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Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zum Betrieb bei wenigstens einer ersten und einer zweiten Betriebsfrequenz bzw. Betriebsfrequenzband mit einem Antennenfusspunkt zum Anschluss an eine Sende- und/oder Empfangsanlage, wobei ein erstes Antennenleiterende eines ersten Antennenleiters mit dem Antennenfusspunkt verbunden ist, und wobei die Länge des ersten Antennenleiters auf die erste Betriebsfrequenz bzw. Betriebsfrequenzband abgestimmt ist.
Es sind Antennenanordnung zum Betrieb bei mehreren Betriebsfrequenzen, sog. Mehrbandantennen bekannt. Dabei wird in den Antennenleiter ein Schwingkreis, bestehend aus einer Induktivität und einer Kapazität, eingefügt. Wird dieser Schwingkreis als Parallelschwingkreis ausgebildet, so wirkt er bei seiner Resonanzfrequenz als Sperrkreis, mit theoretisch unendlich hohem Widerstand.
In der Praxis wird die Wirkung des Sperrkreises durch seine Güte, die sich wiederum aus dem Verhältnis der Induktivität zur Kapazität und den Verlustwiderständen ergibt, bestimmt. Dieser Schwingkreis ergibt bei seiner Resonanzfrequenz eine sehr hohe Impedanz und wirkt daher bei seiner Resonanzfrequenz so, dass der nachfolgende Antennenteil bei und um diese Resonanzfrequenz praktisch nicht mehr wirksam wird. Damit wird nur der vom Sperrkreis zum Antennenfusspunkt gesehene innere Antennenteil für diesen Frequenzbereich wirksam. Daher wird dieser Leiterteil im Allgemeinen so bemessen, dass er auf diesem ersten Frequenzbereich in Resonanz ist. Weicht die Betriebsfrequenz der Antenne von der Resonanzfrequenz des Sperrkreises ab, so wird durch den Sperrkreis im Antennenleiter eine frequenzabhängige Impedanz wirksam.
Diese ist bei Frequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz des Sperrkreises kapazitiv, bei Frequenzen unterhalb der Resonanzfrequenz induktiv. Es erfolgt also bei von der Resonanzfrequenz des Sperrkreises abweichenden Frequenzen keine Trennung mehr des innenliegenden und des aussenliegenden Antennenleiters. Statt dessen ist an dieser Stelle eine frequenzabhängige Impedanz eingeschleift. Es ergibt sich damit zumindest eine weitere Resonanzfrequenz für die gesamte Antennenanordnung.
Durch Einbringen von mehr als einem Sperrkreis in den Antennenleiter können Antennen mit mehr als zwei Resonanzbereichen (Bändern) gebildet werden, wobei wiederum bei der jeweiligen Resonanzfrequenz eines Sperrkreises dieser Sperrkreis als Trennung zwischen dem vor und nach dem Sperrkreis liegenden Antennenleiter wirkt.
Die von diesem Sperrkreis Richtung Antennen-Fusspunkt gesehenen, davor liegenden und auf anderen Frequenzen resonanten, Sperrkreise wiederum wirken als induktive Verlängerung oder kapazitive Verkürzung der Antenne.
Durch Einfügen von Sperrkreisen lassen sich damit beispielsweise Dipol- oder Vertikalantennen bilden, die auf zwei oder mehr Frequenzbereichen resonant sind. Auch der Aufbau von Richtantennen mit strahlungsgekoppelten Parasitärstrahlem oder Richtantennen mit gleichzeitiger Speisung mehrerer Elemente, wie beispielsweise gemeinsam erregte Dipolkombinationen, ist damit möglich.
Der Aufbau der jeweiligen Sperrkreise erfolgt üblicherweise durch Parallelschaltung einer Spule als Induktivität und eines oder mehrerer Kondensatoren als Kapazität.
Während das Einfügen einer Spule in den Antennenleiter relativ einfach erfolgen kann und auch für hohe Leistungen einfach zu konstruieren ist, bereitet der Kondensator des Schwingkreises, vor allem wegen der erforderlichen Spannungsfestigkeit, erheblich mehr Schwierigkeiten. Es ist möglich diesen als diskreten Bauteil an die Spule anzubinden, wobei meist die Unterbringung der Kapazität im Spulenkörper erfolgt. Ebenfalls üblich ist die Ausführung als Zylinderkondensator, wobei die Spule in die Tragekonstruktion integriert wird.
Nachteilig an derartigen bekannten Ausführungen für Antennen ist, dass die mögliche Eingangsleistung der Antenne im wesentlichen durch die Spannungsfestigkeit des Kondensators begrenzt wird.
Durch die im Sperrkreis auftretenden hohen Spannungen gelangt man hinsichtlich der möglichen Eingangsleistung der Antenne sehr rasch an die Spannungsgrenze des Kondensators. Aus diesem Grund werden Antennen mit Sperrkreisen hauptsächlich für Amateurfunkstellen eingesetzt, da hier die Ausgangsleistung i.a. mit etwa 1500 Watt begrenzt ist. Die mangelnde Spannungsfestigkeit der Kondensatoren von Sperrkreisantennen ist der wesentliche Grund, warum im kommerziellen Bereich und bei höheren Leistungen derartige Antennen nicht eingesetzt werden können.
Werden Sperrkreise unter Verwendung eines oder mehrerer diskreter Bauteile für den Kondensator gebildet, so ist darüber hinaus nachteilig, dass derartige Schaltelemente eine Temperaturabhängigkeit aufweisen.
Da Antennen im Freien extremen Temperaturschwankungen unterworfen sind, kann es dadurch rasch zu einer Verstimmung der Resonanzfrequenz des Sperrkreises und damit zu beeinträchtigter Wirksamkeit der Antenne kommen. Werden andererseits die Kondensatoren als Zylinderkondensator ausgeführt, so besteht die Gefahr, dass Insekten in die Konstruktion eindringen und beispielsweise im Kondensator nisten. Dies kann sowohl zu einer Verstimmung der Resonanzfrequenz des
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Sperrkreises als auch zu einer wesentlichen Beeinträchtigung der Spannungsfestigkeit führen. Darüber hinaus stellt die Herstellung entsprechend spannungs- und witterungsfester Kondensatoren einen nicht unwesentlichen Kostenfaktor dar.
Weiters sind Ausführungen von Sperrkreisen ohne diskreten Kondensator bekannt. Jede reelle Induktivität weist auch immer eine gewisse Eigenkapazität auf.
Diese wird hervorgerufen durch die Potentialunterschiede, die zwischen benachbarten Windungen in dem sie umgebenden Isoliermaterial auftreten. Die damit zwischen den einzelnen Windungen entstehenden Teilkapazitäten ergeben zusammen eine zur ganzen Spule parallel liegende Gesamti apazität. Auf Grund dieser Eigenkapazität, die parallel zur Spule wirksam ist ergibt sich ein Parallelschwingkreis. Die Spule weist damit eine Eigenresonanz auf.
Die Eigenkapazität der Spule wird beeinflusst vom Abstand der einzelnen Spulenwindungen und dem dazwischen liegenden Isoliermaterial. Durch geeignete Ausführung der Spule ist es möglich innerhalb gewisser Grenzen die Eigenkapazität der Spule und damit die Resonanzfrequenz zu beeinflussen.
Es ist damit möglich, zumindest für höhere Frequenzen, Sperrkreise aufzubauen, die lediglich aus einer Spule bestehenden, wobei sich die notwendige Parallelkapazität durch die Eigenkapazität der Spule ergibt.
Nachteilig an derartigen Anordnungen ist, das aufgrund der geringen Eigenkapazität einer Spule deren Eigenresonanzen in höheren Frequenzbereichen liegen.
Daher ist es nicht möglich derart aufgebaute Antennen für den Kurzwellen-, Mittelwellenund/oder Langwellenbereich einzusetzen, da es nicht möglich ist Spulen zu bauen, welche aufgrund deren Eigenkapazität eine derart niedrige Resonanzfrequenz aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die genannten Nachteile vermieden werden können, und welche den Einsatz einer Antenne bei wenigstens zwei beliebig wählbaren Betriebsfrequenzen, vor allem auch im Langwellen-, Mittelwellen- und Kurzwellenbereich, bei hohen Sendeleistungen, z.B.
als Sendeantenne für Radiostationen oder militärische Kommunikationseinrichtungen, und weitestgehend unabhängig von den Witterungsverhältnissen ermöglicht.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass eine erste Spulenanordnung vorgesehen ist, bestehend aus wenigstens einer ersten Spule mit einem ersten Spulenanschluss und einem zweiten Spulenanschluss, einem ersten Leiter mit einem ersten Leiterende und einem zweiten Leiterende, und einem zweiten Leiter mit einem dritten Leiterende und einem vierten Leiterende, wobei das zweite Leiterende an den ersten Spulenanschluss und das dritte ai * . 09 * .. .
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Leiterende an den zweiten Spulenanschluss angeschlossen ist, wobei das erste Leiterende an einem, dem ersten Antennenleiterende gegenüberliegenden zweiten Antennenleiterende angeschlossen ist, und wobei die Antennenanordnung aus erstem Antenneleiter und erster Spulenanordnung auf eine zweite Betriebsfrequenz bzw. ein zweites Betriebsfrequenzband abgestimmt ist.
Dadurch kann eine Antenne gebildet werden, welche bei weitestgehend freier Wahl der Betriebsfrequenzen den Betrieb bei zwei Frequenzen ermöglicht und zwar auch bei hohen Sendeleistungen. Weiters ist eine derartige Antennenanordnung unempfindlich gegen Temperaturschwankungen. Bei geeigneter Ausführung der Induktivität ist es möglich, die hier vorgeschlagene Antennenanordnung mit sehr hohen Antennen-Eingangsleistungen zu speisen.
Gleichzeitig bleiben derartige Antennenanordnung von Witterungseinflüssen weitgehend unberührt. Ein Einfluss durch Insekten wird ebenfalls weitgehend vermieden, da die Durchschlagsstrecke eines diskreten Kondensators nicht gegeben ist. Aufgrund des Fehlens von Hohlräumen fehlt auch die Möglichkeit des Einnistens.
In Weiterfuhrung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Spulenanordnung am ersten Leiterende, bei der ersten Betriebsfrequenz bzw. dem ersten Betriebsfrequenzband einen Eingangswiderstand aufweist, welcher wenigstens um das zehnfache, gegebenenfalls um das hundertfache, vorzugsweise um das tausendfache, insbesondere um das zehntausendfache, grösser ist als der Strahlungswiderstand des ersten Antennenleiters bei der ersten Betriebsfrequenz bzw. dem ersten Betriebsfrequenzband.
Dadurch kann mittels der ersten Spulenanordnung erreicht werden, dass das zweite Antennenleiterende bei der Betriebsfrequenz des ersten Antennenleiters wie ein offenes Ende wirkt.
In diesem Zusammenhang kann in Weiterführung der Erfindung vorgesehen sein, dass die erste Spulenanordnung am ersten Leiterende, bei der ersten Betriebsfrequenz bzw. dem ersten Betriebsfrequenzband einen Eingangswiderstand aufweist, welcher im Wesentlichen unendlich ist. Dadurch ist die im Idealfall beste Wirkung der ersten Spulenanordnung gegeben.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl an Spulenanordnungen vorgesehen ist, welche jeweils in Serie geschalten sind. Dadurch können Antennenanordnungen gebildet werden, welche für mehr als zwei Betriebsfrequenzen vorgesehen sind. .
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Gemäss wieder einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann bei einer Antennenanordnung mit einer Spulenanordnung, welche eine elektrische Länge aufweist, welche sich aus der Länge des ersten Leiters und der Länge des zweiten Leiters, sowie aus der Kurzschlussersatzleitung der Spule zusammensetzt, vorgesehen sein, dass die elektrische Länge wenigstens einer Spulenanordnung, welche an ein freies Ende einer auf eine Betriebsfrequenz abgestimmte Antennenanordnung und/oder einen Antennenleiter angeschlossen ist, ein Vielfaches der halben Wellenlänge dieser Betriebsfrequenz beträgt.
Durch Erfüllen dieser Bedingung kann eine ideale Anpassung einer Spulenanordnung an eine Antennenanordnung erfolgen, wobei die Spulenanordnung dann ein freies Ende für die Antennenanordnung bei deren Betriebsfrequenz simuliert.
Eine Variante der Erfindung kann darin bestehen, dass die erste Spule, der erste Leiter und/oder der zweite Leiter wenigstens einer Spulenanordnung einstückig ausgeführt sind. Dadurch kann einer besonders einfache Spulenanordnung geschaffen werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Antennenleiter und wenigstens eine Spuleanordnung und/oder wenigstens zwei Spulenanordnungen einstückig ausgeführt sind.
Dadurch kann eine besonders einfache Antennenanordnung geschaffen werden.
Die Erfindung betrifft daher weiters eine Dipolantenne, eine Vertikalantenne und eine Richtantenne, insbesondere eine Yagi-Uda Antenne.
Aufgabe der Erfindung ist es daher Antennenanordnungen der genannten Art anzugeben, welche den Einsatz einer derartigen Antennenanordnungen bei wemgstens zwei beliebig wählbaren Betriebsfrequenzen, vor allem auch im Langwellen-, Mittelwellen- und Kurzwellenbetreich, bei hohen Sendeleistungen, z.B.
als Sendeantenne für Radiostationen oder militärische Kommunikationseinrichtungen, und weitestgehend unabhängig von den Witterungsverhältnissen ermöglicht.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass diese wenigstens eine Antennenanordnung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen besonders bevorzugte Ausfiihrungsformen dargestellt sind, näher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild einer Antennenanordnung für zwei Betriebsfrequenzen;
Fig. 2 ein Schaltbild einer Antennenanordnung für drei Betriebsfrequenzen, und .. .. .... aa
Fig. 3 ein Schaltbild einer Dipolantenne für zwei Betriebsfrequenzen.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen Schaltbilder von Antennenanordnungen A zum Betrieb bei wenigstens einer ersten und einer zweiten Betriebsfrequenz bzw.
Betriebsfrequenzband mit einem Antennenfusspunkt 4 zum Anschluss an eine Sende- und/oder Empfangsanlage 5, wobei ein erstes Antennenleiterende 2 eines ersten Antennenleiters 1 mit dem Antennenfusspunkt 4 verbunden ist, und wobei die Länge lo des ersten Antennenleiters 1 auf die erste Betriebsfrequenz bzw.
Betriebsfrequenzband abgestimmt ist, wobei eine erste Spulenanordnung 10 vorgesehen ist, bestehend aus wenigstens einer ersten Spule 11 mit einem ersten Spulenanschluss 12 und einem zweiten Spulenanschluss 13, einem ersten Leiter 14 mit einem ersten Leiterende 15 und einem zweiten Leiterende 16, und einem zweiten Leiter 17 mit einem dritten Leiterende 18 und einem vierten Leiterende 19, wobei das zweite Leiterende 16 an den ersten Spulenanschluss 12 und das dritte Leiterende (18) an den zweiten Spulenanschluss 13 angeschlossen ist, wobei das erste Leiterende 15 an einem, dem ersten Antennenleiterende 2 gegenüberliegenden zweiten Antennenleiterende 3 angeschlossen ist, und wobei die Antennenanordnung A aus erstem Antenneleiter 1 und erster Spulenanordnung 10 auf eine zweite Betriebsfrequenz bzw.
ein zweites Betriebsfrequenzband abgestimmt ist.
Eine erfindungsgemässe Antennenanordnung A kann aus jedem für die Anwendung bei Antennen bekanntem Material aufgebaut sein, wobei sich die Dicke bzw. der Durchmesser des Antennenleiters 1 bzw. der Spulenanordnungen 10, 20 nach der zum Betrieb vorgesehenen Leistung richtet. Bei geeigneter Ausführung der Spule 11 ist es möglich, die hier vorgeschlagenen Antennenanordnungen A mit sehr hohen Antennen-Eingangsleistungen zu speisen. Gleichzeitig bleiben derartige Antennen von Witterungseinflüssen weitgehend unberührt. Ein Einfluss durch Insekten wird ebenfalls weitgehend vermieden, da die Durchschlagsstrecke eines diskreten Kondensators nicht gegeben ist.
Aufgrund des Fehlens von Hohlräumen fehlt auch die Möglichkeit des Einnistens.
Erfindungsgemässe Antennenanordnungen sind für den Betrieb bei wenigstens zwei Betriebsfrequenzen bzw. Betriebsfrequenzbändern vorgesehen. Den meisten Funkdiensten sind nicht einzelne Frequenzen sondern sog. Frequenzbänder zugewiesen. Es handelt sich dabei beispielsweise im Kurzwellenbereich um Frequenzbereiche von einigen hundert kHz, in denen der betreffende Funkdienst seine Frequenz zu wählen hat. Antennen allgemein und auch eine erfindungsgemässe Antennenanordnungen haben zwar eine bestimmte Resonanzfrequenz, sind aber auch im Umfeld bzw. im Bereich dieser Resonanzfrequenz nutzbar. Die Resonanzfrequenz wird dabei so gewählt, dass das
001 000 0900 00 gewünschte Frequenzband bestmöglich abgedeckt wird.
Der Begriff Betriebsfrequenzband beschränkt sich daher nicht auf die durch die Modulation bedingt Bandbreite, sondern bezeichnet einen, z.B. einem Funkdienst zugewiesenen Frequenzbereich. Das 20m Band umfasst z.B. den Bereich von 14.000 kHz bis 14.350 kHz. Eine übliche Dipolantenne kann diesen Bereich von 350 kHz gut abdecken, obwohl sie nur auf einer Frequenz (z.B. 14.200 kHz) in Resonanz ist. Durch eine Sprachmodulation würde sich hingegen eine Bandbreite von nur etwa 3 - 6 kHz ergeben. Wird im weiteren lediglich der Begriff Betriebsfrequenzen verwendet, so ist damit eine Wahl der Resonanzfrequenz gemeint, die eine optimale Abdeckung des betreffenden Frequenzbereichs ermöglicht.
Der erste Antennenleiter 1 ist auf eine erste Betriebsfrequenz fö abgestimmt.
Daher beträgt die Länge lo des ersten Antennenleiters 1 ein ungeradzahliges Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge [lambda]o der ersten Betriebsfrequenz fö. Genauer gesagt beträgt die Länge des ersten Antennenleiters 1 ein ungeradzahliges Vielfaches eines Viertels der Freiraumwellenlänge [lambda] der ersten Betriebsfrequenz fo multipliziert mit einem Verkürzugsfaktor v, der sich durch den verwendeten Leiter ergibt. Der Verkürzungsfaktor v wird vom Schlankheitsgrad des Antennenleiters 1, durch eine allenfalls verwendete Isolation des Leiters und geringfügig durch die Belastung mit der folgenden Spulenanordnung 10 beeinflusst und liegt für schlanke Antennen zwischen 0,9 und eins.
Die Erfindung bezieht sich auf Antennenanordnungen A zum Betrieb bei mehreren Betriebsfrequenzen fo, f1}sog.
Mehrbandantennen, welche ohne Kondensatoren auskommen, sowie ohne die kapazitive Wirkung einer Spule 11, weshalb der Aufbau und die mit dem Aufbau zusammenhängende Eigenkapazität der Spule 11 für die Wirkungsweise der Erfindung im Wesentlichen ohne Belange ist. Die Kapazität der Spule 11 ist zwar für eine exakte Dimensionierung einer erfindungsgemässen Antennenanordnung A zu berücksichtigen, diese ist jedoch für die Funktion der Antenne nicht erforderlich.
Die in einer erfindungsgemässen Antennenanordnung A angeordnete Spule 11 wirkt nicht als Teil eines Parallelschwingkreises, sondern aufgrund der transformierenden Eigenschaft der Anordnung aus erstem Leiter 14 und zweitem Leiter 17 mit der ersten Spule 11. Der Antennenleiter 1 soll bei der zweiten Betriebsfrequenz fi am zweiten Antennenleiterende 3 einen Leerlauf vorfinden, daher ein offenes Ende.
Das wird durch den ersten Leiter 14, den zweiten Leiter 17 und der ersten Spule 11 erreicht.
Bei bekannten Mehrbandantennen schliesst sich direkt an einen, auf eine erste Betriebsfrequenz fo abgestimmten Antennenleiter 1 eine als Spule 11 ausgeführte Induktivität "8<>'
- und eine parallel geschaltete Kapazität an, welche sowohl als diskreter Kondensator ausgeführt sein kann, als auch durch Nutzung der parasitären Kapazitäten der Spule 1.
Eine erfindungsgemässe Antennenanordnung A ohne Kondensator bzw. diskreter Kapazität zum Betrieb bei mehr als einer Betriebsfrequenz fö, fi würde prinzipbedingt auch mit einer völlig kapazitätsfreien Spule 11 funktionieren, sofern eine derartige herstellbar ist bzw.
währe.
Bei erfindungsgemässen Antennenanordnungen A ist das zweite Antennenleiterende 3 an einen ersten Leiter 14 angeschlossen, welcher Teil einer ersten Spulenanordnung 10 ist. Daher entspricht bei einer erfindungsgemässen Antennenanordnung A die Länge lo + li vom Antennenfusspunkt 4 zum ersten Spulenanschluss 12, nicht wie bei bekannten Mehrbandantennen, der auf die Betriebsfrequenz fo abgestimmten Länge, daher ist bei einer erf[iota]ndungsgemässen Antennenanordnung A dieser Abstand kein ungeradzahliges Vielfaches eines Viertels der Wellenlänge [lambda] der ersten Betriebsfrequenz fo.
An den auf Betriebsfrequenz fo abgestimmten ersten Antennenleiter 1 ist ein erster Leiter 14 angeschlossen, welcher den ersten Antennenleiter 1 geometrisch verlängert.
Die erste Spulenanordnung 10 besteht aus wemgstens einer ersten Spule 11 mit einem ersten Spulenanschluss 12 und einem zweiten Spulenanschluss 13, einem ersten Leiter 14 mit einem ersten Leiterende 15 und einem zweiten Leiterende 16, und einem zweiten Leiter 17 mit einem dritten Leiterende 18 und einem vierten Leiterende 19, wobei das zweite Leiterende 16 an den ersten Spulenanschluss 12 und das dritte Leiterende 18 an den zweiten Spulenanschluss 13 angeschlossen ist. Die Spule 11 weist bei der ersten Betriebswellenlänge [lambda]o einen Blindwiderstand X[pi] auf, welcher in bekannter Weise von der Induktivität der Spule 11 und der Frequenz f bzw. Wellenlänge [lambda] abhängt.
Es kann vorgesehen sein, zum Erreichen des erforderlichen Blindwiderstandes Xu der wenigstens einen Spule 11 mehrere Spulen parallel oder seriell zu verschalten.
Das erste Leiterende 15 ist an das zweite Antennenleiterende 3 angeschlossen.
Erfindungsgemäss ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Spulenanordnung 10 am ersten Leiterende 15 bei der ersten Betriebsfrequenz f[omicron] einen sehr hohen Eingangswiderstand aufweist. Im theoretischen Idealfall sollte die erste Spulenanordnung 10 am ersten Leiterende 15, bei der ersten Betriebsfrequenz fö einen Eingangswiderstand aufweisen, welcher im Wesentlichen unendlich ist.
Da diese Forderung in der realentechnischen Umsetzung nur schwer zu erfüllen ist, kann vorgesehen sein, dass die erste Spulenanordnung 10 am ersten Leiterende 15, bei der ersten Betriebsfrequenz fo einen Eingangswiderstand aufweist, welcher wenigstens um das zehnfache, gegebenenfalls um das hundertfache, vorzugsweise um das tausendfache, insbesondere um das zehntausendfache, grösser ist als der Strahlungswiderstand des ersten Antennenleiters 1 bei der ersten Betriebsfrequenz fö. Der Strahlungswiderstand des ersten Antennenleiters 1 bei der ersten Betriebsfrequenz fö ist eine messtechnisch einfach zu verifizierende Grösse.
Die erste Spulenanordnung 10 simuliert daher für den ersten Antenneleiter 1 ein offenes Ende.
Dies ist besonders gut erfüllt, wenn die elektrische Länge wemgstens einer Spulenanordnung 10, welche an ein freies Ende 3, 19 einer auf eine Betriebsfrequenz fo , fi abgestimmte Antennenanordnung A und/oder einen Antennenleiter 1 angeschlossen ist, ein Vielfaches der halben Wellenlänge [lambda] dieser Betriebsfrequenz f beträgt. Die elektrische Länge einer Spulenanordnung 10 setzt sich aus der Länge li des ersten Leiters 14 und der Länge 12des zweiten Leiters 17, sowie aus der Kurzschlussersatzleitung der Spule 11, welche frequenzabhängig ist, zusammen.
Die Antennenanordnung A aus erstem Antennenleiter 1 und erster Spulenanordnung 10 ist erfindungsgemäss auf eine zweite Betriebsfrequenz fi abgestimmt.
In den folgenden mathematischen Darstellungen wurden die in der gesamten Beschreibung verwendeten Abkürzungen beibehalten.
Für die Beschreibung der mathematischen Bedingungen sind die Wellenwiderstände der einzelnen Leiter notwendig, welche wie folgt ermittelt werden können, wobei sich d auf den Durchmesser des jeweiligen Leiters bezieht:
Wellenwiderstand Z[iota] des ersten Leiters 14: f
In 44
Z14=60[lambda]
1
J
'14
Wellenwiderstand Z\[eta] des zweiten Leiters 17:
Z '" =60-
'"17 [iota]"ü
1
J<l>17 <>>al n ... .... -
<>>5 al n0
Wellenwiderstand Z1+[iota] ) des ersten Antennenleiters 1 und des ersten Leiters 14 sofern diese einen einheitlichen Durchmesser d] aufweisen:
'(1+14) = 60
J
Um Mehrbandbetrieb auf zwei vorgegebenen, von einander unabhängigen Wellenlängen [lambda]o und [lambda]i zu e[pi]eichen, sind folgende Bedingungen zu erfüllen:
Die Länge lo des ersten Antennenleiters 1 stellt für die Betriebswellenlänge [lambda]o eine resonante Antenne, beispielsweise eine Viertelwellenlänge, oder ungeradzahlige Vielfache hiervon dar:
/0=(2n-l) -v
(Gleichung 1)
Bei der Betriebswellenlänge [lambda]o muss die transformierende Eigenschaft der Anordnung aus erstem Leiter 14 und zweitem Leiter 17 mit der Induktivität L[pi] eine vorzugsweise im ti eoretischen Idealfall im Wesentliche unendliche Eingangsimpedanz Zo am ersten Leiterende 15 bewirken.
Dadurch kann die Grösse des Blindwiderstandes XL[Pi]der Spule 11 bei der Betriebswellenlänge [lambda] wie folgt ermittelt werden: 11 =
'14 f tan
2[pi]
V
1 [lambda]
+
'17 tan
J<f>l
(Gleichung 2) v
/
Bei der zweiten Betriebswellenlänge [lambda]i bewirkt die Induktivität L[pi] der ersten Spule 11 eine elektrische Verlängerung der Gesamtanordnung, sodass die elektrische Länge bei der zweiten Betriebswellenlänge [lambda]i eine Viertelwellenlänge (oder ungeradezahlig Vielfache hiervon) beträgt.
Hierfür ergibt sich für den Blindwiderstand Xu der Spule 11 bei der zweiten Betriebswellenlänge [lambda]i: 990 0009
-l f xn=
'17 r
2[pi]^-
[Lambda]
'(1+14) tan
2[pi]
\ tan
\
J
(Gleichung 3) v j
Bei der ersten Betriebswellenlänge [lambda]o weist die Länge lo des ersten Antenneleiters 1 eine Viertelwellenlänge oder ungeradzahlige Vielfache hiervon auf, während die, aus erstem Leiter 14 und zweitem Leiter 17 sowie der Spule 11 mit der Induktivität L[pi] bestehenden ersten Spulenanordnung 10, eine elektrische Länge von einer halben ersten Betriebswellenlänge [lambda]o bzw. ganzzahligen Vielfache hiervon aufweist.
Bei einem elektrischen Leiter ohne Kondensator oder Spule ist die geometrische Länge lo gleich der elektrischen Länge l[chi]o multipliziert mit dem Verkürzugsfaktor v.
Der Verkürzugsfaktor v kann aus Tabellen entnommen werden, womit die Länge 1^ einer vorhandenen Antennenanordnung einfach durch abmessen überprüft werden kann.
Gleichzeitig weist bei einer zweiten Betriebswellenlänge [lambda]i die Gesamtanordnung eine elektrische Länge von einer Viertelwellenlänge oder ungeradzahlige Vielfache einer Viertelwellenlänge der zweiten Betriebswellenlänge [lambda]] auf.
Ausgehend von den zwei vorgegebenen Betriebswellenlängen [lambda]o und [lambda]1sowie einer vorgegebenen Gesamtlänge lgesder Antennenanordnung A und der Annahme, dass
ll + 12- es " l
kann immer unabhängig vom Verhältnis der beiden Betriebswellenlängen [lambda]o und [lambda]i zueinander, die Länge l\ des ersten Leiters 14 und die Länge 12des zweiten Leiters 17 und eine zugehörige Spule 11 mit einer Induktivität L[pi] gefunden werden,
die Zweibandbetrieb erlauben.
Abhängig von der Lage der Spule 11 innerhalb der gesamt für ersten Leiter 14 und den zweiten Leiter 17 zur Verfügung stehenden Länge I1+I2und damit in Abhängigkeit der Längen li und 12, kann die Induktivität L[pi] der Spule 11 aus der (Gleichung 2) für die erste Betriebswellenlänge [lambda] ermittelt werden. **12 *** **** **
Weiters kann abhängig von der Lage der Spule 11 innerhalb der zur Verfügung stehenden Länge lj+l2und damit in Abhängigkeit der Längen li und 12die Induktivität L[pi] der Spule 11 aus der (Gleichung 3) für die zweite Betriebswellenlänge [lambda]\ermittelt werden.
Aus (Gleichung 2) und (Gleichung 3) ergeben sich damit zwei von der Lage der Spule 11 und damit den Längen 1] und 12abhängige Grössen der Induktivität L[pi].
Zweibandbetrieb ergibt sich für jene Kombination der Grössen li, 12und L[pi], wenn die Induktivität L[pi] für beide Betriebswellenlängen [lambda]o und [lambda]i bei gleicher Lage (li. h) gleiche Werte aufweist. Die aus (Gleichung 2) und (Gleichung 3) abgeleiteten Bedingungen können beispielsweise graphisch in einem Diagramm dargestellt werde, wobei die beiden Kurven genau einen Schnittpunkt aufweisen. Dabei ergibt sich genau eine Lösung für die Dimension der Spule 11, der Länge li des ersten Leiters 14, sowie der Länge 12des zweiten Leiters 17.
Eine parasitäre Eigenkapazität einer Spule 11 beeinflusst die Abstimmung, weshalb bevorzugt vorgesehen ist, die Eigenresonanz fö(L) der Spule 11 für eine Baureihe gleicher Ausführung aber unterschiedlicher Induktivitätswerte L in Abhängigkeit der Frequenz zu bestimmen.
Daraus kann die bei einer bestimmten Frequenz wirksame Induktivität L ermittelt werden.
In vielen Fällen kann es erforderlich sein Antennenanordnungen A zu schaffen, welche zum Betrieb bei mehr als zwei Betriebsfrequenzen fö, fi vorgesehen sind. Dies kann bei einer erfindungsgemässen Antennenanordnung A einfach durch Zusammenfügen mehrer Spulenanordnung 10, 20 und wenigstens eines Antennenleiters 1 zu einer Antennenanordnung A erfolgen, wobei dies bei der Dimensionierung berücksichtigt werden muss.
Fig. 2 zeigt eine Antennenanordnung zum Betrieb bei drei Betriebsfrequenzen fo, fi, f2mit zwei Spulenanordnungen 10, 20.
Weitere Spulenanordnungen 20 sind analog der beschriebenen ersten Spulenanordnung 10, jedoch für eine weitere Betriebsfrequenz ausgeführt, und weisen daher wenigstens eine Spule, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter auf.
Die weitere Spulenanordnung 20 ist für die weitere Betriebsfrequenz ausgelegt, wodurch sich in der Regel andere Längen der Leiter und andere Induktivitätswerte der Spule ergeben.
Bei der Dimensionierung einer derartigen Antennenanordnung A für mehr als zwei Betriebsfrequenzen fo, fi kann analog der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise vorgegangen werden, wobei darauf zu achten ist, dass für den ersten Antennenleiter 1 sämtliche nachfolgend geschalteten Spulenanordnen 10, 20 wirksam werden und nicht nur <>13 - lediglich die darauffolgende. Das System ist dabei immer mati ematisch Bestimmt, daher gibt es zu einer Dreibandantenne fünf Unbekannte und fünf Gleichungen.
Es kann vorgesehen sein, die Spule 11, den ersten Leiter 14 und/oder den zweiten Leiter 17 wenigstens einer Spulenanordnung 10, 20 einstückig auszuführen.
Weiters kann es unabhängig davon vorgesehen sein, wenigsten einen Antennenleiter 1 mit wemgstens einer Spulenanordnung 10, 20 einstückig auszuführen.
Es kann vorgesehen sein, erfindungsgemässe Antennenanordnungen A in sämtlichen bekannten und oder möglichen Antennenausführungen einzusetzen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz erfindungsgemässer Antennenanordnungen A in Dipolantennen, Richtantennen, insbesondere Yagi-Uda Antennen und Vertikalantennen.
Weitere erfindungsgemässe Ausfuhrungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann.
Patentansprüche:
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The invention relates to an antenna arrangement for operating at at least a first and a second operating frequency or frequency band with an antenna base for connection to a transmitting and / or receiving system, wherein a first antenna conductor end of a first antenna conductor is connected to the antenna base, and wherein the length of first antenna conductor is tuned to the first operating frequency or operating frequency band.
There are antenna arrangement for operation at a plurality of operating frequencies, so-called multi-band antennas known. In this case, a resonant circuit consisting of an inductance and a capacitance is inserted in the antenna conductor. If this resonant circuit is designed as a parallel resonant circuit, it acts at its resonance frequency as a blocking circuit, with theoretically infinitely high resistance.
In practice, the effect of the blocking circuit is determined by its quality, which in turn results from the ratio of the inductance to the capacitance and the loss resistances. This resonant circuit produces a very high impedance at its resonant frequency and therefore acts at its resonant frequency so that the subsequent antenna part is practically no longer effective at and around this resonant frequency. Thus only the inner antenna part seen from the blocking circuit to the antenna base point becomes effective for this frequency range. Therefore, this conductor portion is generally sized to resonate on this first frequency range. If the operating frequency of the antenna deviates from the resonant frequency of the blocking circuit, a frequency-dependent impedance becomes effective through the blocking circuit in the antenna conductor.
This is capacitive at frequencies above the resonant frequency of the trap circuit, inductive at frequencies below the resonant frequency. Thus, there is no separation of the inner and the outer antenna conductor at frequencies deviating from the resonant frequency of the trap circuit. Instead, a frequency-dependent impedance is looped in at this point. This results in at least one further resonance frequency for the entire antenna arrangement.
By introducing more than one blocking circuit in the antenna conductor antennas can be formed with more than two resonance regions (bands), in turn, at the respective resonant frequency of a blocking circuit this blocking circuit acts as a separation between the lying before and after the blocking circuit antenna conductor.
The blocking circuits in the direction of the antenna base, seen in front of them and resonant at other frequencies, in turn act as an inductive extension or capacitive shortening of the antenna.
By inserting blocking circuits, for example, dipole or vertical antennas can be formed, which are resonant on two or more frequency ranges. The construction of directional antennas with radiation-coupled parasitic radiation or directional antennas with simultaneous feeding of several elements, such as jointly excited dipole combinations, is thus possible.
The structure of the respective blocking circuits is usually carried out by parallel connection of a coil as an inductor and one or more capacitors as a capacitor.
While the insertion of a coil in the antenna conductor can be relatively simple and is easy to construct even for high power, the capacitor of the resonant circuit, especially because of the required dielectric strength, considerably more difficulties. It is possible to connect this as a discrete component to the coil, wherein usually the accommodation of the capacity takes place in the bobbin. Also common is the design as a cylindrical capacitor, wherein the coil is integrated into the support structure.
A disadvantage of such known embodiments for antennas is that the possible input power of the antenna is essentially limited by the dielectric strength of the capacitor.
Due to the high voltages occurring in the blocking circuit, the voltage limit of the capacitor can be reached very quickly with regard to the possible input power of the antenna. For this reason, antennas with blocking circuits are mainly used for amateur radio stations, since here the output power i.a. is limited to about 1500 watts. The lack of dielectric strength of the capacitors of Sperrkreisantennen is the main reason why in the commercial sector and at higher powers such antennas can not be used.
If blocking circuits are formed using one or more discrete components for the capacitor, it is also disadvantageous that such switching elements have a temperature dependence.
Since outdoor antennas are subject to extreme temperature fluctuations, this can quickly lead to a detuning of the resonant frequency of the blocking circuit and thus to impaired effectiveness of the antenna. On the other hand, if the capacitors are designed as a cylindrical capacitor, there is a risk that insects will enter the structure and, for example, nest in the capacitor. This can lead to a detuning of the resonance frequency of the
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Blocking circuit as well as lead to a significant impairment of the dielectric strength. In addition, the production according to voltage and weatherproof capacitors is a not inconsiderable cost factor.
Furthermore, embodiments of blocking circuits without discrete capacitor are known. Every real inductance also always has a certain self-capacitance.
This is caused by the potential differences that occur between adjacent turns in the surrounding insulating material. The thus resulting between the individual windings partial capacitances together result in a total coil lying parallel to the total capacity. Due to this self-capacitance, which is effective parallel to the coil results in a parallel resonant circuit. The coil thus has a natural resonance.
The self-capacitance of the coil is influenced by the distance between the individual coil turns and the insulating material between them. By suitable design of the coil, it is possible within certain limits to influence the self-capacitance of the coil and thus the resonance frequency.
It is thus possible to build, at least for higher frequencies, blocking circuits consisting only of one coil, with the necessary parallel capacity resulting from the self-capacitance of the coil.
A disadvantage of such arrangements is that due to the low self-capacitance of a coil whose natural resonances in higher frequency ranges.
Therefore, it is not possible to use such constructed antennas for the shortwave, medium wave and / or long wave range, since it is not possible to build coils, which have such a low resonant frequency due to their own capacity.
The object of the invention is therefore to provide an antenna arrangement of the aforementioned type, with which the mentioned disadvantages can be avoided, and which the use of an antenna at least two arbitrary operating frequencies, especially in the long wave, medium wave and shortwave, at high Transmit power, eg
as a transmitting antenna for radio stations or military communications equipment, and largely independent of the weather conditions allows.
According to the invention this is achieved in that a first coil arrangement is provided, comprising at least a first coil with a first coil terminal and a second coil terminal, a first conductor with a first conductor end and a second conductor end, and a second conductor with a third conductor end and a fourth conductor end, wherein the second conductor end to the first coil terminal and the third ai *. 09 * ...
,
Conductor end is connected to the second coil terminal, wherein the first conductor end is connected to a, the first antenna conductor end opposite second antenna conductor end, and wherein the antenna arrangement of first antenna conductor and first coil arrangement is tuned to a second operating frequency and a second operating frequency band.
As a result, an antenna can be formed which, with the free choice of operating frequencies as far as possible, enables operation at two frequencies, even at high transmission powers. Furthermore, such an antenna arrangement is insensitive to temperature fluctuations. With a suitable embodiment of the inductance, it is possible to feed the antenna arrangement proposed here with very high antenna input powers.
At the same time, such antenna arrangement remain largely unaffected by the weather. An influence by insects is also largely avoided because the breakdown distance of a discrete capacitor is not given. Due to the lack of cavities also lacks the possibility of Einnistens.
In Weiterfuhrung the invention can be provided that the first coil arrangement at the first conductor end, at the first operating frequency or the first operating frequency band has an input resistance which at least ten times, possibly by a hundredfold, preferably by a thousand, in particular by ten thousand times, greater than the radiation resistance of the first antenna conductor at the first operating frequency or the first operating frequency band.
As a result, it can be achieved by means of the first coil arrangement that the second antenna conductor end acts as an open end at the operating frequency of the first antenna conductor.
In this connection, it can be provided in a continuation of the invention that the first coil arrangement has an input resistance at the first conductor end, at the first operating frequency or the first operating frequency band, which is essentially infinite. As a result, the best effect of the first coil arrangement is given in the ideal case.
According to a further embodiment of the invention can be provided that a plurality of coil arrangements is provided, which are each connected in series. As a result, antenna arrangements can be formed, which are provided for more than two operating frequencies. ,
*.
.. ^ ... .....
According to yet another embodiment of the invention may be provided in an antenna arrangement with a coil assembly having an electrical length, which is composed of the length of the first conductor and the length of the second conductor, as well as the short-circuit replacement line of the coil, that the electric Length of at least one coil arrangement, which is connected to a free end of an antenna arrangement tuned to an operating frequency and / or an antenna conductor, is a multiple of half the wavelength of this operating frequency.
By satisfying this condition, an ideal adaptation of a coil arrangement to an antenna arrangement can take place, wherein the coil arrangement then simulates a free end for the antenna arrangement at its operating frequency.
A variant of the invention may consist in that the first coil, the first conductor and / or the second conductor of at least one coil arrangement are made in one piece. As a result, a particularly simple coil arrangement can be created.
In a further embodiment of the invention it can be provided that at least one antenna conductor and at least one winding arrangement and / or at least two coil arrangements are made in one piece.
As a result, a particularly simple antenna arrangement can be created.
The invention therefore further relates to a dipole antenna, a vertical antenna and a directional antenna, in particular a Yagi-Uda antenna.
The object of the invention is therefore to provide antenna arrangements of the type mentioned, which the use of such an antenna arrangements at least two arbitrarily selectable operating frequencies, especially in the long-wave, medium wave and Kurzwellenbetreich, at high transmission powers, e.g.
as a transmitting antenna for radio stations or military communications equipment, and largely independent of the weather conditions allows.
According to the invention, this is achieved by comprising at least one antenna arrangement according to one of claims 1 to 7.
The invention will be further described with reference to the accompanying drawings, in which particularly preferred embodiments are shown. Showing:
Fig. 1 is a circuit diagram of an antenna arrangement for two operating frequencies;
Fig. 2 is a circuit diagram of an antenna arrangement for three operating frequencies, and .. .. .... aa
Fig. 3 is a circuit diagram of a dipole antenna for two operating frequencies.
1 to 3 show circuit diagrams of antenna arrangements A for operation at at least a first and a second operating frequency or
Operating frequency band with a Antennenfusspunkt 4 for connection to a transmitting and / or receiving system 5, wherein a first antenna conductor end 2 of a first antenna conductor 1 is connected to the Antennenfusspunkt 4, and wherein the length lo of the first antenna conductor 1 to the first operating frequency or
Operating frequency band is tuned, wherein a first coil assembly 10 is provided, consisting of at least a first coil 11 having a first coil terminal 12 and a second coil terminal 13, a first conductor 14 having a first conductor end 15 and a second conductor end 16, and a second conductor 17th with a third conductor end 18 and a fourth conductor end 19, wherein the second conductor end 16 is connected to the first coil terminal 12 and the third conductor end (18) to the second coil terminal 13, the first conductor end 15 at a second, opposite the first antenna conductor end 2 Antenna conductor end 3 is connected, and wherein the antenna arrangement A of the first antenna conductor 1 and the first coil assembly 10 to a second operating frequency or
a second operating frequency band is tuned.
An antenna arrangement A according to the invention can be constructed from any material known for use in antennas, the thickness or the diameter of the antenna conductor 1 or of the coil arrangements 10, 20 being dependent on the power intended for operation. With a suitable design of the coil 11, it is possible to feed the antenna arrangements A proposed here with very high antenna input powers. At the same time, such antennas remain largely unaffected by the weather. An influence by insects is also largely avoided because the breakdown distance of a discrete capacitor is not given.
Due to the lack of cavities also lacks the possibility of Einnistens.
Antenna arrangements according to the invention are provided for operation at at least two operating frequencies or operating frequency bands. Most radio services are not assigned individual frequencies but so-called frequency bands. In the shortwave range, for example, these are frequency ranges of a few hundred kHz, in which the radio service in question has to choose its frequency. Although antennas in general and also antenna arrangements according to the invention have a specific resonance frequency, they can also be used in the environment or in the region of this resonance frequency. The resonance frequency is chosen so that the
001 000 0900 00 desired frequency band is best covered.
The term operating frequency band is therefore not limited to the bandwidth caused by the modulation, but denotes a, e.g. assigned to a service. The 20m band includes e.g. the range from 14,000 kHz to 14,350 kHz. A typical dipole antenna can well cover this range of 350 kHz, although it resonates only at one frequency (e.g., 14,200 kHz). By contrast, speech modulation would result in a bandwidth of only about 3 to 6 kHz. If, in the following, only the term operating frequencies is used, this refers to a choice of the resonant frequency which enables optimum coverage of the relevant frequency range.
The first antenna conductor 1 is tuned to a first operating frequency fö.
Therefore, the length lo of the first antenna conductor 1 is an odd multiple of a quarter of the wavelength [lambda] o of the first operating frequency fö. More specifically, the length of the first antenna conductor 1 is an odd multiple of a quarter of the free space wavelength [lambda] of the first operating frequency fo multiplied by a shortening factor v resulting from the conductor used. The shortening factor v is influenced by the slenderness level of the antenna conductor 1, by a possibly used insulation of the conductor and slightly by the load with the following coil arrangement 10 and is between 0.9 and one for slender antennas.
The invention relates to antenna arrangements A for operation at a plurality of operating frequencies fo, f1} so-called.
Multiband antennas, which manage without capacitors, as well as without the capacitive effect of a coil 11, which is why the structure and associated with the construction of the self-capacitance of the coil 11 for the operation of the invention is essentially irrelevant. Although the capacity of the coil 11 is to be considered for an exact dimensioning of an antenna arrangement A according to the invention, this is not necessary for the function of the antenna.
The arranged in an inventive antenna assembly A coil 11 acts not as part of a parallel resonant circuit, but due to the transforming property of the arrangement of first conductor 14 and second conductor 17 with the first coil 11. The antenna conductor 1 is at the second operating frequency fi at the second antenna conductor end. 3 find an idle, therefore an open end.
This is achieved by the first conductor 14, the second conductor 17 and the first coil 11.
In known multiband antennas, an antenna coil 1 designed as a coil 11 directly adjoins an antenna conductor 1 tuned to a first operating frequency f o.
- And a parallel-connected capacitance, which can be designed both as a discrete capacitor, as well as by using the parasitic capacitances of the coil. 1
An inventive antenna arrangement A without capacitor or discrete capacity for operation at more than one operating frequency fö, fi would inherently work with a completely capacity-free coil 11, if such is produced or
Währe.
In antenna arrangements A according to the invention, the second antenna conductor end 3 is connected to a first conductor 14, which is part of a first coil arrangement 10. Therefore, in the case of an antenna arrangement A according to the invention, the length lo + li from the antenna base point 4 to the first coil terminal 12 does not correspond to the length tuned to the operating frequency fo, as is the case with known multiband antennas. Therefore, in an antenna arrangement A according to the invention, this distance is not an odd multiple a quarter of the wavelength [lambda] of the first operating frequency fo.
At the tuned to operating frequency fo first antenna conductor 1, a first conductor 14 is connected, which extends the first antenna conductor 1 geometrically.
The first coil assembly 10 consists of at least a first coil 11 having a first coil terminal 12 and a second coil terminal 13, a first conductor 14 having a first conductor end 15 and a second conductor end 16, and a second conductor 17 having a third conductor end 18 and a fourth Conductor end 19, wherein the second conductor end 16 to the first coil terminal 12 and the third conductor end 18 to the second coil terminal 13 is connected. The coil 11 has at the first operating wavelength [lambda] o a reactance X [pi], which depends in a known manner on the inductance of the coil 11 and the frequency f or wavelength [lambda].
It can be provided to connect a plurality of coils in parallel or in series to achieve the required reactance Xu of the at least one coil 11.
The first conductor end 15 is connected to the second antenna conductor end 3.
According to the invention, it is preferably provided that the first coil arrangement 10 has a very high input resistance at the first conductor end 15 at the first operating frequency f [omicron]. In the theoretical ideal case, the first coil arrangement 10 should have an input resistance at the first conductor end 15, at the first operating frequency f 0, which is essentially infinite.
Since this requirement is difficult to meet in the implementation of real technology, it can be provided that the first coil assembly 10 at the first conductor end 15, at the first operating frequency fo an input resistance which at least ten times, possibly by a hundred times, preferably by the a thousand times, in particular by ten thousand times, is greater than the radiation resistance of the first antenna conductor 1 at the first operating frequency fö. The radiation resistance of the first antenna conductor 1 at the first operating frequency fö is a metrologically easy to verify size.
The first coil assembly 10 therefore simulates an open end for the first antenna conductor 1.
This is particularly well achieved if the electrical length of at least one coil arrangement 10 which is connected to a free end 3, 19 of an antenna arrangement A tuned to an operating frequency fo, fi and / or an antenna conductor 1 is a multiple of half the wavelength [lambda]. this operating frequency f is. The electrical length of a coil assembly 10 is composed of the length li of the first conductor 14 and the length 12 of the second conductor 17, as well as from the short-circuit replacement line of the coil 11, which is frequency-dependent together.
The antenna arrangement A of the first antenna conductor 1 and the first coil arrangement 10 is tuned according to the invention to a second operating frequency fi.
In the following mathematical representations, the abbreviations used throughout the specification have been retained.
For the description of the mathematical conditions, the characteristic impedances of the individual conductors are necessary, which can be determined as follows, where d refers to the diameter of the respective conductor:
Characteristic impedance Z [iota] of the first conductor 14: f
In 44
Z14 = 60 [lambda]
1
J
'14
Characteristic impedance Z \ [eta] of the second conductor 17:
Z '"= 60-
'"17 [iota]" ü
1
J <l> 17 <>> al n ... .... -
<>> 5 al n0
Characteristic impedance Z1 + [iota]) of the first antenna conductor 1 and of the first conductor 14 if they have a uniform diameter d]:
'(1 + 14) = 60
J
In order to calibrate multi-band operation on two predetermined, mutually independent wavelengths [lambda] o and [lambda] i to e [pi], the following conditions must be met:
The length lo of the first antenna conductor 1 represents for the operating wavelength [lambda] o a resonant antenna, for example a quarter-wavelength, or an odd multiple thereof:
/ 0 = (2n-1) -v
(Equation 1)
At the operating wavelength [lambda] o, the transforming property of the arrangement of the first conductor 14 and the second conductor 17 with the inductance L [pi] must cause an essentially infinite input impedance Zo at the first conductor end 15, preferably in the ideal theoretical case.
As a result, the magnitude of the reactance XL [Pi] of the coil 11 at the operating wavelength [lambda] can be determined as follows: 11 =
'14 f tan
2 [pi]
V
1 [lambda]
+
'17 tan
J <f> l
(Equation 2) v
/
At the second operating wavelength [lambda] i, the inductance L [pi] of the first coil 11 causes an electrical extension of the overall arrangement such that the electrical length at the second operating wavelength [lambda] i is one quarter wavelength (or odd multiple thereof).
For this results for the reactance Xu of the coil 11 at the second operating wavelength [lambda] i: 990 0009th
-l f xn =
'17 r
2 [pi] ^ -
[Lambda]
'(1 + 14) tan
2 [pi]
\ tan
\
J
(Equation 3) v j
At the first operating wavelength [lambda] o, the length lo of the first antenna conductor 1 has a quarter wavelength or an odd multiple thereof, while the first coil arrangement 10 consisting of the first conductor 14 and the second conductor 17 and the coil 11 with the inductance L [pi] , an electrical length of half a first operating wavelength [lambda] o or integer multiple thereof.
For an electrical conductor without a capacitor or coil, the geometric length lo is equal to the electrical length l [chi] o multiplied by the shortening factor v.
The Verkürzugsfaktor v can be taken from tables, with which the length 1 ^ an existing antenna array can be checked by simply measuring.
At the same time, at a second operating wavelength [lambda] i, the overall arrangement has an electrical length of one quarter wavelength or odd multiples of a quarter wavelength of the second operating wavelength [lambda]].
Starting from the two predetermined operating wavelengths [lambda] o and [lambda] 1 and a predetermined total length lges of the antenna arrangement A and the assumption that
ll + 12- "l
can always be found independently of the ratio of the two operating wavelengths [lambda] o and [lambda] i to each other, the length l of the first conductor 14 and the length 12 of the second conductor 17 and an associated coil 11 with an inductance L [pi]
allow the dual band operation.
Depending on the position of the coil 11 within the total available for first conductor 14 and the second conductor 17 length I1 + I2, and thus depending on the lengths li and 12, the inductance L [pi] of the coil 11 from the (equation 2 ) for the first operating wavelength [lambda]. ** 12 *** **** **
Furthermore, depending on the position of the coil 11 within the available length lj + l2 and thus depending on the lengths li and 12, the inductance L [pi] of the coil 11 can be determined from (equation 3) for the second operating wavelength [lambda] ,
From (Equation 2) and (Equation 3), this results in two of the position of the coil 11 and thus the lengths 1] and 12abhängige magnitudes of the inductance L [pi].
Dual band operation results for the combination of the quantities li, 12 and L [pi], if the inductance L [pi] has the same values for both operating wavelengths [lambda] o and [lambda] i for the same position (left). For example, the conditions derived from (Equation 2) and (Equation 3) can be graphically represented in a diagram, with the two curves having exactly one intersection. This results in exactly one solution for the dimension of the coil 11, the length li of the first conductor 14, and the length 12 of the second conductor 17th
A parasitic intrinsic capacity of a coil 11 influences the tuning, which is why it is preferably provided to determine the natural resonance f 0 (L) of the coil 11 for a series of the same design but different inductance values L as a function of the frequency.
From this, the effective at a certain frequency inductance L can be determined.
In many cases, it may be necessary to provide antenna assemblies A which are designed to operate at more than two operating frequencies. In the case of an antenna arrangement A according to the invention, this can be done simply by assembling a plurality of coil arrangements 10, 20 and at least one antenna conductor 1 to form an antenna arrangement A, wherein this must be taken into account in the dimensioning.
Fig. 2 shows an antenna arrangement for operation at three operating frequencies fo, fi, f2 with two coil arrangements 10, 20.
Other coil arrangements 20 are analogous to the described first coil arrangement 10, but designed for a further operating frequency, and therefore have at least one coil, a first conductor and a second conductor.
The further coil arrangement 20 is designed for the further operating frequency, as a result of which, as a rule, other lengths of the conductors and other inductance values of the coil result.
When dimensioning such an antenna arrangement A for more than two operating frequencies fo, fi can proceed analogously to the procedure described above, it should be noted that for the first antenna conductor 1 all subsequently connected coil assemblies 10, 20 are effective and not just <> 13 - only the following. The system is always matematically determined, so there are five unknowns and five equations for a three-band antenna.
It can be provided that the coil 11, the first conductor 14 and / or the second conductor 17 of at least one coil arrangement 10, 20 in one piece.
Furthermore, it may be provided independently of at least one antenna conductor 1 with at least one coil arrangement 10, 20 in one piece.
It may be provided to use antenna arrangements A according to the invention in all known and / or possible antenna designs. Particular preference is given to the use of antenna arrangements A according to the invention in dipole antennas, directional antennas, in particular Yagi-Uda antennas and vertical antennas.
Further embodiments of the invention have only a part of the features described, wherein each feature combination, in particular also of various described embodiments, can be provided.
claims: