DE2245195A1

DE2245195A1 - Antenne

Info

Publication number: DE2245195A1
Application number: DE2245195A
Authority: DE
Inventors: Lawrence W Herbert
Original assignee: VORTA SYSTEMS Inc
Current assignee: VORTA SYSTEMS Inc
Priority date: 1971-11-26
Filing date: 1972-09-14
Publication date: 1973-05-30
Also published as: JPS4861048A; US3745583A

Description

"Antenne"

Die Erfindung betrifft eine rundstrahlene Sende- und Empfangs-Antenne zur Verwendung auf Booten und Schiffen.

Kir den Schiffsfunk werden zur Zeit Antennen verwendet, die nur vertikal polarisiert sind. Üblicherweise werden Psitschen.-antennen eingesetzt, da diese die genannte Charakteristik, haben. Diese Antennen erfüllen zwar ihren Zweck, haben jedoch noch verschiedene Nachteile. Da sie frei liegen, sind- sie in der auf See vorhandenen agressiven Umgebung der Korrosion ausgesetzt. Außerdem ist die Signalstärke dieser Antennen im Sende- und im Empfangsbetrieb unter bestimmten Bedingungen nicht zufriedenstellend.

Man hat diese Nächteile schon mit verschiedenen andei'en Antermen-

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typen zu beseitigen versucht. Beispielsweise sind sog. Doppel-Ring-Antennen (double-halo) vorgeschlagen worden. Eine I)oppel-Ring-Antenne umfaßt in der Regel zwei ungefähr kreisförmige leitende Elemente, die an einem steifen Most vertikal übereinander befestigt sind. Beide Elemente weisen eine Diskontinuität oder Unterbrechung auf. Aufgrund dieser Unterbrechung ist das kreisförmige Element eigentlich ein gefalteter Dipol, dessen Enden zur Verringerung der Gesamtlänge kapazitiv belastet sind. In der Regel besteht das obere Element aus einem bestimmten leitenden Material, während das untere Element aus einem anderen leitenden Material mit kleinerem Durchmesser gefertigt ist. Die an dem Mast angebrachte Doppel-Ring-Antenne besitzt keinerlei äußeres Gehäuse. Der Antennentyp hat zwei Nachteile. Erstens ist es den Einflüssen der auf Metall korridierend v/irkenden Elemente ausgesetzt. Zweitens zeigt sich aufgrund der lediglich horizontalen Polarisierung ein beträchtlicher Abfall der Signalstärke der Antenne, wenn diese aus der horizontalen Lage gerät.

Für den FM- und Fernsehempfang sind auch bereits rundstrahlende Antennen vorgeschlagen worden, die gegenüber korrodierenden Elementen abgedichtet sind und ein hohes Signal/Rauschverhältnis haben. Diese Antennen sind jedoch den Zwecken des See- und Schiffunks nicht besonders angepaßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine rundstrahlende Antenne zu schaffen, die insbesondere für den Funkverkehr von Schiffen zum Land geeignet ist und dazu die Vorteile der. ve'r-

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schiedenen älteren Antennen in sich vereinigt, ohne deren

Nachteile zu besitzen. . ' -

Eine rund strahl ende-Sende- und Empfangsan-tenne nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine nicht leitende hohle Au3enschale, ein ungefähr kreisförmiges leitendes Element, das in der .Außenschale angeordnet ist und eine Unterbrechung besitzt, ferner ein zweites ungefähr kreisförmiges leitendes Element, das geschlossen ist und neben dem ersten Element koaxial mit.diesem in der Außenschale angeordnet ist, und durch eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Elementen.

Die erfindungsgemäße Antenne ist eine Abwandlung der älteren Doppel-Ring-Antenne. Sie ist speziell zur Anwendung auf Schiffen für den JTunkverkehr mit dem Land geeignet. Durch die Anwendung der zwei kreisförmigen leitenden Elemente, die im Abstand voneinander angeordnet und elektrisch untereinander verbunden sind und von denen das eine eine Unterbrechung aufweist, ist die erfindungsgemäße Antenne sowohl horizontal als auch vertikal polarisiert. Die Signalstärke beim Sende- und Empfangsbetrieb wird daher durch das Rollen und Schlingern eines Schiffes oder Bootes auf hoher See nicht nachteilig beeinflußt. Die nicht leitende hohle Außenschale bietet¹ ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Sende- und Empfangsleistung guten Schutz gegen den Einfluß korrodierender Elemente, wie Salzwasser-Sprühnebel, Regen und V/ind. Insgesamt vereinigt die erfindungsgemäße Antenne in sich die guten Eigenschaften der Peitschenantennen, der Ring antennen und der älteren gekapselten Rundstrahlantennen, ohne deren Nachteile aufzuweisen.

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Bei der bevorzugten AusbildungBfor» der Erfindung haben beide kreisförmigen Elemente den gleichen Radius» Sie sind in der Außenschale so angeordnet, daß sieh das Element mjLt der unterbrechung über dem anderen Element befindet» Beide Elemente eind Vorzugsweise auβ dem gleichen leitenden Material, insbesondere aue einem Bohr gefertigt· Die elektrische Verbindung fcwiechen den beiden jBleeeafcen let an das örste Element am besten neben deseen Unterbrechung angeschlossen. Zur Erhöhung der mechanischen (JtfcbLll~ tät kann die Verbindung aus eine» steifen leitenden Material bestehen.

Zum Anschluß der erfindungsgemäßen Antenne an einen Sender/ Empfänger ist ein Koaxialkabel geeignet. Der Innenleiter des Koaxialkabels wird an dae Element alt der Unterbrechung und der Mantel an das andere Element angeschlossen.

Zur Festlegung der Elemente in der hohlen Auöenschale ist diese zweckmäßigerweise mit einem Polyuiflethanirerkßtoff ausgefüllt. Diese ilaßnahme dient gleichseitig <ler Verbesserung des Korrosionsschutzes. Durch Verschluß der öffnung der Außenschale mit einem Deckel werden die metallischen Elemente der Antenne vollständig gegenüber allen korrodierenden Elementen abgedichtet.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführung sbei spiels näher erläutert. ₍

In der Zeichnung zeigen:

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Fig. i eine perspektivische Gesamtansicht einer ,Antenne nach 4er Erfindung,

· 2 einen senkrechten Querschnitt durch die Antenne nach !ig» 1,

. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 2,

· 4 eine auseinandergebogene} isometrische Darstellung einzelner Teile der Antenne nach flg. 2 und 3.

In. Pig. 1 1st eine bevorzugte Ausführungsform einer rund-Strahlenden Sende- und üSapfangsant enne 10 nach der Erfindung dargestellt. Die im folgenden angegebenen Dimensionen und Einaelheörett der Ausbildung beziehen sich auf eine für den Funkverkehr zwischen Schiff und Land geeignete Antenne und sind nur als beispielhaft zu verstehen. Bei Verwendung der Antenne in anderen Frequenzbereichen müssen abweichende Dimension!erungen angewendet werden,

Die rundstrahlende Sende- und Empfangsantenne 10 ist in geeigneter Weise auf einem Mast 12 befestigt. Der Mast ist auf einem Wasserfahrzeug, also einem Boot oder einem Schiff angebracht. Eine elektrische Zuleitung 14 führt zu eines nicht gezeigten Sender und/oder Empfänger.

Die Antenne 10 besitzt ein zweiteiliges Gehäuse, das aus· einer halbkugelförmigen, hohlen Außensehaiθ 18 und einem Deckel besteht, der das Innere der Antenne vor korrodierenden

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Elementen schütat. Sowohl die Außenschale 18 als auch der Deckel 20 sind, aus einem geeigneten nicht leitenden Material, z.B." aus Kunststoff, hergestellt. Der Deckel 20 besteht am besten aua einem ABS-Copolymer. Dadurch wird die elektrische Anordnung sowohl vor mechanischer Beschädigung als auch vor Korrosion geschützt. Für den Deckel kommen jedoch auch andere nicht leitende Werkstoffe und andere Forraon in Präge. Die Zuleitung 14 ist vorzugsweise ein 50-ß-Koaxlalkabel, das für den Seefunk verkehr la Frequenzbereich von 156 bis 162 MHz für die Antenne besonders geeignet ist.

Innerhalb der hohlen Außenschale 18 ist ein erstes ungefähi· kreisförmiges, leitendes Element 22 angeordnet. Das Element 22_sist ein elementarer γ-angepaßter λ/4-Ring, der eine Unterbrechung 24 aufweist, wie es im einzelnen aus Fig. 4 hervorgeht. Ferner ist innerhalb der hohlen Außenschale 18 neben dem er.s^en Element und koaxial mit diesem ein zweites ungefähr kreisförmiges leitendes Element 26 angeordnet, das durchgehend, also geschlossen, ausgebildet ist. Das zweite Element 26 stellt also einen vollständigen Kreis dar und enthält keine Unterbrechung, vgl. Fig. 3 und Das zweite Element 26 ist in einem vorbestimmten Abstand vom ersten Element 22 angeordnet. Zur Einhaltung dieses Abstandes dienen mehrere nicht leitende Abstandsstücke 28. Das erste Element 22 erzeugt als elementarer γ-angepaßter λ/4-Ring horizontale Polarisation. Das zweite Element 26 liefert eine Grund- oder Basisebene und erzeugt dadurch die vertikale Polarisation der Antenne. Entsprechend ist der Abstand zwischen dem ersten Element 22 und dem zweiten Element 26 im

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Hinblick auf eine maximale vertikale Polarisation

kritisch. In dieser Hinsicht wird beim Ausführungsbeispiel ein vertikalefi.Abstahd zwischen den beiden Elementen von 4,75 nra bevdräugfc. ■■-

Die beiden leitenden Elemente 22 und 26 sind mittels eines leitenden VerbindungBelementes 30 elektrisch miteinander verbunden. Das Verbindungselement 50 besteht aus steifem leitendem Material und trägt mit zur Einhaltung des Abstandes zwischen den beiden Elementen 22 und 26 bei» Das VerbindungBelement 50 ist mittels eines geeignetem leitenden Verbindungsmitteis, beispielsweise mittels einer Schraube oder einer JWiete neben der Unterbrechung 24 an das erste Element 22 angeschlossen.. In gleicher Weise ist es mittels eines Verbindungsmittels 27, vgl. Fig. j» an das zweite Element 26 angeschlossen. Statt eines steifen Verbindungselementes ^O kann auch eine flexible elektrische¹ Verbindung angewandt werden»

Die Zuleitung 14 ist mittels leitender Klammern 32 und 34 an die beiden leitenden Elemente 22 und 26 angeschlossen, vgl. Fig. 2 bis 4. Die leitenden Klammern ^V32 und $4 sind mit den Elementen 22 bzw.. 26 an jeweils einer Stelle verbunden, an der sie bei der Mitten.freq.uenz der Antenne sitzen. Dies bedeutet "beim Ausführungsbeispiel, daß die Mitte der Klammer 32 60 mm von der Unterbrechung 24 ent- '■ fernt ist und daß die Klammer 34 uninitterbar unterhalb der Klammer.32 sitzt. Bei dem als Zuleitung gewählten Koaxialkabel ist der Mittelleiter 15 mittels der Klammer 32 mit dem ersten Element 22 und der Mantel 16 mittels der Klammer mit dem zweiten Element 26 verbunden. Anstelle der Klammern

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32 mid 34 können natürlich auch andere geeignete Mittel zum Anschluß der Zuleitung 14 an die Elemente 22 und 26 verwendet werden· Es ist aber wichtig, daß eine feßte, elektrisch leitende Verbindung zwischen der Ζμΐβίΐιΐη^ und den Elementen hergestellt ist.

Nachdem die Elemente in der hohlen Außenechale 18 angeordnet sind, wird der verbleibende Hohlraum der Außenßchale 18 mit einem Polyurethanwerkstoff 36 ausgefüllt. Dieser dient zur Halterung und zur Abstützung der Elemente, so daß sie innerhalb der Außensüiale 18 unverrückbar fest liegen. Der Polyurethanwerkstoff umfaßt als wesentliche Komponenten ein Polyurethanharz und ein Isocyanat-Harnstoff-Harz zu gleichen Gewichtsanteilen. Nach dem Aushärten besitzt dieses Polyurethan die Dielektrizitätskonstante 1 und den Verlustfaktor 0,005j so daß die Signalstärke praktisch nicht beeinträchtigt wird. Natürlich ist die Antenne auch ohne die üolyurethanfüllung arbeitsfähig. Nach dem Ausfüllen mit dem Polyurethan 36 wird der Deckel über die Öffnung gelegt und in geeigneter Weise befestigt, wodurch die Herstellung der Antenne abgeschlossen wird. Die Antenne ist nun vollständig abgeschlossen und gegenüber allen Elementen, durch die das Metall korrodiert werden könnte, abgedichtet. Die Antenne 10 zeigt die besten Ergebnisse, wenn sie so genau wie möglich in einer vertikalen Ebene montiert wird. Allerdings sind geringere Abweichungen von dieser Lage ohne nachteiligen Einfluß auf die Wirkungsweise.

Es hat sich als sehr zweckmäßig herausgestellt, die beiden Elemente 22. und 26 aus dem gleichen leitenden Material zu

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fertigen. Dabei ist ein Hohlrohr als Material zu bevorzugen. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wird Aluminiumrohr mit einem Außendurchmesser von 4,75 mm verwendet. Beide ' Elemente 22 und" 26 haben den gleichen Radius, vgl. Fig. Wegen der Unterbrechung 24 im ersten Element 22 muß dessen Länge etwas kleiner als die des Elementes 26 sein. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge des ersten Elementes 492 mm und die Länge des zweiten Elementes 495 mm, so daß sich für die Unterbrechung 24 eine Länge von 3 mm ergibt. Die besten Ergebnisse stellen sich ein, wenn das Verbindungselement 30, wie beschrieben, steif ist und aus dem gleichen Material wie die beiden Elemente 22 und 26 besteht. Das Verbindungselement 30 ist daher vorzugsweise ebenfalls aus einem Aluminiumrohr mit 4,75 mm Außendurchmesser hergestellt. Bei den oben angegebenen Dimensionen haben beide Elemente 22 und 26

jeweils einen Durchmesser von 153 mm. »·■·.'

Die Antenne kann nur dann optimal arbeiten, wenn das zweite Element 26 der öffnung der hohlen Außenschale näher als das die Unterbrechung 24 aufweisende erste Element 22 liegt. Bei einer vertikalen Anordnung der Antenne, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, bedeutet dies, daß sich das erste Element 22 stets oberhalb des zweiten Elementes 26 befindet. Die Einhaltung der oben genannt ei Dimensionen und die Verwendung der oben genannten Werkstoffe führt zu einer, rundstrahlenden Sende- und Empfangsantenne, die auf einen Frequenzbereich von 156 bis 162 MHz, d.h. auf den im ßeefunkverkehr verwendeten Frequenzbereich abgestimmt ist. Die Antenne liefert gegenüber einer isotropen Antenne einen Gewinn von 2 db und ist sowohl horizontal als auch vertikal polarisiert. ANSPRÜCHE:-

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ANSPRÜCHE

Rundstrahlende Sende- und Empfangs-Antenne zur Verwendung insbesondere auf Wasserfahrzeugen, gekennzeichnet durch eine nichtleitende hohle Außenschale (18), ein ungefähr kreisförmiges Xeitendes Element (22), das in der Außenschale angeordnet ist und eine Unterbrechung (24) besitzt, ein zweites ungefähr kreisförmiges leitendes Element (26),, das geschlossen ist und neben dem ersten Element koa30.al mit diesem in der Außenschale angeordnet ist, und durch eine elektrische Verbindung (30) zwischen den beiden Elementen.
2) Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß beide Elemente (22; 26) den gleichen Radius haben.
3) Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung (30) neben der Unterbrechung (24) an das erste Element (22) angeschlossen ist.
4) Antenne nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung (30) aus einem

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steifen leitenden Material b-esteht.
5) Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch

g e k e η ή ze i cn η e t , daß isolierende Abstandsstücke (28) zur Einhaltung eines festen Abstandes zwischen.den beiden Elementen (22; 26) vorgesehen sind. .
6) Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Elemente (22; 26) jeweils einen rohrförmigen Leiter umfassen.
7) Antenne nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet , daß beide Elemente (22; 26) aus dem gleichen Material bestehen.
8) Antennp nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch g e k e η η ζ e *i"c h η e t , daß die beiden Leiter (15; 16) einer Zuleitung (14) für die Antenne (10) jeweils mit einem derElemente (22; 26) verbunden sind.
9) Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß bei einem Koaxialkabel als Zuleitung (.14) der Mittelleiter (15) mit dem ersten Element (22) und der Mantel (16) mit dem zweiten Element (26) verbunden ist.
10) Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennze.ichne.t j daß die hohle Außenschale (18) zur Festlegung der Elemente (,22; 26) mit einem Polyurethanstoff (36) ausgefüllt ist. ,^{r l}

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11) Antenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet ,, daß die Außenschale (18) sum Schutz der Antenne (10) gegenüber korrodierenden Einflüssen mit einem nichtleitenden- Deckel (20) dicht verschlossen ist.
12) Antenne nach Anspruch 11, dadurch g e, k e η η zeichnet , daß der Deckel (20) aus einem ABS-Copolymer besteht.
13) Antenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Element (26) der Öffnung der Außenschale (18) näher als das erste Element (22) liegt.
14) Antenne nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Element (22) aus einem 492 mm langen Aluminiumrohr und das zweite Element (26) aus einem 495 mm·-langen Aluminiumrohr besteht, daß der Abstand zwischen den Elementen 4,75 mm beträgt, und daß als Zuleitung (14) ein 50Λ-Koaxialkabel vorgesehen ist.

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