter according to at least one of claims 1 or 2,
characterized in that
the ring conductor (2) is circular or designed as a regular polygon with N corners and over the circumference L of the circle or at the corners of the N-corner over the circumference of the length (L) of the ring conductor (2) N mutually identical vertical radiator (4a-d) in the same lengthwise extended distances (L / N) of the ring conductor structure from each other via the conductor loop coupling points (7a-d) to the ring conductor (2) galvanically (6) are coupled and the resonance at the frequency fo by design the inductively effective components (13a-d) of the vertical radiator (4a-d) is given.
Strahler nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Herstellung der Resonanz des Ringleitungsstrahlers (1) die vertikalen Strahler (4a-d) jeweils an einer Unterbrechungsstelle mit einer Induktivität (15a-d) der hierfür notwendigen induktiven Reaktanz XL beschaltet sind,
und / oder
dass die in den vertikalen Strahlern (4b-d) induktiv wirksamen Komponenten in allen vertikalen Strahlern (4a-d) etwa gleiche Größe besitzen, so dass bei Resonanz in diesen Strahlern (4a-d) richtungsgleiche Ströme von etwa gleicher Größe fließen.
Radiator according to at least one of claims 1 to 3,
characterized in that
for producing the resonance of the ring line radiator (1), the vertical radiators (4a-d) are respectively connected at an interruption point with an inductance (15a-d) of the inductive reactance XL required for this purpose,
and or
that in the vertical radiators (4b-d) inductively active components in all vertical radiators (4a-d) have approximately the same size, so that at resonance in these radiators (4a-d) flow directionally equal currents of approximately the same size.
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die induktiv wirksame Komponenten (15a-d) als konzentrierte Induktivitäten (32a-32c) jeweils am unteren Ende der vertikalen Strahler gestaltet sind.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the inductively active components (15a-d) are designed as concentrated inductors (32a-32c) respectively at the lower end of the vertical radiators.
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Resonanzfrequenz fo in der Weise gewählt ist, dass die bei einer geringfügig höheren Frequenz f im Frequenzband des Funkdienstes auftretende geringfügige Verstimmung der Resonanz des Strahlers die zwischen Strahlerspeisestelle (5) und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt (3a) auftretende Impedanz in der Weise induktiv ist, dass bei Parallelschaltung einer Kapazität zwischen Strahlerspeisestelle (5) und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt (3a) Impedanzanpassung an eine vorgegebene Zielimpedanz ZL besteht und die Strahlerspeisestelle (5) die Antennenanschlussstelle (34) einer an ZL angepassten Antenne bildet.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the resonant frequency fo is chosen in such a way that the slight detuning of the resonance of the radiator occurring at a slightly higher frequency f in the frequency band of the radiator is thus inductive in the impedance occurring between the radiator feed point (5) and the adjacent ground connection point (3a) in that when a capacitor is connected in parallel between the radiator feed point (5) and the adjacent ground connection point (3a) there is impedance matching to a predetermined target impedance ZL and the radiator feed point (5) forms the antenna connection point (34) of an antenna adapted to ZL.
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Resonanzfrequenz fo in der Weise gewählt ist, dass die bei einer geringfügig geringeren Frequenz f im Frequenzband des Funkdienstes auftretende geringfügige Verstimmung der Resonanz des Strahlers die zwischen Strahlerspeisestelle (5) und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt (3a) auftretende Impedanz in der Weise kapazitiv ist, dass bei Parallelschaltung einer Induktivität zwischen Strahlerspeisestelle (5) und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt (3a) Impedanzanpassung an eine vorgegebene Zielimpedanz ZL besteht und die Strahlerspeisestelle (5) die Antennenanschlussstelle (34) einer an ZL angepassten Antenne bildet.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the resonant frequency fo is chosen in such a way that the slight detuning of the resonance of the radiator occurring at a slightly lower frequency f in the frequency band of the radiator, the impedance occurring between radiator feed point (5) and the adjacent ground terminal (3a) is capacitive in such a way in that when an inductance is connected in parallel between the radiator feed point (5) and the adjacent ground connection point (3a) there is impedance matching to a predefined target impedance ZL and the radiator feed point (5) forms the antenna connection point (34) of an antenna adapted to ZL.
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringleiter (2) als Quadrat gestaltet ist, an dessen Ecken jeweils ein Ringleitungs-Koppelpunkt (7) mit einem dort galvanisch angeschlossenen vertikalen Strahler (4, 4a-d) ausgebildet ist und drei Strahler (4, 4b-d) mit der elektrisch leitenden Grundfläche (6) zur Ankopplung an einen Masse-Anschlusspunkt (3b-d) jeweils über eine Induktivität (13b-d) an einen Masse-Anschlusspunkt (3b-d) angeschlossen sind und ein Strahler (4, 4a) über eine Induktivität (13a) mit der Strahlerspeisestelle (5) verbunden ist.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the ring conductor (2) is designed as a square, at the corners of which a ring line coupling point (7) with a vertical emitter (4, 4a-d) galvanically connected thereto is formed, and three emitters (4, 4b-d) with the electric senior Base (6) for connection to a ground terminal (3b-d) are each connected via an inductor (13b-d) to a ground terminal (3b-d) and a radiator (4, 4a) via an inductance (13a ) is connected to the radiator feed point (5).
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Resonanzfrequenz fo etwa gleich der Mittenfrequenz f des Funkdienstes gewählt ist und die Seiten des Quadrats etwa gleich λo/10 und die Höhe h etwa gleich λo/20 gewählt sind, so dass an der Strahlerspeisestelle (5) Impedanzanpassung an eine vorgegebene Zielimpedanz ZL herrscht und durch letztere die Antennenanschlussstelle (34) gegeben ist.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the resonant frequency fo is chosen to be approximately equal to the center frequency f of the radio service and the sides of the square are approximately equal to λo / 10 and the height h is approximately equal to λo / 20, so that at the radiator feed point (5) impedance matching to a predetermined target impedance ZL prevails and by the latter the antenna connection point (34) is given.
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Induktivitäten (32a-d) in gedruckter Schaltungstechnik auf der als elektrisch leitend beschichtete Leiterplatte ausgeführten elektrisch leitenden Grundfläche (6) gestaltet sind, welche jeweils an einem Ende mit dem vertikalen Strahler (4, 4a-d) und am anderen Ende mit der elektrisch leitenden Grundfläche (6) bzw. der ebenfalls auf der beschichteten Leiterplatte gestalteten Strahlerspeisestelle (5) verbunden sind.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the inductors (32a-d) are designed in printed circuit technology on the electrically conductive base plate (6) designed as an electrically conductive printed circuit board, which in each case at one end with the vertical radiator (4, 4a-d) and at the other end with the electric conductive base (6) or also designed on the coated circuit board radiator feed (5) are connected.
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die für Resonanz notwendigen induktiv wirksamen Komponenten (13a-g) jeweils durch Formgebung der vertikalen Strahler (4a-c) in der Weise gegeben sind, dass in den vertikalen Strahlern (4a-c) vertikale Strahlerteile (20) und horizontale Strahlerteile (21) bzw. mäanderformige oder schräg verlaufende Strahlerteile vorhanden sind.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the inductively effective components (13a-g) necessary for resonance are each given by shaping the vertical radiators (4a-c) in such a way that vertical radiator parts (20) and horizontal radiator parts (21) in the vertical radiators (4a-c) or meandering or oblique radiator parts are present.
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die im Wesentlichen in einer Grundflächen-Ebene (E1) verlaufende elektrisch leitende Grundfläche (6) am Ort des Ringleiters (2) als eine nach oben geöffnete elektrisch leitende Kavität (38) ausgeformt ist, deren elektrisch leitende Kavitäts-Basisfläche (6a) in einer in der Kavitäts-Tiefe (12) parallel zur und unterhalb der Grundflächen-Ebene (E1) gelegenen Basisflächen-Ebene (E2) verläuft und in welche der Ringleiter (2) in einer weiteren horizontalen Ringleitungs-Ebene (E) in der Höhe h verlaufend über der Kavitäts-Basisfläche (6a) eingebracht ist und die Kavitäts-Basisfläche (6a) die vertikale Projektionsfläche des Ringleiters (2) auf die unterhalb der leitenden Grundflächen-Ebene (E1) gelegenen Basisflächen-Ebene (E2) mindestens überdeckt und die elektrisch leitenden Kavitäts-Seitenflächen (40) an jeder Stelle eine Kontur in der Weise aufweisen, dass ein hinreichend großer Kavitäts-Abstand (10) zwischen dem Ringleiter (2) und der Kavität (38) an jeder Stelle gegeben ist.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the electrically conductive base surface (6) running substantially in a base plane (E1) is formed at the location of the ring conductor (2) as an electrically conductive cavity (38) which is open at the top and whose electrically conductive cavity base surface (6a) is in one extending in the cavity depth (12) parallel to and below the base plane (E1) located base plane (E2) and in which the ring conductor (2) in a further horizontal loop level (E) in height h running is introduced above the cavity base surface (6a) and the cavity base surface (6a) covers at least the vertical projection surface of the ring conductor (2) on the base surface plane (E1) below the base surface plane (E2) and the electrically conductive layer Cavity side surfaces (40) at each point have a contour in such a way that a sufficiently large cavity spacing (10) between the ring conductor (2) and the cavity (38) at each point given is.
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Strahler (1) für den zusätzlichen Empfang von zirkular polarisierten Satellitenfunksignalen eines Satellitenfunkdienstes bei einer Frequenz fs > f gestaltet ist, wobei der Ringleiter (2) zusammen mit der leitenden Grundfläche (6) eine Ringleitung bildet, sodass bei der Frequenz fs eine Resonanzstruktur in der Weise gebildet ist, dass durch Einspeisung über den einen der vertikalen Strahler (4d) mit Strahlerspeisestelle (5) auf der Ringleitung die Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung eingestellt ist, deren Phasenunterschied über einen azimutalen Umlauf gerade 2π beträgt, wobei den Induktivitäten (15a-d) der an die leitende Grundebene angekoppelten vertikalen Strahler (4a-c) sowie dem einen vertikalen Strahler (4d) mit Strahlerspeisestelle (5) jeweils ein kapazitiv wirkendes Element (26) parallel geschaltet ist, sodass jeweils eine Blindelement-Schaltung (27) gegeben ist, welche für den Funkdienst bei der Frequenz f weiterhin die geforderte induktive Wirkung und bei der Frequenz fs für den Satellitenfunkdienst die für die Resonanz und die Umlaufrichtung der umlaufenden Welle bestimmende kapazitive Wirkung besitzt.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the emitter (1) is designed for the additional reception of circularly polarized satellite radio signals of a satellite service at a frequency fs> f, wherein the ring conductor (2) forms a ring line together with the conductive base (6), so that at the frequency fs a resonance structure in the manner is formed that is set by feeding via the one of the vertical radiator (4d) with radiator feed (5) on the loop, the current distribution of a current line wave in a single direction of rotation, the phase difference over an azimuthal cycle is just 2π, the inductors (15a-d) of the coupled to the conductive ground plane vertical radiator (4a-c) and the one vertical radiator (4d) with radiator feed (5) each have a capacitive element (26) is connected in parallel, so that in each case a dummy element circuit ( 27) is given, which for the service at the frequency f continue to gef ordered inductive action and at the frequency fs for the satellite service has the determining the resonance and the direction of rotation of the rotating wave capacitive effect.
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Zentrum Z des Ringleiters (2) längs einer vertikalen Zentrallinie VZ eine vertikale stabförmige Antenne für mindestens einen weiteren Funkdienst in der Weise durch Unterbrechungsstellen in voneinander getrennte Leiterstücke unterteilt ist, dass die gestreckten Längen (14) der Leiterstücke (24) nicht größer als 3/8 der Wellenlänge λo gewählt sind und die Unterbrechungsstellen durch frequenzselektive Zweipole (25) überbrückt sind, welche in den Frequenzbereichen der weiteren Funkdienste niederohmig und in dem, dem Strahler (1) mit Ringleiter (2) zugeordneten Frequenzbereich hochohmig sind.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
in the center Z of the ring conductor (2) along a vertical center line VZ, a vertical rod-shaped antenna for at least one other service is divided into separate conductor pieces by interruption points such that the stretched lengths (14) of the conductor pieces (24) are not greater than 3 / 8 the wavelength λo are selected and the interruption points are bridged by frequency-selective dipole (25), which in the frequency ranges of the other radio services are low-impedance and in the, the emitter (1) with ring conductor (2) associated with high impedance.
Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ringleiter (2) im Wesentlichen durch die Berandung einer geschlossenen leitenden Fläche gegeben ist und die Ringleitungs-Koppelpunkte (7a,7b,7c,7d) jeweils in der Nähe dieser Berandung gebildet sind.
Radiator according to at least one of the preceding claims,
characterized in that
the ring conductor (2) is essentially given by the boundary of a closed conductive surface and the ring line coupling points (7a, 7b, 7c, 7d) are each formed in the vicinity of this boundary.
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