PL139515B1 - Antenna system for personal radio transceivers - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest uklad antenowy dla nadawczo-odbiorczych aparatów radiowych osobistego uzytku pracujacych w pasmie fal mikrofalowych lub ultrakrótkich /VHF lub UHF/, a maksymalna moc wyjsciowe stopnia wielkiej czestotliwosci nie przekracza 5W. w czasie pracy aparat pozostaje w scislym kontakcie z cialem uzytkownika, a antena jest dolaczona bezposrednio do obudowy aparatu.Znane se nastepujace typy anten miniaturowych majecych dlugosc mniejsze wielokrotnie /na przyklad 10-krotnie/ od dlugosci cwiartki fali roboczej: anteny przewodowe z pojemnoscia kon¬ cowa, na przyklad w postaci ukladu przewodów lub dysku metalowego; anteny przewodowe ze sku¬ pione indukcyjnoscie koncowe polaczona, szeregowo z pojemnoscie koncowe; anteny przewodowe z indukcyjnoscie skupione u podstawy anteny lub w czesci jej dlugosci; Anteny solenoidalne.Wspólne wade wymienionych trzech pierwszych typów anten se duze rozmiary poprzeczne pojemnosci koncowej lub duze wartosci indukcyjnosci skupionych. Wade anten solenoidalnych jest natomiast mala rezystancja promieniowania na skutek malego pola predu rozlozonego w przyblizeniu sinuso¬ idalnie wzdluz anteny.Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 99 239 antena miniaturowa o stosunkowo duzej rezystancji promieniowania przy malych wymiarach, w której elementem promieniujecym jest meta¬ lowy cylinder, a elementami dostrojczymi i dopasowujacymi se cewka i kondensator, umieszczone wewnetrz metalowego cylindra. Antena jest poleczona z obwodami wejsciowymi radiotelefonu za pomoce odcinka koncentrycznego, którego wewnetrzny przewód poleczony jest z jednym koncem cewki dostrojczej. Znana jest równiez z opisu patentowego Stanów Zjedn. Ameryki nr 3 852 760 antena miniaturowa, w której elementami promieniujecymi se dwa kolowe dyski metalowe, poleczone ze sobe za pomoce indukcyjnosci, stanowiecej element dostrojczy i dopasowujecy.Znana jest z polskiego opisu patentowego nr 111 495 antena zawierajeca promieniujece sole¬ noidalne czesc, o dlugosci elektrycznej okolo cwierc fali, objete izolacyjne oslone ochronne i umieszczone na promieniujecej metalowej czesci, która osadzona jest na promieniujecej meta-2 139 515 Iowej obudowie radiotelefonu. Przylegle wzajemnie krance czesci solenoidalnej i czesci netalo- wej se polaczone elektrycznie z obwodami wejsciowymi radiotelefonu poprzez odcinek linii kon¬ centrycznej* Oo tych krawedzi obu czesci anteny dolaczony jest kondensator, utworzony z przy¬ najmniej jednej okreglej plytki metalowej, zamocowanej sztywno na przewodzie wewnetrznym wymie¬ nionego odcinka linii koncentrycznej, zaailejecej antene, oraz z wewnetrznych wystepów metalo¬ wej czesci cylindrycznej anteny. Tak utworzony kondensator plaski ma izolacje powietrzne lub pomiedzy jego plytkami umieszczona jest przynajmniej jedna okregla plytka izolacyjna, osadzona nm wewnetrznym przewodzie linii zasilajacej antene.Znsnm jest z polskiego wzoru uzytkowego Nr Ru 34 891 antena naramienna skladajeca sie z pretowego ramienia górnego oraz z ramienia dolnego w postaci ekranu wspólosiowego kabla zasila¬ jacego, który to kabel poleczony jest z jednej strony do obu ramion anteny a z drugiej strony do gniazda antenowego zainstalowanego w obudowie radiotelefonu. Kabel wspólosiowy zasilajecy antene i stanowlecy dolne jej ramie, ma w dolnym koncu postac cewki indukcyjnej, która lecznie z obudowe radiotelefonu tworzy uklad odsprzegajecy antene od ciala operatora.Znany jest z opisu patentowego USA nr 3 523 296 przenosny system antenowy przystosowany do zawieszenia na pasach operatora lub zwierzecia dla celów komunikacyjnych lub telemetrycznych.Uchwyt przypiety do ciala podpiera pret antenowy. Pasy maje wmontowany drut przewodzecy, stano¬ wiecy tasme lub folie. Sprzet radiowy zawieszony jest na pasach i podleczony do koncentrycznej linii przekaznikowej. Centralny przewodnik linii koncentrycznej poleczony jest z antene, a os¬ lona zewnetrzna poleczona jest z elementami przewodzecymi w pasach, dzialajecyml jako przeciw¬ waga.Znany jest z opisu patentowego USA nr 4 121 218 teleskopowy dipol pólfalowy, poleczony pojemnosciowo z napedzane rezonansowe antene spiralne, która moze byc zamontowana na recznie przenoszonym aparacie radiowym, w którym spirala zasilana jest na wejsciu. Dipol moze byc za¬ montowany przylegle lub kolinearnie do osi spirali. Zamontowanie kolinearne wymaga, aby oba kon¬ ce dipolu byly nieprzewodzece. Optymalne charakterystyki robocze i wymiarowe osiegane se bez wleczania.W osobistych aparatach radiowych nadawczo-odbiorczych sprawne wypromleniowywanie fal elek¬ tromagnetycznych o odpowiedniej mocy w zakresie wielkich czestotliwosci jest raczej problema¬ tyczne ze wzgledu na sesiedztwo ciala uzytkownika i dlatego konstrukcja anteny wywiera decydu- jecy wplyw na walory eksploatacyjne aparatu. Desli porównac cechy osobistych nadbiorników radio¬ wych z cechami wypromieniowywania pionowej, pretowej anteny cwiercfalowej, zalozonej na powierz¬ chni metalowej o odpowiednich rozmiarach, to latwo spostrzec, iz przy tej samej mocy wyjsciowej wytwarzane pole elektromagnetyczne jest w przypadku nadbiorników okolo 10 dB slabsze.Z publikacji z dziedziny wynalazku znane se wyniki pomiarów przeprowadzonych na róznych typach "malych" anten. Wyciegnieto z nich wniosek, ze cwiercfalowa antena pretowa jest najbar¬ dziej odpowiednia, wykazujec tlumienie okolo 10 dB w porównaniu z idealne antene o wzmocnieniu O dB. Rózne inne typy skróconych anten se o 3 do 10 dB gorsze od cwiercfalowej anteny pretowej.Takie "krótkie" anteny naatreczaje, poza tlumieniem, inne jeszcze problemy, np. zmiennosc na¬ tezenia pola w czasie pracy aparatu powodowane przez zmiany jego polozenia wzgledem ciala uzyt¬ kownika. Zakres tych zmian moze wynosic okolo 5 dB.Mala sprawnosc wypromieniowywania, utrzymujeca sie ponizej 10%, moze byc wyjasniona tym, ze obudowa nadblornika ma wymiary, jakie w porównaniu z dlugoscie fal nie maje wiekszego zna¬ czenia i dlatego nie moze ona stanowic przeciwwagi dla anteny nadawczej. Wynika sted, ze czesc predu antenowegp przeplywa przez reke, utrzymujece aparat, do ciala ludzkiego o malej przewod¬ nosci, powodujec rozpraszanie odpowiadajecej temu mocy. Obecnosc ciala uzytkownika powieksza impedancje punktu odniesienia i zmniejsza pred anteny.Jesliby cialo uzytkownika mialo potencjal bliski amplitudzie napiecia na antenie nadaw¬ czej, to powstale sprzezenie elektryczne mogloby roztroic antene; moze to tez zmieniac impedan¬ cje, a takze straty promieniowania w ciele czlowieka, wywolujec straty mocy powodowane niedo¬ pasowaniem. To ostatnie zjawisko ujawnia sie w szczególnosci w przypadku tak zwanych anten mi-139 515 3 niaturowych, zalozony* na spiralny* radiatorze o normalnym sposobie promieniowania, gdyz an¬ teny takie przylegaja w czaeie pracy aparatu scisle do ciala uzytkownika, co noze wywolac jego nadmierny wplyw roztrajajecy. Stanowi to dosc istony problem, jako ze zachodzi znaczne zwiekszenie reaktancji punktu odniesienia takich skróconych anten i przy roztrojeniu powstaja znaczne straty niedopasowania. Poza tymi wymienionymi trudnosciami wystepuje jeszcze inny prob¬ lem ekranowania ze strony ciala ludzkiego, czemu mozna zaradzic jedynie przez zwiekszenie wyso¬ kosci anteny. Jest to Jednak sprzeczne z wymogami miniaturyzacji i porecznosci aparatu.Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji anteny do osobistych aparatów radiowych nadawczo-odbiorczych, która by mogla w znacznym stopniu zapobiec wymienionym wyzej niepozadanym efektom bliskosci ciala ludzkiego, a przez to zwiekszyc skutecznosc tych aparatów.Uklad antenowy dla nadawczo-odbiorczych aparatów radiowych osobistego uzytku, sklada sie z obudowy, wykonanej co najmniej czesciowo z materialów przewodzacych wysokiej czestotliwosci na¬ dajnika i odbiornika umieszczonego w obudowie zawierajacej dwa laczniki wysokiej czestotliwosci.Jeden z laczników polaczony jest z przewodzacym materialem obudowy, a drugi lacznik jest odizolo¬ wany od obudowy glównej anteny rezonansowej, krótszej niz czwarta czesc fali nosnej nadawanej i odbieranej przez aparat nadawczo-odbiorczy o wysokiej czestotliwosci. Antena glówna polaczona jest z lacznikiem odizolowanym od obudowy i wystaje z jednego konca obudowy. W rozwiazaniu wed¬ lug wynalazku rezonansowa antena pomocnicza krótsza niz czwarta czesc dlugosci fali jest podla¬ czona do obudowy w miejscu odleglym od wymienionego jej konca, przy czym antena pomocnicza w stosunku do anteny glównej ustawiona jest pod katem 90 - 180 • Antena pomocnicza zamocowana jest obrotowo na bocznej scianie obudowy.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunku w przykladach wykonania, na którym przed¬ stawiono na fig. 1 do 4 znane rozwiazania anten nadbiornikowych; fig, 5 - przeplyw pradu do ciala czlowieka przy uzyciu nadbiorników z antenami w tych znanych dotad rozwiazaniach, fig. fig, óa do 6f - przyklady wykonania anten wedlug wynalazku, fig, 7 - przeplyw pradu podobnie, jak na fig, 5, lecz przy rozwiazaniu anten wedlug wynalazku, fig. 8 - rozklad pradu i napiecia w antenie wedlug wynalazku, fig, 9 - zespól antenowy wedlug wynalazku zamocowany w zalecany sposób, fig, 10 - widok w powiekszeniu anteny z fig. 9 po usunieciu pokrywy aparatu.Fig, fig. 1-5 pokazuja podstawowe typy anten w tradycyjnym wykonaniu, stosowanych w osobistych nadbiornikach radiowych. Na fig, 1 pokazano pretowa, gietka antene rezonansowa, cwiercfalowa, Taka antene stosuje sie glównie w nadbiornikach pracujacych na czestotliwosciach ponad 100 MHz, gdyz przy mniejszych czestotliwosciach pret musialby byc niedogodnie dlugi.Fig. 2 przedstawia antene pretowa dostrojona do rezonansu przez skrecanie jej przy podstawie w spirale, przez co dlugosc anteny wypada mniejsza od czwartej czesci dlugosci fali. Na fig. 3 nadbiornik wyposazony jest w antene spiralna o zwyklym sposobie promieniowania, która jest znacznie krótsza niz czwarta czesc dlugosci fali. Fig, 4 pokazuje antene obciazona indukcyj- noscia, która jest tez krótsza od cwiercfali. Na fig. fig. 1 do 4 linia kreskowana narysowa¬ na obok anteny pokazano rozklad pradu.Na fig, 5 ukazano ogólna wade opisanych wyzej czterech znanych typów anten,* jaka wynika z bliskosci reki i ciala uzytkownika aparatu, co wywoluje zmiane rozkladu pradu przy zakoncze- m niu anteny od strony nadbiornika i powoduje, ze tylko mala czesc pradu przeplywa z powrotem do obudowy aparatu /t.zn, obudowa ta nie moze spelniac roli balansu dla anteny/, a pozostala prze¬ wazajaca jego czesc przeplywa przez cialo czlowieka, doprowadzajac do strat energii, przy czym ta czesc pradu nie bierze udzialu w wytwarzaniu pola elektromagnetycznego promieniowania. Tlu¬ maczy to, dlaczego w nadbiornikach z tradycyjnymi antenami tylko 10% calej mocy wyjsciowej jest wypromieniowywana w postaci fal elektromagnetycznych. Ten opisany efekt zaklócajacy ciala ludz¬ kiego jest tym intensywniejszy, im blizej ciala wypada amplituda napiecia i z tego powodu ante¬ na pokazana na fig. 3 jest szczególnie niekorzystna. Wada ta staje sie tym bardziej istotna, ze takie anteny powoduja przy zblizeniu ciala ludzkiego roztrojenie aparatu, co ze wzgledu na stra¬ ty niedopasowania zmniejsza jeszcze bardziej ich sprawnosc.Fig. fig. 6a, 6b, ... 6f pokazuja rózne wykonania anten wedlug wynalazku. Róznica w porów¬ naniu z konwencjonalnymi antenami /fig. fig. 1 do 4/ polega na zastosowaniu pomocniczej anteny6 139 515 Fig. 10 pokazuje w szczególach konstrukcyjne rozwiazanie anteny z fig. 9 po usunieciu zewnetrznej oslony ochronnej. Antena 10 ma centralny rdzen wykonany z rurki 11 z tworzywa sztucznego, w której umieszczony jest prosty odcinek przewodu 12. Dolny koniec rurki 11 osa¬ dzony jest w górnym otworze lacznika 13. Lacznik ten ma nagwintowany dolny koniec 14 dla umoz¬ liwienia wkrecenia go do nagwintowanego gniazda w obudowie 3. Koniec 14 lacznika ma ksztalt rury, przez które przechodzi przewód 12 polaczony z lacznikiem 13 na spodniej scianie przez zlutowanie. Skretka 15, jaka tworzy spiralny element promieniujacy, owinieta jest scisle na oslaniajacej powierzchni rury 11, a jej dolny koniec dolaczony jest do przewodu 12. Antena 10 pokryta jest i chroniona przez zastosowanie rurki oslaniajacej wykonanej z tworzywa termo¬ kurczliwego. Po odpowiednim nagrzaniu tej rurki nasuwa sie ja, po czym ta stygnac obcina an- ne 10 tak, ze tworzy ona prosty, osloniety element, którego tylko nagwintowany koniec 14 moze byc nieosloniety, gdyz wystaje on z dolnego konca rurki.Zastrzezenia patentowe 1* Uklad antenowy dla nadawczo-odbiorczych aparatów radiowych osobistego uzytku, sklada sie z obudowy, wykonanej co najmniej czesciowo z materialów przewodzacych wysokiej czesto¬ tliwosci nadajnika i odbiornika umieszczonego w obudowie, zawierajacej dwa laczniki wysokiej czestotliwosci, z których jeden polaczony jest z przewodzacym materialem obudowy, a drugi jest odizolowany od obudowy glównej anteny rezonansowej, krótszej niz czwarta czesc fali nos¬ nej nadawanej i odbieranej przez aparat nadawczo odbiorczy o wysokiej czestotliwosci, zas an¬ tena glówna polaczona jest z lacznikiem odizolowanym od obudowy i wystaje z jednego konca obudowy, znamienny tym, ze rezonansowa antena pomocnicza /4/, krótsza niz czwarta czesc dlugosci fali, jest polaczona do obudowy /3/ w miejscu odleglym od wymienionego jej konca przy czym antena pomocnicza /4/ w stosunku do anteny glównej /l/ ustawiona jest pod katem 90 - 180°. 1. Uklad antenowy wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze antena pomocnicza /4/ zamocowana jest obrotowo na bocznej scianie obudowy /3/.139 515 *|^ Fig. 1 J.. . J Fig.2 Fig.3 V ! Fig.L Ib K|r m 2 3 \ Fig. 6.b 4b \ 1c \ \ 3 \,4c Fig.6.c Fig 6.e Hl% Fig.6.f kl*l,139 515 Fig.5 15 -t' 11 ,10 i / / / / / i -3 Fig.8 m A 5 X Fig.9 !ir12 13 Fig. 10 U Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz Cena 130 zl PL

Claims (1)

Zastrzezenia patentowe

1* Uklad antenowy dla nadawczo-odbiorczych aparatów radiowych osobistego uzytku, sklada sie z obudowy, wykonanej co najmniej czesciowo z materialów przewodzacych wysokiej czesto¬ tliwosci nadajnika i odbiornika umieszczonego w obudowie, zawierajacej dwa laczniki wysokiej czestotliwosci, z których jeden polaczony jest z przewodzacym materialem obudowy, a drugi jest odizolowany od obudowy glównej anteny rezonansowej, krótszej niz czwarta czesc fali nos¬ nej nadawanej i odbieranej przez aparat nadawczo odbiorczy o wysokiej czestotliwosci, zas an¬ tena glówna polaczona jest z lacznikiem odizolowanym od obudowy i wystaje z jednego konca obudowy, znamienny tym, ze rezonansowa antena pomocnicza /4/, krótsza niz czwarta czesc dlugosci fali, jest polaczona do obudowy /3/ w miejscu odleglym od wymienionego jej konca przy czym antena pomocnicza /4/ w stosunku do anteny glównej /l/ ustawiona jest pod katem 90 - 180°. 1. Uklad antenowy wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze antena pomocnicza /4/ zamocowana jest obrotowo na bocznej scianie obudowy /3/.139 515 *|^ Fig. 1 J.. . J Fig.2 Fig.3 V ! Fig.L Ib K|r m 2 3 \ Fig. 6.b 4b \ 1c \ \ 3 \,4c Fig.6.c Fig 6.e Hl% Fig.6.f kl*l,139 515 Fig.5 15 -t' 11 ,10 i / / / / / i -3 Fig.8 m A 5 X Fig.9 !ir12 13 Fig. 10 U Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz Cena 130 zl PL