CH702226B1 - Antenne. - Google Patents

Abstract

Die Antenne ist eine Kombination wenigstens eines magnetischen Strahlers (7) mit wenigstens einem kapazitiven Strahler (1).

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft eine Antenne.

Aufgabe der Erfindung

[0002] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antenne mit einem guten Wirkungsgrad bei kleinen geometrischen Abmessungen zu schaffen.

Lösung der Aufgabe

[0003] Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Kombination wenigstens eines magnetischen Strahlers mit wenigstens einem kapazitiven Strahler. In einer bevorzugten Ausführungsform ist einer der kapazitiven Strahler an der Peripherie eines der magnetischen Strahler angeschlossen.

[0004] Ein typischer kapazitiver Strahler (kapazitive Antenne) 1 ist in Fig. 1 dargestellt. Der kapazitive Strahler 1 hat zwei Strahlungsarme 3a und 3b und zwei zu den Strahlungsarmen 3a und 3b führende Abstandshalter 5a und 5b. Eine Energieeinspeisung erfolgt an den Anschlüssen 6a und 6b an den den Strahlungsarmen 3a und 3b abgewandten Enden der Abstandshalter 5a und 5b. Das elektrische Ersatzschaltbild dieses kapazitiven Strahlers 1 zeigt Fig. 2. Das Ersatzschaltbild beinhaltet eine mit einem Strahlungswiderstand REin Reihe geschaltete Kapazität CE. Die Anpassung kapazitiver Strahler an ein übliches 50-Ohm-Koaxialkabel erfordert ein nicht dargestelltes Anpassnetzwerk, das meist aus Spulen und Kondensatoren besteht. Da Spulen nicht verlustfrei hergestellt werden können, erniedrigt sich der Wirkungsgrad durch Wärmeverluste in den Spulen zum Teil erheblich.

[0005] Dipol- oder Monopolantennen, die vorwiegend ein elektrisches Feld abstrahlen, werden oft in einer verkürzten Form verwendet, indem die Strahlungsarme auf einen Bruchteil der optimalen Länge verkürzt werden (z.B. auf 1/10 der Wellenlänge). Derart verkürzte Strahlungsarme ergeben eine hohe kapazitive Eingangsimpedanz.

[0006] Ein typischer magnetischer Strahler (magnetische Antenne) 7 ist in Fig. 3 dargestellt. Der magnetische Strahler 7 weist eine Spule mit vorzugsweise einer einzigen Windung 9 und einem einstellbaren Kondensator 11 für eine Frequenzabstimmung sowie eine kleine Einkoppelschlaufe 13 für eine Energiezufuhr auf. An die beiden Anschlüsse 14a und 14b der Einkoppelschlaufe 13 wird ein nicht dargestelltes Koaxialkabel oder ein sonstiger Hochfrequenzleiter angeschlossen. Der magnetische Strahler arbeitet in Resonanz, d.h. die exakte Frequenz muss mittels des Kondensators 11 eingestellt werden. Ein Frequenzbereich ergibt sich aus der Maximal- und Minimalkapazität des Kondensators 11.

[0007] In Fig. 4 ist das elektrische Ersatzschaltbild des magnetischen Strahlers 7 dargestellt. Das Ersatzschaltbild zeigt einen Parallelschwingkreis, der aus einer Induktivität L, einer Kapazität C, einem Strahlungswiderstand RM und einem Verlustwiderstand RV besteht. In vielen Fällen ist RV grösser als RM. Hierdurch reduziert sich der Wirkungsgrad erheblich. Für viele Anwendungen ist zudem die schmale Arbeitsbandbreite des magnetischen Strahlers 7 nachteilig, d.h. der Kondensator 11 muss auch bereits bei kleinen Frequenzänderungen nachgestellt werden.

[0008] Wie bereits oben ausgeführt ist, wird nun erfindungsgemäss eine Kombination eines magnetischen Strahlers mit einem kapazitiven Strahler vorgenommen.

[0009] Vorzugsweise wird man den kapazitiven Strahler an der Peripherie des magnetischen Strahlers anordnen. Ein bevorzugter Ort ergibt sich, bei einem Anschluss des kapazitiven Strahlers im Bereich des Kondensators des magnetischen Strahlers. Der kapazitive Strahler wird dann mit der jeweils am Kondensator anliegenden HF-Spannung (Hochfrequenzspannung) gespeist. Selbstverständlich kann ein Anschluss (Ankopplung) auch an anderen Orten der Peripherie, der meistens nur aus einer Windung bestehenden Drahtschlaufe des magnetischen Strahlers, erfolgen.

[0010] Vorzugsweise wird man die Strahlungsarme des kapazitiven Strahles in zueinander parallelen Ebenen liegend anordnen. Diese parallelen Ebenen kann man parallel zur Ebene des magnetischen Strahlers legen. Es können auch alle Strahlungselemente in einer einzigen Ebene angeordnet werden. Wie unten ausgeführt, kann dann durch eine entsprechende Auswahl der geometrischen Abmessungen des magnetischen und des kapazitiven Strahlers eine Optimierung eines Vor-/Rückwärtsverhältnisses erreicht werden, wodurch sich eine Richtantenne ergibt.

[0011] Durch eine kapazitive Belastung der Strahlungsarm-Enden (Endkapazitäten) kann zudem eine Verkürzung der Strahlungsarme erreicht werden.

[0012] Weitere Vorteile und Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Antenne ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0013] Die zur Erläuterung der Ausführungsbeispiele verwendeten Zeichnungen zeigen in <tb>Fig. 1<sep>einen typischen kapazitiven Strahler, <tb>Fig. 2<sep>ein elektrisches Ersatzschaltbild des in Fig. 1 dargestellten kapazitiven Strahlers, <tb>Fig. 3<sep>einen typischen magnetischen Strahler, <tb>Fig. 4<sep>ein elektrisches Ersatzschaltbild des in Fig. 3 dargestellten magnetischen Strahlers, <tb>Fig. 5<sep>eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Antenne, <tb>Fig. 6<sep>ein elektrisches Ersatzschaltbild zu der in Fig. 5 gezeigten Antenne, <tb>Fig. 7<sep>ein zum Ersatzschaltbild in Fig. 6modifiziertes, elektrisches Ersatzschaltbild, <tb>Fig. 8<sep>ein Strahlungsfeld im Fernfeld links und rechts eines kapazitiven Strahlers mit dem in der Papierebene liegenden Strahlungsarmen 29a und 29b in perspektivischer Darstellung mit den elektrischen Feldvektoren EK (in der Papierebene)und den magnetischen Feldvektoren BK1 und BK2(senkrecht nach vorne und nach hinten zur Papierebene stehend), <tb>Fig. 9<sep>ein Strahlungsfeld im Fernfeld links und rechts eines magnetischen Strahlers, dessen Windung in der Papierebene liegt, in perspektivischer Darstellung mit den elektrischen Feldvektoren EM1 und EM2 in der Papierebene sowie den magnetischen Feldvektor BM senkrecht aus der Papierebene nach vorne stehend, <tb>Fig. 10<sep>ein Ausführungsbeispiel zu der in Fig. 5erklärten Antenne, <tb>Fig. 11<sep>ein Diagramm für ein Leistungsverhältnis PE/PMvon abgestrahlter elektrischer PE zu magnetischer Leistung PM in Abhängigkeit von einer auf die Wellenlänge λ normierten wirksamen Länge l der beiden kapazitiven Strahler bei einer Antennenresonanzfrequenz vom 14 MHz, gemäss Ausführungsbeispiel, <tb>Fig. 12<sep>ein Diagramm für einen Antennenwirkungsgrad W über eine normierte Strahlerlänge l/λ einer auch dem Diagramm in Fig. 11 zugrunde gelegten Antenne, <tb>Fig. 13<sep>ein Diagramm für eine Bandbreite B in Kilohertz über eine normierte Strahlerlänge l/λ einer auch dem Diagramm in Fig. 11 zugrunde gelegten Antenne, <tb>Fig. 14<sep>eine Variante der kapazitiven Strahler ab einer in Fig. 5 dargestellten Antenne, <tb>Fig. 15<sep>eine weitere Variante zu der in Fig. 14dargestellten Antenne, <tb>Fig. 16<sep>eine weitere Antennenvariante mit gegenüber Fig. 10 anders angeordneten kapazitiven Strahlern, <tb>Fig. 17<sep>eine Antennenvariante zu der in Fig. 16gezeigten Antenne mit kapazitiven Strahlern, welche einen Winkel von 90° miteinander einschliessen, <tb>Fig. 18<sep>eine Antennenvariante zu der in Fig. 5dargestellten Antenne, wobei die beiden kapazitiven Strahler weder parallel zueinander angeordnet sind, noch miteinander fluchten, <tb>Fig. 19<sep>eine Antennenvariante zu der in Fig. 17dargestellten Antenne, wobei die beiden kapazitiven Strahler wohl als Seitenverlängerung einer quadratischen Windung des magnetischen Strahlers ausgebildet sind, aber miteinander fluchten, <tb>Fig. 20<sep>eine Ausführungsvariante zur Antennendarstellung in Fig. 16, wobei die beiden kapazitiven Strahler in einer Ebene senkrecht zur Ebene des magnetischen Strahlers liegen, <tb>Fig. 21<sep>eine Ausführungsvariante zur Antennendarstellung in Fig. 16, wobei jeder kapazitive Strahler in einer voneinander distanzierten parallelen Ebene liegt, zu denen mittig der magnetische Strahler angeordnet ist, <tb>Fig. 22<sep>eine Antennenausführungsvariante für eine Antennenanordnung als sogenannte gedruckte Schaltung und <tb>Fig. 23<sep>eine Skizze in der Anschlussorte eines kapazitiven Strahlers an einen magnetischen aufgezeigt werden.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0014] Die in Fig. 5 in einer Ausführungsform dargestellte, erfindungsgemässe Antenne 15 ist eine Kombination eines magnetischen Strahlers mit einem kapazitiven Strahler. Die Antenne 15 hat zwei kapazitiv wirkende Strahlungsarme 17a und 17b, zwei Abstandshalter 19a und 19b, einen in seinem Kapazitätswert einstellbaren Kondensator 22, eine einzige kreisförmig gebogene Windung 20 und eine Energieeinkopplung 21. Die Energieeinkopplung 21 weist zwei Anschlüsse 23a und 23b auf. Einer der Anschlüsse 23b ist hier vorzugsweise geerdet. Die Energieeinkopplung 21 ist an einem in der Lage auf der Windung 20 einstellbaren Ort 24 mit dieser elektrisch verbunden. Die beiden Anschlüsse 23a und 23b werden in der Regel an ein Koaxialkabel angeschlossen, durch das die Sendeleistung zugeführt wird. Betreffend eine optimale Lage des Einkoppelorts 24 werden unten weitere Angaben gemacht.

[0015] Die Strahlungsarme 17a und 17b sind über einen Abstandshalter 19a und 19b in der Nähe des in der Windung 20 liegenden Kondensators 22 mit je einem dessen Anschlusses elektrisch verbunden, so dass sie mit der dort vorhandenen HF-Spannung gespeist werden. Ein Ende jedes Abstandshalters 19a bzw. 19b ist elektrisch mit der Drahtschlaufe 20 und das jeweils andere Ende mit einem Ende je eines Strahlungsarms 17a bzw. 17b unter einem Winkel von 90° galvanisch verbunden. Die Strahlungsarme 17a und 17b, die Abstandshalter 19a und 19b und die Drahtschlaufe 20 liegen hier in ein- und derselben Ebene, wobei die beiden Strahlungsarme 17a und 17b miteinander fluchten.

[0016] Fig. 6 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild 25 zu der in Fig. 5 gezeigten Antenne 15. Das Ersatzschaltbild 25 beinhaltet eine Induktivität L mit hier lediglich einer einzigen Windung 20. Ferner weist das Ersatzschaltbild 25 eine Kapazität C des Kondensators 22, eine Kapazität CEder Strahlungsarme 17a und 17b, einen Strahlungswiderstand RE des kapazitiven Strahlers, einen Strahlungswiderstand RM des magnetischen Strahlers und einen Verlustwiderstand RV der gesamten Antenne 15 auf. Die magnetische Antenne, als ein Teil dieser Kombination (Fig. 5), erfüllt eine Doppelfunktion: Sie strahlt ein magnetisches Feld ab und gleichzeitig transformiert sie die HF-Spannung für den kapazitiven Strahler, welcher ein elektrisches Feld abstrahlt.

[0017] Fig. 7 zeigt ein für die nachfolgenden Abschätzungen verwendetes, modifiziertes, elektrisches Ersatzschaltbild 27, welches mit den nachfolgenden Umformungen aus dem in Fig. 6dargestellten Ersatzschaltbild 25 hervorgegangen ist. Die Elemente CE, C, RM und RVsind in den beiden Ersatzschaltbildern 25 und 27 gleich geblieben. Der Widerstand RE ́ ist der in einen magnetischen Teil der Antenne 15 transformierte Strahlungswiderstand RE des kapazitiven Strahlers.

[0018] Ein Strom i im magnetischen Kreis der Antenne 15 wird gemäss dem Ersatzschaltbild 25 in Fig. 6aufgeteilt in die beiden Teilströme i1und i2 <tb>i = i1 + i2.<sep>(1)

[0019] Ein kapazitive Blindwiderstand XC des Kondensators 26 mit der Kapazität C ergibt sich bei einer Resonanzfrequenz f zu <tb>XC = 1 / (2·π · f · C).<sep>

[0020] Ein kapazitiver Blindwiderstand XCE des kapazitiven Strahlers mit den Strahlungsarmen 17a und 17b mit der Kapazität CE ergibt sich bei der Resonanzfrequenz f zu <tb>XCE = 1 / (2 · π·f · CE).<sep>

[0021] Für den im Kondensator 26 fliessenden Strom i1 gilt bei einer über dem Kondensator 26 liegenden Spannung u <tb>i1 = u/XC.<sep>

[0022] Bei einem kapazitiven Strahler mit in einer Ausführungsvariante kurzen Strahlungsarmen 17a und 17b ist der kapazitive Blindwiderstand XC viel grösser als der Strahlungswiderstand RE.

[0023] Für den Strom i2 im kapazitiven Strahler gilt näherungsweise <tb>i2 = u/XCE.<sep>

[0024] Mit einer Division der obigen Gleichungen für die Ströme i1und i2 lässt sich die Spannung u eliminieren: <tb>i1 / i2 = XCE / XC.<sep>(2)

[0025] Wird der Strom i1 unter Verwendung von Gleichung (1) in Gleichung (2) eliminiert, so ergibt sich für den Strom i2 <tb>i2 = i · 1/[(XCE/XC) + 1].<sep>

[0026] Daraus ergibt sich eine abgestrahlte elektrische Leistung PEdurch den kapazitiven Strahler zu <2> = i<2>) + 1)<2> <tb>PE = i2 · RE· 1 / ((XCE/XC·RE<sep>oder = i<2>) + 1]<2> <tb>PE · RE ́ mit RE ́ = 1 / [(XCE/XC· RE.<sep>(3)

[0027] RE ́ ist in dem in Fig. 7dargestellten Ersatzschaltbild eingezeichnet. Der Strom i durchfliesst den transformierten Strahlungswiderstand RE ́ und strahlt die gleiche elektrische Leistung ab wie der im Ersatzschaltbild in Fig. 6 eingezeichnete Strahlungswiderstand RE, durch den der Strom i2 fliesst.

[0028] Eine magnetische Leistungsabstrahlung PM erfolgt durch den magnetischen Strahler, gebildet aus der Windung 20 und dem Kondensator 22.

[0029] Bezüglich der abgestrahlten elektrischen Leistung PEim Verhältnis zur abgestrahlten magnetischen Leistung PMgilt = (i<2>)/(i<2><> <tb>PE/PM · R ́E· RM) = RE ́/RM.<sep>

[0030] Die erfindungsgemässe Antenne, obwohl sie einen magnetischen Strahler enthält, hat gegenüber einem magnetischen Strahler, wie unten ausgeführt wird, einen höheren Wirkungsgrad W und eine grössere Bandbreite B und kann bei geeigneter Wahl der Antennengeometrie zudem einen Richteffekt erzeugen. Das Verhältnis PE/PM steigt mit der Länge L des kapazitiven Strahlers an. Bei einer bestimmten Länge L des kapazitiven Strahlers wird RE ́ = RM, dann wird PE/PM = 1, d.h. die magnetisch abgestrahlte Leistung PM ist gleich gross wie die elektrisch abgestrahlte Leistung PE. Die Antenne 15 erzeugt in diesem Fall einen Richteffekt (siehe Ausführungsbeispiel).

[0031] Der Richteffekt der erfindungsgemässen Antenne 15 wird anhand der Fig. 8 und 9 erläutert. Die Fig. 8 zeigt das elektrische und das magnetische Strahlungsfeld EK und BKim Fernfeld eines kapazitiven Strahlers mit den Strahlungsarmen 29a und 29b, welche in der Papierebene liegen. Das elektrische Fernfeld links und rechts der Strahlungsarme 29a und 29b liegt in der hier gezeigten Momentaufnahme in der Papierebene, wobei das elektrische Feld EK auf der linken wie auch auf der rechten Seite nach oben zeigt. Die magnetischen Fernfeldvektoren BK1und BK2, erzeugt durch die beiden Strahlungsarme 29a und 29b des kapazitiven Strahlers, stehen auf deren linken Seite senkrecht auf der Papierebene nach hinten zeigend (BK1) und auf der rechten Seite senkrecht auf der Papierebene nach vorne zeigend (BK2).

[0032] Fig. 9 zeigt eine zu Fig. 8 analoge Darstellung jedoch für einen magnetischen Strahler, dessen Windung 31 in der Papierebene liegt. Rechts der Windung 31 zeigt der elektrische Fernfeldvektor EM2 in der Papierebene liegend nach oben und auf der linken Seite der Windung 31 zeigt der elektrische Fernfeldvektor EM1in der Papierebene liegend nach unten.

[0033] Die magnetischen Fernfeldvektoren BM des magnetischen Strahlers stehen beide auf der Papierebene senkrecht und zeigen nach vorne.

[0034] Da hier nun ein elektrischer und ein magnetischer Strahler zusammenarbeiten, ist eine Überlagerung der in den Fig. 8 und 9gezeigten Fernfeldvektoren vorzunehmen:

[0035] Auf der linken Seite des elektrischen und des magnetischen Strahlers gilt nun für die Fernfeldstärke EK – EM1 und BK1 – BM und auf der rechten Seite des elektrischen und des magnetischen Strahlers gilt nun für die Fernfeldstärke EK + EM2 und BK2 + BM.

[0036] In einem Spezialfall, bei dem kapazitiver und magnetischer Strahler dieselbe Leistung abstrahlen, verdoppeln sich die Strahlungsvektoren auf der rechten Seite der Antenne (y-Richtung in der Papierebene) und auf der linken Seite kompensieren sie sich.

[0037] Die erfindungsgemässe Antenne, welche aus einer Kombination eines magnetischen und eines kapazitiven Strahlers zusammengesetzt ist, ist eine Richtungsantenne.

[0038] Der Wirkungsgrad W ergibt sich zu W = i<2>) / [ i<2> <tb> · (RE ́ + RM· (RE ́ + RM + RV)]<sep> <tb>W = (RE ́ + RM)/(RE ́ + RM+ RV).<sep>(5)

[0039] Der Wirkungsgrad steigt mit der Länge der kapazitiven Strahler 17a und 17b bzw. 29a und 29b an.

[0040] Die Bandbreite B ergibt sich aus einer Kreisgüte Q gemäss der nachfolgenden Beziehung B = f / Q.

[0041] Falls XCE>> XC kann die Kreisgüte Q näherungsweise berechnet werden mit Q = XC/ (RE ́ + RM + RV).

[0042] Damit ergibt die Bandbreite B zu <tb>B = f/Q = f·(RE ́ + RM + RV)/XC.<sep>(6)

[0043] Erweitert mit (RM + RV) und umgeformt ergibt sich <tb>B = f · (RM + RV) / XC · (RE ́ + RM + RV) / (RM+ RV)<sep>oder <tb>B = B0 · (RE ́ + RM + RV) / (RM + RV) = B0 · (1 + RE ́ / (RM + RV))<sep>mit <tb>B0 = f · (RM + RV)/XC,<sep>wobei B0 die Bandbreite der rein magnetischen Antenne ohne die kapazitiven Strahler ist. Die Bandbreite B vergrössert sich mit der Länge der kapazitiven Strahler.

[0044] Anstelle der galvanischen Verbindung, wie oben ausgeführt, der Drahtschlaufe 20 mit den beiden kapazitiv wirkenden Strahlungsarmen 17a und 17b über die Abstandshalter 19a und 19b kann auch eine kapazitive Verbindung z.B. durch eine isolierende Durchführung vorgenommen werden. Eine derartige Verbindung wird gewählt, wenn diese potentialfrei sein soll.

[0045] Falls die Antenne 15 nur für ein schmales Frequenzband verwendet werden soll, kann beispielsweise der Drehkondensator 22 weggelassen werden. Die Resonanzfrequenz wird dann massgeblich durch die Kapazität CE der kapazitiven Strahler 17a und 17b und der durch die Abstandshalter gebildeten Kapazität bestimmt. Eine geringfügige Frequenzvariation ist möglich, wenn die Kapazität CE durch eine Änderung der Abmessungen der elektrischen Strahler 17a und 17b oder deren Position verändert wird. In diesem Falle empfiehlt es sich, eine mechanische Justierung der kapazitiven Strahler vorzusehen. Eine Untermauerung obiger Ausführungen wird mit dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel vorgenommen. Eine Antenne 35 als Ausführungsvariante zur Antenne 15 hat einen quadratischen Rahmen 37 mit einer Seitenlänge von 75 cm; ergibt einen Umfang von 3 m. Jede Rahmenseite 39a bis 39d hat ein L-förmiges Aluminiumprofil, wobei das Aluminium eine Materialdicke von 2 mm und das Profil Flansche mit den Abmessungen von 50 mm bzw. 30 mm hat. Der Rahmen wirkt als eine einzige Windung der magnetischen Teilantenne. Im Rahmen 37 ist analog zur Kapazität 22 ein Drehkondensator 40 eingesetzt. Der Drehkondensator 40 kann in einem Kapazitätsbereich von 10 pF bis 65 pF eingestellt werden, wodurch die Antenne 35 einen einstellbaren Frequenzbereich von 14 MHz bis 30 MHz erhält. Für das Berechnungsbeispiel wird ein Kapazitätswert des Drehkondensators 40 von 65 pF gewählt, wodurch sich eine Resonanzfrequenz f vom 14 MHz ergibt.

[0046] Die kapazitiven Strahler 41a und 41b analog zu den kapazitiven Strahlern 17a und 17b sind aus einem Aluminiumprofil mit einer jeweiligen Länge von 1,1 m hergestellt. Hieraus ergibt sich eine Strahlerlänge von 2,2 m. Die beiden Strahler 41a und 41b wurden neben dem Drehkondensator 40 mittels zweier Abstandshalter 43a und 43b (jeder 15 cm) ebenfalls aus Aluminium angeschlossen. Ein Verlustwiderstand RV dieser Antenne 35 ist aus der Messung der Bandbreite B0 der rein magnetischen Antenne (Rahmen 37 mit Drehkondensator 40, ohne die beiden kapazitiven Strahler 41a und 41b) auf RV= 0,15 Ω bestimmt worden. Für die Darstellung in den Diagrammen wurde die Gesamtlänge 1 der kapazitiven Strahler in einem Bereich von 0 bis 4 m variiert.

[0047] Der Strahlungswiderstand RE des kapazitiven Strahlers, der Strahlungswiderstand RM des magnetischen Strahlers und der kapazitive Blindwiderstand XCEdes kapazitiven Strahlers lassen sich mittels bekannter Formeln der Antennentechnik wie folgt berechnen (siehe Rothammel (Antennenbuch, DARC-Verlag, 12. Auflage, Seiten 73, 333 und 429–431): RE = 197 · (Gesamtlänge der kap. Strahler / λ)<2> = 197 · (l / 21,4)<2> <>RM= 197 · (Umfang des magnetischen Strahlers /λ)<4> = 197 · (3 / 21,4)<4> = 0,076 Ω XCE = Mittlere Wellenimpedanz / tan (π · l / λ) = 400 / tan (3,14 · 1 / 21,4)

[0048] Mittels der Formeln (3), (4), (5) und (6) lassen sich PE/PM, W, B in Abhängigkeit von der Länge l der kapazitiven Strahler berechnen. <tb>l / λ<sep>PE/PM<sep>W<sep>B [kHz] <tb>0<sep>0<sep>0,34<sep>18 <tb>0,05<sep>0,03<sep>0,34<sep>18 <tb>0,1<sep>0,4<sep>0,41<sep>21 <tb>0,15<sep>1,94<sep>0,6<sep>30 <tb>0,2<sep>9,06<sep>0,78<sep>55

[0049] Die Ergebnisse der Berechnungen sind in den Diagrammen der Fig. 11, 12 und 13grafisch dargestellt.

[0050] Fig. 11 zeigt den Einfluss einer wirksamen Länge l der beiden kapazitiven Strahler 17a und 17b zusammen bezogen auf die Wellenlänge λ einer Resonanzfrequenz vom 14 MHz der Antenne 35. Auf der Ordinate ist das Verhältnis von abgestrahlter elektrischer zu abgestrahlter magnetischer Leistung PE/PM aufgetragen. Wie zu erwarten war, steigt der Wert des Leistungsverhältnisses von PE/PM überproportional mit der Länge l der Strahlerarme.

[0051] Fig. 11 kann wie folgt interpretiert werden: Falls die kapazitiven Strahler 17a und 17b die Länge null haben, wird nur magnetische Leistung abgestrahlt (PE = 0). Je länger die kapazitiven Strahler 17a und 17b im Vergleich zur Wellenlänge λ ausgelegt werden, desto höher wird der Anteil der elektrisch abgestrahlten Leistung PE. Ist PE/PM= 1, so wird gleich viel elektrische wie magnetische Leistung abgestrahlt; das ist bei einer Länge l / λ = 0, 124 (gestrichelte Linie in Fig. 11) der Fall. Bei dieser Strahlerlänge erzeugt die Antenne eine optimale Richtwirkung (maximale Richtwirkung). Die angefertigte Antenne erfüllte annähernd diese Bedingung. Messungen ergaben ein Vor-/Rückwärtsverhältnis von ca. 12 db.

[0052] Der Wirkungsgrad W und die Bandbreite B in Kilohertz einer oben beschriebenen Antenne 35 in Abhängigkeit von einer auch hier auf die Wellenlänge λ genormte Strahlerlänge l / λ ist in Fig. 12 bzw. 13 dargestellt. Beide Kurven steigen über der Länge 1 überproportional.

[0053] In den Fig. 14 und 15 sind Antennenvarianten 44 und 46 zu der in Fig. 5dargestellten Antenne 15 gezeigt. Die kapazitiven Strahler, hier mit 45a und 45b bzw. 47a und 47b bezeichnet, können verkürzt werden, indem wie in Fig. 14 angedeutet am jeweiligen Ende des Strahlers 45a bzw. 45b eine Endplatte 49a bzw. 49b angeordnet ist. Vorzugsweise wird man diese Platte 49a bzw. 49b kreisförmig ausbilden; es kann aber auch eine andere Kontur verwendet werden. In Fig. 14sind beide Platten 49a und 49b identisch ausgebildet. Es können jedoch auch unterschiedlich ausgebildete Platten verwendet werden und somit die Längen der beiden kapazitiven Strahler unterschiedlich lang ausgebildet sein.

[0054] Anstelle der Endplatten 49a und 49b können die kapazitiven Strahler 47a und 47b, wie in Fig. 15angedeutet ist, auch in ihrem Umfang verändert, hier verdickt werden. Vorzugsweise wird man die Verdickungen kreiszylindrisch ausbilden. Es können jedoch auch andere Formen, wie beispielsweise in Stablängsrichtung angeordnete Platten, verwendet werden.

[0055] Die kapazitiven Strahler 17a/b, 41a/b, 45a/b und 47a/b in den Fig. 5, 10, 14und 15befinden sich immer ausserhalb der Windung 20, 37, 50 und 51 des magnetischen Strahlers. Das muss aber nicht so sein. Ein Strahlungsarm 53a kann auch, wie bei einer in Fig. 16 dargestellten Antenne 52, innerhalb einer Windung 54 des magnetischen Strahlers angeordnet sein. Ein zweiter kapazitiver Strahler 53b verläuft parallel zum Strahler 53a. Die Fusspunkte beider Strahler 53a und 53b liegen beidseits der Anschlussorte eines Kondensators 55.

[0056] In den in Fig. 5, 10 und 14 bis 16skizzierten Antennen sind jeweils zwei fluchtende oder parallel zueinander liegende kapazitive Strahler 17a/b, 41a/b, 45a/b, 47a/b und 53a/b vorhanden. Auch das muss nicht sein. Es kann auch mit nicht parallelen kapazitiven Strahlern 57a und 57b, wie in einer Antennenvariante 58 in Fig. 17 dargestellt ist, gearbeitet werden. Dieser kapazitive Strahler 57 ist hier zudem nicht in unmittelbarer Nähe eines Drehkondensators 59 angeordnet. In Fig. 17hat der magnetische Strahler eine quadratische Windung 60. Diese Windung kann jedoch auch, wie in den Fig. 5, 14und 15angedeutet, kreisförmig sein. In Fig. 17stehen die beiden kapazitiven Strahler 57a und 57b unter einem Winkel von 90° zueinander. Auch dies muss nicht sein, wie eine weitere Antennenvariante 62 in Fig. 18 zeigt, in der zwei kapazitive Strahler 61a und 61b einen von 90° und von einer parallelen bzw. fluchtenden Anordnung abweichenden Winkel miteinander haben.

[0057] In Fig. 17 sind die beiden kapazitiven Strahler 57a und 57b als Seitenverlängerungen der quadratischen Windung 60 des magnetischen Strahlers ausgebildet. Diese Seitenverlängerungen können nun, wie anhand einer weiteren Antennenvariante 64 in Fig. 19 dargestellt ist, auch derart ausgebildet sein, dass die kapazitiven Strahler 63a und 63b miteinander fluchten.

[0058] In den bisher dargestellten Ausführungsbeispielen liegen der magnetische und der kapazitive Strahler in einer Ebene. Auch das muss nicht sein. In Fig. 20ist mit Blickrichtung von oben, also in der Zeichnungsebene der vorgängigen Beispiele von der oberen Blattseite nach unten, eine weitere Antennenvariante 68 dargestellt. Eine Windung des magnetischen Strahlers erscheint nun lediglich als Strich 65, wobei die durch die Zeichnungsebene nach hinten verlaufenden Windungsteile zur dreidimensionalen Verdeutlichung als Pfeilende 66a und 66b gekennzeichnet sind. Neben einem Drehkondensator 67 verlaufen hier zwei kapazitive Strahler 69a und 69b in einer Ebene senkrecht zu einer Ebene, in der die Windung 65 des magnetischen Strahlers liegt.

[0059] In Fig. 21 ist eine weitere Antennenausführungsvariante 70 gezeigt, bei der die beiden kapazitiven Strahler 71a und 71b in parallelen Ebenen zur Ebene des magnetischen Strahlers derart angeordnet sind, dass die Ebene des magnetischen Strahlers 72 zwischen den beiden Ebenen der kapazitiven Strahler liegt.

[0060] In Fig. 22 ist eine Antennenanordnung 75 für beispielsweise Resonanzfrequenzen oberhalb 300 MHz dargestellt. Eine quadratische Windung 73 und zwei kapazitive Strahler 74a und 74b sind hier als Leiterbahnen einer gedruckten Schaltung 85 ausgeführt. Als Kapazität 76 wirken hier die beiden benachbarten Zuleitungen 83a und 83b zu den zwei kapazitiven Strahlern 74a und 74b. Bei jedem Übergang einer Zuleitung 83a bzw. 83b in die quadratische Windung 73 des magnetischen Strahles ist ein Durchbruch 84a bzw. 84b in der gedruckten Schaltung ausgebildet. Die beiden Durchbrüche 84a und 84b sind Steckanschlüsse für einen kapazitiven Trimmer zur Feinabgleichung der Resonanzfrequenz f. Eine Energieeinspeisung in die Antenne 75 erfolgt am Anschluss 81a und eine Erdung am Anschluss 81b.

[0061] Die Anschlüsse für den kapazitiven Trimmer müssen nicht als Durchbrüche ausgebildet sein; es können lediglich Lötpunkte vorhanden sein.

[0062] Die die Resonanzfrequenz f bestimmende Kapazität kann durch eine entsprechende Anordnung der Zuleitungen zu den Strahlungsarmen erzeugt werden. Oftmals ist jedoch ein Feinabgleich dieser Resonanzfrequenz f gewünscht. Ein Feinabgleich kann nun, wie oben bei der Antenne 75 beschrieben, mit dem eingelöteten kapazitiven Trimmer vorgenommen werden. Weitere kapazitive Trimmer sind in den Fig. 5, 10, 14, 15, 17bis 21 und 23 angedeutet.

[0063] Die in Fig. 5 dargestellte Antenne 15 kann jedoch derart abgeändert werden, dass der Drehkondensator 22 (kapazitiver Trimmer) entfernt wird und die beiden nun entstehenden freien Enden 87a und 87b der Windung 20 zur mechanischen Stabilität mit einer isolierenden (nicht dargestellten) Lasche verbunden werden. Auf dem Abstandshalter 19b etwa in dessen unterem Drittel wird senkrecht zur Ausdehnung des Abstandshalters 19b eine (nicht dargestellte) Platte angeordnet. Auf dem Abstandshalter 19a wird eine weitere (ebenfalls nicht dargestellte), entlang des Abstandshalters verstellbare Platte angeordnet, wobei diese Platte über die Platte auf den Abstandshalter 19b greift. Zur Feinabstimmung der Resonanzfrequenz f wird nun der Abstand der beiden Platten gegeneinander verändert, wobei der Kapazitätswert umso grösser ist, je grösser die Plattenausdehnung ausgebildet ist und je kleiner deren gegenseitiger Abstand ist. Es kann nun eine der Platten auf dem betreffenden Abstandshalter fixiert sein, während die andere auf ihrem Abstandshalter verschiebbar, über eine Klemmhalterung fixierbar ausgebildet ist. Sofern die Resonanzfrequenz f nicht allzu hoch gewählt ist, können die Abstandshalter 19a und 19b als Gewindestangen ausgebildet sein, auf denen dann beide oder nur eine der Platten durch Verdrehen in der Lage veränderbar ist bzw. sind.

[0064] Bildet man die Platten als Laschen aus, so kann der Kapazitätswert auch durch ein gegeneinander Verschwenken der Laschen verändert werden.

[0065] Die kapazitiven Strahler sollten in der Nähe der Anschlussorte des Drehkondensators angeordnet sein; d.h. die elektrischen Anschlussorte (z.B. Abstandshalter) 78a und 78b des kapazitiven Strahlers 79 sollten in der Nähe der Fusspunkte 77a und 77b des Drehkondensators 79 liegen (Fig. 23). Sie können jedoch auch in einem Abstand von den Fusspunkten 77a und 77b entfernt, also im Bereich A1 und A2 angeordnet werden. Vorzugsweise wird man einen symmetrischen Abstand wählen Es ist nicht sinnvoll, die Anschlussorte zwischen den Energieeinspeisungspunkten 80a und 80b anzuordnen; also nicht zwischen den Punkten 24 bzw. 80a und dem Erdungspunkt 23b bzw. 80b. Eine Verschiebung der Anschlussorte verändert die an den kapazitiven Strahlern liegende HF-Spannung. Je grösser ein Abstand von den Punkten 24 bzw. 80a und 23a bzw. 80b gewählt ist, desto grösser ist der Impedanzwert.

Claims (8)

1. Antenne (15, 35, 44, 46, 52, 58, 62, 64, 68, 70, 75), gekennzeichnet durch eine Kombination wenigstens eines magnetischen Strahlers (7, 11; 20, 22; 39a–39d, 40; 50, 51, 73) mit wenigstens einem kapazitiven Strahler (1; 3a, 3b; 17a, 17b; 41a, 41b; 45a, 45b; 47a, 47b; 61a, 61b; 74a, 74b).

2. Antenne (15, 35, 44, 46, 52, 58, 62, 64, 68, 70, 75) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der kapazitiven Strahler (1; 3a, 3b; 17a, 17b; 41a, 41b; 45a, 45b; 47a, 47b; 61a, 61b; 74a, 74b) an der Peripherie wenigstens eines der magnetischen Strahler (7,11; 20, 22; 39a–39d, 40; 50, 51, 73) angeschlossen ist.

3. Antenne (15, 35, 44, 46, 52, 58, 62, 64, 68, 70, 75) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen konstruktiven Aufbau mit einer Symmetrieebene betreffend des wenigstens einen kapazitiven Strahlers (3a, 3b; 17a, 17b; 41a, 41b; 45a, 45b; 47a, 47b; 61a, 61b; 74a, 74b) und des wenigstens einen magnetischen Strahlers (7, 11; 20, 22; 39a–39d, 40; 50, 51, 73) und eine Energieeinspeisung (13, 14a, 14b; 21, 23a, 23b, 24; 81a, 81b) sowie vorzugsweise eine abstimmbare Zusatzkapazität, wobei die Energieeinspeisung (13, 14a, 14b; 21, 23a, 23b, 24; 81a, 81b), und insbesondere die Zusatzkapazität und ein Abstimmmittel zur Zusatzkapazität nicht die Symmetrieebene haben.

4. Antenne (15, 35, 44, 46, 52, 58, 62, 64, 68, 70, 75) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Kapazität des wenigstens einen magnetischen Strahlers, welche durch die Kapazität des wenigstens einen kapazitiven Strahlers gebildet ist.

5. Antenne (15, 35, 44, 46, 52, 58, 62, 64, 75) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein magnetischer und wenigstens ein kapazitiver Strahler in zueinander parallelen Ebenen, vorzugsweise in derselben Ebene, angeordnet sind, wobei vorzugsweise geometrische Abmessungen eines der kapazitiven und eines der magnetischen Strahler derart gewählt sind, dass ein vorgebbares, insbesondere maximales Vor-/Rückwärtsstrahlungsverhältnis erreichbar ist.

6. Antenne (15, 35, 44, 46, 52, 58, 62, 64, 68, 70, 75) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine in dem wenigstens einen magnetischen Strahler angekoppelte Energieeinspeisung (21).

7. Antenne (15, 35, 44, 46, 52, 58, 64, 68, 70, 75) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein kapazitiver Strahler als zweiarmiger Strahler (17a, 17b; 41a, 41b; 45a, 45b; 47a, 47b; 53a, 53b; 57a, 57b; 63a, 63b; 69a, 69b; 71a, 71b; 74a, 74b) ausgebildet ist, wobei die Strahlungsarme parallel zueinander liegend ausgebildet sind.

8. Antenne (44, 46) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Strahlungsarme (45a, 45b; 47a, 47b) des wenigstens einen kapazitiven Strahlers einen mit wenigstens einem der magnetischen Strahler elektrisch verbundenen, stabförmigen Anfangsteil und einen Endteil hat, wobei die Aussenkontur (49a, 49b; 47a, 47b) des Endteils gegenüber der Aussenkontur des Anfangsteils vergrössert ist, um eine Längsausdehnung (1a, 1b) des kapazitiven Strahlungsarms zu reduzieren.