DE2410498A1

DE2410498A1 - Logarithmisch-periodische antenne

Info

Publication number: DE2410498A1
Application number: DE19742410498
Authority: DE
Inventors: Rudolf Friedl; Heinrich Gruber; Hans Margreiter; Hans Selmayr; Walter Thurl
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Kathrein SE
Priority date: 1974-03-05
Filing date: 1974-03-05
Publication date: 1975-09-18
Also published as: FR2263614A1; DE2410498C3; DE2410498B2; NL7502429A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. v. Weiok.via.nn,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. Α,Υ/ειοκμανν, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

KATHREIU-Werke KG

82 Rosenheim 2
Luitpoldstr. 18-20

Logarithmisch-perio'dische Antenne

Die Erfindung "betrifft eine logarithmisch-periodische Antenne, insbesondere Fernsehantenne, mit an eine gemeinsame Doppelleitung angeschlossenen Dipolelementen für wenigstens zwei voneinander beabstandete Frequenzbereiche.

Fernsehantennen zum Empfang von Fernsehsendern in den Frequenzbereichen 174 - 23o MHz (Fernsehband III) und 47o - 862 MHz (Fernsehbänder IY und V) sind üblicherweise nur für einen dieser beiden Frequenzbereiche bemessen. Die z.B. als Yagi- oder als logarithmisch-periodische Antennen ausgebildeten Antennen sind in der Regel mit eigenen Befestigungseinrichtungen sowie gegebenenfalls eigenen Antennenverstärkern versehen. Der Zusammenbau derartiger Fernsehantennen zu einer für beide Frequenzbereiche geeigneten Fernsehantenne führt zu mechanisch instabilen Kon-

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struktionen mit relativ großen äußeren Abmessungen. Derartige Antennen sind insbesondere für mobile Anwendungen ungeeignet, bei denen die Antenne zum Standortwechsel häufig auf- bzw. abgebaut werden muß. Umweltbedingungen, speziell Vereisungen, beeinflussen die elektrischen Eigenschaften insbesondere der logarithmisch-periodischen Antenne, da die Funktionstüchtigkeit derartiger Antennen von der gleichbleibenden Phasengeschwindigkeit auf der Doppelleitung abhängig ist.

Antennen mit Dipolelementen für zwei unterschiedliche Frequenzbänder sind bekannt. So ist es aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 892 273 bekannt,, diejenigen Dipolelemente einer logarithmisch-periodischen Antenne fortzulassen, die auf den zwischen den beiden Frequenzbändern liegenden, nicht benötigten Frequenzbereich abgestimmt sind und die logarithmisch-periodische Antenne dadurch zu verkürzen. Die Länge einer für die obengenannten Fernsehfrequenzbereiche geeigneten logarithmisch-periodischen Antenne ist jedoch nach v/ie vor beträchtlich.

Weiterhin ist es bekannt (DT-OS 2 146 182) mehrere mit Verstärkern zu aktiven Antennen integrierte Dipole geringer Abmessungen in einem gemeinsamen Isoliergehäuse einzubauen. Die Dipole sind hierbei in gedruckter Schaltungstechnik auf einem isolierenden Substrat aufgebaut. Substrate oder kaschierte Isoliermaterialien der erforderlichen Größe sind jedoch relativ kostspielig, insbesondere wenn gleichbleibende Dielektrizitätskonstanten gefordert werden.

Die Erfindung hat nun die Aufgabe, eine für Massenfertigung geeignete billige und mechanisch stabile Antenne für wenigstens zwei unterschiedliche Frequenzbereiche anzu-

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geben. Die Antenne soll sich insbesondere zum Empfang eines YHF-Bands und der UHF-Bänder eignen..

Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von der
eingangs näher erläuterten logarithmisch-periodischen Antenne dadurch, daß die Dipolelemente des höheren
Frequenzbereichs innerhalb eines Gehäuses aus Isoliermaterial angeordnet und die Dipolelemente des niedrigeren Frequenzbereichs außen am Gehäuse befestigt sind. Das Gehäuse schützt einerseits vollständig die mit Schwankungen der Phasengeschwindigkeit auf Witterungseinflüsse reagierende Doppelleitung der logarithmisch-periodischen Antenne und ermöglicht andererseits eine stabile Befestigung der Dipolelemente des niedrigeren Frequenzbereichs. Die Dipolelemente des niedrigeren Frequenzbereichs können hierbei auf einer breiten Fläche des
Gehäuses aufliegen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Leiter der Doppelleitung und die an sie angeschlossenen Dipolelemente des höheren Frequenzbereichs jeweils einstückig aus Blech gestanzte Formteile sind und daß das Gehäuse sich gegenüberliegende im Inneren des Gehäuses bis an die Dipolelemente vorspringende
Rippen aufweist. In dieser Ausführungsform können Dielektrika sowohl zwischen den Dipolelementen als auch zwischen den Leitern der Doppelleitung weitgehendst
vermieden werden. Hierdurch wird einerseits eine gleichmäßigere Phasengeschwindigkeit auf der Doppelleitung erzielt und andererseits eignen sich gestanzte. Formteile vorteilhaft zur-Massenherstellung. Die Formteile können aus dünnem Blech hergestellt sein, da die Dipolelemente durch die Rippen des Gehäuses gestützt werden. Die
Rippen versteifen außerdem das Gehäuse. Als günstig hat

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es sich herausgestellt, wenn die Rippen an den der Doppelleitung abgekehrten Enden der Dipolelemente anliegen. Zur weiteren Versteifung können die Dipolelemente des höheren Frequenzbereichs Längssicken aufweisen.

Die Dipolelemente des niedrigeren Frequenzbereichs sind vorzugsv/eise als flächenhaft wirkende Strahler ausgebildet. Zu den elektrisch günstigen Eigenschaften flächenhaft wirkender Strahler treten mechanische Vorteile, wenn die flächenhaft wirkenden Strahler TJ-Form aufweisen und mit ihren freien Enden an Distanzstücke aus Metall angeschraubt sind, die von der Doppelleitung abstehen. Die Distanzstücke sind mit Jeweils einem Leiter der Doppelleitung elektrisch verbunden und sind durch Öffnungen im Gehäuse von außen zugänglich. Die freien Enden der flächenhaft wirkenden Strahler können dann an den Enden der Distanzstücke aufgeschraubt werden. Der Vorteil liegt einerseits im sicheren, korrosionsfesten elektrischen Kontakt und andererseits im leichten Auf- und Abbau der flächenhaft wirkenden Strahler etwa bei mobiler Anwendung der logarithmisch-periodischen Antenne.

Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Leitern der Doppelleitung isolierende Distanzstücke vorgesehen sind, daß die isolierenden Distanzstücke Fortsätze aufweisen, die durch Öffnungen in den Leitern über diese vorstehen und daß das Gehäuse Augen aufweist, in die die Fortsätze passend eingreifen. Diese Ausführungsform gewährleistet einerseits einen auch bei rauher Behandlung stets gleichbleibenden Abstand der Leiter der Doppelleitung und ermöglicht andererseits eine einfache und trotzdem stabile Befestigung der Doppelleitung im Gehäuse.

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Das Gehäuse bestellt zweckmäßigerweise aus zwei abgeflachten, etwa birnenförmigen Kunststoffschalen. Zur Befestigung des Gehäuses an einem Tragmast oder dergleichen können insbesondere an einer in Strahlungsrichtung hinter der logarithmisch-periodischen Antenne liegenden Stelle des Gehäuses Befestigungseinrichtungen, wie z.B. Mastschellen oder dergleichen, vorgesehen sein.

Ein besonderer Vorteil der oben beschriebenen logarithmisch-periodischen Antenne ist, daß sämtliche Dipolelemente an eine gemeinsame Doppelleitung angeschlossen sind und damit an ein gemeinsames Niederführungskabel angeschlossen werden können. Damit können vorteilhaft Antennenverstärker verwendet werden, die entweder breitbändig oder selektiv auf mehrere Frequenzbänder abgestimmt sind. Ein derartiger Verstärker kann zweckmäßig auf einem der Leiter der Doppelleitung montiert werden.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels dererfindungsgemäßen logarithmisch-periodischen Antenne;

Fig. 2 die logarithmisch-periodische Antenne nach Fig.1 mit teilweise aufgebrochenem Gehäuse;

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Explosionsdarstellung des Gehäuses und der Antennenteile des höheren Frequenzbereichs;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Gehäuse bei abgenommener oberer Gehäuseschale; und

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Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie I-I aus Fig.3.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer neuerungsgemäßen logarithmisch-periodischen Antennenanordnung 1, die für den Empfang von zwei voneinander beabstandeten Frequenzbereichen, nämlich des .Fernsehbands F III (174... 23o MHz) einerseits und der Fernsehbänder F IV (470...606 MHz) und F V (606...862 MHz) andererseits,geeignet ist. Die Antennenanordnung 1 besteht aus einem zwei Halbschalen 2, 3 aufweisenden Wetterschutzgehäuse 15 aus Isoliermaterial, das eine abgerundete ungleichschenklige Rautenform hat und bei dem beide Halbschalen 2,3 mittels eines Kunststoff-Dichtungsprofils 4 miteinander verbunden sind. Auf der unteren und oberen Halbschale 2 bzw. 3 sind Halterungen vorgesehen, die der Führung der aus zwei U-förmigen Bügeln 6,7 bestehenden Dipolelemente für das Fernsehband F III dienen. Die U-förmigen Bügel 6,7 sind mit insgesamt vier Rändelschrauben 8 befestigt und mit den im Wetterschutzgehäuse 15 befindlichen Leitern 23,24 der symmetrischen Doppelleitung eines logarithmisch-periodischen Antennenteils 2o für die Fernsehbänder F IV und F V leitend verbunden. Die beiden Halbschalen 2,3 werden einesteils von einer mit Schrauben 10 befestigten Standrohrschelle 9» anderenteils durch mehrere Klebestellen zusammengehalten. Die Standrohrschelle 9 weist ein Joch 11, Steckbolzen und Flügelmuttern 13 auf und kann somit dem Durchmesser eines Standrohres 14 angepaßt werden.

In Fig. 2 ist das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel mit teilweise aufgeschnittener oberer Halbschale 3 des Wetterschutzgehäuses 15 dargestellt. Der für den höheren Frequenzbereich vorgesehene und innerhalb des Wetterschutzgehäuses 15 angeordnete Antennenteil 20 der logarithmischperiodischen Antennenanordnung weist zwei formgestanzte Halbdipolgruppen auf, deren Dipolelemente 21 ,22 in bekann-

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ter Weise grätenartig um eine halbe Teilung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Jede der beiden Halbdipolgruppen besteht aus einem einzigen Blechstück, d.h. der Leiter bzw. 24 der Doppelleitung und die daran angeschlossenen Dipolelemente 22 bzw. 21 sind jeweils einstückig als Formstanzteil hergestellt. Beide Formstanzteile sind über isolierende Distanzbuchsen 31 miteinander verbunden. Auf dem oberen Leiter 23 der Doppelleitung kann, z.B. annähernd in dessen Mitte, ein Verstärker 25 befestigt sein, der einerseits über eine Koaxialleitung 26 mit Enden 27 der Leiter 23, 24 verbunden ist, und dessen Ausgang 28, andererseits über ein Koaxialkabel 29 an eine in Fig. 2 nicht sichtbare Koaxialbuchse 47 (Fig.3) an der unteren Halbschale 2 geführt, ist. Da beide Halbdipolgruppen für sich keine genügende Festigkeit haben, um als tragende Konstruktion zu dienen, werden sie durch das ¥etterschutzgehäuse gestützt. Die der Doppelleitung abgekehrten Enden 30 der Dipolelemente 21 ,22 werden zwischen Rippen 33 der Halbschalen 2,3 festgehalten und sind so gegen Verbiegen geschützt. Außerdem greifen die Distanzbuchsen 31 in an den Halbschalen 2,3 angeformte Näpfe ein, was eine axiale Verschiebung des für den höheren Frequenzbereich vorgesehenen Antennenteils 20 verhindert.

Das Wetterschutzgehäuse 15 ist zur Erreichung einer hinreichenden Festigkeit auch in Richtung auf die Standrohrschelle 9 mit Rippen 32 versehen.

Anhand der vertikal explodierten Darstellung nach Fig. 3 soll im folgenden der Zusammenbau des für den höheren Frequenzbereich bemessenen Antennenteils 20 mit dem Wetter-.schutzgehäuse 15 erläutert werden. Beim Zusammenbau wird das Dichtungsprofil 4 zwischen den Halbschalen 2 und^ 3 in eine Nut 41 eingelegt, um eine hinreichende Abdichtung gegen das Eindringen von Wasser zu gewährleisten. Die

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isolierenden Distanzbuchsen 31 und Haltescheiben 42
halten die beiden leiter 23,24 der Doppelleitung und
gleichen den zum Ende 27 hin sich verkleinernden Abstand zwischen den Halbschalen 2,3 aus. Die isolierenden
Distanzbuchsen 31 sind mit Portsätzen 43 ausgerüstet, die, wie durch die strichpunktierten Mittellinien angedeutet, in Augen 44 eingreifen und damit die Lage des Antennenteils 20 im Y/etterschutzgehäuse 15 fixieren. Tom Verstärker 25 führt das Koaxialkabel 29 zur Koaxialbuchse 47, die
auf einem Blechstreifen 45 montiert ist. Zur Befestigung des Blechstreifens 45 ist die untere Halbschale 2 mit
Kunststoffnasen 46 versehen, die beim Zusammenbauen durch Öffnungen des Blechstreifens 45 treten und dann verschmolzen werden. So befestigt ragt die Koaxialbuchse 47 durch eine Bohrung 48 aus der unteren Halbschale 2 nach außen, und ein Niederführungskabel kann mittels Koaxialstecker an der Antennenanordnung 1 befestigt werden.

Die Rippen 33 der Halbschalen 2,3 stehen sich so nahe
gegenüber, daß die Enden 30 der Dipolelemente 21 ,22 ohne Spiel festgehalten werden und sich nicht durch Stoß oder andere äußere mechanische Beanspruchung verbiegen können. Natürlich verbessern die Rippen 33 in Verbindung mit den Rippen 32 die mechanische Stabilität der gesamten Antennenanordnung beträchtlich.

Am anderen Ende der Leiter 23,24 der Doppelleitung sind je eine metallische Distanzbuchse 49 leitend befestigt. Die Distanzbuchsen weisen Gewindebohrungen auf, in denen die ü-förmigen Bügel 6,7 der Antennenanordnung 1 mittels der Rändelschrauben 8 befestigt werden können. Die beiden Halbschalen 2,3 sind hierzu mit Öffnungen 50 versehen, die etwas größer sind als der Gewindedurchmesser der Rändelschrauben 8.

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Beide Halbschalen 2,3 v/erden, nachdem das Antennenteil eingelegt ist, miteinander verklebt. Hierzu werden in die Augen 51 passende, mit Klebstoff .benetzte Kunststoffstifte 52 eingesetzt und die beiden Halbschalen 2,3 bis zum Trocknen des Klebstoffs zusammengepreßt.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das geöffnete Wetterschutzgehäuse 15« Man erkennt den Aufbau des Antennenteils 20, das nach den"bekannten Regeln für die Bemessung von logarithmisch-periodischen Antennen aufgebaut ist. Der Abstand 61 der U-förmigen Bügel 6,7 für den niedrigeren Frequenzbereich von dem für den höheren Frequenzbereich bemessenen Antennenteil 20 gehorcht jedoch nicht mehr den Regeln der Bemessung von logarithmisch-periodischen Antennen: Während die Länge der U-förmigen Bügel 6,7 (Fig.1) für die mittlere Frequenz des niedrigeren Frequenzbereichs bemessen ist, wird der Abstand 61 erheblich kleiner gewählt, womit eine besonders kurze Baulänge der Antenne erreicht wird. Aus Fig. 4 ist auch erkennbar, daß die stabförmigen Halbdipole 62 zur Versteifung mit eingeformten Rillen bzw. Längssicken 63 versehen sind. Zum Anschluß des Koaxialkabels 26 an die Doppelleitung ist das Ende des Leiters 24 abgewinkelt (siehe auch Fig.3). Der Außenleiter des Koaxialkabels 26 ist an den Leiter 23 der Doppelleitung, der Innenleiter an das abgewinkelte Ende 27 des Leiters 24 angeschlossen.

Fig.5 zeigt in einem Schnitt entlang der Linie I-I aus Fig.3 die Kontaktierung der U-förmigen Bügel 6,7 an den Leitern 23,24 der Doppelleitung. Die Leiter 23,24 sind mit metallischen Distanzhülsen 49 leitend verbunden und zwar so, daß jeweils ein U-förmiger Bügel 6 bzw. 7 zu einem der Leiter 23 bzw. 24 Kontakt hat. Die Verbindung erfolgt über Rändelschrauben 8, die in die Gewindebohrungen der metallischen Distanzbuchsen 49 eingeschraubt werden.

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- ίο -

Die logarithmisch-periodische Antennenanordnung 1 kann entweder mit oder ohne Verstärker ausgeführt sein. Bei einer für die Fernsehbänder F III und F IV/V geeigneten Ausführungsform ergeben sich folgende elektrische Eigenschaften:

a) ohne Verstärker b) mit Verstärker

Gewinn im

Fernsehband F III : 0 dB · 21 - 24 dB

Fernsehband F IV/V: 7-6,5 dB 27 - 22 dB.

Um einen möglichst gleichmäßigen Gewinn zu erzielen, kann man die Verstärkung des Verstärkers im Fernsehband F III anheben. In den meisten Fällen weisen aber solche Verstärker ohnehin einen Verstärkungsabfall bei hohen Frequenzen auf, wodurch sich infolge des höheren Gewinns des aus mehreren Dipolen bestehenden logarithmisch-periodischen Antennenteils ohnehin ein günstiger, d.h. etwa gleichbleibender Verlauf des Gewinns ergibt.

Nicht näher dargestellt ist eine Ausgestaltung bei der ein drittes Antennenteil z.B. mit weiteren Antennenelementen vorhanden ist, mit dem das Fernsehband F I (47-68 MHz) oder UKW empfangen werden kann. Auch dieses dritte Antennenteil wird wie eine logarithmisch-periodische Antenne bemessen, was die entsprechende Länge und die Anzahl der Halbdipole angeht, und gegebenenfalls dicht an die anderen Antennenteile gerückt, damit die Baulänge der ganzen Antennenaordnung gering bleibt.

- Patentansprüche: 509838/03 66

Claims

- 11 Patentansprüche

Logarithmisch-periodische Antenne, insbesondere Fernsehantenne, mit an eine gemeinsame Doppelleitung angeschlossenen Dipolelementen für zwei voneinander beabstandete Frequenzbereiche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipolelemente (21,22) des höheren Frequenzbereichs innerhalb eines Gehäuses (15). aus Isoliermaterial angeordnet und die Dipolelemente(6,7)des oder der niedrigeren Frequenzbereiche außen am Gehäuse (15) befestigt sind.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (23>24) der Doppelleitung und die an sie angeschlossenen Dipolelemente (21,22) des höheren Frequenzbereichs jeweils einstückig aus Blech gestanzte Formteile sind und daß das Gehäuse (15) sich gegenüberliegende im Inneren des Gehäuses (15) bis an die Dipolelemente (21 ,22) vorspringende Rippen (33) aufv/eist.
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (33) an den der Doppelleitung abgekehrten Enden (3o) der Dipolelemente (21,22) anliegen.
4· Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipolelmente (21,22) des höheren Frequenzbereichs Längssicken (63) aufweisen.
5· Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipolelemente (6,7) des niedrigeren Frequenzbereichs flächenhaft wirkende Strahler sind.
6. Antenne nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß

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die flächenhaft wirkenden Strahler U-Form aufweisen und mit ihren freien Enden an Distanzstücke (49) aus Metall angeschraubt sind, die von den leitern (23,24) der Doppelleitung abstehen.
7. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Leitern (23,24) der Doppelleitung isolierende Distanzstücke (31) vorgesehen sind, daß die isolierenden Distanzstücke (31) Portsätze (43) aufweisen, die durch Öffnungen in den Leitern (23,24) über diese vorstehen und daß das Gehäuse (15) Augen (44) aufweist, in die die Portsätze (43) passend eingreifen.
8. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (15) aus zwei abgeflachten, etwa birnenförmigen Kunststoffschalen (2,3) besteht.
9. Antenne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

an den Kunststoffschalen (2,3) einander gegenüberliegend Augen (51) angeformt sind, die durch eingeklebte Stifte (52) aneinander befestigt sind.

1o. Antenne mit einem Antennenverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenverstärker (25) auf einem der Leiter der Doppelleitung montiert ist.

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