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Die
vorliegende Erfindung betrifft generell eine Rundstrahlantenne für die Übertragung und/oder
den Empfang von Audio- und/oder Videosignalen.
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Ganz
besonders betrifft die Erfindung eine Rundstrahlantenne für die Übertragung
und/oder den Empfang von Audio- und/oder Videosignalen, des Typs
mit vier Antennenelementen, die radioelektrisch von Strömen versorgt
werden, die fast dieselbe Phase und dieselbe Amplitude aufweisen,
wobei jedes Antennenelement ein strahlendes Element des Typs Bi-Quad,
ein Versorgungszentrum und einen Reflektor, der diesem strahlenden
Element zugeordnet ist, umfasst, und wobei sich jedes der Versorgungszentren
auf einem gemeinsamen Kreis und an den Schnittpunkten von zwei orthogonalen
Durchmessern mit diesem Kreis befindet.
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Das
System für
den Empfang von elektromagnetischen Videosignalen bei 2,4 Ghz umfasst üblicher
Weise eine Rundstrahlantenne mit hoher Verstärkung, hinter der ein Vorverstärker angeordnet wird,
um den Rauschfaktor und die Dynamik des Empfängers zu verbessern.
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Auf
See verschafft ein derartiges System hervorragende Ergebnisse für Entfernungen
von 1 bis 5 km, und dies jedoch bei ruhigem Meer. Wenn die Wellenmulden
groß werden,
hört das
Signal auf und hebt sich auf, was einige 3 Sekunden in Anspruch
nimmt, bis es wieder seinen ursprünglichen Wert einnimmt.
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In
der amerikanischen Patentschrift
US 4479127 wird
eine Antenne mit horizontaler Polarisation beschrieben, die aus
vier Antennenelementen gebildet ist, die je weils in einem ersten
Paar von parallelen Elementen und in einem zweiten Paar von parallelen
Elementen angeordnet sind, wobei dieses erste und dieses zweite
Paar von Elementen lotrecht zueinander sind und wobei die Elemente
von jedem Paar abstandsgleich von der Achse der Einheit sind. Jedes
von diesen Elementen ist aus zwei Schleifen im Quadrat gebildet,
die sich durch einen gemeinsamen Gipfel vereinen, der die Versorgungszentren
an dessen Ebene umfasst.
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Diese
Antenne weist ein VSWR unter 2: 1 und ein Strahlungsdiagramm in
Form eines Kleeblatts mit vier Blättern auf.
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Eine
derartige Antenne kann in Anwendungen für die/den Übertragung/Empfang mit langer Reichweite
verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Antenne des weiter oben
angegebenen Typs bereit zu stellen, die zum Beispiel bei Frequenzen
von 500 Mhz oder 2,4 Ghz verwendet werden kann und die es erlaubt,
den Nachteilen vom Stand der Technik Abhilfe zu leisten.
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Um
diese Aufgabe zu erreichen ist die Antenne nach der Erfindung dadurch
gekennzeichnet, dass jedes Antennenelement in gerader vertikaler Polarisation
ist, dass die Hauptstrahlungskeule von jedem Antennenelement eine Öffnung von
fast 90° in den
vertikalen und horizontalen Ebenen aufweist und dass die Versorgungszentren
von zwei angrenzenden Antennenelementen um eine Arbeitswellenlänge λ getrennt
sind.
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Nach
einem weiteren und bevorzugten Merkmal sind die Versorgungszentren
von zwei angrenzenden Antennenelementen darüber hinaus um eine Länge von λ getrennt.
Jedes Antennenelement umfasst ein strahlendes oder sendendes Element,
das gebildet ist aus einer kontinuierlichen Schleife, die die geometrische
Form von zwei Quadraten einnimmt, die sich in einer selben Ebene
befinden, mit einem gemeinsamen Gipfel und einem Umfang von fast gleich
2λ, sowie
einen zugeordneten Reflektor.
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In
der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen wird
das somit beschriebene strahlende Element mit dem Begriff „Bi-Quad" und ein Antennenelement,
das mit einem Bi-Quad ausgestattet ist, mit dem Begriff „Bi-Quad-Antennenelement" bezeichnet.
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Das
Bi-Quad-Antennenelement bildet ein im Rahmen der Erfindung besonders
vorteilhaftiges Antennenelement, und dies aufgrund der 90° Öffnung seiner
Hauptkeule und seiner beträchtlichen
Verstärkung
von 10 dbi.
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Somit
weist nach einem vorteilhaftigen Merkmal der Erfindung jede Hauptstrahlungskeule
eine Öffnung
von fast 90° in
den vertikalen und horizontalen Ebenen auf.
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Nach
einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Antennenelementen
des Weiteren durch ein koaxiales Kabel für die Energieversorgung an
einen Koppler angeschlossen.
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Die
Erfindung wird verständlicher
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden
deutlicher durch die nachstehende erklärende Beschreibung, die unter
Bezugnahme auf die angehängten
Zeichnungen erfolgt, die nur als Beispiele gegeben werden, die verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung veranschaulichen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht im Grundriss einer Antenne nach der Erfindung
mit 4 Bi-Quad-Antennenelementen, die an Trägern von Antennenelementen
befestigt sind, und mit einem Koppler,
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2 eine
Frontalansicht eines Bi-Quad-Antennenelementes der 1,
das an Trägern
von Antennenelementen befestigt ist,
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3 eine
longitudinale Schnittansicht eines 5-Wege-Kopplers,
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4 die
Kurve, die die Länge
des zylindrischen Leiters eines Koppler in Abhängigkeit von der Arbeitsfrequenz
definiert,
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5 eine
schematische Ansicht im Grundriss einer anderen Ausführungsform
einer Antenne nach der Erfindung mit 4 Bi-Quad-Antennenelementen,
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6 eine
Frontalansicht eines Bi-Quad-Antennenelements der 5.
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Wie
es in den 1 und 2 gezeigt
wird, umfasst die Antenne nach der Erfindung eine Einheit aus vier
Bi-Quad-Antennenelementen 1, die jeweils den Reflektor 2 und
das tatsächliche
Bi-Quad 3 umfassen, das an einen 5-Wege-Koppler, der in
4 angegeben ist, angeschlossen ist. Diese Verbindung wird von einem
koaxialen Kabel 5 für
die Energieversorgung übernommen.
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Anderseits
befinden sich die Versorgungszentren 6 von diesen Bi-Quad-Antennenelementen derart
auf einem gemeinsamen Kreis und an den Schnittpunkten von zwei orthogonalen
Durchmessern mit diesem Kreis, dass die Sehne, die den Kreisbogen,
der zwischen zwei angrenzenden Versorgungszentren liegt, bildet,
gleich λ ist.
Darüber
hinaus ist jedes Bi-Quad 3 tangential mit dem gemeinsamen Kreis.
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Die 1 zeigt
ebenfalls den Öffnungswinkel
von 90° der
Hauptkeule von jedem Antennenelement, wobei zwei angrenzende Keulen
durch eine Länge λ von einander
entfernt sind. Demzufolge decken die vier Bi-Quad-Antennenelementen 1 insgesamt
einen Winkel von 360°.
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Wie
es in der 2 gezeigt wird, ist das Bi-Quad 3 in
einer geschlossenen Schleife konfiguriert, die zwei Quadrate in
einer selben Ebene bildet, die durch einen gemeinsamen Gipfel vereint
sind und von denen jede Seite fast λ/4 gleich kommt. Dieses Bi-Quad
ist durch ein blankes Kupferdraht gebildet, das am koaxialen Kabel 5 geschweißt ist,
wobei die zwei Enden des Kupferdraht ihrerseits, im Bedarfsfall,
mit dem Reflektor 2 verbunden sind, und dies durch jedwedes
Mittel, um die Einheit zu versteifen.
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Was
den Reflektor 2 anbelangt, so ist dieser aus einer Metallplatte
gebildet, die im Allgemeinen aus Kupfer ist. Es können ebenfalls
Stahl und insbesondere rostfreier Stahl oder auch Polychlorobiphenyl
(„PCB") verwendet werden.
In diesem Fall kann es vorteilhaftig sein, zum Beispiel Kupfer derart
zu löten,
und dies am Durchgangsloch des koaxialen Kabels 5, das
in diesem Reflektor vorgesehen ist, dass eine gute physische und
elektrische Verbindung sicher gestellt wird. Eine derartige Montage
ist bekannt durch die Beschreibung zum Beispiel in „Bi-Quad
Antenna Construction",
Martybugs.net, Wireless Networking Info (http://Martybugs.net/wireless/biquad) (Datum
der Bereitstellung für
die Öffentlichkeit:
02. Mai 2003 und 20. Juli 2005).
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Die 2 zeigt
ebenfalls, dass jedes Antennenelement 1 über seinen
Reflektor 2 fest mit einem Träger 7 verbunden ist,
der die Form von vier Profilen im rechten Winkel einnehmen kann. Üblicher
Weise ist dieser Träger
aus rostfreiem Stahl. Es können
jedoch auch andere Materialen verwendet werden, insbesondere isolierende
Materialien wie das Polymethylmethacrylat.
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Was
den Koppler 4 anbelangt, so ist dieser in der 3 dargestellt,
in der vier Buchsenleisten N8 am Chassis 9, die Eingangs-Buchsenleiste
N10, sowie die linearen Leiter 11 und die zylindrischen
Leiter 12 gezeigt werden.
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In
einer anderen Ausführungsform,
gemäß den 5 und 6,
ist die Antenne nach der Erfindung nicht mit dem Träger für Antennenelemente versehen,
sondern sie umfasst eine Einheit aus vier Bi-Quad-Antennenelementen 1 mit
jeweils dem Reflektor 2 und dem Bi-Quad 3, angeschlossen
am Koppler 4 über
das koaxiale Kabel 5. In einer derartigen Ausführung ist
der Reflektor 2 ebenfalls als Träger des Antennenelements konfiguriert.
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Die
verschiedenen Maßnahmen,
die für
die Ausarbeitung von jedem der weiter oben stehenden Bi-Quad-Antennenelemente
notwendig sind, können leicht
anhand der Wert der Parameter, die durch die weiter oben stehende
Beschreibung ausgedrückt werden,
festgelegt werden, und dies in Abhängigkeit von der Arbeits-Wellenlänge λ in der Luft,
eines Verkürzungskoeffizienten
K, der in dem Fall an gewandt wird, in dem die Antennenelemente in
einem elektrisch isolierenden Milieu versenkt sind.
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Die
nicht einschränkenden
Beispiele weiter unten veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen
einer Rundstrahlantenne nach der Erfindung:
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BEISPIEL 1
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2.4 Ghz ANTENNE
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
einer 2,4 Ghz Antenne, wie sie in den Figuren von 1 bis 3 dargestellt
ist, verfügt
jedes der vier Bi-Quads 3 über sein Versorgungszentrum
in 6 und ist mit einem 2,4 Ghz Koppler verbunden, der unter 4 angegeben
ist und der in der 3 dargestellt ist. Diese Verbindung erfolgt über ein
koaxiales Kabel 5 mit einer Impedanz von 50 Ω, wobei
es sich um ein halbstarres Kabel für die Energieversorgung handelt,
das mit einem elektrisch isolierenden Material überzogen ist.
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Da
jedes Versorgungszentrum um eine Länge λ von einem angrenzenden Versorgungszentrum entfernt
ist, beträgt
demzufolge der Durchmesser des Kreises, der diese vier Zentren miteinander
verbindet, 174 mm.
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Die
Bi-Quads 3 sind jeweils gebildet aus einem kontinuierlichen
Kupferdraht mit einem Durchmesser von etwa 1,5 bis 2,5 mm, vorzugsweise
von 2,5 mm, der in zwei gleiche Quadrate mit einem gemeinsamen Gipfel
konfiguriert ist und von dem jede Seite eine Länge von 36 mm aufweist (1/4
Welle = 31 mm). Die Länge
von jedem Bi-Quad, das heißt,
die Distanz, die die beiden Gipfel trennt, die am weitesten voneinander
entfernt sind, beträgt
90 mm, wobei jedes dieser Bi-Quads 17 mm vom zugeordneten Reflektor 2 entfernt
ist. Jeder Reflektor ist aus einer 100 mm × 100 mm Platte aus Kupfer
und mit einer Dicke von 1,5 mm gebildet, die auf einem Träger 7 für das Antennenelement
befestigt ist, wobei zwei gegenüber
liegende Reflektoren um 140 mm voneinander getrennt sind.
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Was
den Koppler 4 anbelangt, der auf der 3 dargestellt
ist, so beträgt
die Länge
von seinen linearen Leitern 11 jeweils 19 mm, wobei der
zylindrische Leiter 12, der aus einem Barren aus Kupfer
oder aus Messing gebildet wird, einen Durchmesser von 8,73 mm und
eine Länge
von 65 mm, die durch die Kurve auf der 4 bestimmt
wird, aufweist.
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BEISPIEL 2
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500 Mhz ANTENNE
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
einer 500 Mhz Antenne, wie sie in den 5 und 6 dargestellt
ist, verfügt
jedes der vier Bi-Quads 3 über sein Versorgungszentrum
in 6 und ist mit einem 500 Mhz Koppler verbunden, der unter 4 angegeben
ist und der in der 3 dargestellt ist, und dies über ein
koaxiales Kabel für
die Versorgung 5 (Impedanz: 50 Ω).
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Da
jedes Versorgungszentrum um eine Länge λ von einem angrenzenden Versorgungszentrum entfernt
ist, beträgt
der Durchmesser des Kreises, der diese vier Zentren miteinander
verbindet, 850 mm.
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Andererseits
sind die Bi-Quads 3, die jeweils aus einem kontinuierlichen
Kupferdraht gebildet sind, in zwei gleichen Quadraten, mit einem
gemeinsamen Gipfel konfiguriert, von dem jede Seite eine Länge von
etwa 150 mm aufweist (1/4 Welle). Die Länge von jedem Bi-Quad (die
Distanz, die die beiden Gipfel trennt, die am weitesten voneinander
entfernt sind) beträgt
420 mm und jedes dieser Bi-Quads ist um 85 mm vom zugeordneten Reflektor 2 entfernt.
Darüber hinaus
ist jeder Reflektor 2 derart aus einer Platte aus rostfreiem
Stahl mit einer Länge
von 680 mm und einer Höhe
von etwa 600 mm gebildet, dass zwei gegenüber liegende Reflektoren um
680 mm voneinander getrennt sind. Des Weiteren ist jeder Reflektor ebenfalls
mit einem Durchgangsloch 13 für das koaxiale Kabel 5 versehen,
wobei Kupfer um dieses Loch herum gelötet ist.
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Was
den Koppler 4 anbelangt, so kommt dieser demjenigen gleich,
der im Beispiel 1 beschrieben wird, mit Ausnahme der Länge des
zylindrischen Leiters, die 320 mm beträgt, wie sie durch die Kurve
auf der 4 bestimmt wird.
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Die
Antenne nach der Erfindung erweist sich als besonders interessant,
um dem Phänomen
des Seegangs, das typisch für
das Meer ist, entgegen zu wirken. Das bei 2,4 Ghz empfange Videobild
verfügt nämlich über eine
einwandfrei nutzbare Qualität
und ist frei von Abkoppelungen und dies sogar bei einem Seegang
von 4 m zwischen zwei Booten, die etwa 6 km voneinander entfernt
sind.
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Darüber hinaus
kann diese Antenne an andere Frequenzen als 2,4 Ghz angepasst werden
und insbesondere an Frequenzen, die bei 500 Mhz für den Richtfunk
(Telefon und „Daten") liegen, bei denen
sie sich als genauso effizient erwies.
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Des
Weiteren kann diese Antenne sowohl für den Empfang als auch für die Übertragung
verwendet werden und kann auch andere Anwendungen finden, wie die Übertragung
bei 2 Mbits zwischen Schiffen.