NO322780B1

NO322780B1 - Anordning ved piskantenne

Info

Publication number: NO322780B1
Application number: NO20050318A
Authority: NO
Inventors: Jo Morten Eide
Original assignee: Comrod As
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-12-11
Also published as: NO20050318L; DE602006014510D1; EP1859511A1; NO20050318D0; SI1859511T1; EP1859511B1; US20090073068A1; ATE469449T1; WO2006078172A1; US7852283B2

Abstract

Anordning ved piskantenne (1, 14) omfattende en matetransformator (2) og et første og et andre stråleelement (4, 6), og hvor begge stråleelementene (4, 6) er forsynt med etferrittmateriale (8', 8", 10', 10").

Description

Denne oppfinnelse vedrører en piskantenne. Nærmere bestemt dreier det seg om en piskantenne som er forsynt med ferittmateriale langs sin lengdeutstrekning, idet ferrittmaterialet er innrettet til å kunne avgrense piskantennens elektriske lengde ved økende frekvens. Piskantennen er særlig velegnet for anvendelse samen med radiomateriell av den art som skifter sendefrekvens relativt ofte.

Særlig innen militær radiokommunikasjon er det vanlig å an-vende radiomateriell som under kommunikasjon stadig skifter sendefrekvens. Hensikten er å vanskeliggjøre uønsket avlyt-ting av et samband.

Mens radiomateriellets frekvensområde tidligere kunne være for eksempel innenfor området 30 til 88 MHz, er det nå vanlig å arbeide innenfor et frekvensområde som typisk er 30 til 512 MHz. Det er innlysende for en fagmann innen området at radiokommunikasjon over et så bredt frekvensområde stiller store krav til antennen siden antennen må kunne arbeide med tilfredsstillende elektriske egenskaper så som gain og SWR (Standing Wave Ratio) innen hele frekvensområdet uten at det er nødvendig med kalibrering av antennen under drift. Betegnelsene gain og SWR vil være kjent for en fagmann og de-fineres derfor ikke nærmere.

Ved mobil kommunikasjon anvendes ofte en piskantenne som er forbundet til for eksempel et kjøretøy, og hvor piskantennens elektriske lengde kan være 1/4 av bølgelengden. Kjøretøyet kan utgjøre antennens jordplan. Det er her tale om en såkalt endematet antenne hvor piskantennen utgjør én halvdel av en såkalt "Hertzian dipol antenne".

En antenne av denne art hvor antennen har en fast elektrisk lengde er relativt lite egnet for anvendelse sammen med radiomateriell av den nevnte art. Årsaken til dette er at antennen er elektrisk resonant ved flere faste frekvenser og at SWR vil stige til uakseptable verdier når sendefrekvensen av-viker vesentlig fra resonansfrekvensen.

Ifølge kjent teknikk kan dette uheldige forhold til en viss grad overkommes ved å redusere antennes elektriske lengde etter hvert som sendefrekvensen øker.

US patent 6429821 beskriver således en endematet piskantenne som langs sin lengde er forsynt med induksjonsspole-motstands-nettverk. Disse nettverk er innrettet til å kunne redusere antennens elektriske lengde ved øket frekvens ved at hvert induksjonsspole-motstands-nettverk ved en korresponde-rende frekvens i hovedsak kopler ut den del av antennen som befinner seg overfor det aktuelle induksjnsspole-motstands-nettverk. Piskantennens elektriske lengde tilpasses derved kontinuerlig den tilførte frekvens. Antennen oppviser likevel en betydelig variasjon i gain og SWR over det aktuelle frekvensområdet .

EP dokumet 124758 omhandler en vertikal stavformet dipolan-tenne som omfatter to stråleelementer med tilkoplinger for innmating av radiofrekvent energi i dipolens senter, der begge dipoler er forsynt med ferrittmateriale, og der hvert stråleelement er oppdelt i stråleelementpartier hvor ferrittmaterialet er anordnet mellom stråleelementpartiene, idet ferrittmaterialet i form av ringer omkranser sine respektive stråleelementer.

GB patent 1500279 omhandler en endematet såkalt "dual band" antenne hvor hensikten er å oppnå en god tilpassning i to frekvensområder, ikke over et vidt frekvensområde slik hensikten er med den midtmatede antenne ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe eller redusere i det minste én av ulempene ved kjent teknikk.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav.

Det er kjent at såkalte midtmatede antenner, som er uavhengi-ge av et separat jordplan, ofte i praksis utgjør en bedre antenne enn en antenne som er avhengig av et separat jordplan. Den største ulempen som er forbundet med midtmatede antenner, er at antennens fysiske lengde er tilnærmet dobbelt så lang som lengden til en endematet jordplanavhengig piskantenne for samme frekvens.

Imidlertid har det vist seg at en midtmatet piskantenne som omfatter en matetransformator og et første og et andre stråleelement hvor begge stråleelementer er forsynt med et ferrittmateriale, relativt enkelt kan tilpasses et vidt frekvensområde. Det første og det andre stråleelement rager i motsatte retninger ut fra matetransformatoren.

Matetransformatoren kan være en såkalt Guanella 1:4 transfor-mator .

Piskantennen blir som nevnt relativ lang når den skal arbeide ved relativt lave frekvenser. For å overkomme dette problem er matetransformatoren koplet til et tredje stråleelement. Det tredje stråleelement utgjør ved de relativt lave frekvenser en endematet jordplanavhengig piskantenne.

En piskantenne omfattende en matetransformator og et første og et andre stråleelement, hvor matetransformatoren, foruten å være koplet til det første og det andre stråleelement, er koplet til et tredje stråleelement og et jordplan, idet en forbindelsesledning mellom matetransformatoren og jordplanet er forsynt med ferrittmateriale, kjennetegnes ifølge oppfinnelsen ved at det tredje stråleelement er forsynt med ferrittmateriale .

I en praktisk utførelse kan minst ett av det første og det andre stråleelement utgjøre en del av det tredje stråleelement .

Det tredje stråleelement kan være delt ved hjelp av en kondensator. Det tredje stråleelement kan også være forsynt med ferittmateriale.

Hvert stråleelement kan med fordel være oppdelt i stråleelementpartier hvor det mellom stråleelementpartiene er anordnet ferrittmateriale. Ferrittmaterialet vil normalt om-kranse stråleelementet og utgjøres fortrinnsvis av en ring.

Piskantennens virkemåte er nærmere beskrevet i beskrivelsens spesielle del.

Det har vist seg at en piskantenne ifølge oppfinnelsen oppviser meget gode verdier med hensyn til gain og SWR over frekvensområdet 30 til 512 MHz sammenlignet med kjente antenner. I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk en midtmatet piskantenne; Fig. 2 viser skjematisk en midtmatet piskantenne som er forsynt med et jordplanavhengig endematet antenneelement; Fig. 3 viser et snitt av en antenne ifølge fig. 2; Fig. 4 viser i større målestokk er utsnitt av antennen i fig. 3; Fig. 5 viser et koplingsskjema for matetransformatoren tilhø-rende antennen i fig. 3; og Fig. 6 viser en graf over frekvensområdet 30 - 512 MHz gain i dB for antennen i fig. 3 sammenlignet med en piskantenne ifølge kjent teknikk.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en midtmatet antenne som omfatter en matetransformator 2, et første stråleelement 4 og et andre stråleelement 6. Stråleelementene 4 og 6 rager i motstående retninger ut fra matetransformatoren 2, og stråleelementene 4 og 6 kan, slik det vil være kjent for en fagmann, utgjøres av for eksempel kopperkabel, messingrør, kombinasjoner av disse eller av lignende materialer.

Det første stråleelementet 4 er forsynt med to ferrittlegemer 8' og 8" i form av ferrittringer som omkranser det første stråleelement 4. Den første ferrittring 8' som er anbrakt nærmere matetransformatoren 2 enn en andre ferrittring 8", avgrenser et første stråleelementparti 4'. Det første stråleelementparti befinner seg mellom matetransformatoren 2 og den

første ferrittring 8'.

Den andre ferrittring 8" avgrenser et andre stråleelementparti 4", som befinner seg mellom den første ferrittring 8' og den andre ferrittring 8", fra et tredje stråleelementparti 4'". Det tredje stråleelementparti 4"' rager ut fra den andre ferrittring 8".

På tilsvarende måte deles det andre stråleelement 6 opp i et fjerde, et femte og et sjette stråleelementparti 6', 6" og 6'" av en tredje og en fjerde ferrittring 10' og 10".

Når antennen mates med en spenning via tilførselsledningen 12 ved en relativ lav frekvens, stråler det første stråleelement 4 og det andre stråleelement 6 i sin fulle lengde uten at ferrittringene 8', 8", 10' og 10" påvirker utstrålingen i vesentlig grad. Ved økende frekvens begrenser den andre ferrittring 8" og den fjerde ferrittring 10" den effekt som tilfø-res det tredje strålelementparti 4'", henholdsvis det sjette stråleelementparti 6"', hvorved antennens 1 virksomme elektriske lengde reduseres og derved tilpasses den høyere frekvens .

Ved ytterligere økning av frekvensen begrenser den første ferrittring 8' og den tredje ferrittring 10' den effekt som tilføres henholdsvis det andre stråleelementparti 4" og det fjerde stråleelementparti 6", hvorved antennens 1 elektriske lengde forkortes ytterligere.

Valg av ferrittring kan gjøres på grunnlag av kjente prinsip-per, for eksempel ved anvendelse av et dataprogram som er rettet mot beregning av legemers elektromagnetiske egenskaper.

En alternativ utførelsesform, se fig. 2, viser en hybridan-tenne 14 som foruten matetransformatoren 2, det første stråleelement 4, og det andre stråleelement 6, omfatter et tredje stråleelement 16 og et jordplan 18. Det tredje stråleelement 16 kan være koplet til matetransformatoren 2 eller til det andre stråleelement 6. Tilsvarende kan jordplanet være koplet til matetransformatoren 2 eller til det første stråleelement 4.

I hybridantennen 14 ifølge det viste utførelseseksempel ut-gjøres det første stråleelement 4 av det første stråleelementparti 4' påkoplet den første ferrittring 8', mens det andre stråleelement 6 utgjøres av det fjerde stråleelementparti 6' påkoplet den tredje ferrittring 10'.

Det tredje stråleelement 16 kan på i og for seg kjent måte være delt ved hjelp av en kondensator 20.

Det tredje stråleelement 16 forløper gjennom den tredje ferrittring 10'. En forbindelsesledning 22 til jordplanet 18 forløper gjennom den første ferrittring 8'. I fig. 3 utgjøres denne forbindelsesledning 22 av tilførselsledningens 12 skjerm, idet skjermen er koplet til det første stråleelementparti 4' .

Når hybridantennen 14 mates med en spenning via tilfør-selsledningen 12 ved en relativ lav frekvens, stråler det tredje stråleelement 16 i samvirkning med jordplanet 18 energi uten at ferrittringene 8' og 10' i vesentlig grad påvirker utstrålingen. Ved økende frekvens begrenser den første ferrittring 8' og den tredje ferrittring 10' den effekt som til-føres henholdsvis det tredje stråleelement 16 og jordplanet 18.

Hybridantennen 14 endres derved fra å stråle som en endematet jordplanavhengig antenne, og til å stråle som en midtmatet antenne. Fig. 6 viser en graf over frekvensområdet 30 - 512

MHz hvor gain er plottet i dB for den viste antennen. Kurve "A" som viser verdier for hybridantennen 14 er sammenlignet med en jordplanavhengig piskantenne ifølge kjent teknikk. Sistnevnte er vist i kurve "B". Figuren viser tydelig, se kurve "A", at antennen ifølge oppfinnelsen oppviser en vesentlig jevnere gainkurve enn antennen ifølge kjent teknikk, se kurve "B", over det aktuelle frekvensområdet.

Fig. 3 og 4 viser en praktisk utførelsesform av antennen i fig. 2. For å bedre vise de elektriske komponenter er enkelte nødvendige mekaniske fester og lignende ikke vist. Imidlertid vil disse være kjent for en fagmann.

Hybridantennen 14 er forsynt med en fot 24 som er forbundet til jordplanet 18 ved hjelp av ikke viste boltforbindelser.

En fjær 26 fremstilt i elektrisk ledende materiale er koplet til foten 24 ved hjelp av en skrue-mutterforbindelse 28 og til et komposittrør 30 ved hjelp av et elektrisk ledende fes-te 32.

Komposittrøret 30 omslutter matetransformatoren 2, stråleelementene 4, 6 som utgjøres av messingrør, den tredje ferrittring 10' og delvis også det tredje stråleelement 16. Kompo-sittrøret 30 utgjør en del av hybridantennens 14 mekaniske bærende konstruksjon.

En kontaktring 34 kopler det første stråleelementparti 4' til festet 32 og derved til fjæren 26. Festet 32 og fjæren 26 ut-gjør således i denne utførelsesform strengt tatt en del av

det første stråleelementparti 4', idet den første ferrittring 6' befinner seg omkransende forbindelsesledningen 22 i foten 24.

Det øvre parti 36 av det tredje stråleelement 16 er festet til hybridantennen 14 ved hjelp av en løsbar gjengeforbind-

else 38.

Tilførselsledningen 12 forløper via ikke viste gjennomgående boringer via skrue-mutterforbindelsen 28 og festet 32 og opp til matetransformatoren 2.

Fig. 5 viser et koplingsskjema for matetransformatoren 2.

Om ønskelig kan også det tredje stråleelement 16 på samme måte som det første stråleelement 4 og det andre stråleelement 6 være forsynt med ikke vist ferrittisk materiale.

Claims

1. Anordning ved piskantenne (14) omfattende en matetransformator (2) og et første og et andre stråleelement (4, 6), hvor matetransformatoren (2), foruten å være koplet til det første og det andre stråleelement (4, 6), er koplet til et tredje stråleelement (16) og et jordplan (18) , idet en forbindelsesledning (22) mellom matetransformatoren (2) og jordplanet (18) er forsynt med ferrittmateriale (8'), karakterisert ved at det tredje stråleelement (16) er forsynt med ferrittmateriale (10').

2. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at minst ett av det første og det andre stråleelement (4, 6) utgjør en del av det tredje strålelement (16).

3. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at det tredje stråleelement (16) er delt ved hjelp av en kondensator (20).

4. Anordning i henhold til krav 1, karakterisert ved at ferrittmaterialene (8', 10') utgjør ringer om forbindeIsesledningen (22), respektive det tredje stråleelement (16) .