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Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung
mit einem Flächendipol
nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Dipolantennen sind hinlänglich bekannt.
Sie können
zum Empfang der unterschiedlichsten Frequenzen eingesetzt werden.
Die Länge
der Dipolhälften
hängt dabei
von dem jeweiligen zu übertragenden
Frequenzbereich ab.
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In diesem Zusammenhang sind grundsätzlich auch
Flächendipole
bekannt, deren Dipolhälften beispielsweise
aus zwei rechteckförmigen
leitenden Dipolhälften
bestehen, die beispielsweise auf einem Substrat auch in Form einer
Leiterplatine ausgebildet sein können.
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Derartige Flächendipole können beispielsweise
für den
DVB-T-Empfang eingesetzt
werden. Sie weisen aber zum einen eine für viele Anwendungsfälle nicht
ausreichende Güte
und/oder vor allem keine ausreichende Breitbandigkeit auf, vor allem
dann, wenn sie in vergleichsweise kompakter Bauweise im Verhältnis zur
Betriebswellenlänge
realisiert werden sollen.
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Grundsätzlich könnte daran gedacht werden, eine
Antennenanordnung mit einem Flächendipol beispielsweise
für das
UHF-Band zu konzipieren, also für
einen Frequenzbereich, der von etwa 470 MHz bis 862 MHz reicht.
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Würde
man demgegenüber
eine Flächenantenne
für das
VHF-Band konzipieren
wollen, also beispielsweise für
einen Frequenzbereich von 160 MHz bis 230 MHz, so würden derartige
Antennen enorm groß gebaut
werden müssen.
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Eine gattungsbildende Antennenanordnung ist
aus der
DE 34 05 044
C1 bekannt geworden. Sie umfasst einen Flächendipol,
dessen Dipolhälften
mit spitz aufeinander zu laufenden Endbereichen versehen ist. Dort
ist jeweils eine Anschlussleitung angeschlossen, die zu zwei Verstärkern führt. Die
Ausgänge
der Verstärker
sind dann über
einen Übertrager
in Form eines Summiergliedes zusammengeschaltet und mit einer gemeinsamen
Anschlussstelle vorzugsweise in Form eines Koaxialanschlusses verbunden.
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Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Antennenanordnung mit einem Flächendipol
zu schaffen, insbesondere für den
DVB-T-Betrieb. Dabei soll die erfindungsgemäße Antenne vergleichsweise
klein aufgebaut sein und bevorzugt in zwei Frequenzbändern betreibbar
sein, nämlich
beispielsweise in dem UHF-Band und in dem VHF-Band. Die Antenne
soll dabei aber auch für
einen störungsfreien
Betrieb geeignet sein.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend
den im An spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Es muss als durchaus überraschend
bezeichnet werden, dass mit der erfindungsgemäßen Lösung es erstmals möglich gemacht
worden ist, eine Antennenanordnung mit einem Flächendipol zu konzipieren, der
vergleichsweise klein dimensioniert ist, um dabei insbesondere nicht
nur für
den UHF-Bereich,
sondern auch für
den VHF-Bereich eingesetzt werden kann. Gerade für den zuletzt genannten Bereich
ist es dabei überraschend,
dass dies mittels einer vergleichsweise klein dimensionierten Antenne realisiert
werden kann.
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Die erfindungsgemäße Antennenanordnung besteht
wie beim Stand der Technik auch aus einer aktiven Antenne mit einer
Verstärkeranordnung. Jede
Dipolhälfte
ist dabei an den aufeinanderzuweisenden in der Mitte liegenden Dipolenden
mit einer separaten Anschlussleitung versehen, in der jeweils ein
Verstärkerbaustein
angeordnet ist.
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Allerdings war es bisher nicht möglich, eine Antennenanordnung
mit einem Flächendipol
zu konzipieren, die gute Empfangswerte für zwei derartige getrennte
Frequenzbänder
beispielsweise im UHF- und im VHF-Bereich aufweist und die mit kleiner
Bauweise vor allem für
den DVB-T-Betrieb eingesetzt werden kann.
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Die erfindungsgemäße Antenne weist dabei derart
gute Eigenschaften auf, als wenn sie aus zwei getrennten Einzelantennen
bestehen würde,
von denen eine Einzelantenne beispielsweise zum Empfang des VHF-Bandes
und die andere Einzelantenne zum Empfang des UHF-Bandes optimiert
wäre! Die erfindungsgemäße Antenne
ist dabei auf ein minimales Rauschen hin optimiert. Dies wird durch
das weitere überraschende
Merkmal realisiert, dass jeder Dipolhälfte zunächst eine eigene Verstärkerstufe
zugeordnet ist. Die Ausgänge
der Verstärkerstufen
sind dann zusammengeführt,
wobei hier in einer bevorzugten Ausführungsform sich eine koplanare
Leitung anschließt,
die zu einem Koaxialkabelanschluss führt.
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Die erfindungsgemäße Antenne zeichnet sich dadurch
aus, dass zumindest eine und vorzugsweise mehrere Filteranordnungen
oder Filterbausteine vorgesehen sind, mit denen eine Unterdrückung bestimmter
im optimalen Betrieb behindernder Frequenzen möglich wird. Derartige zu unterdrückende Frequenzbänder können beispielsweise
Radiofrequenzbänder
sein oder aber auch bestimmte Mobilfunk-Frequenzbänder.
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In einer bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung ist deshalb vorgesehen, dass zwischen den beiden Dipolhälften und
damit zwischen den beiden Eingängen
der beiden Verstärkerstufen
noch ein Hochpass vorgesehen ist. Schließlich hat es sich auch als günstig erwiesen,
die beiden Verstärkerstufen über einen Übertrager
auf eine gemeinsame Ausgangsleitung zusammenzuführen. Bevorzugt wird hierzu
ein 1:1-Übertrager
eingesetzt, beispielsweise ein Guanella-Überträger.
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Eine weitere günstige Verbesserung lässt sich
dadurch erzielen, dass beispielsweise zwischen dem koaxialen Anschluss
der Antennenanordnung und den beiden Verstärker stufen, bevorzugt zwischen
koaxialem Anschluss und dem erwähnten Übertrager,
zunächst
ein Tiefpassfilter (GSM-Filter) angeordnet
ist, dem dann noch eine Bandsperre, d.h. ein Bandsperrfilter, folgen
kann. Durch das erwähnte Tiefpassfilter
kann sichergestellt werden, dass problemlos im Raum telefoniert
werden kann, d.h. mit Mobilfunk- oder sog. Handys telefoniert werden kann,
ohne dass diese Frequenzen durch die erwähnte Indoor-Antenne empfangen
und die entsprechenden Signale auf den koaxialen Anschluss gelangen
können.
Das erwähnte
Bandsperrfilter kann bevorzugt im Bereich beispielsweise von 230
MHz bis 470 MHz liegen und dient dazu, diesen allgemein frei gehaltenen
und für
verschiedene Dienste offenen Frequenzbereich abzuschirmen. In diesem
Frequenzbandbereich werden frei nutzbare Steuerungsfrequenzen für elektrische
Geräte
etc. abgewickelt.
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Die erfindungsgemäße Antenne weist trotz der
flächenhaft
ausgebildeten Dipolstruktur ein fast optimales Rundstrahlverhalten
auf. Sie eignet sich vorzüglich
für einen
Indoor-Betrieb, vor allem für
den DVB-T-Empfang von Rundfunk-und Fernsehprogrammen.
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und
Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten
Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigen im Einzelnen:
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1 :
eine schematische Draufsicht auf die erfindungsgemäße Antenne;
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2 :
eine frontseitige Ansicht auf die Antenne parallel zur Ebene des
Substrats, jedoch unter Weglassung des Koaxialkabelanschlus ses und
der elektrischen Leitung und Bauelemente, die elektrisch mit den
aufeinander zu weisenden Anschlussstellen der Dipolhälften verbunden
sind;
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3 :
eine vergrößerte Draufsicht
auf die Verstärker-
und Anschlussanordnung, über
die die Dipolhälften
mit einem koaxialen Anschluss in Verbindung stehen.
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In 1 ist
in schematischer Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antennenanordnung
in Form eines Flachdipols 1 mit zwei Dipolhälften 1' gezeigt, die
sich in Längsrichtung 3 erstrecken.
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Der Flächendipol 1 umfasst
dazu leitende Flächenelemente 5 für die Dipolhälften 1', die bevorzugt
auf einem Substrat 7, insbesondere in Form einer Leiterplatine 7' ausgebildet
sein können.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 sind die eigentlichen Dipolhälften 1' dreieckförmig gestaltet
und sind so ausgerichtet, dass ihre Spitzen aufeinander zu weisen.
Die Dipolhälften 1' weisen dabei
eine Länge
L und an ihrer Basis eine Breite B in der Erstreckungsebene E der
Dipolhälften 1' auf.
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An den beiden aufeinander zu weisenden,
innenliegenden Enden 9 der Dipolhälften 1' sind die beiden Einspeisestellen 11a und llb zur
Einspeisung in die jeweilige Dipolhälfte 1' vorgesehen (3).
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist an den gegenüberlie genden,
d.h. außenliegenden
Enden 13 der Dipolhälften 1' zur Verbesserung
der Breitbandigkeit und/oder zur Verbesserung der Güte der Antenne
sogenannte Dachkapazitäten 1'' ausgebildet, die im gezeigten
Ausführungsbeispiel
für sich
genommen Rechteckstruktur aufweisen und dabei rechtwinklig zur Längserstreckung 3 des
Flächendipoles 1 verlaufen.
Die Überstände 16 der
Dachkapazitäten 1'', also das Maß, mit welchem die Dachkapazitäten 1'' über die Seitenbegrenzungskanten 17 der
Dipolhälften 1' überstehen,
kann zur Optimierung unterschiedlich gewählt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind diese Überstände 16 zum
einen nur jeweils auf einer Seite (nämlich auf der gleichen Seite
gegenüber
den Dipolhälften 1') vorgesehen und
zum anderen kleiner als das Längsmaß der Dipolhälften 1' ohne die Dachkapazitäten 1''. Andererseits weisen die Überstände ein
Erstreckungsmaß in Querrichtung
zur Längsrichtung
des Flächendipols 1 auf,
welches größer als
10%, vorzugsweise größer als
20%, im gezeigten Ausführungsbeispiel
etwa um 20% bis 60%, insbesondere um 40% des Längserstreckungsmaßes einer
Dipolhälfte 1' entspricht.
Die Breite der Dachkapazitäten 1'' ist im gezeigten Ausführungsbeispiel
vergleichsweise schmal gehalten und beträgt vorzugsweise weniger als
20%, insbesondere weniger als 10 % oder sogar weniger als 5% der
Länge L
einer Dipolhälfte.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 zeigt auch, dass die Dipolhälften 1'' bevorzugt symmetrisch zu einer
quer verlaufenden Symmetrieebene 27 angeordnet sind.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind diese Dipolhälften 1' von innen zu
ihrem äußeren Ende
kontinuierlich breiter werdend ausgebildet, so dass ihre Seiten begrenzungskanten 17 von innen
nach außen
divergierend verlaufen. Der Winkel, mit dem die Seitenbegrenzungskanten 17 bezüglich jeder
Dipolhälfte 1' divergieren,
kann beispielsweise um 30° betragen.
Bevorzugt werden Werte von 10° bis
50°, insbesondere
20° bis
40° verwendet.
Es ergibt sich von daher für
die Dipolhälften 1' von oben eine
dreiecks- bzw. trapezförmige
Struktur. Die Dachkapazitäten 1'' sind ebenfalls wieder bevorzugt
am äußeren Ende
vorhanden und stehen dann möglicherweise
nur in geringerem Maße über das
außenliegende
breite Ende der Dipolhälften 1' seitlich über. Abweichend
von dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 sind aber auch andere
Formen für
die Dipolhälften
möglich.
So kann beispielsweise auf die innenliegenden, aufeinander zu weisenden
Spitzen 9 verzichtet werden, so dass die Form eher trapezförmig gestaltet
wäre und
so innen aufeinander zu liegend eher annähernd gerade Begrenzungskanten ausgebildet
sind. Darüber
hinaus müssen
die Begrenzungskanten 17 der Dipolhälften auch nicht gerade verlaufend
ausgebildet sein. Sie können
vielmehr von einer stärker
divergierenden Winkel in einen weniger divergierenden Winkel gegebenenfalls auch
mehrfach verändernd
verlaufen.
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Schließlich ist sogar denkbar, die
Dipolhälften 1' mit rechteckförmiger Struktur
zu versehen, so dass zwei in Längsrichtung 3 nebeneinander
angeordnete rechteckförmige
Flächenelemente 5 als
Dipolhälften
verwendet werden. Von daher ist ersichtlich, dass grundsätzlich unterschiedlichste
Formgebungen für
die Dipolhälften 1' möglich sind,
wobei die gewählte
dreieck- bis trapezförmige
Gestaltung bevorzugt verwendet wird.
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Anhand von 3 ist ebenfalls zu ersehen, dass in einem sich
längs erstreckenden
Bereich in etwa symmetrisch der Symmetrieebene 27 folgend zwei
Verstärkerstufen
und eine zu einem Koaxialkabelanschluss führende koplanare Anschlussleitung vorgesehen,
auf die nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 eingegangen wird.
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Anhand von 3 sind schematisch nochmals die beiden
Dipolhälften 1' teilweise dargestellt, die
im gezeigten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 dreieckförmig gestaltet
sind und mit ihrer Spitze aufeinander zu verlaufend symmetrisch
zur Vertikalsymmetrieebene 27 ausgerichtet sind.
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Genau am vordersten, d.h. am jeweils nächsten zueinander
liegenden Punkt 9 der beiden Dipolhälften 1' liegt dann die Einspeisestelle 11a und 11b,
die über
Anschlussleitungen 49a und 49b sowie eine Verbindungsleitung 51 miteinander
verbunden sind, und zwar unter Zwischenschaltung eines Hochpass-Filters 52.
Dieses Hochpass-Filter dient dem Schutz der Verstärkereingänge insbesondere
vor starken UKW-Sendern (87 Mhz bis 108 Mhz) und anderen Funkdiensten
insbesondere unterhalb von 160 Mhz.
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Über
die Anschlussleitung 49a und 49b wird das über die
beiden Dipolhälften 1' empfangene
Signal jeweils einer der einzelnen Dipolhälften 1' zugeordneten getrennten Verstärkerstufe 53a bzw. 53b über die
Anschlussleitungen 49a und 49b zugeführt. Um
eine möglichst
rauscharme Ausführung
der Antennenanordnung zu gewährleisten,
sind die aufeinander zu weisenden Endbereiche 9 der Dipolhälften 1' jeweils möglichst
direkt mit je einem Verstärker 53a, 53b elektrisch
verbunden. Diese Verbindung kann über möglichst kurze Anschlussleitungen 49a und 49b erfolgen.
Bevorzugt soll sich die Länge
dieser Anschlussleitungen im Bereich von 0,2 cm bis 3 cm, insbesondere
zwischen 0,5 cm und 1,5 cm bewegen. Alternativ ist auch eine Anbindung
zwischen den Endbereichen 9 der Dipolhälften 1' und den Eingängen der Verstärker 53a und 53b über eine
Kapazität möglich. Diese
Kapazität
kann unter Verwendung eines diskreten Bauteiles realisiert werden.
Alternativ ist es auch möglich,
die Kapazität
auf dem Substrat (Leiterplatine) in gedruckter Form umzusetzen.
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Der Ausgang beider Verstärkerstufen 53a, 53b werden
dann den beiden Eingängen
eines Übertragers 55 zugeführt, der
vorzugsweise aus einem 1:1-Übertrager
(beispielsweise einem sog. Guanella-Übertrager) besteht.
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Der Ausgang des Übertragers 55 ist
dann in Reihe mit einem Tiefpassfilter 57 (einem sog. GSM-Filter
zur Unterdrückung
von im Handy-Funkbereich genutzten Frequenzen) und einer nachfolgenden
Bandsperre, also einem Bandsperrfilter 59, geschaltet,
der dann mit einem Koaxialanschluss 61 elektrisch verbunden
ist. Das Tiefpassfilter 57 dient insbesondere der Unterdrückung von
Mobilfunkfrequenzbereichen, insbesondere den GSM-Frequenzen. Demgegenüber kommt
dem Bandsperrfilter 59 die Aufgabe zu, den Bereich zwischen
den beiden Bändern,
also im gezeigten Ausführungsbeispiel dem
Bereich vorzugsweise zwischen 230 MHz bis 470 MHz zu unterdrücken. Nur
der Vollständigkeit halber
wird angemerkt, dass grundsätzlich
die Reihenfolge der Schaltung des Tiefpassfilters 57 und des
Bandsperrfilters 59 auch abweichend von der Darstellung
gemäß 3 in umgekehrter Reihenfolge
zwischen dem Übertrager 55 und
der koaxialen Anschlussstelle 61 erfolgen kann.
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Die Übertragungsstrecke von den
Dipolhälften 1' bis zum Übertrager 55 ist
somit näherungsweise
symmetrisch aufgebaut. Die Impedanz ist frequenzabhängig. Auf
der Übertragungsstrecke
vom Ausgang des Übertragers
bis zur koaxialen Einspeisestelle 61 beträgt die Impedanz
bevorzugt 75 Ohm, wobei die koplanare Übertragungsstrecke unsymmetrisch
aufgebaut ist.
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Die gesamte Anordnung ist in einem
rechteckförmigen,
in etwa sich längs
der Symmetrieebene erstreckenden Bereich 63 auf dem Träger, dem
Substrat oder der Platine 63 untergebracht. Die beiden Dipolhälften 1' können gemeinsam
mit den Leitungsabschnitten der Verstärker- und Übertragungsstufe in dem Bereich 63 bezogen
auf das Substrat, der Leiterplatine etc. auf der gleichen Seite
ausgebildet sein. Die Verstärkerstufe
mit ihren Leitungsabschnitten kann aber auch auf der gegenüberliegenden
Seite des Substrates, d.h. gegenüberliegend
zu den entsprechend leitenden Flächenabschnitten
der Dipolhälften
ausgebildet sein.
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Das Substrat 7 selbst kann
aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise Kunststoffmaterial, vergleichbar
herkömmlichen
Leiterplatinen, aber auch aus demgegenüber noch kostengünstigeren noch
einfacheren Materialien, wie Kartonmaterial, Pappe etc., bestehen.
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Die für den DVB-T-Empfang geschilderte
Antenne kann beispielsweise für
den VHF- wie den UHF-Empfang eingesetzt werden. Sie ist dabei höchst kompakt
aufgebaut und weist eine Länge
quer zur Symmetrieebene 27 von beispielsweise weniger als
30 cm, gegebenenfalls sogar weniger als 20 cm, beispielsweise um
15 cm auf. Die Quererstreckung parallel zur Symmetrieebene 27 kann
noch geringer ausfallen.
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Wird die in 1 dargestellte Antenne mit ihrer in 1 unten liegenden Kante
auf einer horizontalen Fläche
aufgestellt, so ist sie zum Empfang für horizontal polarisierte Signale
geeignet. Wird sie demgegenüber
um 90° zu 1 verdreht aufgestellt, also
parallel zu ihrer außenliegenden
Basiskante der Dipolprofilhälften,
so ist sie zum Empfang vertikal polarisierter Signale geeignet.