DE3339278C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte Fernsehantennen bestehen aus eindimensionalen Elemen­ ten. Üblicherweise sind derartige Antennen entweder Monopole, die ein Antennenelement umfassen, oder Dipole, die zwei univer­ sal bewegbare Antennenelemente umfassen, welche in der bekann­ ten "Hasenohr"-Konfiguration verbunden sind.

Ein bedeutender Nachteil der bekannten Antennen liegt in dem Platzbedarf, den diese für einen richtigen Betrieb erfordern. Wenn beispielsweise im niedrigen VHF-Band Signale zu empfangen sind, muß jedes eindimensionale Antennenelement bis zu einer Länge von etwa 90 cm eingestellt werden. Häufig ist eine opti­ male Richtungseinstellung derartiger Antennen, beispielsweise in geneigten Stellungen, unmöglich, weil z. B. derartige Anten­ nen auf dem Fernsehgerät angeordnet bzw. aufgestellt werden, welches üblicherweise nahe einer Wand aufgestellt ist.

Eine kleinere Ausbildung der Antenne löst indessen das Problem nicht. Wenn die Antenne nämlich kleiner ist, ist der Antennen­ gewinn vermindert, da der Strahlungswidertand abnimmt oder die Impedanzanpassung zwischen der Antenne und der zum Fernsehem­ pfänger hinführenden Leitung sehr schlecht wird, und zwar ins­ besondere im Hinblick auf die Breitbandeigenschaften der Fern­ sehsignale.

Eine Antennenvorrichtung der eingangs angegebenen Art ist in der US-PS 32 90 689 oder der DE-OS 19 16 062 beschrieben.

Bei der aus der US-PS 32 90 689 entnehmbaren Antennenvorrich­ tung sind beide drahtförmigen Antennenelemente in Form einer Schleife bzw. eines Rahmens ausgebildet, wobei sie jeweils in einem eigenen Gelenk um parallel zueinander verlaufende Schwenk­ achsen aufeinanderzu oder voneinander weg schwenkbar gelagert sind.

Bei der in der DE-PS 19 16 062 beschriebenen Antennenvorrich­ tung sind ebenfalls zwei drahtförmige Antennenelemente jeweils in Form einer Schleife vorgesehen, die um eine gemeinsame Mit­ telachse drehbar gelagert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenvorrich­ tung der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß ein größerer Antennengewinn erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ermöglicht eine wesentliche Vergrößerung des Antennengewinns. Bei einer kleinen und kompak­ ten Baugröße läßt sich ein Antennengewinn in einer solchen Größe erreichen, der bei bekannten Ausgestaltungen nur bei viel größerer Bauweise erreicht werden kann. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine einfache und kostengünstige Herstellung, weil die Plattenteile des zweiten Antennenelements in einfacher Weise, z. B. durch Stangen, hergestellt werden kön­ nen. Ferner verbessert die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch die Impedanz.

Die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung eignet sich insbeson­ dere für den Einsatz als VHF-Antenne für einen Fernsehempfänger.

Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie erziel­ bare Vorteile anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Antennenvorrichtung in schematischer perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 die Antennenvorrichtung in abgewandelter Ausgestaltung;

Fig. 3 die Antennenvorrichtung nach Fig. 1 unter Veranschaulichung bevorzugter Abmessungen;

Fig. 4-6 Kurvendarstellungen der Leistungseigenschaften der Antennenvorrichtung.

Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, besteht die erfindungsgemäße Antennenvorrichtung im wesentlichen aus einem zweidimensionalen ersten Antennenelement 30 in Form eines im wesentlichen rechteckförmigen Rahmens bzw. Bügels aus einem elektrisch leitenden Draht, der an einem zweiten zweidimensionalen Antennenelement angebracht ist, welches aus mehreren L-förmigen, elektrisch leitenden Plattenteilen 10, 20 bestehen. Das erste Plattenteil 10 weist zwei Schenkel 11, 12 auf. Der Schenkel 12 verjüngt sich zu einem ersten Kontaktpunkt 13 am freien Schenkelende hin. Das zweite Plattenteil 20 weist ebenfalls zwei Schenkel 21, 22 auf. Der Schenkel 22 verjüngt sich ebenfalls zu einem zweiten Kontaktpunkt 23 am freien Schenkelende hin. Die beiden Plattenteile 10, 20 sind in derselben Ebene angeordnet, wobei die freien Enden der verjüngten Schenkel 12, 22 in zueinander entgegengerichteter Beziehung angeordnet sind. Die Schenkel 11, 21 weisen gleichmäßige Breiten auf, sind von derselben Länge und verlaufen parallel zueinander.

Das erste Antennenelement 30 besteht aus einem elektrisch leitenden Draht, der zu einem im wesentlichen rechteckförmigen Rahmen gebogen ist, welcher sich in einer ersten Ebene erstreckt. Eine Längsseite des Rechtecks wird durch zwei End-Schenkel 31, 32 gebildet, zwischen deren Enden ein Spalt vorgesehen ist. Die gegenüberliegende Längsseite 33 des betreffenden Bügels weist einen mittleren nach innen abgesetzten Abschnitt 34 auf.

Das erste Antennenelement 30 und das aus den Plattenteilen 10, 20 bestehende zweite Antennenelement sind derart drehbar aneinander angebracht, daß der von ihren Ebenen eingeschlossene Winkel R einstellbar ist. Die beiden Antennenelemente 10, 20 und 30 sind elektrisch leitend miteinander verbunden, beispielsweise durch zwei Spulen- bwz. Schraubenfedern 41, 42. Jede Feder 41, 42 umfaßt einen Wickelteil, der den zugehörigen Schenkel 31, 32 umgibt. Die Federn 41, 42 enden als Finger, welche an den Schenkeln 11, 21 der Plattenteile 10, 20 befestigt sind.

Eine Anpassungsschaltung 50, die aus einer Vielzahl von Kondensatoren und Induktivitäten besteht, welche in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise angeordnet sind, ist zwischen den Kontaktpunkten 13, 23 und einem Koaxialkabel 51 angeschlossen, welches das durch die Antennenvorrichtung empfangene Signal zu einem Fernsehempfänger hin leitet. Die Impedanz eines typischen Koaxialkabels beträgt 75 Ohm. Die Anpassungsschaltung 50 paßt die Impedanz der Antennenvorrichtung an jene des Koaxial­ kabels 51 an.

Die oben beschriebene Antennenvorrichtung ist für den Einsatz als VHF-Antenne für einen Fernsehempfänger ge­ eignet.

Es ist möglich, außerdem eine UHF-Antenne in der die vorliegende Erfindung verkörpernden Antennenvorrichtung bereitzustellen. Zu diesem Zweck ist eine weitere Antenne, bestehend aus zwei leitenden Plattenteilen 61, 62, in der Ebene der Plattenteile 10, 20 angeordnet. Die Plattenteile 61, 62 sind generell trapezförmig ausgebildet, und sie verjüngen sich zu Kontaktpunkten 63, 64 an ihren benachbarten Enden. Eine Anpassungsschaltung 70 paßt die Impedanz der dritten Antenne an die Impedanz einer konventionellen flachen Zweidraht-Antennenleitung 71 an, welche in typischer Weise eine Impedanz von 300 Ohm aufweist.

Aus Fig. 2 geht hervor, daß dem zweiten Antennenelement ein Basisteil 100 zugeordnet ist, welches aus einem Kunststoff besteht, wie aus einem ABS-(Acrylonitril-butadien-styrol)-Mischpolymer. Die verschiedenen Plattenteile 10, 20, 61, 62 sind an dem Basisteil 100 durch Anschlußösen, durch thermisches Anschweißen oder durch andere geeignete Einrichtungen befestigt. Die Impedanzanpassungsschaltungen 50, 70 können auf Schaltungs- bzw. Leiterplatten hergestellt sein, welche ebenfalls an dem Basisteil 100 befestigt oder in diesem untergebracht sein können.

Das Basisteil 100 ist an einem Paar von Gelenkblöcken 111, 112 befestigt. Die Gelenkblöcke 111, 112 weisen Bohrungen auf, durch welche sich die Schenkel 31, 32 des Rahmens bzw. Bügels drehbar hindurcherstrecken. Die Enden der betreffenden Schenkel 31, 32 sind in einem Ansatz 100a drehbar gelagert, der in der Mitte am Basisteil 100 gebildet ist. Die Gelenkblöcke 111, 112 und der Ansatz 100a tragen den Rahmen bzw. Bügel drehbar bezüglich des Basisteils 100, um den Winkel R zwischen den Antennenelementen ändern zu können. Die Gelenkblöcke 111, 112 umfassen Nuten 131 für einen weiter unten noch beschriebenen Zweck. In der dem Gelenk abgewandten Schenkelseite des Basisteiles 100 ist eine Nut 132 vorgesehen. Der abgesetzte Abschnitt 34 des Rahmens bzw. Bügels vermag federnd in die Nut 132 einzutauchen, wenn der betreffende Bügel zur Lagerung eingeklappt ist (R=O) oder wenn die Antennenvorrichtung nicht in Gebrauch ist.

Das Basisteil 100 weist ferner eine nach unten abstehende Welle 141 auf. Eine Zahnscheibe 142 ist an einem Ansatz bzw. Vorsprung 143 angebracht, der mit dem Basisteil 100 zusammenhängend geformt ist. Die Welle 141, die in typischer Weise aus Metall besteht (für eine maximale Lebensdauer), ist in dem Vorsprung 143 eingebettet und von der Zahnscheibe 142 umgeben. Die Welle 141 stellt eine Aufsatz- bzw. Halterungseinrichtung für die Antennenvorrichtung dar. Ein Träger 151, der am Fernsehempfänger befestigt sein kann, weist ein in ihm geformtes Loch 152 auf, welches die Welle 141 drehbar aufnimmt. Die Antennenvorrichtung kann somit in der Ebene des Basisteiles 100 um die durch die Welle 141 bestimmte Achse gedreht dreht werden. Der Träger 151 weist ebenfalls eine Zahnscheibe 152 auf, welche der Zahnscheibe 142 ge­ genüberliegt und mit dieser zusammenwirkt, um eine unbeabsichtigte Drehung der Antennenvorrichtung zu verhindern. Wenn die Antennenvorrichtung ausgerichtet worden ist, wird sie in der betreffende Lage durch die Fixierungseinrichtung festgehalten, welche aus den Zahnscheiben 142, 153 besteht, und zwar ent­ gegen externen Drehkräften, wie sie durch das Koaxial­ kabel 51 ausgeübt werden, wenn die Antennenvorrichtung gedreht wird.

Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß eine Antennenvorrich­ tung gemäß der vorliegenden Erfindung sehr kompakt ist im Vergleich zu bekannten eindimensionalen Antennen. In typischer Weise ist die Gesamt-Umfangslänge 2 l der in Fig. 3 dargestellten betriebsfähigen Antenne etwas mehr als 1 m, was etwa das 0,3 bis 0,5fache der Wellenlänge der Signale im unteren VHF-Band ist. Bei einem derartigen Wert für die Länge 2 l gelangt die Antenne in Parallelresonanz für Signale mit einer Frequenz von etwa 150 MHz, deren Wellenlänge 2m beträgt. Es dürfte ferner einzusehen sein, daß die Abmessungen des Rahmens bzw. des Bügels und der Plattenteile 10, 20 - diese Abmessungen sind alle in mm angegeben - so sind, daß die L-förmigen Platteteile 10, 20 und die dazwischenliegenen Plattenteile 61, 62 innerhalb des Bügels liegen können, wenn dieser gefaltet ist.

Fig. 4 veranschaulicht in einem Kurvendiagramm den Verlauf des Widerstands R und der Reaktanz X in Ohm in Abhängigkeit von 2 l/λ, wobei 2 l die Umfangslänge eines Bügels bzw. Rahmens ist, wie dies in Fig. 3 veranschaulicht ist, und wobei λ die Wellenlänge des empfangenen Signals bedeutet. Wie in Fig. 4 veranschaulicht, ist bei einem Signal von etwa 100 MHz, dessen Wellenlänge etwa 3 m beträgt, die Reaktanz X induktiv; die Reaktanz wird kapazitiv bei einem Signal, von etwa 200 MHz, dessen Wellenlänge etwa 1,5 m beträgt. Die Widerstandskomponente beträgt etwa 10 Ohm bei 100 MHz und etwa 100 Ohm bei 200 MHz. Im oberen VHF-Band bei Frequenzen zwischen etwa 170 MHz und 222 MHz) kann eine derartige Antenne so ausgebildet sein, daß eine Breitbandresonanz aufgrund der Anpassungsschaltung 50 auftritt, womit das gesamte obere VHF-Band abgedeckt ist. Bezüglich des unteren VHF-Bandes (Frequenzen zwischen 90 MHz und 108 MHz) ist jedoch die Empfangsbandbreite vermindert, da der Strahlungswiderstand niedrig ist. Unter diesen Bedingungen kann weder das gesamte untere VHF-Band noch die geforderte 6-MHz-Bandbreite abgedeckt werden. Obwohl für Stehwellenverhältnisse von etwa 2 bis 3 die geforderte Kanalbandbreite er­ zielt werden kann, ist es dennoch nicht möglich, das gesamte untere VHF-Band abzudecken. Darüber hinaus ermöglicht bei der Antennenvorrichtung gemäß der vor­ liegenden Erfindung die Einstellbarkeit des Winkels R, die Koppelkapazität derart zu ändern, daß die Resonanz­ frequenz für jeden Kanal im unteren VHF-Band geändert werden kann, und ferner kann der gesamte untere VHF- Bandbereich durch die Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung abgedeckt werden.

Fig. 5 zeigt ein Smithsches Leitungsdiagramm, welches grafisch die Impedanzkurve der die vorliegende Erfindung verkörpernden Antenne für verschiedene Werte des Winkels Q veranschaulicht. Die in Fig. 5 vollausgezogene Linie stellt die Impedanz bei 180° dar, und die gestrichelte Linie stellt die Impedanz bei 0° dar. Die Impedanz ist für verschiedene Frequenzen (90 MHz, 93 MHz, 105 MHz und 220 MHz) veranschaulicht. Es sei darauf hingewie­ sen, daß die Impedanzkurven der Antenne für 0° und für 180° oberhalb einer gewissen Frequenz gleich sind.

Fig. 6 zeigt den Verlauf des Gewinn der Antennenvor­ richtung gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 6 veranschaulichen die vollausgezogenen Linien die Ver­ hältnisse bei der Antennenvorrichtung gemäß der vor­ liegenden Erfindung, und die gestrichelten Linien ver­ anschaulichen die Werte für eine bekannte Dipolantenne, nämlich schwenkbare Fernsehzimmerantenne, auch als sogenannte Hasenohren-Antenne bezeichnet. Die Fig. 6 veranschau­ licht dabei, daß die kleine, kompakte Antenne, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, Impedanz- und Gewinn-Kennlinien aufweist, welche vergleichbar sind mit den Kennlinien einer Dipolantenne, die Antennenelemente mit einer Länge von etwa 90 cm aufweist.

Die Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit im oberen Bandbereich von VHF-Signalen vom Breitband-Resonanztyp, und sie ist ferner bei jeder Kanalfrequenz im unteren Bandbereich der VHF-Signale in Resonanz, wodurch der Strahlungswiderstand klein ist, und zwar aufgrund der Fähigkeit, den Winkel R än­ dern zu können.

Es ist selbstverständlich im Stand der Technik bekannt, daß die Resonanzfrequenz einer Antenne mittels einer Varaktordiode geändert werden kann. Derartige Einrich­ tungen sind jedoch von Nachteil, da sie eine Steuer­ spannung erfordern, was die Kosten der Antenne erhöht, und da eine nichtlineare Verzerrung bei Vorhandensein des resultierenden elektrischen Feldes hervorgerufen werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung sind je­ doch derartige Kostenerhöhungen vermieden, und eine nichtlineare Verzerrung ist vermieden, da durch die Einstellung des Winkels R die Resonanzfrequenz der Antenne variiert wird. Ferner ermöglichen die Nuten 131 in den Blöcken 111, 112, den Winkel R so ein­ zustellen, daß er nicht unabsichtlich verändert wird.

Es dürfte einzusehen sein, daß der Gewinn der vorlie­ genden Antennenvorrichtung gesteigert ist, da die Schenkel 12, 22 der Platten 10 bzw. 20 sich zu den Kontaktpunkten 13 bzw. 23 hin verjüngen, so daß die Spannung an diesen Punkten erhöht ist. Die Schen­ kelteile 31 und 32 des Bügels bzw. Rahmens 30 erhöhen ebenfalls den Gewinn der Antennenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Im Rahmen der Erfindung können die beiden Antennenelemente in mehr als zwei Dimensionen ausgebildet bzw. hergestellt sein.

Claims (4)

1. Antennenvorrichtung mit einem drahtförmigen ersten Antennen­ element in Form etwa einer sich in einer ersten Ebene erstrecken­ den Schleife etwa rechteckiger Form, wobei die Enden der Schleife an ihrer Längsseite einen Abstand vonein­ ander aufweisen, und einem zweiten Antennenelement, das ge­ genüber dem ersten Antennenelement lageverstellbar angeord­ net und diesem elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Antennenelement aus einer Mehrzahl Platten­ teilen (10, 20) besteht, die in einer von der Ebene des er­ sten Antennenelements (30) differenten zweiten Ebene ange­ ordnet sind und von denen wenigstens zwei Platten­ teile L-förmig geformt sind mit ersten Schenkeln (12, 22), deren freie Enden aufeinanderzu gerichtet sind, und mit zwei­ ten Schenkeln (11, 21), die zu der Längsseite der Schleife hin gerichtet sind.

2. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Antennenelemente einer weiteren Antenne (61, 62) in der zweiten Ebene der Plattenteile (10, 20) zwi­ schen deren Schenkeln angeordnet sind.

3. Antennenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Antennenelement ein Basisteil (100) aus Kunststoff zugeordnet ist, an dem die L-förmigen Platten­ teile (10, 20) angebracht, insbesondere eingebettet sind.

4. Antennenvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anpassungsschaltung (50) vorgesehen ist, welche die Antennenimpedanz an die Impedanz einer Leitung (51) anpaßt, die ein Antennensignal wegzuführen gestattet.