DE3430659A1 - CABLE CONNECTION DEVICE FOR SYMMETRICAL ANTENNAS - Google Patents
CABLE CONNECTION DEVICE FOR SYMMETRICAL ANTENNASInfo
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Abstract
Description
Radiotechnisches WerkRadio technical work
Richard-Hirschmann-Str. 19 14.8.84Richard-Hirschmann-Str. 19 8/14/84
7300 Esslingen a.N. TPA/Strad/El7300 Esslingen a.N. TPA / Strad / El
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zum Anschluß eines Koaxialkabels an eine symmetrische Dipolantenne mit einem Umsymmetrierungs-
und gegebenenfalls einem Transformationsglied, weiteren z.B. zu Anpassungszwecken und/oder dem Schutz vor statischen Aufladungen
vorgesehenen Bauelementen, sowie Kabelanschlußelementen, bei der alle elektrischen und mechanischen Bauteile zusammen mit
den Antennenanschlußteilen in einem Gehäuse aus Isolierstoff angeordnet sind.
Eine solche, als Kabelanschlußdose bezeichnete Einrichtung ist z.B. aus der DE-PS 11 06 375 bekannt (vergleiche insbesondere Fig.
1 und 4, sowie zugehörige Beschreibung). Dieser zumindest bei Konsumantennen seit Jahren gebräuchliche, kostengünstige Aufbau
erfüllt zwar seine Aufgabe als Witterungsschutz für den Anschlußbereich
der Antenne und die elektrischen und mechanischen Bauteile, sowie als mechanische Befestigung des Antennenanschlußkabels
und der Antenne am Antennenträger. Durch die ungehinderte Einwirkung des elektrischen Dipolfeldes, das bei symmetrischen Dipolantennen
gerade an der Anschlußstelle am stärksten ist, auf die meist auf einer in der Dipolebene liegenden Platine angeordneten
elektrischen und mechanischen Bauteile (z.B. λ/2 Umwegleitung,
rt/4 Transformationsleitung, Spulen und Kondensatoren, sowie Kabelanschlußklemmen
oder Steckverbinderelemente) ergeben sich bei Antennen mit derartigen Kabelanschlußeinrichtungen jedoch unerwünschte
Nebenzipfel und Unsymmetrien des Antennendiagramms, die überdies aufgrund von Fertigungsstreuungen durch unsymmetrische
und zudem noch unterschiedliche Anordnung und Größe der genannten Bauteile in der Massenfertigung von Antenne zu Antenne verschieden
sind.The invention is based on a device for connecting a coaxial cable to a symmetrical dipole antenna with a rebalancing and possibly a transformation element, further components provided, for example, for adaptation purposes and / or protection against static charges, as well as cable connection elements in which all electrical and mechanical components come together are arranged with the antenna connection parts in a housing made of insulating material.
Such a device, referred to as a cable junction box, is known, for example, from DE-PS 11 06 375 (compare in particular FIGS. 1 and 4, and the associated description). This inexpensive structure, which has been used for years at least for consumer antennas, fulfills its task as weather protection for the connection area of the antenna and the electrical and mechanical components, as well as mechanical fastening of the antenna connection cable and the antenna to the antenna carrier. Due to the unimpeded effect of the electric dipole field, which is strongest at the connection point with symmetrical dipole antennas, on the electrical and mechanical components (e.g. λ / 2 detour line, rt / 4 transformation line, coils and capacitors), which are usually arranged on a board in the dipole plane , as well as cable connection terminals or connector elements), however, antennas with such cable connection devices result in undesirable side lobes and asymmetries in the antenna diagram, which are also different from antenna to antenna due to manufacturing variations due to asymmetrical and also different arrangement and size of the components mentioned in mass production.
Es sind zwar Kabelanschlußdosen bekannt (vgl. z.B. Meinke-Gundlach "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", dritte Auflage 1968, Seite 394, Abb. 18.11 a oder den Aufsatz in "Antennas and Propagation", 1959, vgl. insbesondere Fig. 11, Seite 154), bei denen diese Aus-Wirkungen durch vollständige metallische Kapselung in einem Symmetriertopf bzw. zusätzlich durch damit leitend verbundene, die Dipole an den Anschlußstellen umfassende λ,/4-lange Metallhülsen vermieden sind. Diese Ausführungen sind jedoch sehr teuer und eignen sich allenfalls für Sonderanwendungen (z.B. Meßantennen) aber nicht für Serienantennen insbesondere des nicht kommerziellen Bereiches. Cable junction boxes are known (see e.g. Meinke-Gundlach "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", third edition 1968, page 394, Fig. 18.11 a or the article in "Antennas and Propagation", 1959, see in particular Fig. 11, page 154), in which these off effects are achieved through complete metallic encapsulation in a balancing pot or additionally through λ, / 4-long metal sleeves that are conductively connected to it and encompass the dipoles at the connection points are avoided. However, these designs are very expensive and are only suitable for special applications (e.g. measuring antennas) not for serial antennas, especially in the non-commercial area.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 auf möglichst einfache und kostengünstige für die Mengenherstellung geeignete Weise die schädlichen Wirkungen ungenauer Herstellung einerseits und des Antennenfeldes auf die elektrischen und mechanischen Bauteile andererseits sicher zu vermeiden.The invention is based on the object of making a device according to the preamble of claim 1 as simple and inexpensive as possible in a manner suitable for volume production, the harmful effects of inaccurate production on the one hand and the antenna field on the other hand, to safely avoid the electrical and mechanical components.
Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die elektrischen und mechanischen Bauteile von zwei zur Dipolebene etwa senkrechten, symmetrisch zu deren Mittelebene angeordneten, am dipolfernen Ende leitend miteinander verbundenen Metallflächen seitlich möglichst vollständig umfaßt sind, deren Länge - 1/4 der mittleren Betriebswellenlänge ist und deren Höhe wenigstens etwa das 0,3-fache der Länge beträgt.This object is achieved in that the electrical and mechanical Components of two approximately perpendicular to the dipole plane, arranged symmetrically to the center plane thereof, conductive at the end remote from the dipole metal surfaces connected to one another are laterally encompassed as completely as possible, the length of which is 1/4 of the mean operating wavelength and the height of which is at least about 0.3 times the length.
Sofern die elektrischen und mechanischen Bauteile auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind, umfassen die Metallflächen diese möglichst auf ihrer ganzen Länge und überragen die Platinenoberflächen, auf denen die Bauteile angeordnet sind, nach Möglichkeit über die 30°ό der Länge hinaus soweit es die Gehäusehöhe erlaubt. Der erfindungsgemäße Aufbau in der Art einer kurzgeschlossenen λ/4.-Leitung (Lecherleitung) bewirkt, daß die am offenen Ende maximale elektrische Feldstärke in Richtung zum Kurzschluß hin bis auf Null abnimmt, wobei die Feldlinien von den Metallflächen zu den Dipolanschlüssen hin verlaufen und darüberhinaus die Feldstärke mit kleiner werdendem gegenseitigen Abstand der Metallflächen abnimmt.Provided that the electrical and mechanical components are on a common PCB are arranged, the metal surfaces encompass them as possible over their entire length and protrude beyond the PCB surfaces, on which the components are arranged, if possible over 30 ° ό of the length as far as the housing height allows. The structure according to the invention in the form of a short-circuited λ / 4th line (Lecher line) causes the maximum electric field strength at the open end in the direction of the short circuit down to zero decreases, with the field lines running from the metal surfaces to the dipole connections and the field strength as well as the mutual distance between the metal surfaces decreases.
Auf diese Weise ist der Innenraum zwischen den Metallflächen weitgehend vom Dipolfeld entkoppelt, sodaß - insbesondere bei Anordnung der Bauteile in der Mittelebene und an dem dipolfernen Endbereich - die störende Feldbeeinflussung nur noch minimal ist. Außerdem enden die elektrischen Dipolfeldlinien auf den mechanisch definierten Oberflächen der symmetrisch angeordneten Metallflächen. Diese beiden Eigenschaften des erfindungsgemäßen, gegenüber der bekannten vollständigen Kapselung äußerst kostengünstigen Aufbaus ermöglichen die Serienherstellung von derartigen Antennen, die unabhängig von Unsymmetrien der Bauteileanordnung an sich, von durch Fertigungsstreuungen verursachten unterschiedlichen Lagen der Bauteile sowie deren Größe ein absolut symmetrisches Diagramm • mit hoher Nebenzipfeldämpfung (-30 dB) und eine hohe Rückflußdämpfung (-20 dB) aufweisen. Die Konstruktion beinhaltet also trotz der günstigen elektrischen Werte eine große Freiheit bei der Wahl der Lage und Größe der elektrischen und mechanischen Bauteile (beispielsweise können billige und stabile große Metallklemmen zum Kabelanschluß verwendet werden), sodaß eine äußerst kostengünstige Herstellung ermöglicht ist.In this way, the interior space between the metal surfaces is largely decoupled from the dipole field, so that - especially when the components are arranged in the center plane and at the end area remote from the dipole - the disturbing field influence is only minimal. In addition, the electrical dipole field lines end on the mechanically defined ones Surfaces of the symmetrically arranged metal surfaces. These two properties of the invention, compared to the known complete encapsulation of extremely cost-effective structure enable the series production of antennas of this type which independent of asymmetries of the component arrangement per se, of different layers caused by manufacturing deviations of the components and their size an absolutely symmetrical diagram • with high side lobe attenuation (-30 dB) and high return loss (-20 dB). In spite of the favorable electrical values, the design therefore offers a great deal of freedom in the Choice of location and size of electrical and mechanical components (for example, cheap and sturdy large metal clamps be used for cable connection), so that an extremely inexpensive production is possible.
Ein einfacher und stabiler Aufbau der erfindungsgemäßen Metallflächen
in Form einer Kammer ist in Anspruch 2 angegeben, wobei eine Ausführung gemäß Anspruch 3 besonders geeignet für die
Serienfertigung und damit kostengünstig ist. Bei Verwendung einer Platine zur Aufnahme der elektrischen und mechanischen Bauteile
kann diese zweckmäßigerweise an dem U-förmigen Blechteil befestigt
werden und bildet mit diesem zusammen auch bei Benutzung eines dünnen Bleches eine mechanisch stabile Einheit.
Die durch eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 erzielte
Sperrtopfwirkung ergibt im Resonanzfall, bei dem die Seitenwände und der im Inneren der Kammer angebrachte Teil des koaxialen
Anschlußkabels eine Länge von etwa Ä./4 aufweisen, bereits eine
gute Mantelwellenunterdrückung.
Diese Wirkung ist bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung nach Anspruch 5 derart verstärkt, daß die Mantelwellensperre
auch breitbandiy mit ausreichender Mantelwellenunterdrückung funktioniert.A simple and stable structure of the metal surfaces according to the invention in the form of a chamber is specified in claim 2, an embodiment according to claim 3 being particularly suitable for series production and thus inexpensive. If a circuit board is used to hold the electrical and mechanical components, it can expediently be attached to the U-shaped sheet metal part and together with it forms a mechanically stable unit even when a thin sheet metal is used. The barrier effect achieved by an embodiment of the invention according to claim 4 already results in good sheath wave suppression in the case of resonance in which the side walls and the part of the coaxial connection cable attached inside the chamber have a length of about λ / 4.
This effect is reinforced in an embodiment of the device according to the invention according to claim 5 such that the standing wave barrier also functions broadly with sufficient standing wave suppression.
Eine höhere Güte und damit Verbesserung der elektrischen Eigenschaften
ist durch eine in Anspruch 6 beschriebene Ergänzung der erfindungsgemäßen Metallflächen zu einem Topf erreichbar (bei sehr
flachen Gehäusen sind damit u.U. die zu Anspruch 1 beschriebenen Vorteile erst in vollem Umfange gegeben). Dabei ist die Erhöhung
des Aufwandes bei Verwendung billigen Rohrmaterials gering. Die in den Ansprüchen 7 und 8 angegebene Lösung, als Metallflächen·
keine gesonderten Bauteile zu verwenden, sondern dafür die sowieso vorhandenen Gehäuseinnenwände direkt oder als Metallbelagsträger
(Metallisierung oder aufgebrachte Metallfolie) zu benutzen, ist platzsparend und in vielen Fällen auch besonders kostengünstig. Die
anschlußseitigen Endteile der Dipole sind dabei natürlich isoliert durch die Seitenwände geführt.
Mit Hilfe der in Anspruch 9 angeführten Mittel zur elektrischen Verlängerung der seitlichen Metallflächen ist auf einfache und
wirkungsvolle Weise auch bei einem kleinen Gehäuse ein optimaler Einsatz der Erfindung ermöglicht, wobei der Idealfall λ,/4-langer
Kammern ein in deren Innenraum extrem abgeschwächtes Feld gewährleistet. Besonders günstig ist dabei eine Realisierung der Induktivität
gemäß Anspruch 10, die ganz besonders für eine billige Mengenherstellung geeignet ist.A higher quality and thus an improvement in the electrical properties can be achieved by adding the metal surfaces according to the invention to a pot as described in claim 6 (in the case of very flat housings, the advantages described in relation to claim 1 may only be given in full). The increase in the effort when using cheap pipe material is low. The solution specified in claims 7 and 8, not to use separate components as metal surfaces, but to use the already existing housing interior walls directly or as a metal covering carrier (metallization or applied metal foil), is space-saving and in many cases also particularly cost-effective. The connection-side end parts of the dipoles are naturally insulated through the side walls.
With the aid of the means listed in claim 9 for the electrical extension of the lateral metal surfaces, an optimal use of the invention is made possible in a simple and effective manner even with a small housing, the ideal case λ, / 4-long chambers ensuring an extremely weakened field in their interior . A realization of the inductance according to claim 10, which is particularly suitable for inexpensive mass production, is particularly favorable.
Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kabelanschlußeinrichtung für einen nur teilweise dargestellten gestreckten Dipol. Dabei ist Fig. 2 eine Draufsicht bei geöffnetem Gehäuse ohne Bauteileträger und Fig. 2 eine teilweise geschnittene seitliche Ansicht.The figures show an embodiment of the cable connection device according to the invention for one only partially shown elongated dipole. FIG. 2 is a top view with the housing open without a component carrier, and FIG. 2 is a partially sectioned one side view.
In ein Kunststoffgehäuse 1 mit Gewindebohrungen 2 zur Schraubbefestigung eines nicht dargestellten Deckels sind die den Antennenanschluß bildenden, ein Gewindeteil 3 aufweisenden freien Endteile 4 des gestreckten Dipols 5 eingeführt und mittels je einer Mutter 6 befestigt. Über eine Kabelverschraubung 7 ist außerdem ein Koaxialkabel 8 dicht und zugentlastet eingeführt.In a plastic housing 1 with threaded holes 2 for screw mounting of a cover (not shown) are the free end parts which form the antenna connection and have a threaded part 3 4 of the elongated dipole 5 introduced and fastened by means of a nut 6 each. A cable gland 7 is also a Coaxial cable 8 inserted tightly and with strain relief.
Der elektrische Anschluß sowohl des Dipols 5 über eine λ/2-Umwegleitung 9 zur Umsymmetrierung und eine ^A-TransformationsleitungThe electrical connection of both the dipole 5 via a λ / 2 detour line 9 for balancing and a ^ A transformation line
10 zur Impedanzanpassung an das Koaxialkabel 8 erfolgt mittels einer einseitig kaschierten, auf einem Abstandsstück 11 und mit Schrauben 12 auf den Endteilen 4 in der Dipolebene auf halber Gehäusehöhe befestigten Platine 13. Das Koaxialkabel 8 ist darauf mit Hilfe je einer Schraubklemme 14, 15 für den Außenleiter 1< > und den Innenleiter 17 mechanisch und elektrisch angeschlossen. Weiterhin sind auf der Platine zwei Spulen 18 zur Verhinderung statischer Aufladungen sowie ein Anpassungskondensator 19 vorgesehen. Die Platine 13 ist von einem an ihr anliegenden, zum Dipolanschluß hin offenen U-förmigen Blechteil 20 mit parallelen, zur Dipolebene bzw. Platine senkrechten Seitenwänden 21 und einem dazu senkrecht verlaufenden Basisteil 22 eng umfaßt. Die etwa ^/4-langen Seitenwände 21 reichen fast bis an die Dipolanschlußenden 4 heran, die Höhe des Blechteils 20 entspricht annähernd der nutzbaren Innenhöhe des Gehäuses 1.10 for impedance matching to the coaxial cable 8 takes place by means of a Laminated on one side, on a spacer 11 and with screws 12 on the end parts 4 in the dipole plane at half the housing height attached circuit board 13. The coaxial cable 8 is on it with the help of a screw terminal 14, 15 for the outer conductor 1 < > and the inner conductor 17 mechanically and electrically connected. Farther there are two coils 18 on the board to prevent static Charges and a matching capacitor 19 are provided. The circuit board 13 is from a resting against it, to the dipole connection U-shaped sheet metal part 20, which is open towards the end, has parallel side walls 21 perpendicular to the dipole plane or plate and one perpendicular thereto extending base part 22 closely includes. The roughly ^ / 4-long side walls 21 reach almost up to the dipole connection ends 4, the height of the sheet metal part 20 corresponds approximately to the usable interior height of the housing 1.
Das Gehäuse 1 mit dem Dipol 5 ist mit einer Schraubverbindung 23 sowie einer in einen Gewindedurchzug des Abstandsstücks 11 eingedrehten Schraube 24 an einem metallischen Winkelstück 25 angebracht, das Bohrungen 26 zur Schraubbefestigung an einem Antennenträger aufweist.The housing 1 with the dipole 5 is screwed with a screw connection 23 and one screwed into a thread opening of the spacer 11 Screw 24 attached to a metallic angle piece 25, the holes 26 for screw attachment to an antenna carrier having.
Antennenträger, Winkelstück 25, Abstandsstück 11, Basisteil 22, Außenleiter 16 und der Massebelag der Platine 13 sind damit leitend
verbunden.
Aufbau und Anordnung des U-förmigen Blechteils 20, sowie die beschriebenen Masseverbindungen bewirken auf kostensparende Weise
einerseits eine breitbandige Mantelwellensperre und zum anderen, daß die elektrischen sowie mechanischen Bauteile weitgehend
vom elektrischen Dipolfeld unbeeinflußt sind und die Feldlinien auf eine definierte Oberfläche auftreffen, wodurch weitgehend unabhängig
von der Größe und Anordnung der Bauteile reproduzierbar bei hoher Symmetrie des Antennendiagramms eine Nebenzipfeldämpfung
von - 30 dB und eine Rückflußdämpfung von - 20 dB erreicht ist.Antenna support, angle piece 25, spacer 11, base part 22, outer conductor 16 and the ground layer of board 13 are conductively connected to it.
The structure and arrangement of the U-shaped sheet metal part 20, as well as the earth connections described, result in a cost-saving way on the one hand, a broadband standing wave barrier and, on the other hand, that the electrical and mechanical components are largely unaffected by the electrical dipole field and the field lines impinge on a defined surface, which is largely independent depending on the size and arrangement of the components, reproducible with high symmetry of the antenna diagram, a side lobe attenuation of - 30 dB and a return loss of - 20 dB is achieved.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8130 | Withdrawal |