DE102008033881A1 - Rod antenna with partially different antenna conductor structures - Google Patents
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Abstract
Stabantenne (1), die zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale ausgebildet ist, mit einer einen Träger, auf dem eine Antennenleiterstruktur angeordnet ist, aufweisenden Antennenrute (2), wobei der Träger mit der Antennenstruktur von einer Ummantelung umgeben ist und die Stabantenne (1) endseitig ein Befestigungselement (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabantenne (1) zum Senden und/oder Empfangen unterschiedlicher Frequenzbänder ausgebildet ist und hierfür die Antennenleiterstruktur an einem Stück durchgehend und abschnittsweise unterschiedlich gestaltet ist, wobei die Gestaltung von dem jeweiligen Frequenzband abhängig ist.Rod antenna (1), which is designed to transmit and / or receive high-frequency signals, having a carrier, on which an antenna conductor structure is arranged, having antenna rod (2), wherein the carrier is surrounded by the antenna structure of a casing and the rod antenna ( 1) has a fastening element (2) at the end, characterized in that the rod antenna (1) is designed for transmitting and / or receiving different frequency bands and for this purpose the antenna conductor structure is configured in one piece continuously and in sections differently, the design of the respective frequency band is dependent.
Description
Die Erfindung betrifft eine Stabantenne für mobile Anwendungen, die zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale ausgebildet ist.The Invention relates to a rod antenna for mobile applications, formed for transmitting and / or receiving high-frequency signals is.
Stabantennen
für mobile Anwendungen, insbesondere zur Befestigung an
Kraftfahrzeugen, sind grundsätzlich bekannt. Diese weisen
endseitig ein Befestigungselement auf, mit dem die Stabantenne am
Kraftfahrzeug befestigt wird. Davon ausgehend befindet sich eine
Antennenrute, die in ihrem Inneren eine Antennenleiterstruktur aufweist.
Zum optimalen Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale in
bestimmten Frequenzbändern ist eine Abstimmung der Länge
der Antennenrute auf das zu empfangende Frequenzband erforderlich.
Zum Empfang im UKW-Frequenzbereich ist die Länge der Antennenrute
bei einer Lambda-Viertel-Abstimmung (Lambda = Wellenlänge)
zu groß, da dadurch die Länge der Antennenrute
zu groß wird. Daher wurde die Antennenleiterstruktur zur
Verkürzung der Länge der Antennenrute wendelförmig
angeordnet. Damit konnte die mechanische Länge der Antennenrute
z. B. für den UKW-Frequenzbereich von ca. 700 bis 800 mm
Länge auf 170 bis 400 mm verkürzt werden. Eine andere
Art der Verkürzung der Länge der Antennenrute
kann durch den Einbau einer Induktivität, insbesondere
einer konzentrierten Induktivität in Form einer Spule in
der Nähe des Fußes (also des Befestigungselementes),
erreicht werden. Wird der Einbauort der gleichen Induktivität
in Richtung des Endes der Antennenrute verschoben, ergibt sich lediglich eine
kleinere Verkürzung. Durch das Einfügen von weiteren
Induktivitäten können Bereiche der Antennenrute
für höhere Frequenzen abgetrennt werden, die als
Lambda-Halbe-Dipole weitere Resonanzen der Antennenrute ermöglichen.
Für die erste so genannte Lambda-Viertel-Resonanz der Stabantenne gilt:
Die Nebenwirkung von zusätzlicher Induktivität
in der Anntennleiterstruktur ist, dass die Bandbreite der Stabantenne
in nachteiliger Weise geringer wird. Unterschiedlich hohe Einbaupositionen
der zusätzlichen Induktivität im Verlauf der Antennenleiterstruktur
der Antennenrute bedingen also eine unterschiedlich große
Bandbreite. Wird die konzentrierte Spule in einer Höhe
angebracht, dass der unterhalb der Spule liegende Teil des Antennenstrahlers
ein Monopol für eine höhere Frequenz (bzw. ein
anderes Frequenzband) darstellt, erhält man bei geeigneter
Dimensionierung der Spule eine Stabantenne, mit der man zwar in
zwei Frequenzbändern senden und empfangen kann, die aber
auf Grund ihrer Konstruktion im unteren Frequenzband schmalbandiger
ausfällt (siehe hierzu auch die
Die eingesetzten Induktivitäten im unteren Teil des Strahlers sind bei der Trennfrequenz, also der Arbeitsfrequenz des unteren Teiles des Strahlers, schon in Eigenresonanz. Die parasitäre Kapazität der Spule bildet zusammen mit der Induktivität einen Parallel-Schwingkreis.The inductors used in the lower part of the radiator are at the crossover frequency, ie the working frequency of the lower one Part of the spotlight, already in self-resonance. The parasitic Capacity of the coil forms together with the inductance a parallel resonant circuit.
An Stelle der Induktivitäten werden auch Sperrkreise, bestehend aus der Induktivität und einer parallel geschalteten Kapazität eingesetzt, die den unteren Teil einer Stabantenne vom oberen Teil elektrisch trennen.At Place of inductors are also blocking circuits, consisting from the inductance and a parallel connected capacitance used the lower part of a rod antenna from the upper part disconnect electrically.
Eine weitere Möglichkeit, eine Antenne mit einem zweiten Frequenzband auszustatten, das in etwa dem 1.5 bis 2.5 fachen der Grundfrequenz entspricht, besteht darin, dem oberen Teil der Antenne etwas mehr Induktivität zu geben. Dadurch verschiebt sich die natürliche, der Grundfrequenz nachfolgende höherfrequente nächste Resonanz, die einer 3/4 Lambda Strombelegung entspricht, nach unten. Die Grundfrequenz wird im Verhältnis nicht so stark verschoben, da die wirksame Induktivität im oberen Teil des Strahlers für die niedrige Frequenz weniger wirksam ist.A Another possibility is an antenna with a second frequency band equate to about 1.5 to 2.5 times the fundamental frequency corresponds, is the upper part of the antenna a little more To give inductance. This shifts the natural, the fundamental frequency subsequent higher-frequency next Resonance, which corresponds to a 3/4 Lambda current assignment, down. The fundamental frequency is not shifted so much in proportion, because the effective inductance in the upper part of the radiator less effective for the low frequency.
Als wirksame Möglichkeit bietet sich das Einfügen zweier Induktivitäten an. Eine Induktivität in der Nähe des Fußpunkts des Strahlers sorgt für eine wirksame Verkürzung. In Kombination mit dieser sorgt eine wesentlich größere Induktivität am oberen Ende des Strahlers für eine definierte Stromverteilung bei einer zweiten Nutzfrequenz.When effective option is the insertion two inductors on. An inductance in near the foot of the spotlight provides for an effective shortening. In combination with this provides a much larger inductance at the upper end of the radiator for a defined current distribution at a second usable frequency.
Es bildet sich trotz reduzierter geometrischer Länge ein Strombauch für die erste Nutzfrequenz im Fußpunkt aus. Für die nächsthöhere, frei bestimmbare, Nutzfrequenz entspricht, würde sich bei herkömmlicher Konfiguration (nur eine Spule nahe dem Fußpunkt) kein Strombauch im Fußpunkt ausbilden, sondern ein Stromminimum existieren, das einer sehr hochohmigen, nicht an eine Kabelimpedanz oder Verstärkerimpedanz anpassbaren Impedanz entspricht.It Despite a reduced geometric length, a current dip forms for the first usable frequency at the base. For the next highest, freely definable, user frequency equivalent, would be with conventional configuration (only one coil near the base) no current dip in the base but a power minimum exist that is a very high-impedance, not adaptable to a cable impedance or amplifier impedance Impedance equals.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Stabantenne für mobile Anwendungen, die zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale ausgebildet ist, bereit zu stellen, die gegenüber bekannten Stabantennen eine genaue Kontrolle der Resonanzfrequenzen und in beschränktem Maß auch der Bandbreiten in den verschiedenen Frequenzbändern erlaubt und gegenüber bekannten Antennen wesentlich einfacher herzustellen ist, da die bekannten Stabantennen einen aufwändigen Zusammenbau erfordern, da zwischen die Antennenleiterstruktur Induktivitäten und auch Kapazitäten, die als separate Bauteile (Spulen) zu handhaben sind, angeordnet und geschaltet (üblicherweise verlötet) werden müssen.Of the Invention is based on the object, a rod antenna for mobile applications that transmit and / or receive high-frequency Signals is formed, ready to face, opposite known rod antennas precise control of the resonance frequencies and to a limited extent also the bandwidths in allowed and opposite the different frequency bands known antennas is much easier to produce, since the known Rod antennas require a complex assembly, since between the antenna conductor structure inductors and also capacities that as separate components (coils) too are handled, arranged and switched (usually soldered) must be.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.These The object is solved by the features of claim 1.
Durch Einfügen der Induktivität am oberen Ende des Strahlers erhält man einen zweiten Strombauch in diesem Bereich, so dass sich auch im Fußpunkt ein Strombauch ausbildet. Erste und zweite Nutzfrequenz sind nicht durch einen numerischen Faktor, z. B. 3 wie bei herkömmlichen Monopolen, miteinander verknüpft. Durch Position und Wert der Induktivitäten lässt sich vielmehr ein beliebiges Frequenzverhältnis einstellen.By Insert the inductance at the top of the radiator you get a second current dip in this area, so that at the base of a power surge trains. First and second use frequency are not by a numerical factor, z. B. 3 as in conventional monopolies, linked together. By position and value of the inductances leaves Rather, set any frequency ratio.
Erfindungsgemäß werden zunächst unter den Rahmenbedingungen Antennenlänge, Durchmesser der Antennenstruktur und Leiterbreite oder Leiterdurchmesser, maximale und minimale Leiterabstand und umgebendes Dielektrikum die maximal und minimal erreichbaren Induktivitätswerte bestimmt. Physikalisch sinnvoll ist daher bei in der Länge ausgedehnten Antennen eine Angabe des Wertes in H/m (Henry pro Meter). Erfindungsgemäß werden danach mit einer numerischen Feldberechnung die Lagen und Längen der verschiedenen Induktivitätsbereiche derart festgelegt, dass im oberen Bereich ein höherer Induktivitätswert pro Meter verwendet wird, so dass sich die gewünschten Frequenzen und Bandbreiten einstellen. Bei der Optimierung werden die zuvor beschriebenen Stromverteilungen als Referenzverlauf für das Optimierungsziel verwendet. Die berechneten verteilten Induktivitätswerte werden dann wieder in Leiterabstände umgerechnet und damit die Geometrie der Antenne festgelegt.According to the invention initially under the framework of antenna length, Diameter of the antenna structure and conductor width or conductor diameter, maximum and minimum conductor spacing and surrounding dielectric the maximum and minimum achievable inductance values certainly. Physically meaningful is therefore in the length extended antennas an indication of the value in H / m (Henry per meter). According to the invention are then with a numeric Field calculation the positions and lengths of the different inductance ranges set such that in the upper part of a higher inductance value per meter is used, so that the desired Set frequencies and bandwidths. In the optimization, the previously described power distributions as a reference curve for used the optimization goal. The calculated distributed inductance values are then converted back into conductor distances and thus set the geometry of the antenna.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Stabantenne zum Senden und/oder Empfangen mehrerer unterschiedlicher Frequenzbänder ausgebildet ist und hierfür die Antennenleiterstruktur abschnittsweise unterschiedlich gestaltet ist, wobei die Gestaltung von dem jeweiligen Frequenzband abhängig ist. Die Antenneleiterstruktur als ein einziges Bauteil realisiert erfindungsgemäß sowohl Antennenstrahler (Abschnitte der Antennenleiterstruktur zum Senden und/oder Empfangen der hochfrequenten Signale) als auch Induktivitäten und/oder Resonanzkreise, die die einzelnen Abschnitte der Antennenleiterstruktur voneinander trennen, um somit mehrere unterschiedliche Frequenzbänder empfangen zu können. Der wesentliche Vorteil der Stabantenne gemäß der Erfindung gegenüber den bisher bekannten Stabantennen ist derjenige, dass die Antennenleiterstruktur in einem einzigen Bauteil sowohl Antennenstrahler als auch Induktivitäten und/oder Resonanzkreise realisiert. Dadurch kann mit der Antennenleiterstruktur die Abstimmung auf die jeweiligen Frequenzbänder sowie die Herstellung der Stabantenne wesentlich vereinfacht werden, so dass die fertige Stabantenne genauer und flexibler einstellbare Bandbreiten für die verschiedenen Bänder erhält, als bisherige unterschiedliche Antennenleiterstrukturen, die mittels zusätzlicher Induktivitäten hochfrequenzmäßig zusammengeschaltet waren.According to the invention provided that the rod antenna for transmitting and / or receiving multiple different frequency bands is formed and this the antenna conductor structure designed differently in sections is, wherein the design of the respective frequency band depends is. The antenna ladder structure realized as a single component According to the invention, both antenna radiators (sections the antenna conductor structure for transmitting and / or receiving the high-frequency Signals) as well as inductors and / or resonant circuits, the individual sections of the antenna conductor structure from each other separate, thus several different frequency bands to be able to receive. The main advantage of the rod antenna according to the invention over the past known rod antennas is the one that the antenna conductor structure in a single component both antenna radiators and inductors and / or resonant circuits realized. As a result, with the antenna conductor structure the vote on the respective frequency bands as well the manufacture of the rod antenna are greatly simplified, so that the finished rod antenna more accurate and more flexible adjustable bandwidths for the different bands, than previous different antenna conductor structures by means of additional inductors high frequency were interconnected.
Zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Stabantenne sind z. B. zwei Möglichkeiten denkbar, wobei die Erfindung darauf jedoch nicht beschränkt ist. Zum einen ist es denkbar, dass die Antennenleiterstruktur als eine mäanderförmige Leiterbahn ausgebildet ist, die auf einem entsprechenden starren Träger (Leiterplatte) oder flexiblem Träger (Trägerfolie) angeordnet ist, wobei der entsprechend ausgebildete Träger eine der Stabantenne entsprechende Form aufweist.to Realization of a rod antenna according to the invention are z. B. two possibilities conceivable, the invention but not limited thereto. For one thing, it is conceivable that the antenna conductor structure as a meandering Conductor is formed on a corresponding rigid support (Printed circuit board) or flexible carrier (carrier foil) is arranged, wherein the appropriately trained carrier one of the rod antenna has corresponding shape.
Da heutzutage längliche Stabantennen mit einem kreisrunden oder elliptischen Querschnitt Standard sind, kann die Trägerfolie konisch oder zylindrisch zur Bildung der Antennenrute gerollt und von der Ummantelung umgeben sein.There nowadays elongated rod antennas with a circular or elliptical cross-section are standard, can be the carrier film conically or cylindrically rolled to form the antenna rod and of be surrounded by the sheath.
Die weitere Lösung besteht darin, dass die Antennenleiterstruktur aus einer Antennenwicklung besteht, die mit abschnittsweise unterschiedlichen Steigungen und/oder Mehrfachwicklungen zur Erzeugung eines Strahlers bzw. einer Induktivität und/oder Resonanzkreisen auf den Träger aufgewickelt wird. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die aufgewickelten Bereiche nicht galvanisch verbunden sind, damit hochfrequenzmäßig kein Kurzschluss entsteht. Dies ist insbesondere in den Bereichen der Fall, in denen eine Induktivität oder ein Resonanzkreis erzeugt werden soll, wozu beispielsweise ein gelackter Kupferdraht zum Einsatz kommt.The Another solution is that the antenna conductor structure consists of an antenna winding, the sections with different slopes and / or multiple windings for generating a radiator or a Inductance and / or resonant circuits on the carrier is wound up. It must be ensured that the wound up Areas are not galvanically connected, so high-frequency no short circuit occurs. This is especially true in the areas the case where an inductance or a resonant circuit is to be generated, including, for example, a lacquered copper wire is used.
Ein Resonanzkreis besteht aus einer Induktivität und einer Parallelkapazität. Dabei wird die Induktivität wie bereits beschrieben durch eine Leiterstruktur realisiert, die mäanderförmig oder gewickelt sein kann. Eine Kapazität besteht aus zwei Leitern, zwischen denen eine Potentialdifferenz auftreten kann. Dabei gilt, je kleiner der Abstand zwischen den Leitern, desto größer die Kapazität.One Resonant circuit consists of an inductor and a Parallel capacitance. Thereby the inductance becomes as already described realized by a ladder structure, the meandering or wound. A capacity consists of two conductors, between which a potential difference can occur. In this case, the smaller the distance between the conductors, the bigger the capacity.
Erfindungsgemäß besteht die Kapazität mechanisch gesehen ebenfalls aus einer Leiterstruktur, die jedoch nicht separat, sondern in der Gesamtstruktur bzw. Wicklung enthalten ist, d. h. es sind keine zusätzlichen mechanischen oder elektrischen Bauteile nötig. Dabei ist es möglich, durch Wahl der Anordnung bzw. Wickelparameter den Kapazitätswert genau zu definieren und zusammen mit dem Induktivitätswert die Resonanzfrequenz genau zu wählen.According to the invention the capacitance seen mechanically also from a ladder structure, the but not separately, but in the forest or winding is included, d. H. there are no additional mechanical or electrical components needed. It is possible by selecting the arrangement or winding parameters the capacitance value exactly to define and together with the inductance value to choose the resonant frequency exactly.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, auf die diese jedoch nicht beschränkt ist, sind in den Unteransprüchen und in den Figuren angegeben und im Folgenden beschrieben.embodiments but not limited to the invention are given in the subclaims and in the figures and described below.
Es zeigen:It demonstrate:
Die
In
Ein
beispielhaftes, aber nicht einschränkendes Herstellverfahren
der Stabantenne
Der
Trägerstab
Die
beiden in den Figuren gezeigten und vorstehend beschriebenen Stabantennen
Die
Der
Sperrkreis wird gebildet aus der Induktivität
Wie
vorstehend beschrieben und anhand der
Alternativ
dazu ist in
In
den
In
In
Zusammenfassend wird noch einmal festgestellt, dass einer der wesentlichen Aspekte der Erfindung eine durchgehend aus einem elektrisch leitfähigen Material (z. B. Draht) auf einen Träger (z. B. Stab aus elektrisch nicht leitfähigen Material) gewickelte Antennenrute ist, die in der einzigen durchgehenden (und festen und somit weder in der mechanischen noch in der elektrischen Länge abstimmbaren) Wicklung sowohl Strahlerelemente (zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter Signale in mehreren Frequenzbereichen oder auf mehreren Frequenzen) als auch einen Sperrkreis oder mehrere Sperrkreise für definierte Frequenzen oder definierte Frequenzbereiche verwirklicht durch definiertes Aufwickeln der Antennenwicklung in der einen Längsrichtung des Trägers und in Teilbereichen in die andere Längsrichtung und wieder zurück in die eine Längsrichtung, wobei gleiche oder unterschiedliche Steigungen realisiert werden, sowie Aufeinanderlegen von Wicklungsabschnitten (ohne elektrischen Kurzschluss), wobei aus den genannten Maßnahmen erhöhte Streukapazitäten resultieren, insbesondere durch Annähern des Anfangs der Wicklung und deren Ende bzw. durch Annähern des Spulenanfangs und des Spulenendes.In summary It is once again stated that one of the essential aspects the invention a continuous from an electrically conductive Material (eg wire) on a support (eg rod out electrically non-conductive material) wound antenna rod is that in the only continuous (and fixed and therefore neither tunable in mechanical or electrical length) Winding both radiator elements (for sending and / or receiving high-frequency signals in several frequency ranges or on several Frequencies) as well as a blocking circuit or multiple blocking circuits for realized frequencies or defined frequency ranges realized by defined winding of the antenna winding in the one longitudinal direction the carrier and in some areas in the other longitudinal direction and back in the one longitudinal direction, where same or different gradients are realized, as well Stacking of winding sections (without electrical short circuit), whereby from the measures mentioned increased stray capacities result, in particular by approaching the beginning of the Winding and its end or by approaching the coil start and the coil end.
Alternativ läßt sich dieses Ziel dadurch erreichen, dass nicht ein Draht auf einen Stab aufgewickelt wird, sondern dass die Antennenleiterstruktur durch das Aufbringen von elektrisch leitfähigen bereichen (z. B. Kupferbahnen) auf einen flächigen Träger (z. B. Leiterplatte) gebildet wird. Auch hierbei kann zum Beispiel ein Kondensator durch Rück- und Hinführen einer übereinanderliegenden Leiterbahn (wobei die übereinanderliegenden bereichen elektrisch voneinander isoliert sind) gebildet wird, ebenso wie eine Induktivität.alternative This goal can be achieved by: not a wire is wound on a rod, but that the Antenna conductor structure by the application of electrically conductive areas (eg copper tracks) on a flat support (z. B. PCB) is formed. Again, for example, a Capacitor by feeding back and forth one above the other Track (with the superimposed areas electrically from each other isolated) is formed, as well as an inductance.
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- 2008-07-21 WO PCT/EP2008/005952 patent/WO2009012957A2/en active Application Filing
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