DE19944505A1 - Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen und Antennenmodifikationsvorrichtung - Google Patents
Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen und AntennenmodifikationsvorrichtungInfo
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Abstract
Eine Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen umfaßt einen Monopol mit einem ersten Ende, das mit einem Speisepunkt verbunden ist, und einem zweiten Ende und einen ungespeisten Dipol, der beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß ein Gewinnmaximum der Antenne bei einem Elevationswinkel von etwa 45 DEG liegt. Eine Antennenmodifikationsvorrichtung umfaßt einen Dipol und ein Verbindungselement, durch das der Dipol derart mit dem Ende einer bestehenden Monopol-Antenne verbunden werden kann, daß der Dipol ungespeist beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antenne und
insbesondere auf eine universelle Antenne für den Empfang
von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen, die ins
besondere für einen mobilen Einsatz geeignet ist. Ferner be
zieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Antennenmodi
fikationsvorrichtung zum Modifizieren einer bestehenden Mo
nopol-Antenne.
In jüngerer Zeit bedienen sich immer mehr Dienste geostatio
närer Satelliten zur Austrahlung von Radiosignalen, Fernseh
signalen oder anderen Signalen. Dabei besteht die Tendenz
dazu, hybride Lösungen zu realisieren, d. h. Systeme, bei de
nen Signale gleichzeitig sowohl über Satellit als auch über
terrestrische Sender ausgestrahlt werden. Durch eine solche
Vorgehensweise können die Vorteile beider Varianten kombi
niert werden.
Da die Empfangsfeldstärken von Satellitensignalen im Ver
gleich zu Signalen, die von terrestrischen Sendern ausge
strahlt werden, wesentlich geringer sind, muß beim Entwurf
und beim plastischen Aufbau der Empfangsantenne sehr viel
Wert auf einen maximalen Antennengewinn in Richtung des Sa
telliten gelegt werden. In der nördlichen Hemisphäre beträgt
beispielsweise der Elevationswinkel einer Empfangsantenne zu
geostationären Satelliten zwischen 30° und 60° abhängig vom
Breitengrad, an dem sich die Empfangsantenne befindet. Beim
Empfang von Signalen, die über geostationäre Satelliten aus
gestrahlt werden, sollte daher das Gewinnmaximum der Emp
fangsantenne bei 45° liegen.
Übliche vertikale Antennen für den mobilen Empfang, die als
sogenannte Stabantennen bezeichnet werden, wie z. B. der
klassische λ/4-Monopol, besitzen systembedingt eine, theo
retische, Nullstelle bei einem Elevationswinkel von 90°,
bzw. einem Winkel Theta von 0°. Durch den Einfluß einer end
lichen elektrischen Leitfähigkeit sowie von Verlusten in der
metallischen Grundfläche, beispielsweise dem Autodach, liegt
das Gewinnmaximum dieser Antennen bei einem Elevationswinkel
zwischen 10° und 35°. Oberhalb eines Elevationswinkels von
35° nimmt der Antennengewinn rasch ab, wodurch die Systemre
serve im Falle eines Satellitenempfangs stark geschmälert
wird. Dies kann jedoch zu Empfangsverlusten führen. Somit
sind übliche Automobilantennen für den gemeinsamen Empfang
von terrestrischen Signalen und Satellitensignalen nicht ge
eignet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und terre
strischen Signalen zu schaffen, bei der Empfangsverluste
beim Satellitenempfang vermieden werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Antenne gemäß Anspruch 1 ge
löst.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dar
in, eine Antennenmodifikationsvorrichtung zum Modifizieren
bestehender Monopol-Antennen zu schaffen, die es ermöglicht,
bestehende Monopol-Antennen dahingehend zu modifizieren, daß
Empfangsverluste beim Satellitenempfang beseitigt bzw. redu
ziert sein können.
Diese Aufgabe wird durch eine Antennenmodifikationsvorrich
tung nach Anspruch 6 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Antenne für den Emp
fang von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen, die
einen Monopol aufweist, der ein erstes Ende, das mit einem
Speisepunkt verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist.
Die Antenne besitzt ferner einen ungespeisten Dipol, der be
abstandet von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Aus
richtung zu dem Monopol angeordnet ist.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Er
findung ist der Monopol ein λ/4-Monopol, während der Dipol
eine Länge in einem Bereich von λ/2 - 25% und λ/2 + 25% be
sitzt. Ferner beträgt der Abstand zwischen Monopol und Dipol
vorzugsweise weniger als λ/10. Durch die erfindungsgemäße
Anordnung von Monopol und ungespeistem Dipol trägt der Dipol
als rein passives Element über eine Feldkopplung zur resul
tierenden Richtcharakteristik, d. h. zum Fernfeldmuster, der
Antenne bei. Die resultierende Richtcharakteristik zeigt ein
Gewinnmaximum, das im Bereich eines Elevationswinkels von
45° liegt. Somit ist die erfindungsgemäße Antenne zum Emp
fang von Signalen, die über geostationäre Satelliten ausge
strahlt werden, vorzüglich geeignet, so daß Empfangsverluste
beseitigt bzw. reduziert sein können.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Antennenmodi
fikationsvorrichtung zum Modifizieren einer Monopol-Antenne,
die ein mit einem Speisepunkt verbundenes erstes Ende und
ein zweites Ende aufweist, wobei die Antennenmodifikations
vorrichtung einen Dipol und ein Verbindungselement besitzt.
Das Verbindungselement dient zum Verbinden des Dipols und
des Monopols derart, daß der Dipol ungespeist beabstandet
von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Ausrichtung zum
dem Monopol angeordnet ist. Somit ermöglicht die vorliegende
Erfindung das Modifizieren bestehender Monopol-Antennen, um
einen Satellitenempfang ohne merkliche Empfangsverluste rea
lisieren zu können.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei
spiels einer erfindungsgemäßen Antenne für den Emp
fang von Satellitensignalen und terrestrischen Si
gnalen; und
Fig. 2 eine Richtcharakteristik der in Fig. 1 dargestell
ten Antenne.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird nun der prinzipielle Aufbau
einer universellen Antenne für den mobilen Empfang von Sa
telliten und terrestrischen Signalen, wie sie beispielsweise
auf einem Autodach angebracht sein kann, näher erläutert.
Die Antenne wird dabei vorzugsweise auf einer leitfähigen
Grundfläche, beispielsweise einem Autodach 10, angebracht.
Ein Monopol 12, der vorzugsweise eine λ/4-Monopol ist, ist
an seinem Fußpunkt, an dem derselbe an dem Autodach 10 an
gebracht ist, mit einem Speisepunkt 14 verbunden. Bei dem
Speisepunkt 14 handelt es sich beispielsweise um einen koa
xialen Anschluß. Erfindungsgemäß ist nun beabstandet von
dem zweiten Ende des Monopols 12 ein Dipol 16 in axialer
Ausrichtung zu dem Monopol 12 angeordnet, wobei zwischen dem
Monopol 12 und dem Dipol 16 ein Abstand 18 vorgesehen ist.
Die Länge des Dipols beträgt vorzugsweise zwischen λ/2 minus
25% und λ/2 plus 25%, wobei λ die Wellenlänge, die der Fre
quenz der zu empfangenden Signale zugeordnet ist, ist. Im am
meisten bevorzugten Fall beträgt die Länge des Dipols 16
λ/2. Der Abstand 18 zwischen dem Monopol 12 und dem Dipol 16
ist vorzugsweise kleiner als λ/10.
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, wird der Dipol 16 nicht
selbst gespeist, sondern trägt als rein passives Element,
das keinen eigenen Anschluß besitzt, über eine Feldkopplung
zur resultierenden Richtcharakteristik bei, die in Fig. 2
dargestellt ist.
Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, hat die erfindungsgemäße An
tennenanordnung zur Folge, daß das Gewinnmaximum 20 in einem
Bereich eines Elevationswinkels von 45° liegt, wie durch den
Pfeil 22 in Fig. 2 angezeigt ist. Ferner ist aus Fig. 2 zu
sehen, daß das Gewinnmaximum im Bereich eines Elevationswin
kel von 45° etwa 6 dBi, also 6 dB gegenüber einem isotropen
Strahler, beträgt. Dies garantiert einen optimalen Empfang
von Satellitensignalen. Wie ferner in Fig. 2 zu sehen ist,
nimmt der Gewinn der Antenne in Richtung Grundfläche ab, was
jedoch aufgrund der ohnehin hohem Empfangsfeldstärken der
terrestrischen Sendesignale, die in einem Elevationswinkel
zwischen 0° und 20° auf die Empfangsantenne treffen, akzep
tabel ist.
Durch eine Variation der Länge des Dipols 16, beispielsweise
zwischen λ/2 - 25% und λ/2 + 25%, kann der Absolutgewinn so
wie die Lage des Gewinnmaximums bezüglich der Grundfläche,
d. h. der Elevationswinkel desselben beeinflußt bzw. opti
miert werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem mit der Antenne Si
gnale bei einer Frequenz von 2,34 GHz, d. h. einer Wellenlän
ge λ von 12,8 cm, empfangen werden sollen, ist der Monopol
12 beispielsweise mit einer Länge von 3,2 cm und der Dipol
16 mit einer Länge von 6,4 cm zu realisieren.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird die Antenne realisiert, indem der Monopol 12
und der Dipol 16 in eine Kunststoffumhüllung eingekleidet
sind, wie es beispielsweise für herkömmliche Monopol-Auto
mobilantennen üblich ist. Dabei kann beispielsweise auch die
Beabstandung zwischen Monopol 12 und Dipol 16 durch Kunst
stoff sichergestellt sein.
Eine Antennenmodifikationsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist aufgebaut, um aus einer herkömmlichen Mono
pol-Antenne eine erfindungsgemäße Antenne für den Empfang
von Satellitensignalen und terrestrischen Signalen herzu
stellen. Dazu besitzt die erfindungsgemäße Antennenmodifika
tionsvorrichtung einen Dipol, der beispielsweise dem Dipol
16, der in Fig. 1 gezeigt ist, entspricht. Ferner weist die
Antennenmodifikationsvorrichtung ein Verbindungselement
(nicht dargestellt) auf, um den Dipol und den herkömmlichen
Monopol so zu verbinden, daß dieselben die oben bezugnehmend
auf Fig. 1 beschriebene Beziehung zueinander aufweisen. Bei
dem Verbindungselement kann es sich dabei beispielsweise um
eine Steckhülse oder um eine andere Vorrichtung handeln, die
dazu geeignet ist, ein den Dipol enthaltendes Element an dem
zweiten Ende eines herkömmlichen Monopols, der üblicherweise
mit Kunststoff verkleidet ist, zu befestigen. Somit können
erfindungsgemäß übliche Monopolantennen aufgerüstet werden,
um einen störungsfreien Empfang von Satellitensignalen zu
ermöglichen. Somit müssen herkömmliche Monopolantennen nicht
vollständig durch die erfindungsgemäße Antenne ersetzt wer
den, sondern können durch die erfindungsgemäße Antennenmodi
fikationsvorrichtung aufgerüstet werden, was eine beträcht
liche Kosteneinsparung darstellt.
Claims (9)
1. Antenne für den Empfang von Satellitensignalen und ter
restrischen Signalen, mit folgenden Merkmalen:
einem Monopol (12) mit einem ersten Ende, das mit einem Speisepunkt (14) verbunden ist, und einem zweiten Ende; und
einem ungespeisten Dipol (16), der beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols (12) in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist.
einem Monopol (12) mit einem ersten Ende, das mit einem Speisepunkt (14) verbunden ist, und einem zweiten Ende; und
einem ungespeisten Dipol (16), der beabstandet von dem zweiten Ende des Monopols (12) in axialer Ausrichtung zu dem Monopol angeordnet ist.
2. Antenne nach Anspruch 1, bei der der Monopol (12) ein
λ/4-Monopol ist, wobei λ die Wellenlänge der zu empfan
genden Signale ist.
3. Antenne nach Anspruch 2, bei der der Dipol eine Länge
im Bereich zwischen λ/2 - 25% und λ/2 + 25% aufweist.
4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der
Monopol (12) derart angeordnet ist, daß sich unterhalb
des ersten Endes eine leitfähige Fläche (10) befindet.
5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der
Speisepunkt (14) ein koaxialer Anschluß ist.
6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der
Abstand zwischen Monopol (12) und Dipol (16) kleiner
als λ/10 ist, wobei λ die Wellenlänge der zu empfangen
den Signale ist.
7. Antennenmodifikationsvorrichtung zum Modifizieren einer
Monopolantenne, die ein mit einem Speisepunkt verbunde
nes erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, mit fol
genden Merkmalen:
einem Dipol; und
einem Verbindungselement zum Verbinden des Dipols und des Monopols derart, daß der Dipol ungespeist beabstan det von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Aus richtung zu dem Monopol angeordnet ist.
einem Dipol; und
einem Verbindungselement zum Verbinden des Dipols und des Monopols derart, daß der Dipol ungespeist beabstan det von dem zweiten Ende des Monopols in axialer Aus richtung zu dem Monopol angeordnet ist.
8. Antennenmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 7 zum
Modifizieren einer λ/4-Monopolantenne, bei der der Di
pol eine Länge in einem Bereich zwischen λ/2 - 25% und
λ/2 + 25% aufweist, wobei λ die Wellenlänge des zu emp
fangenden Signals ist.
9. Antennenmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 8, bei
der das Verbindungselement derart ausgestaltet ist, daß
nach der Verbindung des Dipols und des Monopols die Be
abstandung zwischen Monopol und Dipol kleiner als λ/10
ist.
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