DE3855218T2 - Breitbandantenne - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Breitbandantenne, und insbesondere eine Verbesserung einer für ein motorgetriebenes System geeigneten Antenne für AM-, FM- und Autotelefon-Frequenzen.
• Als Autoantennen nach dem Stand der Technik zum Empfang verschiedener Frequenzen gibt es in JP-U-60-100928, JP-P- 62-179202A und JP-P-62-245805A offenbarte Anordnungen, bei denen alle Stäbe, die die Antenne bilden, durch ein motorbetriebenes System aus- und eingefahren werden.
• Ein Problem der Antennen nach dem Stand der Technik ist, daß ein stromführendes Kabel in damit verbundenen Stäben während ihrer Einfahrbewegungen gestriffen wird, und dies verursacht oftmals eine Fehlfunktion. Weitere Nachteile sind, daß die Richtungsverteilung und die Verstärkung unzureichend sind, und daß der Aufbau kompliziert und teuer ist.
• Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, eine Breitbandantenne zur Verfügung zu stellen, die frei von Wickelproblemen ist und eine einfache preiswerte Anordnung und eine hohe Verstärkung aufweist.
• Es ist aus US-A-4675687 bekannt, eine Breitbandantenne zum Empfang von mehreren verschiedenen Frequenzen bereitzustellen, welche umfaßt: einen ersten Stab; einen an den ersten Stab über einen Phasenschieber für relative Ausfahr- und Einziehbewegungen gekoppelten zweiten Stab ; einen dritten Stab, geeignet um damit den ersten und zweiten Stab aufzunehmen und zu lagern; ein außerhalb des dritten Stabes angeordnetes Außenrohr, um den dritten Stab unbeweglich zu tragen, wobei das Außenrohr von einer geerdeten Platte getragen wird und durch diese Platte geerdet wird, und wobei das Außenrohr und der dritte Stab so angeordnet sind, daß eine Impedanzanpassung hergestellt wird; und eine an den dritten Stab angeschlossene stromführende Leitung, wobei der erste Stab an einen Endbereich des zweiten Stabes gekoppelt ist.
• Eine Breitbandantenne entsprechend der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber ein in den Endbereich des zweiten Stabes eingefügtes dielektrisches Element ist, und daß das dielektrische Element mit entweder dem ersten oder dem zweiten Stab derart zusammenwirkt, daß eine jeweilige Aussparung dazwischen gebildet wird.
• Ein Vorteil einer derartigen Antenne ist, daß der Einschluß einer Aussparung es erlaubt, die effektive dielektrische Konstante des dielektrischen Elements zu verändern, um die Antennenverstärkung und Phase so zu verändern, daß der Hauptstrahlungswinkel und die Größe der Seitenstrahlungskeule geändert werden kann.
• Da der dritte Stab und das Außenrohr eine Anordnung nach Bauart einer offenen Falle (engl.: open trap) aufweisen, um eine Impedanzanpassung herzustellen, und der Stromzufuhrpunkt am dritten Stab fixiert ist, sind der erste und der zweite Stab - wenn diese beispielsweise durch einen Motor in die bezüglich des dritten Stabes voll ausgefahrenen Positionen gefahren werden - geeignet zum Empfang von AM-, FM- und Autotelefonfrequenzen. Weil das stromführende Kabel mit dem stationären dritten Stab verbunden ist, gibt es ferner keine Möglichkeit, daß das Kabel durch die Stäbe in einer Blockierung hängenbleibt. Daneben wird eine hohe Verstärkung hergestellt, weil der Phasenschieber zwischen dem ersten und dem zweiten Stab vorgesehen ist.
• Figuren 1 bis 4 sind schematische Ansichten, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigen;
• Figur 5 zeigt einen herkömmlichen Phasenschieber;
• Figuren 6 und 7 sind Ansichten, die einen Phasenschieber entsprechend der Erfindung zeigen; und
• Figur 8 ist ein reales Meßdiagramm, das ein Richtdiagramm der erfindungsgemäßen Antenne zeigt.
Detaillierte Beschreibung
• Die Erfindung wird unten mit Bezug auf eine in den Zeichnungen dargestellte bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine Ausführungsform einer Breitbandantenne entsprechend der Erfindung. Die Bezugszahlen 1, 2 und 3 bezeichnen einen ersten, einen zweiten und einen dritten Metallstab. Der erste Stab 1 und der zweite Stab 2 sind zur relativen Bewegung zwischen ausgefahrener und eingefahrener Position gekoppelt. Ein Phasenschieber 4 ist im zweiten Stab 2 an der Verbindung zum ersten Stab 1 angeordnet.
• Außerhalb des dritten Stabes 3 ist via eine isolierende Abdeckung ein Außenmetallrohr 5 vorgesehen. Das Außenrohr 5 ist beispielsweise an einer vorbestimmten Position an einer Fahrzeugkarrosserie 14 geerdet und durch ein Plastikuntenrohr 6 darin getragen.
• Ein Innenleiter 10 eines stromführenden Koaxialkabels 7 ist an den dritten Stab 3 angeschlossen, und eine äußere Erdungshülle 7a des Kabels 7 ist an das Außenrohr 5 angeschlossen.
• Der erste Stab 1 und der zweite Stab 2 werden durch eine Motorbaugruppe 8 in dem Untenrohr 6 in eine ausgefahrene oder eingefahrene Position gefahren, wobei ein bekanntes Antriebssystem verwendet wird. Sie werden bezüglich des dritten Stabes 3 vollständig ausgefahren, wenn die Antenne verwendet wird, und sie werden zur Lagerung in das Innere des dritten Stabes 3 eingefahren, wenn die Antenne nicht verwendet wird.
• Indem - wie oben beschrieben - der Innenleiter 10 des Koaxialkabels 7 an den dritten Stab 3 (Gehäuserohr) angeschlossen wird, besitzt ein Antennenfuß 9 eine Koaxialleitungsanordnung nach Bauart einer offenen Falle. In der Koaxialleitung sind lediglich der erste Stab 1 und der zweite Stab 2 ausfahrbar, und der dritte Stab ist fest und stationär. Deshalb wird im Inneren des Außenrohres 5 die Impedanz nie unstetig, und eine gute Hochfrequenz leitung wird hergestellt.
• Die innere Impedanz Z&sub0; des Außenrohrs 5 berechnet sich zu
• In dieser Antenne wird unterdessen unter Berücksichtigung des Außendurchmessers d des dritten Stabes 3, des Innendurchmessers D des Außenrohrs 5 und der dielektrischen Konstante εl, beispielsweise Z&sub0; 45 55Ω gewählt.
• Durch Verwendung des Antennenfußes der oben angegebenen Koaxialleitungsanordnung sind Änderungen der Impedanz relativ klein, auch wenn das Ausfahren des ersten Stabes 1 und des zweiten Stabes 2 auf eine akzeptable Länge aufgrund einer Fehlfunktion des Motor-Antriebsmechanismus etc. fehlschlägt, so daß ein an die erfindungsgemäße Antenne angeschlossenes drahtloses System gegen Schäden geschützt ist, die durch eine Verschlechterung des VSWR verursacht werden, und die Abnahme der Verstärkung ist relativ klein und praktisch akzeptabel.
• Wenn beispielsweise der zweite Stab 2 ausfährt - während der erste Stab 1 in dem zweiten Stab 2 gehalten wird - ist die Länge des zweiten Stabes 2 (die Antennenverstärkung ist ungefähr 1 dB) von ungefähr 0.5 λ praktisch akzeptabel.
• Wie in Figur 4 gezeigt, ist diese Antenne eine Modifikation einer Antenne nach Bauart eines offenen Rohrs (engl.: open-sleeve), in der der dritte Stab 3 und das Außenrohr 5 am Antennenfuß 9 ungefähr um 1/4 λ unter eine geerdete Platte 14 (Fahrzeugkarosserie etc.) versenkt sind. In dieser Anordnung kann die Antennenimpedanz und die Impedanz des Stromzufuhrteils leicht in dem Außenrohr 5 angepaßt werden, indem das Verhältnis D/d zwischen dem Innendurchmesser D des Außenrohrs 5 und dem Außendurchmesser d des dritten Stabes 3 sowie die Länge l&sub1; zum Stromzufuhrpunkt eingestellt wird.
• Ferner kann durch Verändern der Höhe h des oberen Endes des Antennenfußes 9 über der geerdeten Platte 14 der Erhebungswinkel und die Horizontalverstärkung der erfindungsgemäßen Antenne verändert werden. Außerdem ist eine Anpassung am Stromzufuhrpunkt einfach, weil der untere Teil (12) unter dem Stromzufuhrpunkt sich als Anordnung mit offener Falle verhält.
• Insbesondere ist die erfindungsgemäße Antenne mit dem Phasenschieber 4 zwischen dem ersten Stab und dem zweiten Stab ausgestattet. Dies macht es - wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt - möglich, besondere Einrichtungen am oberen Ende des zweiten Stabes 2 einzusetzen, um eine gute Phaseninvertierfunktion zu erhalten und um die Antennenverstärkung zu vergrößern.
• Figur 5 stellt ein herkömmliches aus Polyacetalharz etc. hergestelltes und als Phasenschieber verwendetes dielektrisches Element 11 dar. Seine Länge zur Verwendung in einem Autotelefonsystem nahe 900 MHz ist 1/4 (λ X δ) (δ ist die durch das Material und durch die Form des dielektrischen Elements 11 bestimmte Minderungskonstante), und die Längen des ersten Stabes 1 und des zweiten Stabes 2 werden zu ungefähr 0.6 λ bzw. 0.5 λ gewählt, wie in Figur 3 gezeigt.
• Wenn das dielektrische Element 11 als Phasenschieber die in Figur 5 gezeigte Gestaltung aufweist, sind Flüsse von Strömen i in dem Phasenschieber wie dargestellt entgegengerichtet, und keine elektrische Welle wird von diesem Bereich abgestrahlt. Modifizierte Phasenschieber in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind in Figuren 6 und 7 gezeigt. In diesen Zeichnungen bezeichnen die Zahlen 12 und 13 Aussparungen, die zwischen dem dielektrischen Element 11 einerseits und dem ersten Stab 1 und dem zweiten Stab 2 andererseits gebildet werden. Da die effektive dielektrische Konstante bei diesen Anordnungen geändert werden kann, ist die Wellenlänge λ&sub2; in dem Phasenschieber auf λ&sub2; = λ/4(1 + 1/ εl) verändert. Da die Länge des Gegenstrompfades variiert, variiert ferner die Antennenverstärkung und Phase, so daß der Hauptstrahlungswinkel und die Größe der Seitenstrahlungskeule verändert werden können.
• Wenn die erfindungsgemäße Antenne verwendet wird, um AM- und FM-Signale zu empfangen, wird ein geeigneter Koppler an das Koaxialkabel angeschlossen.
• Figur 8 zeigt ein Wellenstrahlungsdiagramm der erfindungsgemäßen Antenne, wobei die durchgezogene Linie dem voll ausgefahrenen Zustand der Antenne entspricht und die gestrichelte Linie einer Stellung entspricht, bei der lediglich der zweite Stab 2 ausgefahren ist. Die Zeichnung zeigt, daß die erfindungsgemäße Antenne fast allseitig-gerichtet ist und für die praktische Verwendung nicht nur im voll ausgefahrenen Zustand, sondern auch durch Ausfahren von lediglich dem zweiten Stab ausreichend benutzbar ist.
• Wie oben beschrieben ist entsprechend der Erfindung ein verheddertes Wickeln des stromführenden Kabels während des Gebrauchs verhindert, weil der mit dem stromführenden Kabel verbundene dritte Stab stationar ist; und der Aufbau ist vereinfacht und wirtschaftlich. Ferner ist die Verstärkung hoch, weil der Phasenschieber mit einem besonderen Aufbau zwischen dem ersten Stab und dem zweiten Stab verwendet wird. Weil der dritte Stab und das Außenrohr ein Stromzufuhrsystem nach Bauart mit offener Falle bilden, besitzt die erfindungsgemäße Antenne überdies eine Breitbandeigenschaft, die für ein AM-, FM- und Autotelefonsystem verwendet werden kann.

Claims (4)

1. Breitbandantenne zum Empfang von mehreren verschiedenen Frequenzen, umfassend:

einen ersten Stab (1);

einen zweiten Stab (2), der an den ersten Stab über einen Phasenschieber (4) zur relativen Ausfahr- und Einziehbewegung gekoppelt ist;

einen dritten Stab (3), der geeignet zur Aufnahme und Lagerung des ersten Stabes und des zweiten Stabes darin ist;

ein Außenrohr (5), das außerhalb des dritten Stabes vorgesehen ist, um diesen unbeweglich zu tragen, wobei das Außenrohr durch eine geerdete Platte (14) getragen ist und durch diese Platte geerdet ist, und wobei das Außenrohr und der dritte Stab angeordnet sind, um eine Impedanzanpassung herzustellen; und

eine stromführende Leitung (7), die an den dritten Stab angeschlossen ist, wobei der erste Stab an einen Endbereich des zweiten Stabes gekoppelt ist;

dadurch gekennzeichnet, daß

der Phasenschieber ein in den Endbereich des zweiten Stabes eingesetztes dielektrisches Element (11) ist, und daß das dielektrische Element entweder mit dem ersten Stab oder mit dem zweiten Stab zusammenwirkt, um eine entsprechende Aussparung (12, 13) dazwischen zu bilden.

2. Breitbandantenne nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Element mit dem ersten Stab zusammenwirkt, um die Aussparung (12) dazwischen zu bilden.

3. Breitbandantenne nach Anspruch 1, wobei das dielektrische Element mit dem zweiten Stab zusammenwirkt, um die Aussparung (13) dazwischen zu bilden.

4. Breitbandantenne nach Anspruch 1, wobei der dritte Stab und das Außenrohr unter die geerdete Platte versenkt sind.