AT501350B1

AT501350B1 - BROADBAND CIRCULAR ANTENNA

Info

Publication number: AT501350B1
Application number: AT0018905A
Authority: AT
Original assignee: Arc Seibersdorf Res Gmbh
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2005-02-04
Publication date: 2007-01-15
Also published as: AT501350A1; DE102006004806A1; DE102006004806B4; DE102006004806B9

Description

2 AT 501 350 B12 AT 501 350 B1

Die Erfindung bezieht sich auf eine Breitband-Rundstrahlantenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a broadband omnidirectional antenna according to the preamble of claim 1.

Aus der US 3829863 ist eine Antenne der eingangs genannten Art bekannt. 5From US 3829863 an antenna of the type mentioned is known. 5

Ferner ist aus der FR 2816442 A1 ein Fernsehantennenkabel bekannt, dessen Ummantelung eine geflochtene Abschirmung aus Kupfer besitzt; eine derartige Ummantelung ist nicht hochfrequenzabsorbierend sondern reflektiert auf das Kabel von außen auftreffende hochfrequente Strahlung. Der Einsatz eines derartigen Kabels für Breitband-Rundstrahlantennen ist nicht io möglich.Furthermore, from FR 2816442 A1 a television antenna cable is known, whose casing has a braided shield made of copper; such a sheath is not high frequency absorbing but reflects on the cable from the outside incident high-frequency radiation. The use of such a cable for broadband omni-directional antennas is not possible io.

Bei Rundstrahlantennen sind je nach dem vorgesehenen Frequenzbereich verschiedene Antennenkörper bekannt, die entweder über eine Koaxialleitung, wobei an dem Mittelleiter ein Antennenkörper und an dem den Mittelleiter umgebenden Außenleiter der zweite Antennenkör-15 per angeschlossen ist, oder über eine symmetrische Speiseleitung, aufgebaut aus zwei asymmetrischen Koaxialleitungen, angeschlossen sind. Allerdings ergibt sich bei höheren Betriebsfrequenzen, insbesondere bei Frequenzen von mehr als 1 GHz, das Problem, dass die Abstrahlungscharakteristik einer solchen Antenne erhebliche Verzerrungen zeigt. 20 Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Rundstrahlantenne der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, die auch bei höheren Betriebsfrequenzen eine Abstrahlungscharakteristik zeigt, die nur geringe Verzerrungen aufweist. Die Erfindung setzt sich insbesondere zum Ziel, die Richtcharakteristik von Breitband-Rundstrahlantennen zu optimieren, insbesondere die Antennen frei von Reflexionen zu halten, die an den Speiseleitungen auftre-25 ten.In the case of omnidirectional antennas, various antenna bodies are known, either via a coaxial line, wherein an antenna body is connected to the center conductor and the second antenna element 15 is connected to the outer conductor surrounding the center conductor, or via a symmetrical feed line constructed from two asymmetric conductors Coaxial cables are connected. However, at higher operating frequencies, in particular at frequencies of more than 1 GHz, the problem arises that the radiation characteristic of such an antenna shows considerable distortions. 20 The aim of the invention is to avoid these disadvantages and to propose an omnidirectional antenna of the type mentioned, which shows a radiation characteristic even at higher operating frequencies, which has only small distortions. The invention is particularly aimed at optimizing the directional characteristic of broadband omnidirectional antennas, in particular to keep the antennas free from reflections that occur at the supply lines.

Erfindungsgemäß werden diese Ziele bei einer Breitband-Rundstrahlantenne der eingangs erwähnten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 erreicht. 30 Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird sichergestellt, dass die von den Antennenkörpern abgestrahlten Wellen von der bzw. den Speiseleitung(en) kaum von dieser bzw. diesen reflektiert werden, wodurch Verzerrungen in der Abstrahlcharakteristik der Antenne weitgehend vermieden werden. 35 Durch die vorgeschlagene Dicke der Ummantelung ergeben sich eine besonders gute Dämpfung der Reflexionen und daher nur sehr geringe Verzerrungen der Abstrahlcharakteristik, auch wenn die Antenne mit hohen Frequenzen von mehr als 1 oder 2 GHz betrieben werden.According to the invention, these objects are achieved in a broadband omnidirectional antenna of the type mentioned by the characterizing features of claim 1. The proposed measures ensure that the waves emitted by the antenna bodies are hardly reflected by the feed line (s), so that distortions in the radiation characteristic of the antenna are largely avoided. The proposed thickness of the sheath results in a particularly good attenuation of the reflections and therefore only very small distortions of the radiation characteristic, even if the antenna are operated at high frequencies of more than 1 or 2 GHz.

Ferner ergibt sich eine sehr einfach herstellbare hochfrequenzabsorbierende Umhüllung. Dabei 40 können die Kohlenstoffpartikel bei Verwendung eines offenporigen PU-Schaumes einfach in der Weise eingebracht werden, dass der Schaum zusammengepresst und in eine Flüssigkeit getaucht, in der die Kohlenstoffpartikel dispergiert sind, und expandieren gelassen wird. Bei Verwendung eines geschlossenporigen Polystyrolschaumes können die Kohlenstoffpartikel in die aufzuschäumende Masse eingemischt werden. 45Furthermore, there is a very easy to produce high-frequency absorbing enclosure. Incidentally, by using an open-pore PU foam, the carbon particles may be simply introduced in such a manner that the foam is compressed and dipped in a liquid in which the carbon particles are dispersed and allowed to expand. When using a closed-cell polystyrene foam, the carbon particles can be mixed into the foamable mass. 45

Durch diese Maßnahmen des Anspruches 2 wird sichergestellt, dass der Abstand zwischen den Antennenkörpern und der Ummantelung in einer Größe gehalten wird, die zu gering ist, um merkbare und die Abstrahlcharakteristik beeinflussende Reflexionen zu ermöglichen. so Um einen unnötigen Aufwand bei der Ummantelung zu vermeiden, ist es zweckmäßig die Merkmale des Anspruches 3 vorzusehen. Eine derartige Länge der Ummantelung ist ausreichend um störende Reflexionen durch die Speiseleitung zu vermeiden.By these measures of claim 2 it is ensured that the distance between the antenna bodies and the sheath is kept in a size which is too small to allow appreciable and the radiation characteristic influencing reflections. Thus, in order to avoid an unnecessary effort in the casing, it is expedient to provide the features of claim 3. Such a length of the sheath is sufficient to avoid disturbing reflections through the feed line.

Durch die Merkmale des Anspruches ergibt sich der Vorteil, dass auch bei niedrigeren Betriebs-55 frequenzen Verzerrungen der Abstrahlcharakteristik vermieden werden, weil bei niedrigeren 3 AT 501 350 B1Due to the features of the claim has the advantage that even at lower operating frequencies 55 distortions of the radiation characteristic can be avoided because at lower 3 AT 501 350 B1

Betriebsfrequenzen die Ummantelung weniger wirksam wird.Operating frequencies the sheath becomes less effective.

Dabei ist es vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 5 vorzusehen. Dabei bewirken die Ferritringe eine Unterteilung der Länge der Speiseleitung(en), wodurch sich entsprechend geringe 5 Verzerrungen der Abstrahlcharakteristik ergeben. Statt der Ferritringe können auch Ferritpartikel in die Ummantelung eingebettet sein. So ist es auch möglich, neben den Kohlenstoffpartikel auch Ferritpartikel in der oben beschriebenen Weise einzubringen.It is advantageous to provide the features of claim 5. The ferrite rings cause a subdivision of the length of the feed line (s), resulting in correspondingly small 5 distortions of the radiation characteristic. Instead of the ferrite rings and ferrite particles may be embedded in the sheath. Thus, it is also possible to introduce not only the carbon particles but also ferrite particles in the manner described above.

Durch die Merkmale der Ansprüche 6 und 7 ergibt sich der Vorteil einer einfachen Aufbringung io der Ummantelung. Es ist aber auch möglich die Ummantelung zweiteilig in Form von Halbschalen aufzubringen.Due to the features of claims 6 and 7, there is the advantage of a simple application io the sheath. But it is also possible to apply the sheath in two parts in the form of half shells.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: 15 Fig. 1 ein Diagramm, das die Abstrahlung einer Breitband-Rundstrahlantenne mit und ohne einer Ummantelung zeigt,The invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. 1 is a diagram showing the radiation of a broadband omnidirectional antenna with and without a sheath,

Fig. 2 bis 5 schematisch verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Rundstrahlantennen. 20 Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die dreidimensionale Abstrahlungscharakteristik einer Breitband-Rundstrahlantenne. Dabei entspricht die Kurve 1 einer erfindungsgemäßen Rundstrahlantenne 100 mit einer Ummantelung 300 aus hochfrequenzabsorbierendem Material. Die Kurve 2 entspricht dabei einer herkömmlichen Rundstrahlantenne ohne Ummantelung der Speiseleitung. Dabei zeigt die Kurve 2 erhebliche Verzerrungen der Abstrahlcharakteristik, die durch die 25 Abweichungen von einer glatten Nierenform gekennzeichnet sind. Diese Abweichungen sind zumeist durch Reflexionen der von den Antennenkörpern abgestrahlten Wellen, insbesondere an der(n) Speiseleitung(en) bedingt.Fig. 2 to 5 schematically different embodiments of inventive omnidirectional antennas. FIG. 1 shows a section through the three-dimensional radiation characteristic of a broadband omnidirectional antenna. In this case, the curve 1 corresponds to an omnidirectional antenna 100 according to the invention with a casing 300 made of high-frequency-absorbing material. The curve 2 corresponds to a conventional omnidirectional antenna without sheathing the feed line. In this case, the curve 2 shows significant distortions of the radiation characteristic, which are characterized by the 25 deviations from a smooth kidney shape. These deviations are usually due to reflections of the waves emitted by the antenna bodies, in particular at the feed line (s).

Die Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rundstrahlantenne 100. 30 Diese weist zwei konusförmige Antennenkörper 101, 102 auf, wobei der Antennenkörper 101 an einen Mittelleiter 201 einer Speiseleitung 200 angeschlossen ist. Der zweite Antennenkörper 102 ist an einen Außenleiter 202 der Speiseleitung 200 angeschlossen. Die Speiseleitung 200, die an einen Stecker 203 angeschlossen ist, ist mit einer Ummantelung 300 versehen, die aus einem hochfrequenzabsorbierendem Material hergestellt ist. 35FIG. 2 shows a first embodiment of an omnidirectional antenna 100 according to the invention. This has two cone-shaped antenna bodies 101, 102, wherein the antenna body 101 is connected to a center conductor 201 of a feed line 200. The second antenna body 102 is connected to an outer conductor 202 of the feed line 200. The feed line 200, which is connected to a plug 203, is provided with a sheath 300 made of a high frequency absorbing material. 35

Die Ummantelung weist dabei zweckmäßigerweise eine Länge von λ bis 10 λ auf, wobei die Dicke der Ummantelung vorzugsweise λ /20 bis λ /5 beträgt.The sheath expediently has a length of λ to 10 λ, wherein the thickness of the sheath is preferably λ / 20 to λ / 5.

Ein solches Material kann z.B. aus Kunststoff, insbesondere Kunststoffschaum, vorzugsweise 40 einem offenporigen PU-Schaum gebildet sein, in dem Kohlenstoffpartikel eingebettet sind. Dabei können die Kohlenstoffpartikel dadurch in den Schaumstoff eingebracht werden, dass dieser im komprimierten Zustand in eine Flüssigkeit, in der Kohlenstoffpartikel dispergiert sind, getaucht und darin entspannt wird, wodurch die Kohlenstoffpartikel in die offenen Poren des Schaumstoffs eindringen. Bei einem geschlossenzeiligen Polystyrolschaum können die Kohlen-45 Stoffpartikel in das aufzuschäumende Ausgangsmaterial eingebracht werden, wonach dieses mit den Kohlenstoffpartikel versetzte Material anschließend aufgeschäumt wird.Such a material may e.g. be made of plastic, in particular plastic foam, preferably 40 an open-pore PU foam, are embedded in the carbon particles. In this case, the carbon particles can be introduced into the foam in that it is immersed in the compressed state in a liquid in which carbon particles are dispersed, and is expanded therein, whereby the carbon particles penetrate into the open pores of the foam. In a closed-line polystyrene foam, the carbon-carbon particles can be introduced into the starting material to be foamed, after which this material mixed with the carbon particles is subsequently foamed.

Durch die Ummantelung 300 werden Reflexionen der von den Antennenkörpern 101, 102 abgestrahlten Wellen an der Speiseleitung 200 gedämpft bzw. vermieden, die zu Verzerrungen so der Abstrahlcharakteristik führen.Reflections of the waves emitted by the antenna bodies 101, 102 on the feed line 200 are attenuated or avoided by the jacket 300, which leads to distortions of the emission characteristic.

Die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rundstrahlantenne 100 nach der Fig. 3 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 2 dadurch, dass die Achse der Antennenkörper 101, 102 senkrecht zur Speiseleitung 200 verläuft. Dabei beträgt der Grenzabstand a zwischen dem den 55 Antennenkörpern 101, 102 zugekehrten Ende der Umhüllung 300 und den AntennenkörpemThe embodiment of an omnidirectional antenna 100 according to the invention according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 2 in that the axis of the antenna bodies 101, 102 runs perpendicular to the feed line 200. In this case, the limit distance a between the 55 antenna bodies 101, 102 facing the end of the enclosure 300 and the Antennenkörpem

Claims

4 AT 501 350 B1 expediently λ / 20 to λ / 5. The embodiment of an omnidirectional antenna 100 according to the invention according to FIG. 4 essentially corresponds to that according to FIG. 3, but a balun 400 is provided near the antenna bodies 101, 102. In this case, the envelope 300 of the feed line 200 extends to a limit distance a of λ / 20 to λ / 5 to the balun 400 zoom. In the embodiment according to FIG. 5, a symmetrical feed line constructed of two asymmetrical coaxial lines 200 is provided, to which the two antenna bodies 101 and 102 are connected. A balun 400 is disposed near the plug 203. Furthermore, a common casing 300 of high-frequency-absorbing material is provided, which reaches up to a limit distance a to the antenna body 101,102. However, it can also be provided to provide each of the two symmetrical feeders 200 with a sheath 300. An omnidirectional antenna 100 according to the invention can be used for frequencies above 400 MHz, with no upward restrictions and the preferred frequency range between 2 GHz and 80 GHz, in which region the casing 300 contains only carbon particles. Foams are advantageously used with er = 3 - 20, pr = 0.8 to 1.2, preferably about 1.0, and tan δ = 0 At operating frequencies of the omnidirectional antenna 100 between 400 MHz and 2 GHz, it is expedient either on or in add additional ferrite particles to the cladding, or attach ferrite rings to the cladding. As a result, distortion of the radiation characteristic is reduced in this frequency range, in which the jacket coated with carbon particles is less effective, and at higher frequencies, the effectiveness of the ferrite decreases in order to reduce distortions. 1. Broadband omnidirectional antenna for higher operating frequencies, in particular 1 to 100 GHz, preferably 2 to 80 GHz with two antenna bodies (101, 102) which are each connected to a feed line (200), wherein optionally the two feed lines (200) a center conductor (201) connected to said one antenna body (101) and having a sheath conductor (202) electrically insulated from and surrounding said center conductor (201) and connected to said other antenna body (102) the surface of the feed line (s) (300) optionally ferrites are arranged, characterized in that each of the feed lines (200) or the feed lines together in the antenna near area with a high frequency absorbing sheath (300) made of plastic, in particular a foamed material, such as open-pore PU foam or closed-cell polystyrene foam, in which carbon particles are dispersed, is provided, whose thickness is λ / 30 to λ / 2, preferably λ / 20 to λ / 5.

2. omnidirectional antenna according to claim 1, characterized in that the sheath (300) on the feed line (s) (200) to form a limit distance (a) of λ / 30 to λ / 2, preferably λ / 20 to λ / 5, to the antenna bodies (101, 102) is arranged.

3. omnidirectional antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the length of the sheath (300), which starts at a limit distance (a) from the antenna bodies (101, 102), 1 / λ to 10 / λ. 5 AT 501 350 B1

4. omnidirectional antenna according to one of claims 1 to 3, characterized in that for operating frequencies less than 1 to 2 GHz, in particular 400 MHz to 1 GHz, the sheath (300) in addition to carbon particles and ferrite material, e.g. dispersed ferrite particles.

5. omnidirectional antenna according to claim 4, characterized in that the ferrite material in the form of spaced-apart rings on the sheath (300) is applied.

6. omnidirectional antenna according to one of claims 1 to 5, characterized in that the sheath (300) is integrally formed.

7. omnidirectional antenna according to one of claims 1 to 6, characterized in that the casing (300) is cylindrical and optionally foamed on the feed line (200) or wound in the form of at least one layer around the feed line (s) (200) around is. For this purpose 2 sheets of drawings