DE1945850A1 - Richtantenne - Google Patents

Description

it 1366

Sony Corporationj Tokyo/Japan

Richtantenne

Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtantenne, insbesondere für Fernsehempfänger.

Bei der Entwicklung von Transistoren, integrierten Halbleiterkreisen und anderen elektronischen Bauteilen erfolgte eine zunehmende Miniaturisierung. Im Zusammenhang mit der Herstellung elektronischer Sende- und Empfangseinrichtungen trat auch das Bedürfnis nach miniaturisierten Antennen auf. Dabei soll die Richtwirkung einer Antenne scharf sein, so daß die PunkVerbindung durch mehrfach reflektierte Wellen, städtische Störungen und ähnliche Erscheinungen nicht ungünstig beeinflußt wird. Auch die Sende- und Empfangsgeräte, beispielsweise Fernsehempfänger, sollen über einen breiten Frequenzbereich eine scharfe Richtwirkung besitzen. Zu diesem Zweck wurde eine Breitband-Yagi-Antenne vorgeschlagen; sie besitzt jedoch einen großen Raumbedarf und ist daher beispielsweise für tragbare Fernsehgeräte nicht geeignet. Gegenstand der älteren deutschen Anmeldung P 19 07 918,6-35 vom 8.2.1969 der Anmelderin ist eine sogenannte belastete Schleifenantenne, bei der eine aus zwei Halbkreisförmigen Leitern bestehende Schleife vorhanden ist und an einen dem Zuführpunkt gegenüberliegenden Punkt eine künstliche Last angeschlossen ist. Diese Antenne besitzt zwar eine kleine Bauweise; ihre Richtwirkung ist jedoch nicht genügend scharf.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Antenne der letztgenannten Art dahin weiterzuentwickeln, daß sie nicht nur eine kleine Bauweise, sondern auch eine scharfe Richtwirkung besitzt,und zwar über einen breiten Frequenzbereich. Die erfindungsgemäße Antenne soll dabei besonders für Fernsehempfänger geeignet sein.

Die erfindungsgemäße Antenne besteht aus gekrümmten Antennenelementen und einer Anzahl von Impedanzelementen, die jeweils zwischen zwei benachbarte Enden von Antennenelementen angeschlossen sind und die Stromverteilung zu den Antennenelementen bestimmen. Die Werte der mit der Antennenschleife verbundenen Impedanzelemente werden so gewählt, daß dann, wenn die Stromverteilung in der Schleife jeweils in Stromverteilungen zerlegt wird, die eine nicht gerichtete Strahlungscharakteristik sowie gerichtete Strahlungscharakteristika von 2, 3, JJ ... symmetrischen Strahlungskeulen aufweisen, die Ströme welche die elektrischen Strahlungsfelder erzeugen, die auf diesen zerlegten Strom Verteilungen beruhen, in der Phase etwa gleich sind und solche Amplituden besitzen, daß sie eine gewünschte zusammengesetzte Richtwirkung ergeben.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Schleifenantenne;

Fig. 2 eine Schemadarstellung einer erfindungsge- > mäßen Antenne;

Fig. 3 ein Diagramm, das den Substrahlungskeulepegel im Verhältnis zum Durchmesser der Schleife zeigt;

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BAD ORIGfNAL

Flg. k ein Diagramm, das die Antennengüte bei verschiedenen Näherungen zeigt;

Fig. 5 und 6 Diagramme eines Ausführungsbeispieles der Richtcharakteristik der erfindungsgemäßen Antenne;

Flg. 7 eine Schemadarstellung eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung, bei dem mit der Schleife Reaktanzelemente verbunden sind;

Fig. 8 eine Richtcharakteristik der Antenne gemäß Fig. 7;

Fig. 9 ein Schema eines weiteren Ausführungsbeispieles, bei dem mit der Schleife wenigstens ein negatives Widerstandselement verbunden ist;

Fig.10 eine Richtcharakteristik der Antenne gemäß Fig. 9;

Fig.11 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der Erfindung, das einen breiten Frequenzbereich erfaßt;

Fig.12 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausfünrungsbeispleles der Erfindung;

Fig.13 Richtcharakteristika der Antenne gemäß Fig.12 bei verschiedenen Frequenzen;

Fig.14 eine graphische Darstellung des Vorder-zu-Rück-Verhältnisses der Antenne gemäß Fig. 12;

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-H-

Fig.15 eine Schemadarstellung eines weiteren Ausfüh- ₍. rungsbeispleles der erfindungsgemäßen Antenne, ' , das einen breiten Frequenzbereich erfaßt; . '

Fig.16 und 17 graphische Darstellungen der Frequenz- . ■ I abhängigkeit der Empfindlichkeit der Antenne gemäß Fig. 15;

Fig. 18 weitere Ausf^hrungsbeispiele der erfindungsgemäßen Antenne.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Antennenschleife 1 besitzt einen Durchmesser 2b und ist aus einem gekrümmten Leiter hergestellt, der einen Durchmesser 2a besitzt und dem von den Anschlüssen 3a, 3b Strom zugeführt wird. Ist die Antennenschleife 1 so angeordnet, daß ihre Ebene in der von den x- und y-Achsen des rechteckigen Koordinatensystemes (x, y, z) gebildeten Ebene liegt, befindet sich ferner der Mittelpunkt der Schleife 1 im Ursprung 0 und ist längs der Schleife 1 eine bestimmte Stromverteilung IO) vorhanden, so läßt sich die auf der Stromverteilung beruhende elektrische Strahlungsfeldstärke E. (R, Θ, 6) durch folgende Gleichung ausdrücken:

hierbei bedeuten k =

(2) G(R,θ,ό)=

Jo(kb sin θ)+2

47CR

mit γ

cos m(6-ß)Jn(kb sinQ)r

Entwickelt man die Stromverteilung I(ß) und das Richtungsmuster der Schleifenantenne in Fourier-Reihen von cos ταέ, so ergibt sich folgende Beziehung zwischen den Koeffizienten im und Am:

• *

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kbS _TI m-1 I» τΈΪλΤΓ

e°\ 2 rj. .,(kb sin 6)+e 2 ^uJ .„(kb sin Θ)

Hierbei ist

Da die Ausdrücke beider Fourier-Reihen der Zahl nach gleich sind, können das Richtungsmuster (D(Q,6) und die Stromverteilung (I (ö) wie folgt ausgedrückt werden:

D (θ,«5) = *-— An cos ηέ n-0

(5) Ko) = Σ^ i„ cos no

n=0 ⁿ

Wird ferner eine mit den Anschlüssen 3a, 3b verbundene Stromquelle in Form einer cT-Funktion ausgedrückt und ist die Schleife 1 ein idealer Leiter, so gilt für den Strom I_Q (6) der Schleife 1 folgende Beziehung:

V₁ oQ _eJnd
⁰ " JX? η=-* °°η

Hierbei ist

Es sei eine Schleifenantenne angenommen, mit der Impedanzelemente Z₂, Z, .... Z .... Z der Zahl (m-1) so verbunden sind, daß die Impedanzelemente und die Anschlüsse Ja, 3b in etwa gleichen Abständen vorgesehen sind (vgl. Fig. 2). In diesem Falle sind die elektromotorischen Kräfte an den Impedanzelementen Z₂, Z, .... Z .... Z_m wie folgt:

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^Vq ^S -

(8b) I_q =

wobei q = 1 - m. Daraus ergibt sich:

(9) I'(rf) = "ΣΙ

(10) I = - JZ ym(P,q)I Z
^p q=l ^{q q}

wobei^

(q-D)

_t off
(lib) ,,(Μ)4ΣΙ

Eine gewünschte Stromverteilung und folglich ein gewünschtes Richtungsmuster kann dadurch erreicht werden, daß die Impedanzwerte der Impedanzelemente Z₂, Z,, .... Z , ... Z_m so gewählt werden, daß die Stromverteilung der Antenne der Fig. 2, wie sie sich aus den obigen Gleichungen (9) und (10) ergibt, mit der der Gleichung (5) übereinstimmt. Dies erfordert jedoch ^! eine unbegrenzte Zahl von Impedanzelementen, da die Gleichung (11) eine unendliche Reihe ist. Für die Praxis ist demgemäß eine geeignete Näherungslösung erforderlich. Wird das Auswahltheorem benutzt, so erfolgt eine Auswahl bei 29 Punkten zwischen 0-0-2 der Verteilung der Gleichung (5); die Ströme der Impedanzelemente an den Auswahlpunkten und die der Impedanzelemente Zp, Z,, ... Z_ werden einander gleichgemacht. In diesem Falle 1st die benötigte Anzahl der Impedanzelemente gleich 2* .

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Es werden infolgedessen die Ströme I₁ bis I_m an den

Auswahlpunkten angegeben; bei m=2^ kann die durch die Gleichungen (9) und (10) gegebene Stromverteilung wie unten geschrieben werden. Für den Fall eines Richtungsmusters, das symmetrisch zu den Anschlüssen 3a, 3b ist, gilt:

T-T 7.-7 o^^^ro ¹P " •Sn-P+2' ^ώΡ " ^ώηι

und ot =«- _ so daß

_sln

ζ _sln q q m

_cos 2P(ql)E _{= CO8} m

m m

Aus Gleichung (9) ergibt sich

i_qz_q cos

V^cos

Es gibt die folgenden zwei Methoden, um die Impedanzwerte einer Eingangsimpedanz Z₁ und der Impedanzelemente Z₂ bis Z_m aus den Gleichungen (12) und (5) zu bestimmen. Die eine Methode besteht darin, anzunehmen

¹O ^{= 1}O' ¹I ^{= 11}I' ^{iv= 1}V

O ^{= 1}O' ¹I

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und die folgende Gleichung (13) zu lösen:

0

O I

-1

P+l

1 2

2

1 2cos£-----

1 ■1

cosTl 2cos(i?-l)1C (-1)²'

I^

Das andere Verfahren besteht darin, anzunehmen

τ - τ' τ (£Jrt - τ » / ^g *"\

¹CO) * ^x (0)» ^Ilm ^J * ^I <m ^;»

und die folgende Gleichung (I¹I) zu lösen

0

I

-1 f.

•y_m(i,m)

-i

Dann wird der Wert jedes Impedanzelementes aus der Gleichung (I¹I) berechnet. Drückt man die Horizontalebene-Strahlungscharakteristlk in Form eines linearen Polynoms von cos 6 aus, so ergeben sich die Richtwirkung, die Stromverteilung und das Verhältnis zwischen ihren Koeffizienten aus den Gleichungen , (i) und (5) wie folgt:

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(15) D((6) = A₀ + A₁ cos 6

(16) 1(6) = I₀ + I₁ cos ό ¹O ·⁼ kbT ' 2J

J_o(kb)-J₂(kb)

Werden Admittanzen wie folgt definiert

⁽²⁰⁾ y_u = al?

so ergibt sich

(21) y₂(l,I)=Z^Li, y₂(i,2) =

Wenn demgemäß ein Impedanzelement Z₂ mit der Schleife an einem symmetrisch zu den Anschlüssen 3a und 3b liegenden Punkt verbunden ist, so ergibt sich sein Wert aus der Gleichung (14) wie folgt:

²Vu

Gibt man entsprechend näherungsweise die Horizontalebene-Richtwirkung in Form eines quadratischen Polynoms von cos 6 an, so folgt

(23) D(eS) = A₀ + A₁COS ό + Agcos und

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Kd) = I₀ + I₁COS ό + I₂COs 2ό Definiert man

so erhält man die folgenden Werte der drei Impedanzelemente Z₂ und Z-r aus Gleichung (I¹I):

b (27) Z₂=Z₄= 2—2 +

^{2 4} y_b ²-y_q ²

- 1 ^yb

Errechnet man die Werte der Impedanzelemente Z₁, Z₂ und Z, mit einer quadratischen, binomischen Näherung für die Richtwirkung und der Chebishev-Näherung für verschiedene Unterst rahlungskeuleebenen, so erhält man die folgenden Lösungen:

a) Bei ReZ<0 und ReZ, >0 ist die Richtwirkung ein Maximum in Richtung der Anschlüsse 3a, 3b.

b) Bei ReZ₁>0 und ReZ, <0 ist die Richtwirkung ein Maximum in der den Anschlüssen 3a,. 3b abgewandten Richtung.

c) Bei ReZ₁ <0 und ReZ, <0 und einem negativen Widerstandsbereich ist die Richtwirkung ein Maximum in jeder der beiden Richtungen (a) und (b).

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In Flg. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Beziehung zwischen den obigen Richtungen und dem Substrahlungskeulepegel ("sublobe level") veranschaulicht; die Ordinate stellt den Substrahlungskeulepegel und die Abszisse den Wert kb dar, d.h. die Normbeziehung 712WA- zwischen dem Durchmesser 2b der Antennenschltfife 1 und der Wellenlänge; die Bezugszeichen 4a, *lb und ^c kennzeichnen Bereiche, in denen die oben erwähnten Lösungen (a), (b) und (c) vorhanden sind.

Für die Antennengüte ergibt sich: (a) wenn ReZ₁ = R_L1< O und

(29) YL = 1 ♦

I₁ ²ReZ₁

(b) wenn ReZj> O und ReZ^₊₁< O

(30) ^ I¹Il²^²I ⁺
= 1 +

(c) wenn ReZ₁^O und ReZ^₊₁<0, so kann die Antennengüte aus beiden Gleichungen (29) und (30) berechnet werden.

Fig. ¹I zeigt die Berechnungsergebnisse für die Antennengüte bei verschiedenen angenäherten Impedanzwerten bezüglich der quadratischen Richtungswirkung. Der Bereich ¹Ic in Fig. 3 stellt die aus der Gleichung (29) errechnete Güte für den Fall dar, daß die charakteristische Impedanz CL der Antennenschleife 1 beträgt 2ln~- = 9 0hm. Es besteht eine Tendenz, daß sich die Güte in der Nähe der Grenzen der Bereiche in Fig. 3 vergrößert; die Güte ist jedoch hauptsächlich durch die Substrahlungskeulepegel bestimmt.

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Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen die Richtungsstrahlungscharakteristiken, wenn die charakteristische Impedanz Clder Antennenschleife 1 gleich 9 Ohm beträgt und wenn 10 dB für die Chebishev-Näherung gegeben werden, wenn also die Substrahlungskeulen -10 dB sind. In Fig. 5 veranschaulichen die mit Kreuzen χ und Dreiecken /\ markierten Linien die Richtungsstrahlungscharakteristika bei kb = 0,1 und kb = 0,6, während in Fig. 6 die mit Kreuzen χ und Kreisen ο veranschaulichten Linien die Richtungsstrahlungscjiarakteristika bei kb = 1,2 und kb = 1,5 veranschaulichen. Voll ausgezogene Linien stellen die idealen Rlchtungsstrahlungscharakteristika dar. Aus den Zeichnungsfiguren ergibt sich, daß die Substrahlungskeulen, nachdem die Näherung mit einer begrenzten Zahl von Impedanzelementen durchgeführt wird, größer werden als im idealen Falle; bei kb - 1,2 ergeben sich in der Praxis jedoch keine Schwierigkeiten. Die Impedanzelemente werden in der Antennenschleife in gleichen Abständen angeordnet.

Fig. 7 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Impedanzelemente mit einem Antennenelement 10 verbunden sind, statt der bei Fig. 1 mit den Anschlüssen 3a und 3b verbundenen Impedanzelementen. Wird die charakteristische Impedanz des Antennenelementes 10 mit 9 0hm angenommen, so beträgt bei einer gegebenen Strahlungscharakteristik mit -¹IO dB in der Chebishev-Näherung und kb =1,0 (bei einer Frequenz von 200 MHz) der Wert der Impedanzelemente Z₂ = Z₁₁ = SOO 0hm. In diesem Falle bestehen die Impedanzelemente Z₂ und Zu aus Reaktanzen. Da das Antennenelement keinen Widerstand enthält, der einen Verlust verursacht, so ergibt sich eine Antenne mit niedrigem Verlust..In Fig. 8 sind die Rlchtungsstrahlungscharakteristika der in Fig. 7 veranschaulichten Antenne dargestellt; die voll ausgezogene Linie 11 veranschaulicht eine gegebene Strahlungscharakteristik und die gestrichelte Linie eine ex-

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perimentelle Strahlungscharakteristik. Wie Pig. 8 zeigt, decken sich beide Charakteristika nahezu.

Fig. 9 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne. Dabei sind drei Impedanzelemente mit einem Antennenelement 13 verbunden. Das Impedanzelement Ζ-, besteht aus einem negativen Widerstandselement, beispielsweise einer Esaki-Diode 14. Wird die charakteristische Impedanz des Antennenelementes 13 mit 9 Ohm angenommen, ferner eine gegebene Strahlungscharakteristik mit -26 dB in der Chebishev-Näherung und kb = 1,0 (bei einer Frequenz von 200 MHz), so erhält man die in Fig. 10 veranschaulichte Richtungsstrahlungscharakteristik. Die voll ausgezogene Linie 15 veranschaulicht eine gegebene Strahlungscharakteristik und die gestrichelte Linie 16 eine experimentelle Strahlungscharakteristik. Da in diesem Falle das negative Widerstandselement verwendet wird, beträgt die Leistungsverstärkung 7,9 dB und die S/N-Empfindlichkeit 6,8 dB, verglichen mit einer Standard K/2-Dipolantenne. Eine einseitig gerichtete Charakteristik kann man dadurch erhalten, daß man Impedanzelemente von gleichem Wert mit der Schleife symmetrisch zu ihren Anschlüssen verbindet. Im vorstehenden wurden die Richtungsstrahlungscharakteristika bei bestimmten Frequenzen erörtert; im folgenden soll eine Antenne beschrieben werden, die eine ausgezeichnete Richtungsstrahlungscharakteristik besitzt und ein breites Frequenzband aufweist.

Das in Fig. 11 veranschaulichte Schelfenantennenelement 17 ist so bemessen, daß die äquivalenten Radien der Leiter zwischen Zuführpunkten oder Anschlüssen 18 sowie symmetrisch dazu liegenden Punkten 19 größer sind als an den Anschlüssen 18 oder in der Nähe davon. Die obere Kante a des Schleifenantennenelementes 17 entspricht einer Periode einer Welle, während die untere Kante c symmetrisch zur oberen Kante a ausgebildet

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ist. Anders ausgedrückt, ändert sich die Breite der Leiter zwischen ihren mittleren Teilen und ihren Endteilen in Richtungen, die senkrecht zur Krümmungsrichtung verlaufen, so daß die Leiter verhältnismäßig breite Mittelteile und relativ schmale Endteile besitzen (vgl. die Zeichnung). Der oben erwähnte äquivalente Radius ist ein Abstand zwischen den oberen und unteren Kanten a, c der Leiter. Das Schleifenantennenelement 17 kann aus leitfähigen Platten bestehen, die unabhängig von ihrer Stärke durch die obere und untere Kante a bzw. c begrenzt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 sind die leitenden Rlatten einander gegenüberliegend so angeordnet, daß die konkaven Seiten einander zugewandt sind und eine Schleife bilden; die Schleife ist an den Zuführpunkten 18, am gegenüberliegenden Punkt sowie an den Stellen der breitesten mittleren Bereiche der Leiter in vier Teile 20, 21, 22 und 23 unterteilt, die zwischen benachbarten Enden Spalte 24, 25, 26 und 27 begrenzen. Ein Impedanzelement Z-,, das als künstliche Last dient, sowie Impedanzelemente Z₂ und Z^ sind zwischen benachbarten Enden der unterteilten Leiter angeschlossen.

Da ein in den obigen Leitern wirksamer Strom sich hauptsächlich aus Stromkomponenten zusammensetzt, die im Bereich der oberen und unteren Kanten a bzw. c fließen, können die Leiter beispielsweise durch drahtförmige Elemente ersetzt werden, deren Form etwa dem Umfang des Leiters entspricht, wie dies in Fig. 12 veranschaulicht ist. In diesem Falle bestehen zwei obere und untere Schleifen aus den Schleifenelementen 29 bis 35· Ein Impedanzelement Z, (mit einem Wider- . standswert von 1,2 κ£*) ist als künstliche Last zwischen den Punkten 25 der oberen Schleife, den Zuführpunkten gegenüberliegend, angeschlossen. Das Schleifenelement 34 entspricht

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den unteren Kanten der Leiter 21 und 23 (vgl. Pig. 11). Die Spalte 37 bis 40 bleiben wie sie sind; in diesem Falle dienen die Spalte 37 und 38 als Impedanzelement Z₂ mit unendlich großem Wert und die Spalte 39 und 40 als Impedanzelement Z^ mit unendlich großem Wert. Die Schleifenelemente 29 bis 35 werden paarweise" so mit-einander verbunden, daß die Paare der Elemente 29 und 33, 32 und 35, 30 und 34 sowie 31 und 34 durch Leiterstäbe Ml, 42, 43 und 44 zusammengehalten werden.

Fig. 13 zeigt die Richtungsstrahlungscharakteristik der Antenne gemäß Fig. 12. Wie hieraus hervorgeht, besitzt die Antenne für verschiedene Frequenzen eine ausgezeichnete Richtungscharakteristik und erfaßt einen breiten Frequenzbereich.

Anhand von Fig. 14 sei für die in Fig. 12 veranschaulichte Antenne die Beziehung zwischen dem Vorder-zu-Rück-Verhältnis und der Frequenz erläutert. In der Abszisse ist die Frequenz in MHz und in der Ordinate das Vorder-zu-Rück-Verhältnis in dB aufgetragen. Die Kurve I veranschaulicht die Charakteristik einer Antenne, deren Durchmesser 286 mm beträgt, bei der die obere und untere Schleife miteinander am Zuführpunkt und am gegenüberliegenden Punkt verbunden sind, bei der ferner der maximale Abstand zwischen den Elementen der oberen und unteren Schleife 40 mm beträgt, bei der zwischen dem Zuführpunkt und dem leitfähigen Stab 4l bzw. 42 ein Abstand von 100 mm vorhanden ist und bei der der Abstand zwischen dem Punkt, der dem Zuführpunkt gegenüberliegt, und dem leitfähigen Stab 43 bzw. 44 einen Wert von l4o mm besitzt. Da das Vorder-zu-Rück-Verhältnls einer Antenne für Fernsehempfänger weniger als -10 dB betragen soll, ist ein Frequenzband, das in Kurve I diese Forderung erfüllt, etwa 184 bis 199 MHz, was zu eng ist, um alle Fernsehkanäle zu erfassen.

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Die Kurve II zeigt die Charakteristik einer Antenne gemäß Fig. 12, bei der der maximale Abstand zwischen den Elementen der oberen und unteren Schleife 100 mm beträgt, die Abstände zwischen der oberen und unteren Schleife am Zuführpunkt und am gegenüberliegenden Punkt ¹JO mm, die Abstände zwischen dem Zuführpunkt und den benachbarten leitfähigen Stäben Hl₃ 42 einen Wert von 100 mm besitzen, die Abstände zwischen dem Punkt, der dem Zuführpunkt gegenüberliegt und den benachbarten leitfähigen Stäben 43, 44 einen Wert von 95 mm aufweisen und bei der die künstliche Last 1,2 kflbeträgt. Bei der Kurve II erstreckt sich der Frequenzbereich, in dem das Vorder-zu-Rück-Verhältnis weniger als -10 dB beträgt, von 177 bis 212 MHz, was die hohen Fernsehkanäle erfaßt. Auch in'diesem Falle ist die Richtungscharakteristik ausgezeichnet.

Erfindungsgemäß kann man den Frequenzbereich dadurch verbreitern, daß man den Abstand zwischen der oberen und unteren Schleife an dem Punkt, der dem Zuführpunkt gegenüberliegt, verhältnismäßig klein wählt und indem man den Abstand zwischen der oberen und unteren Schleife im Zwischenbereich zwischen dem Zuführpunkt und dem gegenüberliegenden Punkt größer als den oben erwähnten Abstand vorsieht.

Die in den Fig. 11 und 12 veranschaulichten Antennen 17 sind im VHF-Frequenzbereich eines hohen Kanales ausreichend empfindlich; sie weisen dagegen im Frequenzbereich eines niedrigen Kanales nur eine recht mäßige Empfindlichkeit auf.

Werden die Antennen zur Verwendung bei niedrigen Kanälen bemessen, so werden die Abmessungen in den jeweiligen Richtungen etwa zweimal so groß wie bei Verwendung für einen hohen Kanal; die Volumenabmessungen werden daher etwa achtmal so groß,

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was ihre Verwendung aus praktischen Gründen ausschließt.

Anhand von Fig. 15 und der weiteren Zeichnungsfiguren sollen nun Antennen beschrieben werden, die trotz einer kleinen Bauweise einen breiten Frequenzbereich erfassen und in allen VHF-Fernsehkanälen eine ausgezeichnete Empfindlichkeit sowie eine hervorragende Richtungswirkung besitzen.

Die in Fig. 15 dargestellte Antenne 45 enthält ein Antennenelement 17, das im wesentlichen dem anhand von Flg. 12 erläuterten Antennenelement entspricht. Gleiche Bauteile tierden infolgedessen mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 12 bezeichnet und im folgenden nicht näher erläutert.

Das Antennenelement 17 soll eine Richtungscharakteristik für einen ersten Frequenzbereich, beispielsweise einen VHF-Frequenzbereich eines hohen Kanales aufweisen; zweite Antennenelemente, beispielsweise Dipolantennenelemente 46, sind an der das Antennenelement 17 bildenden Schleife so angeordnet, daß sich für einen zweiten Frequenzbereich, beispielsweise einen VHF-Frequenzbereich eines tiefen Kanales, eine erhöhte Empfindlichkeit ergibt. Zu diesem Zweck sind die Dipolantennenelemente 46 über Wellenfallen (Sperrkreise) 47 mit den Enden 29a, 32a der Schleifenelemente 29, 32 auf der dem Zuführpunkt 18 gegenüberliegenden Seite verbunden. Jeder Sperrkreis 47 besteht aus der Parallelschaltung eines Kondensators 48 und einer Spule 4a. Die Werte dieser beiden Elemente sind so gewählt, daß der Sperrkreis 47 eine hohe Impedanz im Frequenzbereich des hohen Kanales, beispielsweise oberhalb l60 MHz, aufweist und daß die Dipolantennenelemente 46 die Charakteristik des Antennenelementes 17 nicht beeinflussen. Der Wert der. Spule 4a ist ferner so gewählt, daß die Spule als induktive Last jedes Dipolantennenelementes 46 dient und dadurch die tatsächliche Länge des Dipolantennenelementes 46 verkürzt. Die Dipolantennenelemente 46 sind sogenannte Stabantennen, die ausgezogen und demgemäß in

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Ihrer effektiven Länge geändert werden können. Zusätzlich sind die Dipolantennenelemente drehbar am Antennenelement 17 angeordnet.

Bei dieser Antenne 46 liefert im Frequenzbereich des hohen Kanales das Antennenelement 17 ein Ausgangssignal mit ausgezeichneter Empfindlichkeit und Richtungswirkung (wie oben erläutert), Ausgangssignale der Dipolantennenelemente werden durch die Sperrkreise 47 beseitigt. Im Frequenzbereich des niedrigen Kanales liefert das Antennenelement 17 dagegen praktisch kein Ausgangssignal, während die Dipolantennenelemente 46 eine hohe Empfindlichkeit und Richtungswirkung aufweisen und Ausgangssignale an den Zuführpunkt liefern. Die Antenne 45 besitzt demgemäß für alle VHF-Fernsehkanäle eine hohe Empfindlichkeit und eine ausgezeichnete Richtungscharakteristik.

Fig. l6 zeigt Meßergebnisse der Empfindlichkeit der Antenne 45 im VHF-Frequenzbereich des unteren Kanales, d.h. im Frequenzbereich von 90 bis IO8 MHz. In der Abszisse ist die Frequenz und in der Ordinate die Empfindlichkeit aufgetragen. Die Länge t-, des Dipolantennenelementes 46 stellt einen Parameter dar. Bedingung bei den Messungen war, daß der ¥ep» Gewinn ririUHg der Dipolantenne bei einer ungefähren mittleren Frequenz des Frequenzbereiches des niedrigen Kanales den Wert Null besaß. Wenngleich nicht veranschaulicht, ist die Richtungswirkung der Antenne 45 in einem solchen Frequenzbereich eines niedrigen Kanales bilateral. Ohne die Dipolantennenelemente 46 verringert sich das Ausgangssignal stark; eine Messung der Empfindlichkeit wird dabei unmöglich.

Flg. 17 zeigt Meßergebnisse der Empfindlichkeit der Antenne 45 im Frequenzbereich des hohen Kanales, d.h. In einem Frequenzbereich von 168 bis 222 MHz. In der Abszisse ist wfeder die Frequenz und in der Ordinate die Empfindlichkeit aufgetra-

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gen. Der Abstand t* zwischen dem Zuführpunkt und dem benachbarten leitfähigen Stab ist als Parameter benutzt. Der Gewinn der Dipolantenne wird wieder als Null betrachtet.

Wie aus den Fig. 16 und 17 hervorgeht, besitzt die Antenne 45 im VHF-Frequenzbereich eines niedrigen Kanales eine hohe Empfindlichkeit. Diese Empfindlichkeit kann durch Änderung der Längen der Antennenelemente 46 etwas eingestellt werden.

Fig. 18 veranschaulicht weitere Abwandlungen der erfindungsgemäßen Antenne; soweit Teile denen in Flg. 15 entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen vorgesehen; insoweit erübrigt sich eine gesonderte Beschreibung. Bei Fig. 18A sind die Dipolantennenelemente 46 mit einem Zuführpunkt 18 einer Antenne 17 über Sperrkreise 47 verbunden. In Fig. l8B sind Dipolantennenelemente 46 über Sperrkreise 47 an Leiter 4l, 42 etwa in deren Mitte angeschlossen. In Fig. l8C sind Dipolantennenelemente 46 paarweise über Sperrkreise 47 mit den Schleifenelementen 33, 35 an Enden verbunden, die den Zuführpunkten der Antenne gemäß Fig. 15 entgegengesetzt sind. In den Fig. 18D und 18E sind Sperrkreise mit verteilten Konstanten vorgesehen. Bei der Antenne gemäß Fig. l8D sind mit den Schleifenelementen 33 und 34 oder 34 und 35 die offenen Enden von parallelen Leitungen 50 verbunden, von denen jede an einem Ende kurzgeschlossen ist, eine Länge von K/4 aufweist und das Dipolantennenelement, 46 mit der Kurzschlußstelle verbunden ist. A«ist dabei die Wellenlänge der mittleren Frequenz des Frequenzbereiches des hohen Kanales. Die parallelen Leitungen 50 sind daher im Frequenzbereich des hohen Kanales nicht leitend und dienen im Frequenzbereich des niedrigen Kanales als Zuführleitungen. Fig. 18E zeigt eine Antenne, bei der parallele Leitungen 51 mit einer Länge von A»/4 so angeordnet sind, daß

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sie vom Zuführpunkt zum Zentrum der Antenne 17 führen. Parallele Leitungen 52 erstrecken sieh von den offenen Enden der Leitungen 51 in einer Richtung, die etwa senkrecht zur Ebene der Antenne 17 verläuft. Dipolantennenelemente k6 sind an die Verbindungspunkte der parallelen Leitungen 51, 52 angeschlossen. Bei einer solchen Anordnung sind die freien Enden der parallelen Leitungen 52 offen, so daß die Verbindungspunkte der Leitungen 51, 52 für den Frequenzbereich des hohen Kanales kurzgeschlossen und für den Frequenzbereich des niedrigen Kanales offen sind.

Bei der erläuterten erfindungsgemäßen Ausführung werden die Ausgangssignale bei Frequenzen eines hohen Kanales, die von den üblichen Antennen abgeleitet werden, mit den von den Dipolantennen abgeleiteten Signalen bei Frequenzen eines niedrigen Kanales kombiniert. Wenngleich die Antenne verhältnismäßig klein ist, besitzt sie eine ausgezeichnete Empfindlichkeit und Richtungswirkungj wie aus den wiedergegebenen Meßergebnissen hervorgeht. Die Antenne ist besonders als Zimmerantenne für den VHF-Fernsehempfang sehr geeignet.

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Claims (12)

1. Patentansprüche

   Richtantenne mit einem Schleifenantennenelement, das aus .wenigstens drei gekrümmten Leitern besteht und zwischen zwei der benachbarten Enden der gekrümmten Leiter einen Ausgangsanschluß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die anderen benachbarten Enden der gekrümmten Leiter Impedanzelemente so eingeschaltet sind, daß hierdurch die Verteilung eines im Antennenelement fließenden Stromes bestimmt wird.
2. 2.) Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzelemente Reaktanzen sind.
3. 3.) Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Impedanzelement ein negatives Widerstandselement ist.
4. 4.) Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mögliche Wert jedes Impedanzelementes unendlich mit umfaßt .
5. 5.) Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzelemente in gleichen Abständen mit dem Antennenelement verbunden sind.
6. 6.) Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Impedanzelemente von gleichem Wert symmetrisch zu einer geraden Linie angeordnet sind, welche den Ausgangsanschluß des Antennenelementes und einen gegenüberliegenden Punkt verbindet.
7. 7.) Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiter des Antennenelementes verhältnismäßig schmale Endteile und einen verhältnismäßig breiten Mittelteil zwischen den Endteilen aufweist.

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8. 8₆) Richtantenne nach Anspruch 7_S dadurch gekennzeichnet, daß das Antennenelement aus drahtförmigen Leitern besteht.
9. 9.) Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Antennenelement ein zweites Antennenelement verbunden ist, dessen Resonanzfrequenz von der des ersten Antennenelementes abweicht.
10. 10.) Richtantenne nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungspunkt der Antennenelemente ein Sperrkreis angeschlossen ist, der nur bei Resonanz des zweiten Antennenelementes einen Strom in das zweite Antennenelement einfließen läßt.
11. 11.) Richtantenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Antennenelement eine Dipolantenne ist.
12. 12.) Richtantenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipolantenne eine Teleskopantenne ist.

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