DE2003831A1 - Antenne mit Rundstrahlcharakteristik - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne mit Rundstrahlcharakteristik, vorzugsweise zum Empfang von Fernsehsignalen.

Als Fernsehempfangsantennen werden in der Praxis gewöhnlich Dipolantennen verwendet. Obwohl derartige Antennen ihren Zweck meist erfüllen, arbeiten sie nicht unter allen Betriebsbedingungen zufriedenstellend. Beispielsweise macht es beträchtliche Schwierigkeiten, Echoerscheinungen zu beseitigen und den Signal-Rauschabstand zu erhöhen. Die gerichtete Dipolantenne empfängt nur Signale aus der Richtung, in die sie ausgerichtet ist. Außerdem erfordert eine typische Dipolantenne zum Aufbau ihrer Reflektoren etwa 5 Meter Aluminiumrohr, was sich in entsprechend höheren Herstellungskosten ausdrückt.

Der Erfindung liegt ganz allgemein die Aufgabe zugrunde, eine Antenne mit Rundstrahlcharakteristik anzugeben, die alle Vorteile ähnlich verwendeter Antennen in sich vereinigt und keine der oben beschriebenen Nachteile aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass in einer hohlen halbkugelförmigen Schale ein erster, zweiter und dritter wendelförmig gewickelter Strahler kreisförmig entlang der inneren Wandung der Schale angeordnet ist, dass ein symmetrischer, sternförmiger Reflektor innerhalb der Schale vorgesehen ist, dass ferner ein bewickelter Ringkern elektrisch mit einem Kondensator zu einem Filter zusammengeschlossen ist, welches innerhalb der Schale angeordnet und mit dem Reflektor und dem ersten Strahler elektrisch verbunden ist, und dass der zweite Strahler in elektrischem Kontakt mit dem Ringkern steht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, dass der Radius des ersten Strahlers kleiner als der Radius des zweiten Strahlers und der Radius des zweiten Strahlers kleiner als der Radius des dritten Strahlers ist. Der dritte Strahler kann dabei vorteilhafterweise annähernd gleichen Radius wie die halbkugelförmige Schale aufweisen.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Durchmesser des Reflektors größer als der Durchmesser des ersten Strahlers gewählt.

Eine günstige Lage des Reflektors ist gegeben, wenn dieser innerhalb des Umfangs des zweiten und dritten Strahlers angeordnet ist. Zweckmäßig ist der Reflektor in Form eines Sterns mit vier Zacken ausgebildet.

Eine gegen Witterungseinflüsse äußerst resistente Ausführungsform sieht vor, dass die Schale aus Kunststoff besteht.

Sehr gute elektrische Eigenschaften der Antenne werden dadurch erzielt, dass der erste und der zweite Strahler für den Empfang des Bandes I sowie gegebenenfalls des UKW-Rundfunkbandes und der dritte Strahler für den Empfang des Bandes III und aller UHF-Bänder ausgelegt ist.

Sowohl die elektrischen als auch die mechanischen Eigenschaften der Antenne können dadurch verbessert werden, dass die Schale mit einem Polyurethan gefüllt ist, worin die Strahler, der Reflektor und das Filter in ihrer Lage unbeweglich verankert sind.

Die der Erfindung zugrunde liegende Antenne besitzt gegenüber herkömmlichen Antennen insbesondere die nachstehend aufgeführten Vorteile:

Die Antenne ermöglicht einen Empfang über einen Raumwinkelbereich von 360°, wodurch ein hoher Signal-Rauschabstand erzielt wird. In diesem Raumwinkelbereich werden Echoerscheinungen auf ein Minium begrenzt.

Durch die neue Formgebung wird eine gegen Wind und Eis widerstandsfähige und gegen Spritzwasser, Schwefel- und Schornsteinrauch auf Schiffen und Dampfern geschützte Antenne geschaffen.

Überdies ist diese Antenne mit niedrigen Herstellungskosten zu fertigen.

Eine derartige Antenne lässt sich auch auf dem Dach, dem Dachboden oder unter einem überhängenden Dach leicht installieren.

Die Antenne ist außerdem geeignet für den Empfang von Farbsendungen und von UHF-, VHF- und Stereo-FM-Sendungen.

Darüberhinaus weist diese Antenne eine vorteilhafte Form auf.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 und 2 eine auf dem Dach eines Hauses angeordnete erfindungsgemäße Antenne, Fig. 3 einen Schnitt durch die Antenne längs der in Fig. 1 sichtbaren Schnittlinie 3-3 mit Blick in Pfeilrichtung, Fig. 4 einen Schnitt durch die Antenne längs der in Fig. 2 sichtbaren Schnittlinie 4-4 mit Blick in Pfeilrichtung,

Fig. 5 eine schematisierte Schrägansicht eines Reflektors und einer ihn tragenden Karton-Versteifung, Fig. 6 ein Diagramm eines wendelförmigen Strahlers der Antenne, Fig. 7 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Antenne und Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Filter nach Fig. 7.

In den Fig. 1 und 2 ist in einer schematischen Skizze ein mit einem Dach 4 versehenes Haus dargestellt, in dem sich ein Fernsehgerät 5 befindet. Die das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellende Antenne 10 ist auf dem Dach 4 angeordnet und dort durch eine geeignete Befestigung, wie Bolzen, Schrauben oder ein Klebemittel, auf dem Ziegel- oder Schieferdach gehalten. Der äußere Teil der Antenne 10 ist aus zwei Teilen, einer halbkugelförmigen hohlen Schale 11 und einer Grundplatte 12, die den offenen, hohlen Teil abdeckt und an der Schale 11 befestigt ist, gefertigt. Sowohl die halbkugelförmige Schale 11 als auch die Grundplatte 12 können aus einem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt sein, jedoch ist das Material nicht auf Kunststoff beschränkt. Die Antenne 10 ist durch eine Zweidrahtleitung 27 elektrisch an das Fernsehgerät 5 angeschlossen. Diese Leitung ist durch ein handelsübliches Antennenkabel gebildet, welches beispielsweise entweder eine 300-Ohm-Zweidrahtleitung oder ein 75-Ohm-Koaxialkabel nach der amerikanischen Norm sein kann.

In Fig. 3 ist die Antenne 10 mit der hohlen halbkugelförmigen Schale 11 dargestellt. Diese Schale 11 kann aus einem beliebigen, kunststoffähnlich verformbaren Material bestehen. Entlang der Innenwandung der hohlen Schale 11 sind die Strahler 13, 14 und 15 der Antenne angeordnet.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, können diese Strahler 13 bis 15 aus Aluminiumdraht oder einem anderen geeigneten Leiter gefertigt und zu einer wendelähnlichen Form gewunden sein. Sie werden im Inneren der Schale 11 durch irgendeine geeignete Befestigung gehalten.

In einer typischen Gestaltung der Antenne 10 sind die Strahler bei einem angenommenen inneren Durchmesser der Schale von 41 cm wie folgt bemessen: Der Strahler 13 baut sich aus 120 Windungen auf und hat eine Länge von 122 cm, wozu 11,6 m Aluminiumdraht erforderlich sind. Die Strahler 14 und 15 bestehen aus 104 bzw. 36 Windungen und haben eine Länge von 117 cm bzw. 39 cm, wozu 9,8 m bzw. 3,7 m Aluminiumdraht erforderlich sind. Der für die drei Reflektoren verwendete Aluminiumdraht hat einen Durchmesser von 0,325 cm. Bei Verwendung dieser Maße werden alle drei Strahler 3,2 cm hoch. Der wendelförmige Reflektor 13 ist 2,2 cm unter der Öffnung der Schale 11 angeordnet, während der Strahler 14 sich 8,9 cm und der Strahler 15 sich 19 cm unter der Öffnung befindet. Selbstverständlich sind diese Abmessungen nur typisch für die Antenne einer bestimmten Größe. Bei Verwendung einer Schale 11 mit kleinerem oder größerem Durchmesser werden die angegebenen Maße proportional geändert.

In den Fig. 4 und 5 ist der in Form eines Sternes mit vier Zacken ausgeführte Aluminium-Reflektor 25 dargestellt. Dieser wird von der Karton-Versteifung 26 gehalten. Diese Anordnung von Reflektor 25 und Karton-Versteifung 26 wird in die hohle Schale 11 derart eingebettet, dass die Querschnittsebene des Reflektors 25 unmittelbar über dem Strahler 15 zu liegen kommt, und zwar so, dass dieser vollständig innerhalb des inneren Umfangs der Strahler 13 und 14 liegt, so dass der Reflektor nirgends mit einem dieser Strahler in Berührung kommt. Die genaue Lage wird durch sorgfältige Bemessung der Karton-Versteifung 26 erreicht. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass der Reflektor 25 in Form eines symmetrischen vierzackigen Sterns ausgeführt ist, bei dem der Abstand der Punkte 51 und 51´ sowie 52 und 52´ usw. jeweils gleich ist. Diese Abstände sind gleich dem inneren Durchmesser 63´-64´. Für die oben angegebene typische Bemessung beträgt jede dieser Strecken 9,5 cm. Die Länge jeder Zacke ist ungefähr gleich dreimal dem inneren Durchmesser des Sterns, wodurch in diesem Beispiel die Strecken zwischen den Punkten 51, 52 oder 53, 54 jeweils 26,6 cm lang werden. Die halbkreisförmig geformte Karton-Versteifung 26 hat einen Durchmesser, der gleich dem der Schale 11 ist, wodurch die saubere Justierung des in Form eines vierzackigen Sterns ausgeführten Reflektors 25 erreicht wird.

In Fig. 8 sind Klemmen oder Anschlüsse 71, 72, 73, 74 und 75 sichtbar. Diese Anschlüsse 71 bis 75 sind an einem Ringkern 30 befestigt, jedoch von diesem elektrisch isoliert. Wie wiederum aus den Fig. 3 bis 7 ersichtlich ist, ist der Reflektor 25 elektrisch mit der Klemme 71 des Ringkerns 30 verbunden. Über einen Leiter 20 ist der Reflektor 25 an den wendelförmigen Strahler 15 angeschlossen. Leiter 18 und 19 stellen die elektrische Verbindung zwischen dem Strahler 14 und den Klemmen 72 bzw. 74 her. Ein Kondensator 22 ist mit den Anschlüssen 72, 73 und der wendelförmige Strahler 13 über Leitungen 16 und 17 mit den Anschlüssen 75 bzw. 71 verbunden. Schließlich ist die aus den Teilen 27a und 27b bestehende Zweidrahtleitung 27 an die Klemmen 71 und 73 angeschlossen. Die Anschlüsse werden dann wie in Fig. 8 gezeigt, mit den Ringkernwicklungen und den Strahlern 13 bis 15 elektrisch verbunden, um eine Filterschaltung aufzubauen.

In Fig. 8 ist die Filterschaltung nach Fig. 7 in Einzelheiten dargestellt. Der Filter enthält den bewickelten Ringkern 30, der elektrisch mit dem Kondensator 22 und den Strahlern 13 bis 15 der Antenne verbunden ist. Der bewickelte Ringkern 30 ist praktisch ein Transformator mit einer Primärspule 81 und einer Sekundärspule 91, deren Windungen um den Kern 30 verlaufen. Die Sekundärspule 91 ist aus zwei parallel geschlossenen und um den Kern 30 gewickelten Leitern 92 und 93 gebildet. Der eine Anschluß der Sekundärspule 91 ist an die Klemme 71 angeschlossen. Der andere Anschluß der Sekundärspule ist über den Leiter 92 mit der Klemme 74 und über den Leiter 93 mit der Klemme 75 verbunden. Der eine Anschluß der Primärspule 81 ist ebenfalls mit der Klemme 71 verbunden, während der andere Anschluß mit der Klemme 73 in Verbindung steht. Der Ringkern 30 besteht aus einem Ferrit-Material. In einem Ausführungsbeispiel kann Q3-Ferrit Verwendung finden. In dem oben genannten typischen Ausführungsbeispiel ist der Ringkern 30 wie in Fig. 8 dargestellt mit der aus zweimal 8 parallel liegenden Windungen bestehenden Sekundärspule 91 und einer aus 16 Windungen bestehenden Primärspule 81 versehen. Für beide Spulen sind beispielsweise Leiter der Drahtstärke Nr. 32 (0,20 mm) verwendet. Das Filter dient dazu, die unterschiedlichen mit der Antenne 10 empfangenen Bänder zu trennen. Der Kondensator 22 hat lediglich die Aufgabe, die unerwünschten Signale im UHF-Band auszufiltern; ist im übrigen in den VHF-Bändern unwirksam. Die einzelnen Windungen sollten etwa mit gleichem Abstand gewickelt sein. Diese Forderung ist jedoch nicht kritisch. Die angegebene Dimensionierung ist lediglich typisch für ein in einem Ausführungsbeispiel der Antenne 10 benutztes Filter; es kann jedoch auch ein beliebiges ähnliches Filter verwendet werden.

Aus Fig. 4 und 5 ist in Verbindung mit Fig. 3 ersichtlich, wie die Anordnung von Reflektor 25 und Karton-Versteifung 26 sodann sorgfältig in die hohle Schale 11 eingebettet wird. Durch saubere Dimensionierung der Karton-Versteifung 26 und des Reflektors 25 ist, wie oben bereits erwähnt, die Lage des Reflektors 25 über dem Strahler 15 gesichert. Der kreisförmige Teil der Karton-Versteifung 26 ist so angeordnet, dass sie die hohlkugelförmige Schale 11 mit ihrem kreisförmigen Umfang berührt. Ist dies fertiggestellt, wird der Reflektor 25 fest auf der Karton-Versteifung 26 angebracht und das Innere der hohlkugelförmigen Schale 11 dann mit Polyurethan 31 ausgefüllt, um ein Element vom anderen elektrisch vollständig zu isolieren, dem Reflektor 25 ferner Halt zu geben und die Strahler 13 bis 15 dauerhaft in ihrer Lage zu verankern. Die Grundbestandteile für die vorgeschlagene Polyurethan-Einbettung 31 sind Polyurethanharz und Isocyanaturethanharz in einem Ansatz zu gleichen Gewichtsteilen. Im ausgehärteten Zustand hat diese Polyurethan eine Dielektrizitätskonstante von 1,0 und einen Verlustfaktor von 0,005, was zu einer leichten Verstärkung des Signals führt. Wenn auch das Polyurethan die Wirkungsweise der Antenne 10 verbessert, kann die Antenne auch ohne dieses benutzt werden. Nachdem der Hohlraum mit dem Polyurethan 31 gefüllt worden ist, wird die Grundplatte 12 aus Kunststoff über der Öffnung angebracht und in geeigneter Weise befestigt, womit der Antennenaufbau beendet bzw. vervollständigt ist.

Die fertiggestellte Antenne 10 ist nun völlig abgeschlossen und unterliegt keinen schädlichen Einflüssen von Regen, Wind, Sprühsalzwasser oder irgendwelchen korrodierenden Einwirkungen. Der Strahler 13 ist der Teil der Antenne, der sowohl das Band III als auch alle UHF-Bänder empfängt, während die Strahler 14 und 15 zusammenwirken, um das Band I sowie das UKW-Rundfunkband zu empfangen. Die Antenne 10 gewährleistet eine erfolgreiche Unterdrückung von Echoerscheinungen, die sowohl auf der neuen Anordnung der Strahler 13 bis 15 und des Reflektors 25 als auch auf der Polyurethanfüllung 31 beruht. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, dass von jedem Punkt auf dem Reflektor 25 ein Strahler sichtbar ist, und dass der Reflektor 25 selbst dabei nie in die Sichtgerade gerät. Das ist insofern von Bedeutung, als ein unsymmetrischer Reflektor nicht benutzt werden könnte. Es ist jedoch ohne weiteres ersichtlich, dass die Gestalt des Reflektors 25 nicht auf einen vierzackigen Stern beschränkt sein muß, sondern symmetrisch mit sechs oder acht Zacken ausgebildet werden kann, und dass überdies die Abmessungen der Strahler nur durch die Außenabmessung der halbkugelförmigen Schale 11 einer Beschränkung unterliegen. Wenn eine größere Antenne benötigt wird, können alle Maße vergrößert werden, oder sie können ebenso gut alle verkleinert werden, um eine kleinere Antenne zu erhalten. Wichtig sind die relativen

Abstände der Strahler 13 bis 15 untereinander bezüglich des Radius der hohlen äußeren Schale 11. Während vorstehend nur eine Gruppe von Maßen angegeben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese beschränkt. Natürlich beziehen sich die Angaben lediglich auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es sind zahlreiche Abänderungen möglich, ohne von dem Erfindungsgedanken und dem der Erfindung zugrunde liegenden Lösungsprinzip abzuweichen.

Claims (9)

1. Antenne mit Rundstrahlcharakteristik, vorzugsweise zum Empfang von Fernsehsignalen, dadurch gekennzeichnet, dass in einer hohlen, halbkugelförmigen Schale (11) ein erster, zweiter und dritter wendelförmig gewickelter Strahler (15, 14, 13) kreisförmig entlang der inneren Wandung der Schale (11) angeordnet ist, dass ein symmetrischer Reflektor (25) innerhalb der Schale (11) vorgesehen ist, dass ferner ein bewickelter Ringkern (30) elektrisch mit einem Kondensator (22) zu einem Filter zusammengeschlossen ist, welches innerhalb der Schale (11) angeordnet und mit dem Reflektor (25) sowie dem ersten Strahler (15) elektrisch verbunden ist, und dass der zweite Strahler (14) in elektrischem Kontakt mit dem Ringkern (30) steht.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des ersten Strahlers (15) kleiner als der Radius des zweiten Strahlers (14) und der Radius des zweiten Strahlers kleiner als der Radius des dritten Strahlers (13) ist.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Strahler (13) annähernd gleichen Radius wie die halbkugelförmige Schale (11) aufweist.

4. Antenne nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Reflektors (24) größer als der Durchmesser des ersten Strahlers (15) ist.

5. Antenne nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (25) innerhalb des Umfangs des zweiten und dritten Strahlers (14, 13) angeordnet ist.

6. Antenne nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (25) in Form eines Sterns mit 4 Zacken ausgebildet ist.

7. Antenne nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (11) aus Kunststoff besteht.

8. Antenne nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Strahler (15, 14) für den Empfang des Bandes I sowie gegebenenfalls des UKW-Rundfunkbandes und der dritte Strahler (13) für den Empfang des Bandes II und aller UHF-Bänder ausgelegt ist.

9. Antenne nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (11) mit einem Polyurethan (31) gefüllt ist, worin die Strahler (13, 14, 15), der Reflektor (25) und das Filter in ihrer Lage unbeweglich verankert sind.