DE102012014572B4

DE102012014572B4 - Kaskadierbare magnetische Antenne

Info

Publication number: DE102012014572B4
Application number: DE102012014572.1A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2032-07-25
Also published as: DE102012014572A1

Abstract

Magnetische Antenne mit mindestens einer Induktivität zur Kopplung mit dem elektromagnetischen Feld, welche sich in einem Grundkörper befindet, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Seitenfläche des Grundkörpers mindestens ein weiterer Zusatzkörper angekoppelt werden kann, welcher mindestens eine weitere Induktivität zur Vergrößerung mindestens einer Induktivität des Grundkörpers enthält, und die Anbringung dieses Zusatzkörpers einseitig oder beidseitig an den Grundkörper durch eine Zentralverschraubung oder Einrastung an einem Zentralgewinde oder zentralen Dorn oder durch Verwendung einer anderweitigen Schnellkupplung erfolgt, wodurch der Zusatzkörper leicht mit der Hand auf- und abdrehbar bzw. auf- und absteckbar ist.

Description

Die Erfindung beschreibt eine magnetische Messantenne, welche einerseits über eine hohe Empfindlichkeit und andererseits über einen großen Abstimmbereich verfügt.
Magnetische Antennen, insbesondere Ferritantennen, wahlweise mit parallel geschaltetem Kondensator ausgelegt als Schwingkreis, sind seit Jahrzehnten Stand der Technik und werden in großer Stückzahl in Konsumgütern, beispielsweise in Mittelwellenradios ebenso wie in Funkuhren oder RFID Systemen verbaut. Dazu zählen auch innerhalb gewisser Grenzen abstimmbare Antennen und Induktivitäten z.B. mit Tauchkern. Zum Stand der Technik siehe DE102005057556A1 , DE1208817B und DE1076197A .
Nachteilig an diesen Antenne bei der Verwendung für Messzwecke ist, dass sie entweder über einen hohen Antennengewinn, dann aber nur über einen Abstimmbereich von bestenfalls ein bis zwei Oktaven verfügen, oder breitbandig ausgelegt nur über einen geringen Antennengewinn besitzen.
Für die Nutzung in einem Feldstärkemessgerät ist aber einerseits ein hoher Antennengewinn und andererseits eine möglichst breitbandige Auslegung von Vorteil.
Bekannt sind aus den Anfangszeiten des Radios sowie von Dip-Metern aus dem Amateurfunk auch Steckspulen, die auf ein Radiogerat oder Dip-Meter als Träger gesteckt werden, das selber keine Antennenfunktion hat. Nachteilig hierbei ist, dass für jede Frequenz eine eigene Steckspule vorzuhalten ist und Kombinationen nur stark eingeschränkt und eine Kaskadierung (Verkettung) gar nicht möglich ist. Zudem werden derartige Steckspulen gewöhnlich als Luftspulen ohne magnetischen Kern ausgeführt, was zwar deren Güte steigert, aber den Antennengewinn senkt. Deshalb fand in derartigen Radiogeräten zumeist eine externe Antenne Verwendung und die Steckspulen dienen nur der Selektion eines Senders als Bestandteil eines Schwingkreises. Durch die Einführung des UKW Rundfunks vor Jahrzehnten ist die Bedeutung derartiger magnetischer Antennen und Steckspulen für den Rundfunkempfang jedoch weit zurückgegangen.
Aus EP2296228A1 ist weiterhin eine magnetische Antenne bekannt, die als SMT-Bauteil durch flächige Anreihung kaskadierbar ist. Diese hat allerdings in der vorgesehenen Anwendung den erheblichen Nachteil, dass zur Umstellung der Frequenz jedesmal ein Lötvorgang erforderlich ist, die Antenne ist somit für den Laborbetrieb ungeeignet. Gleiches gilt für die „Board Mounted Antenna Device“ aus JP2009 - 124595A .
Aus der Druckschrift WO 91/15878 ist eine rein elektronisch umschaltbare magnetische Antenne zu entnehmen, deren Vorteil die schnelle Bandumschaltung ist. Nachteilig hierbei ist für den Laborbetrieb allerdings die Begrenzung auf eng beieinander liegende Frequenzbänder, da die für die physikalischen Eigenschaften der Antenne relevante Geometrie der magnetischen Antenne selber nicht verändert werden kann.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Antenne für Messaufgaben zu konstruieren, welche sowohl einen hohen Antennengewinn als auch einen weiten Abstimmbereich über mehrere Oktaven aufweist.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die in Patentanspruch 1 beschriebene Messantenne gelöst, dessen Funktion im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird:

Das Beispiel in Bild 1 zeigt eine erfindungsgemäße Messantenne. Diese verfügt über einen Grundkörper (G), an welchen links wie rechts Zusatzkörper (Z1, Z2) angebracht werden können. Der Grundkörper dient üblicherweise der Befestigung der Antenne und dem Anschluss der Zuführungsleitung (ZL), wobei dieser auch an anderer Stelle (z.B. an den Abdeckkappen AK1, AK2) denkbar wäre. Somit ist ein mechanisch wie elektrisch symmetrischer Aufbau der Antenne möglich, was für ein gleichmäßiges Strahlungsdiagramm von Vorteil ist.

Erfindungsgemäß geschieht die Anbringung der Zusatzkörper, indem die Zusatzkörper auf jeweils ein großes Zentralgewinde, angebracht am dann vorzugsweise weitgehend zylindrisch geformten Grundkörper bzw. Zusatzkörper an der jeweiligen Seitenfläche aufgeschraubt werden. Dazu verfügen die Zusatzkörper ihrerseits über eine Zentralmutter.
Alternativ kann statt des Zentralgewindes auch ein zentraler Dom mit Einrastvorrichtung Verwendung finden. Diese kann auch durch eine Feder unterstützt sein, um einen festen Sitz zu ermöglichen. Entsprechende Schnellkupplungen jeder Art sind aus dem Maschinenbau hinlänglich bekannt.
Wird die Antenne nur mit dem Grundkörper eingesetzt, so ist sie auf eine hohe Frequenz abgestimmt. Möchte der Anwender jetzt die Frequenz absenken, so bringt er links wie rechts jeweils einen Zusatzkörper mit einer geeigneten Induktivitäts- bzw. Frequenzstufe an. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Unteranspruch können jetzt an die beiden Zusatzkörper (Z1, Z2) links wie rechts wiederum weitere Zusatzkörper angebracht werden, um die Frequenz noch weiter abzusenken. Da diese wiederum ihrerseits über eine Kupplung verfügen, ist somit eine beliebige Veränderung der Abstimmfrequenz in Stufen möglich.
In einer weiteren Ausführungsform gemäß Unteranspruch befindet sich innerhalb dieses Zentralgewindes oder Dorns eine Stoßstelle für einen innenliegenden Ferritkern des jeweiligen Grundkörpers (FE1), sodass sich durch Anbringung der Zusatzkörper, welche ebenfalls über in der Induktivität befindliche Ferritkerne (FE2, FE3) verfügen, beim Anschrauben oder Anstecken die effektive Gesamtlänge des Ferritkerns des Grundkörpers (FE1) durch magnetische Kopplung beider Kerne vergrößert.
Weiterhin wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die elektrische Verbindung zwischen Grundkörper und Zusatzkörper durch Schleifkontakte hergestellt. Um eine Serienschaltung zu ermöglichen, wird vor dem Anbringen des Grundkörpers eine Abdeckkappe abgeschraubt, welche die Schleifkontakte zur Nutzung der Antenne ohne Zusatzkörper gebrückt hält (Kurzschlussbrücke). Alternativ ist auch die Nutzung eines herkömmlichen Schalters mit Unterbrecherkontakt denkbar, welcher durch den Aufschraub- oder Aufsteckvorgang betätigt wird.
Durch die Nutzung von Schleifkontakten kann bei der bevorzugten zylindrischen Ausführung der Zusatzkörper sowohl eine sichere elektrische Verbindung als auch eine gute magnetische Kopplung erfolgen, weil der Drehwinkel zwischen beiden Antennenkörpern wahlfrei bleibt, was die Festlegung des Endanschlags der Kupplung durch das Aufsetzen der planen Flächen der Ferritkerne der Spulen ermöglicht und somit den toleranzbedingten Luftspalt zwischen beiden Kernen weitgehend zu vermeiden hilft.
In der Variante der Schnellkupplung mit Feder wird durch die Feder eine definierte Kraft auf die Koppelstelle der Ferritkerne ausgeübt, um einerseits eine sichere magnetische Kopplung zu gewährleisten und andererseits Beschädigungen der Kerne zu vermeiden.
Bei Nutzung einer Abdeckkappe (AK1, AK2) kann diese nach Anbringung des Zusatzkörpers wiederum genutzt werden, um weitere Schleifkontakte jetzt des Zusatzkörpers, welche die Anbringung eines weiteren Zusatzkörpers an diesem ermöglichen, zu überbrücken. Die Befestigung der Abdeckkappe erfolgt an einem zentralen Gewinde gleicher Bauform wie des Grundkörpers. Somit ist eine beliebige Kaskadierung der Zusatzkörper möglich.
Die Abdeckkappe kann zudem zusätzliche elektrische oder elektronische Elemente beinhalten, z.B. Induktivitäten und Kapazitäten zur Veränderung der Abstimmfrequenz ebenso wie Steckverbinder zwecks Anschluss der Antenne an weitere Geräte.
Alternativ ist auch eine Einbringung in den Stromkreis des Grundkörpers bzw. des jeweiligen Zusatzkörpers durch einen Unterbrecherkontakt möglich, welcher die beiden Pole zur Übergabe solange kurzgeschlossen hält, bis eine mechanische Verbindung mit dem Zusatzkörper hergestellt wurde.
Zur weitgehend stufenlosen Wahl einer Abstimmfrequenz der Antenne können Zusatzkörper mit unterschiedlichen Antennenfrequenz- bzw. entsprechend (Schwingkreisformel) berechneten Induktivitätswerten genutzt werden, wobei eine binäre 1:2:4:8 Staffelung ebenso vorteilhaft sein kann wie eine dekadische Staffelung.
Auch ist es denkbar, zusätzlich zu den Induktivitäten feste oder abstimmbare oder schaltbare Kapazitäten mit in die Grund- und Zusatzelemente einzubringen, um so einen Schwingkreis aufzubauen und die Antenne auf eine bestimmte Messfrequenz abzustimmen. Dabei sind sowohl Serien- als auch Parallelschaltungen der Kapazitäten ggf. über getrennte Verbindungskontakte zwischen den Antennenelementen denkbar.
Gemäß Unteranspruch besteht auch die Möglichkeit der Veränderung der Zusammenschaltung der Induktivitäten und ggf. Kapazitäten der Antenne durch Relais, welche beispielsweise mittels eines Messcomputers gesteuert werden. Die Ankopplung an diesen kann beispielsweise mittels USB Schnittstelle erfolgen. Dabei können diese Relais zusätzlich die Funktion des Unterbrecherkontakts wahrnehmen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die einfache und preisgünstige Konstruktion einer Messantenne, welche einerseits einen weiten Frequenzbereich abdeckt und andererseits durch die mögliche Nutzung eines Ferritkerns mit quasi-variabler Länge mit der Möglichkeit der Kaskadierung einen hohen Antennengewinn aufweist. Selbstverständlich ist auch die Integration einer solchen Antenne in ein komplettes Feldstärkemessgerät möglich.

Claims

Magnetische Antenne mit mindestens einer Induktivität zur Kopplung mit dem elektromagnetischen Feld, welche sich in einem Grundkörper befindet, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Seitenfläche des Grundkörpers mindestens ein weiterer Zusatzkörper angekoppelt werden kann, welcher mindestens eine weitere Induktivität zur Vergrößerung mindestens einer Induktivität des Grundkörpers enthält, und die Anbringung dieses Zusatzkörpers einseitig oder beidseitig an den Grundkörper durch eine Zentralverschraubung oder Einrastung an einem Zentralgewinde oder zentralen Dorn oder durch Verwendung einer anderweitigen Schnellkupplung erfolgt, wodurch der Zusatzkörper leicht mit der Hand auf- und abdrehbar bzw. auf- und absteckbar ist.
Magnetische Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten mit mindestens einem Ferritkern oder anderweitig ferromagnetischem Kern versehen sind und beim Anbringen eines Zusatzkörpers die Ferritkerne oder ferromagnetischen Kerne der jeweiligen Körper bündig aneinander stoßen.
Magnetische Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einen Zusatzkörper weitere Zusatzkörper anzubringen sind, indem der Zusatzkörper an einer Seitenfläche mit dem Grundkörper oder einem Zusatzkörper koppelt und an der gegenüberliegenden Seitenfläche mit einem weiteren Zusatzkörper.
Magnetische Antenne nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten durch den Vorgang des Anbringens des Zusatzkörpers in Serie geschaltet werden, indem mindestens eine Stromzuführung zur Induktivität über ein Kontaktpaar an der Koppelstelle geführt wird, welches ohne angebrachten Zusatzkörper elektrisch kurzgeschlossen ist, im Fall des angebrachten Zusatzkörpers aber die Verbindung mit dessen Induktivität herstellt, wobei in deren Zuführung im Zusatzkörper wiederum ein weiteres derartiges Kontaktpaar zur Ankopplung eines weiteren Zusatzkörpers an den ersteren Zusatzkörper eingeschleift sein kann.
Magnetische Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Serienschaltung erfolgt, indem durch das Entfernen einer Abdeckkappe mit Kurzschlussbrücke oder Koppelkapazität oder anderem elektrischen Verbindungselement der Stromkreis eröffnet wird, um die Einschleifung weiterer Induktivitäten zu ermöglichen.
Magnetische Antenne nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Serienschaltung Schleifkontakte oder Schleifringe im Bereich der Kupplung verwendet werden, wodurch bei wahlfreiem Winkel des vorzugsweise zylindrischen bzw. rotationssymmetrischen Zusatzkörpers zum jeweils anderen Antennenkörper an der Kupplung sicher eine elektrische Verbindung hergestellt wird, wobei bevorzugt die Festlegung des Endanschlags der Kupplung durch das Aufsetzen der planen Flächen der Ferrit- oder ferromagnetischen Kerne der Spulen ermöglicht und somit parallel zur sicheren elektrischen Verbindung eine gute magnetische Kopplung sicherstellt wird.
Magnetische Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne symmetrisch als Folge aus einer linksseitig vom Grundkörper angebrachten Menge von Zusatzkörpern, folgend dem Grundkörper und rechtsseitig vom Grundkörper an diesen angebracht einer Menge von Zusatzkörpern aufgebaut ist oder durch den Benutzer zusammengesetzt werden kann, wobei bevorzugt die Antennenkörper weitgehend zylindrisch oder rotationssymmetrisch aufgebaut sind und die Kopplung jeweils an den beiden Seitenflächen der Zylinder erfolgt.
Magnetische Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstimmfrequenzwerte der Antennenelemente oder die Induktivitätswerte der verwendeten Induktivitäten im Grundkörper und in den Zusatzkörpern binär, exponentiell oder logarithmisch gestaffelt sind, um einen möglichst großen Frequenzbereich oder Induktivitätsbereich mit möglichst wenigen Zusatzkörpern abdecken zu können.
Magnetische Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltung der Antennenelemente durch Kontakte, Schalter, Relais oder Halbleiterschalter unter Einbringung zusätzlicher Kapazitäten zur Bildung mindestens eines Schwingkreises mit variabler Resonanzfrequenz erfolgt, wobei optional eine Fernsteuerung der Konstellation mittels Messcomputer vorgenommen werden kann.