DE19604034A1 - Vertical antenna for hand held radio - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne für Handfunkgeräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Antenne ist aus der EP 0 467 822 A bekannt.The invention relates to an antenna for handheld radios according to the preamble of claim 1. Such an antenna is known from EP 0 467 822 A.
Antennen der vorgenannten Art sind für Handfunkgeräte, insbe sondere Handfunktelefone und am leitungsgebundenen Telefonnetz betriebene sog. Schnurlostelefone in breitem Einsatz. Die bekannte Antenne ist als sogenannter Viertelwellenstrahler aus gebildet, d. h. der Strahler besitzt eine Länge von einem Vier tel der Betriebswellenlänge. Über die Speiseimpedanz und die Anpassung des Eingangs/Ausgangswiderstandes des Handfunkgeräts daran ist in der vorgenannten Druckschrift nichts ausgesagt.Antennas of the aforementioned type are for handheld radios, in particular special hand-held radio telephones and on the wired telephone network Operated so-called cordless phones in wide use. The known antenna is made of a so-called quarter-wave radiator formed, d. H. the spotlight is four in length tel of the operating wavelength. About the food impedance and the Adaptation of the input / output resistance of the handheld radio nothing is stated in the aforementioned publication.
Bei Antennen für Handfunkgeräte und Handfunktelefone, die in Frequenzbereichen von 900 MHz, 1800 MHz und 1900 MHz arbeiten, sind die Strahler im allgemeinen gewendelt, um die elektrische Dicke zu erhöhen und die mechanische Länge zu verkürzen. Man spricht in solchen Fällen von radial strahlenden Helixanten nen. Nicht nur die Antenne nach der vorgenannten Druckschrift ist so ausgebildet, auch die in GB 2 255 449 A beschriebene Antenne ist eine Helix-Antenne. Dort ist die Antennenwendel auf einen mit einer Wendelnut ausgerüsteten Stab gewickelt, der nach dem Bewickeln mit einer Schutzschicht aus einem Polymer material umspritzt ist. Auch diese Druckschrift offenbart nichts über die Anpassung des Fußpunktwiderstandes der Antenne an das Handfunkgerät.For antennas for handheld radios and handheld radio telephones that are in Frequency ranges of 900 MHz, 1800 MHz and 1900 MHz work, the emitters are generally coiled around the electrical Increase thickness and shorten mechanical length. Man speaks of radially radiating helixants in such cases nen. Not only the antenna according to the aforementioned publication is designed so that also described in GB 2 255 449 A. Antenna is a helix antenna. The antenna coil is there a rod equipped with a spiral groove, which after wrapping with a protective layer of a polymer material is overmolded. This publication also discloses nothing about adjusting the base resistance of the antenna to the handheld radio.
Aus der US 4 772 895 ist eine Breitband-Wendelantenne für Hand funkgeräte bekannt, die in einem Frequenzbereich betriebsfähig ist, der von 136 bis 174 MHz reicht. Die Antenne umfaßt eine erste Wendel mit einer Resonanzfrequenz von 115 MHz und einer Länge, die um 20% unter der Viertelwellenlänge der Mittenfre quenz von 155 MHz liegt, und eine zweite, die erste Wendel mit engem Abstand koaxial umgebende Wendel mit einer Resonanzfre quenz von 356 MHz und einer Länge, die etwa ein Drittel der Länge der ersten Wendel entspricht. Durch enge Kopplung der beiden Wendeln wird die Verbreiterung des nutzbaren Betriebs frequenzbandes der Antenne erreicht. Die Antenne hat einen Fuß punktwiderstand, der im Betriebsfrequenzbereich von 50 Ohm nur innerhalb eines Stehwellenverhältnisses von 1 : 2 abweicht.From US 4,772,895 is a broadband helical antenna for hand Radio equipment known to be operational in a frequency range which ranges from 136 to 174 MHz. The antenna includes one first coil with a resonance frequency of 115 MHz and one Length that is 20% below the quarter wavelength of the midrange 155 MHz, and a second, the first coil with close spacing coaxially surrounding helix with a resonance fre frequency of 356 MHz and a length that is about a third of the The length of the first spiral corresponds. By closely coupling the Both turns will broaden the usable operation frequency band of the antenna reached. The antenna has a foot point resistance that only in the operating frequency range of 50 ohms deviates within a standing wave ratio of 1: 2.
Viertelwellen-Antennen sind vertikal polarisiert und haben eine überwiegend horizontale Strahlungscharakteristik. Verlängert man eine endgespeiste Antenne vom Viertelwellen-Längenmaß aus gehend, so steigt ihre Speiseimpedanz bis zu einer Antennen länge von λ/2 an. Eine solche Halbwellenantenne wird aufgrund ihrer hohen Eingangsimpedanz mit hoher Spannung, jedoch gerin gem Strom, gespeist. Wenn man eine solche Antenne an einer Sende-Empfangs-Anlage betreiben will, die für eine Ausgangs bzw. Eingangsimpedanz von 50 Ohm ausgelegt ist, muß eine Trans formation der Widerstände stattfinden. Zwischen Antenne und Geräteausgang ist ein Impedanztransformationsglied zwischenzu schalten.Quarter-wave antennas are vertically polarized and have one predominantly horizontal radiation characteristics. Extended you get an end-fed antenna from the quarter-wave length dimension going, their feed impedance rises to an antenna length from λ / 2. Such a half wave antenna is due their high input impedance with high voltage, but low according to electricity, fed. If you have such an antenna on a Transceiver wants to operate that for an output or input impedance of 50 ohms, a trans formation of the resistances take place. Between antenna and Device output is an impedance transformation link between switch.
Ein reales Antennensystem, das gegen Erde erregt wird und eine niederohmige Speiseimpedanz aufweist, wie beispielsweise ein Viertelwellenstrahler, kann nur einen bestimmten Teil der zuge führten Leistung abstrahlen, weil in den unvermeidlichen Erd widerständen bzw. Verlusten im elektrischen Gegengewicht ein nicht unerheblicher Teil der Speiseenergie in Wärme umgesetzt wird. Andererseits benötigt eine hochohmig gespeiste Antenne, wie beispielsweise der endgespeiste Halbwellenstrahler, nur einen geringen Speisestrom, weshalb er nur geringe Erdverluste der vorgenannten Art hervorruft. Er strahlt daher mit höherem Wirkungsgrad.A real antenna system that is excited against earth and one has low-impedance feed impedance, such as a Quarter-wave radiators, can only a certain part of the led to emit power because in the inevitable earth resistance or losses in the electrical counterweight not inconsiderable part of the food energy converted into heat becomes. On the other hand, a high-impedance-powered antenna requires such as the end-fed half-wave radiator, only a low feed current, which is why it only has low earth losses of the aforementioned type. It therefore shines with higher Efficiency.
Es ist allgemein bekannt, daß die hochfrequente Stromverteilung auf einer Antenne Einfluß auf die Ausprägung des Strahlungsdia gramms hat. Ein geometrisch "hoch" gelegener Stromknoten, d.i. ein Punkt maximalen Stroms auf dem Strahler, bewirkt eine effi ziente Rundum-Flachstrahlung in der Horizontalebene. Ein verti kal angeordneter Halbwellenstrahler, dessen Strommaximum in der Mitte des Strahlers liegt, strahlt daher mit höherem horizonta len Antennengewinn ab, als ein vertikaler Viertelwellenstrah ler, bei dem das Strommaximum am Speisepunkt liegt. Horizontale Abstrahlcharakteristik ist zur Erzielung großer Reichweiten in den oben angegebenen Frequenzbereichen wünschenswert.It is well known that high frequency power distribution influence on the shape of the radiation slide on an antenna has gramms. A geometrically "high" current node, i.e. a point of maximum current on the radiator causes an effi gentle all-round flat radiation in the horizontal plane. A verti Kal arranged half-wave radiator, the current maximum in the Lies in the middle of the spotlight, therefore shines with a higher horizonta len antenna gain as a vertical quarter-wave beam where the current maximum is at the feed point. horizontal Beam pattern is in order to achieve long ranges the above-mentioned frequency ranges desirable.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne der ein gangs genannten Art anzugeben, die als Halbwellenantenne an einem Funkgerät betrieben werden kann, dessen Eingangs- und Ausgangsimpedanz 50 Ohm beträgt, und die konstruktiv einfach aufgebaut ist.The invention has for its object an antenna Specify the type mentioned above, which as a half-wave antenna a radio can be operated, the input and Output impedance is 50 ohms, and the design is simple is constructed.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche. Insbesondere ist anzumerken, daß das Trägerelement für die Wendel ein Stab sein kann, auf den die Wendel gewickelt ist, oder eine Hülse (Rohrstück), die eine in gewissem Umfang selbsttragende Wendel als Stütze umgibt.This object is achieved by the features specified in claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are counter stood the subclaims. In particular, it should be noted that the Carrier element for the coil can be a rod on which the Coil is wound, or a sleeve (pipe section), the one to a certain extent surrounds self-supporting helix as a support.
Die erfindungsgemäße Antenne weist die Vorteile der endge speisten Halbwellenantenne auf und beinhaltet gleichzeitig das erforderliche Impedanztransformationsnetzwerk zur Speisung aus einem 50-Ohm-System. Die Einspeisung der Antenne an ihrem Ende bewirkt durch die geringe Strombelastung des Gegengewichts, d. h. der vom Gerätegehäuse gebildeten "künstlichen" Erde, daß die Verluste gegenüber einem Viertelwellenstrahler vermindert sind. Die Antenne hat damit einen höheren Abstrahlungsgewinn. Antennenanpassung und Strahlungscharakteristik werden dadurch deutlich weniger abhängig von der Handhabung des Handfunk geräts.The antenna according to the invention has the advantages of endge fed half wave antenna and at the same time includes that required impedance transformation network for supply a 50 ohm system. The antenna feed at its end caused by the low current load on the counterweight, d. H. the "artificial" earth formed by the device housing that the losses compared to a quarter-wave radiator are reduced are. The antenna therefore has a higher radiation gain. This makes antenna matching and radiation characteristics significantly less dependent on the handling of the handheld radio devices.
Der geometrisch "hoch" gelegene Stromknoten, der in der Mitte des Halbwellenstrahlers liegt, bietet die Voraussetzungen für eine zusätzliche Vergrößerung des Strahlungsgewinns gegenüber dem Viertelwellenstrahler. Dabei ist die Möglichkeit erhalten, den Strahler als Helix auszubilden. Die dadurch erreichbare Reduzierung der Gesamtlänge des Halbwellenstrahlers mit Trans formationsnetzwerk erlaubt eine leichte Anpassung an das Gerä tedesign.The geometrically "high" current node, the one in the middle of the half-wave radiator provides the conditions for compared to an additional increase in radiation gain the quarter-wave radiator. This gives you the opportunity to design the spotlight as a helix. The achievable thereby Reduction of the total length of the half-wave radiator with Trans formation network allows easy adaptation to the device tedesign.
Aufgrund der Tatsache, daß das Transformationsnetzwerk und die Strahlerwendel einen gemeinsamen Träger haben, ist die Gesamt konstruktion der Antenne fertigungstechnisch einfach realisier bar. Sie bietet aufgrund der Tatsache, daß ihr Antennenfuß punktwiderstand auf 50 Ohm transformiert ist, die Möglichkeit des Einsatzes an vorhandenen Handfunkgeräten anstelle der dort sonst üblichen Viertelwellenstrahler.Due to the fact that the transformation network and the The total is the emitter coil construction of the antenna easy to manufacture bar. It offers due to the fact that its antenna base point resistance is transformed to 50 ohms, the possibility the use of existing handheld radios instead of those there otherwise usual quarter-wave radiators.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt:The invention is described below with reference to FIGS Illustrations illustrated in the drawings It shows:
Fig. 1 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Antenne, Fig. 1 is a circuit diagram of an antenna according to the invention,
Fig. 2a und 2b Vorder- und Rückseite einer ersten Ausführungs form der Erfindung, FIGS. 2a and 2b front and back to a first embodiment of the invention,
Fig. 3 schematisch eine zweite Ausführungsform der Erfin dung, und Fig. 3 shows schematically a second embodiment of the inven tion, and
Fig. 4 schematisch eine dritte Ausführungsform der Erfin dung. Fig. 4 shows schematically a third embodiment of the inven tion.
Gemäß dem Schaltbild nach Fig. 1 besteht eine zum Betrieb an einer Sende-Empfangsanlage mit einer Ausgangs/Eingangsimpedanz von 50 Ohm geeignete Halbwellenantenne aus einem Halbwellen strahler A, der im vorliegenden Falle gewendelt dargestellt ist, und einem LC-Netzwerk aus einer Induktivität L und einem Kondensator C, mit dem die Fußpunktimpedanz der Halbwellen antenne A auf eine Größe von 50 Ohm transformiert wird. Die Spule L liegt im Speiselängszweig während der Kondensator C den Verbindungspunkt von Spule und Antenne mit Masse, d. h. der künstlichen Erde, verbindet. Die Antenne ist für asymmetrische Speisung vorgesehen.According to the circuit diagram of FIG. 1, one for operation at a transceiver unit with an output / input impedance of 50 ohms appropriate half-wave antenna of a half-wave radiators A, shown coiled in the present case, and an LC network consisting of an inductance L and a capacitor C, with which the base impedance of the half-wave antenna A is transformed to a size of 50 ohms. The coil L is in the feed branch while the capacitor C connects the connection point of the coil and the antenna to ground, ie the artificial earth. The antenna is designed for asymmetrical feeding.
Von dem in Fig. 1 gezeigten Schaltprinzip macht die erste Aus führungsform der Erfindung Gebrauch, die in den Fig. 2a und 2b dargestellt ist. Diese Antenne besteht aus einem Kunststoffträ ger 1, der am einen Ende ein Anschlußelement 2 aufweist, das zur Befestigung an einem Handfunkgerät bestimmt ist. Um den Träger 1 ist eine Drahtwendel 3 gewickelt, die am dem Anschluß element 2 abgewandten, freien Ende des Trägers 1 frei endet.From the switching principle shown in Fig. 1 makes use of the first imple mentation form of the invention, which is shown in Figs. 2a and 2b. This antenna consists of a plastic carrier 1 , which has a connection element 2 at one end, which is intended for attachment to a handheld radio. Around the carrier 1 , a wire coil 3 is wound, which ends at the connection element 2 facing away from the free end of the carrier 1 .
Fig. 2a zeigt die Vorderseite des Trägers 1, während Fig. 2b dessen Rückseite zeigt. Wie aus Fig. 2a zu erkennen ist, trägt das Anschlußelement 2 auf der Vorderseite des Trägers 1 eine Metallisierung 4, an die das eingangsseitige Ende der Drahtwen del 3 angelötet ist. Auf der Rückseite des Trägers 1 weist das Anschlußelement 2 ebenfalls eine Metallisierung 5 auf, an der die eine Elektrode eines Kondensators 6 angelötet ist, dessen andere Elektrode an einer Lötstelle 7 mit der Drahtwendel 3 verbunden ist. Es ist von Vorteil, wenn im Bereich dieser Löt stelle der Träger 1 einen Metallisierungsfleck 8 trägt, weil dadurch die Stabilität der Anordnung verbessert wird. Fig. 2a shows the front of the carrier 1 , while Fig. 2b shows the back. As can be seen from Fig. 2a, the connecting element 2 carries on the front of the carrier 1, a metallization 4 , to which the input-side end of the wire del 3 is soldered. On the back of the carrier 1 , the connection element 2 also has a metallization 5 , to which one electrode of a capacitor 6 is soldered, the other electrode of which is connected to the wire coil 3 at a soldering point 7 . It is advantageous if the carrier 1 carries a metallization spot 8 in the area of this soldering because this improves the stability of the arrangement.
Das Anschlußelement 4 weist eine Durchgangsbohrung 9 auf, durch die hindurch die Antenne mit dem Ausgang/Eingang des Handfunk telefons verbindbar ist. Die beiden Pole des Ausgangs/Eingangs des Handfunkgeräts sind mit dem Metallisierungen 4 und 5 zu verbinden, und zwar der "heiße" Leiter mit der Metallisierung 4 und der "kalte", d. h. der Masseleiter, der zugleich die künst liche Erde darstellt, mit der Metallisierung 5.The connecting element 4 has a through hole 9 through which the antenna can be connected to the output / input of the hand-held radio telephone. The two poles of the output / input of the handheld radio are to be connected to the metallizations 4 and 5 , namely the "hot" conductor with the metallization 4 and the "cold", ie the ground conductor, which also represents the artificial earth with the Metallization 5 .
Die Drahtwendel 3 hat eine Länge, die der halben Betriebswel lenlänge der Antenne entspricht. Die Antenne hat Rundum-Strah lungscharakteristik in bevorzugt horizontaler Richtung.The wire coil 3 has a length which corresponds to half the operating length of the antenna. The antenna has all-round radiation characteristics in a preferably horizontal direction.
Es ist vorteilhaft, wenn die Antenne zum Schutz von Umweltein flüssen und Beschädigung mit Kunststoff umspritzt, von einem Kunststoffschlauch eingehüllt oder mit einer bruchfesten Hülle versehen ist. Der Träger 1 kann flach oder auch zylindrisch ausgeführt sein. Der Kondensator 6 kann flächig als SMD-Chip aufgeklebt oder aufgelötet sein.It is advantageous if the antenna for environmental protection and damage is encapsulated with plastic, encased in a plastic tube or provided with a break-proof cover. The carrier 1 can be flat or cylindrical. The capacitor 6 can be glued or soldered flat as an SMD chip.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Anschlußelement 2 koaxial ausgebildet ist. Es besteht aus einem Innenleiter 4a und einem Außenleiter 5a, die wirkungsmäßig den Metallisierun gen 4 und 5 der ersten Ausführungsform entsprechen. Der Außen leiter 5a und der Innenleiter 4a weisen in einem dem freien Ende der Drahtwendel 3 abgewandten Endbereich solche Abmessun gen auf, daß der von ihnen gebildete Koaxialleitungsabschnitt einen Wellenwiderstand von 50 Ohm aufweist. An diesen Abschnitt a schließt sich ein erweiterter Abschnitt b an, wo der Außen leiter 5a einen größeren Durchmesser aufweist. Innerhalb dieses Abschnitts befindet sich eine Spule L eines Transformations gliedes, die einenends mit dem Innenleiter 4a und andernends mit dem einen Ende der Drahtwendel 3 verbunden ist. Die Kapazi tät zwischen den Wendeln der Spule 1 und dem Abschnitt b des Außenleiters 5a bildet den Kondensator C des LC-Transforma tionsgliedes gemäß Fig. 1. Fig. 3 shows an embodiment in which the connection element 2 is coaxial. It consists of an inner conductor 4 a and an outer conductor 5 a, which correspond in effect to the metallizations 4 and 5 of the first embodiment. The outer conductor 5 a and the inner conductor 4 a have in an end region facing away from the free end of the wire coil 3 such dimensions that the coaxial line section formed by them has a characteristic impedance of 50 ohms. At this section a follows an expanded section b, where the outer conductor 5 a has a larger diameter. Within this section there is a coil L of a transformation element which is connected at one end to the inner conductor 4 a and at the other end to one end of the wire coil 3 . The capaci ty between the coils of the coil 1 and the section b of the outer conductor 5 a forms the capacitor C of the LC transformer member according to FIG. 1.
Aus übersichtlichkeitsgründen ist ein Träger für die Spule L in Fig. 3 nicht dargestellt. Die Drahtwendel 3 benötigt bei aus reichender Eigensteifigkeit keinen Wickelkörper, jedoch einen Schutz gegen Beschädigung. Diese Aufgabe erfüllt die Träger hülse 1a, die die Drahtwendel 3 umgibt und sie mechanisch sowie gegen Witterungseinflüsse schützt.For reasons of clarity, a carrier for the coil L is not shown in FIG. 3. The wire coil 3 does not require a winding body if the inherent rigidity is sufficient, but protection against damage. This task is performed by the carrier sleeve 1 a, which surrounds the wire coil 3 and protects it mechanically and against the weather.
Eine ähnliche Konstruktion ist in Fig. 4 dargestellt. Sie umfaßt einen zylindrischen Außenleiter 5a, der eine isolierende Trägerhülse 1a hält und in dem sich koaxial ein Innenleiter 4a befindet. Der Innenleiter 4a bildet zusammen mit dem Außen leiter 5a eine Koaxialleitung mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm. Im Bereich des inneren Endes des Innenleiters 4a weist der Außenleiter 5a eine Öffnung 11 auf, durch die das eine Ende einer Spule L hindurchgeführt ist, das mit dem Innenleiter 4a verlötet ist. Die Spule L ist auf einen verlängerten Abschnitt b des Außenleiters gewickelt und von diesem elektrisch iso liert. Die Leitungskapazität zwischen der Spule L und dem Abschnitt b des Außenleiters 5a bildet den Kondensator C des LC-Transformationsgliedes gemäß Fig. 1. Das andere Ende der Spule L ist mit der Drahtwendel 3 verbunden. Auch bei diesem Beispiel ist ein ggf. entbehrlicher Träger für die Drahtwendel 3 nicht dargestellt.A similar construction is shown in FIG. 4. It comprises a cylindrical outer conductor 5 a, which holds an insulating carrier sleeve 1 a and in which there is coaxially an inner conductor 4 a. The inner conductor 4 a forms together with the outer conductor 5 a a coaxial line with a characteristic impedance of 50 ohms. In the area of the inner end of the inner conductor 4 a, the outer conductor 5 a has an opening 11 through which one end of a coil L is passed, which is soldered to the inner conductor 4 a. The coil L is wound on an extended section b of the outer conductor and is electrically isolated from this. The line capacitance between the coil L and the section b of the outer conductor 5 a forms the capacitor C of the LC transformation element according to FIG. 1. The other end of the coil L is connected to the wire coil 3 . Also in this example, a possibly unnecessary carrier for the wire coil 3 is not shown.
Wie anhand des ersten Ausführungsbeispiels erläutert, können bei den Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 die Drahtwen deln 3 auf einen Trägerkörper gewickelt sein und zum Schutz vor Umwelteinflüssen und Beschädigungen mit Kunststoff umspritzt oder von einem Kunststoffschlauch umgeben oder mit einer bruch festen Hülle versehen sein.As explained with reference to the first embodiment, in the embodiments according to FIGS . 3 and 4, the wire wires 3 can be wound on a carrier body and encapsulated with plastic for protection against environmental influences and damage or surrounded by a plastic tube or provided with a break-proof shell .
Die Anschlußelemente der Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 können Schraubanschlüsse, Bajonettanschlüsse oder auch Steck anschlüsse sein.The connection elements of the embodiments according to FIGS. 3 and 4 can be screw connections, bayonet connections or plug connections.
Claims (12)
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Publications (1)
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