DE2262511A1 - Antenne fuer den vhf- und uhf-empfang - Google Patents

Antenne fuer den vhf- und uhf-empfang

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DE2262511A1
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    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Description

74^0-72/Kö/S
Convention Date:
December 27, 1971
RCA Corporation, New York, N.Y., USA
Antenne für den VIIF- und UHF-Empfang
Die Erfindung betrifft eine Antenne für den VHF- und UHF-Empfang.
Es besteht ein echtes und erhebliches Bedürfnis nach einer wirklich billiren, im Aufbau sehr kleinen und strukturell stabilen Antenne für den leistungsfähigen Empfang über das gesamte VHF- und das gesamte UHF-Fernsehfrequenzband. Ferner besteht das Bedürfnis, daß eine solche Antenne genügend richtfähig ist, um in Gebieten mit hohen Empfangsfeldstärken Mehrwegsignale auszufiltern,
Herkömmliche Innenantennen sind im allgemeinen billig, haben jedoch keine ausreichende Richtwirkung, um Signale, die, wie es gewöhnlich der Fall ist, auf anderen Wegen eintreffen, z.B. reflektierte Signale, auszufiltern oder zu unterdrücken, was häufig zu "Geistern" im Fernsehbild führt. Herkömmliche Außenantennen haben zwar eine bessere Richtwirkung als die herkömmlichen Innenantennen, sind jedoch groß, sperrig und teurer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine billige Mehrband-Fernsehantenne mit kleinen Abmessungen zu schaffen, die speziell für Gebiete mit hohen Empfangsfeldstärken geeignet ist und mit der ein Empfang über den gesamten Bereich der VHF- und UHF-Fernsehkanäle 2 bis 83 möglich ist.
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Eine Antenne der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch einen leitenden Rahmen mit zwei an gegenüber liegenden Stellen vorgesehenen Spalten, deren einer zwei an eine erste Antennenleitung ankoppelbare Speiseklemmen bildet und deren anderer durch eine vorwiegend ohmsche Impedanz überbrückt ist, wobei der Rahmendurchmesser an Stellen zwischen den beiden Spalten kleiner als die halbe Wellenlänge einer der VHF "etriebsfrequenzen ist, derart, daß die Empfangsempfindlichkeit des Rahmens in Richtung des erstgenannten Spaltes maximal und in der entgegengesetzten Richtung geringer ist; und durch ein im wesentlichen innerhalb des Rahmens befestigtes UIIF-Dipolelement, das in seiner G em mti an ge alsA/2-Dipolelement für eine Frequenz innerhalb des UIIF -Bandes . bemessen ist und das an eine zweite Antennenleitung ankoppelbar ist.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Mehrband-Fernsehantenne;
Figur 2 eine typische horizontale Antennencharakterxstxk für das Rahmenantennenelement;
Figur 3 eine typische horizontale Antennencharakteristik für den UHF-Antennendipol mit Reflektoren und Direktoren innerhalb des VHF-Rahmenelements ohne Schlitze;
Figur 4 eine typische horizontale Antennencharakteristik für den UHF-Antennendipol mit Reflektoren und Direktoren innerhalb des VHF-Rahmenelements mit Schlitzen; und
Figur 5 das Schaltschema eines UHF/VHF-Kombinators,
Das in Figur 1 gezeigte Rahmenantennenelement 10 besteht aus zwei halbkreisförmigen MetaHbändern 11 und 13. Statt einer Kreisform kann der Rahmen auch andere Formen, beispielsweise eine quadratische oder rechteckige Form haben. Das Rahmenantennenelement 10 hat einen Speisespalt mit beiderseitigen Anschlüssen 15 und Der Speisespalt kann in diesem Fall eine Breite von 1,3 cm (l/.2 Zoll) haben. Die Anschlüsse 15 und 17 sind mit den Klemmen 19 und
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21 eines UHF/VHF-Kombinators 20 verbunden. Auf der dem Speisespalt gegenüberliegenden Seite des Antennenrahmens befindet sich zwischen den Metallbändern 11 und 13 ein Abschlußspalt mit Anschlüssen 23 und 25, an die, den Abschlußspalt überbrückend, ein vorwie gend ohrasches Impedanzelement 27 angeschlossen ist. Der Durchmesser des Rahmenantennenelements 10 an Stellen in der Mitte zwischen den beiden Spalten ist kleiner als die halbe Betriebswellenlänge. Beispielsweise kann für den Betrieb über die-VHF-Fernsehfrequenzbänder der Durchmesser 45,7 cm (18 Zoll) bei einer Länge der beiden Metallbänder 11 und 13 von je 71*1 cm (28 Zoll) betragen. Die Metallbänder 11 urd 13 können je 5,1 cm (2 Zoll) breit sein (Abmessung Vf in Figur l) mit je einer Zuspitzung oder Keilverjüngung bei den Enden der Anschlüsse 15* 23, 17 und 25V Diese Keilverjüngung beginnt im vorliegenden Fall ungefähr 10,2 cm (4 Zoll) vom betreffenden Ende und dient dazu, die Kapazität in der Nähe der Anschlüsse zu verringern. Der positive Widerstand des Impedanz elements 27 kann 395 Ohm betragen.
Die sich ergebenden Antennencharakteristiken für das niedrige und das hohe VHF-Fernsehfrequenzband haben die Form einer Kardioide (Nierencharakteristik), wie in Figur 2 gezeigt. Wie man sieht, hat die Antenne aufgrund ihrer Antennencharakteristiken einen guten Richtverstärkungsfaktor. Einzelheiten der Rahmenantenne sind in der USA-Patentschrift 2 247 743 beschrieben.
Innerhalb der Rahmenantenne 10 befindet sich ein fächerartiger UHF-Antennenflachdipol 30. Der Flachdipol 30 besteht aus zwei dreieckförmigen Flachblechstücken 31 und 33 mit einem Speisespalt zwischenbeiderseitigen Anschlüssen 3 5 und 36. Die beiden Metallblechstücke haben jeweils die Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit dem spitzesten Winkel zwischen den beiden gleichlangen Seiten. Die Teile mit den spitzesten Winkeln bilden die Speiseanschlüsse des Flachdipols 30. Die Länge und die Form des Flachdipols sind so gewählt, daß sich ein UHF-Dipol über das gesamte UHF-Fernsehfrequenzband ergibt. Zu diesem Zweck kann der Flachdipol 30 eine Länge von 30,8 cm (14 l/2 Zoll) vom Ende 37 bis zum anderen Ende 39 haben. Die Breite der Dipolhälften 31 und 33 »n den beiden Enden 37 und 39 kann 8,9 cm (3, l/2 Zoll) betragen. Der Spalt zwi-
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sehen den Anschlüssen 35 und 36 kann 0,95 cm (3/8 Zoll) breit sein. Die Anschlüsse 3 5 und 36 sind mit Eingangsklemmen 41 und 43 des UHF/VHF-Kombinators 20 verbunden.
Rückwärts des Flachdipols 30 in bezug auf die Speiseseite des Rahmenantennenelements 10 befindet sich ein Reflektor 45 für den Flachdipol 30. Der Reflektor 45 liegt in der gleichen Ebene wie die Metallblechstücke 31 und 33 des Dipols und befindet sich im vorliegenden Fall ungefähr 7 cm (2 3/4 Zoll) hinter der mittleren Speisungsstelle bei den Anschlüssen 35 und 36, und er ist im vorliegenden Fall 36,8 cm (14 l/2 Zoll) lang, um als Reflektor für den Flachdipol 30 zu wirken. Der Reflektor 45 kann im vorliegenden Fall ein Flachmetallstreifen mit einer Breite von 1,3 cm (1/2 Zoll) sein. Durch den Reflektor 45 erhält das kombinierte UHF-Antennensystem 34 eine erhöhte Richtwirkung, indem aus der Richtung der Speiseanschlüsse 15 und 17 kommende Signale besser empfangen werden.
Zwischen dem Flachdipol 30 und den SpeiseanschlUssen 15 und 17 befinden sich drei Direktorelemente 47, 49 und 51# Päs Direkto£ element 47 besteht aus zwei Metallstreifen 47A und 47B mit je z.B. einer länge von 15,2 cm (6 Zoll) und einer Breite von 1,3 cm (1/2 Zoll). Die Metallstreifen 47A und 47B sind kolinear und liegen in einer Ebene mit dem Flachdipol 30. Im vorliegenden Fall ist zwischen den nahen Enden der Metallstreifen 47A und 47B ein Abstand von 6,4 cm (2 l/2 Zoll) vorgesehen. Das Direktorelement 47 befindet sich im vorliegenden Fall 7 cm (2 3/4 Zoll) vor den Speiseanschlüssen 35, 36 des Flachdipols 30. Das Direktorelement 49 besteht aus zwei kolinearen Metallstreifen 49A und 49B, die vor
dem Direktorelement 47 und in einer Ebenemit diesem sowie mit dem Flachdipol 30 angeordnet sind. Die Metallstreifen 49A und 49B haben im vorliegenden Fall je eine Breite von 1,3 em (i/2 Zoll), eine Länge von 15,2 cm (6 Zoll) und einen Abstand von 6,4 cm (2 1/2 Zoll) vor dem Direktorelement 47, Die Metallstreifen 49A und 49B haben im vorliegenden Fall einen Abstand von lf3 cm (1/2 Zoll) an ihren nahen Enden. Das Direktorelement 51 besteht in gleicher Weise aus zwei 1,3 cm (l/2 Zoll) breiten Metallstreifen 51A und 51B, die kolinear miteinander und vor dem Direiitorelement
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49 sowie In einer Ebene mit diesem, dem Direktorelement; 47 und dem Flachdipol 30 angeordnet sind. Die Metallstreifen 51A und 51B haben in diesem Fall eine Länge von je 15,2 cm (6 Zoll) und sind 6,4 cm (2 1/2 Zoll) vor dem Direktorelement 49 mit einem gegenseitigen Abstand von 1,3 cm (l/2 Zoll) angeordnet. Durch die Direktorelemente 47, 49 und 51 erhält das UHF-Antennensystem 34 mit den Direktoren 47, 49 und 51* dem Flachdipol 3.0 und dem Reflektor 47 eine bessere Richtcharakteristik mit einem erhöhten Antennengewinn gegenüber einer Antenne mit nur einem Flachdipol für Signale, die aus der Richtung der Speiseanschlüsse 15 und 17 kommen.
Eine zusätzliche Verbesserung der Richtwirkung des UHF-Antennensystems wird durch die L-förmigen Schlitze 53, 55 im Metallband 11 und die L-förmigen Schlitze 57 und 59 im Metallband 13 erzielt. Figur 3 zeigt eine typische Antennencharakteristik für das UHF-Band in der Horizontalebene für ein VHF/UHF-Antennensystem der oben beschriebenen Art ohne die Schlitze. Diese Antennencharakteristik wurde bei 6OO MHz aufgenommen. Figur 4 zeigt eine typische Antennencharakteristik für das Antennensystem mit den Schlitzen im gleichen UHF-Band oder -Kanal wie in Figur 3. Wiederum wurde die Antennencharakteristik für 6OO MHz aufgenommen. Man beachte die Verkleinerung der kräftigen Seitenlappen oder -zipfel bei 90 gegenüber dem Hauptlappen der Charakteristik.
Die Schlitze 53 und 55 schneiden die beiden Ränder 61 und 63 des Metallbandes 11 in einer Entfernung von ungefähr 7,2 cm (6 Zoll) vom Anschluß 17.^Die Schlitze 53 und 55 laufen ungefähr 1,3 cm (1/2 Zoll) aufeinander zu und dann ungefähr 7 cm (2 3/4 Zoll) parallel zueinander. Die Schlitze 53 und 55 haben eine Breite von je 0,6 cm (I/4 Zoll). Ebenso schneiden die Schlitze 57 und 59 die beiden Ränder 65 und 67 des Metallbandes 13 in einer Entfernung von ungefähr 7,2 cm (6 Zoll) vom Anschluß I5. Die Schlitze 57 und 59 laufen ungefähr 1,3 cm (1/2 Zoll) aufeinander zu und dann ungefähr 7 cm (2 3/4 Zoll) parallel zueinander. Sie haben eine Breite von 0,6 cm (I/4 Zoll). Da der Abstand zwischen dem Schlitzpaar 53 und 55 und dem Schlitzpaar 57 und 59 im vorliegenden Fall 7,2 + 7,2 cm (6 + 6 Zoll) plus der Spaltbreite von 1,3 cm (l/2 Zoll) zwischen den Anschlüssen I5 und 17 beträgt, ist die Gesamtlänge
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mehr als 30,5 cm (12 Zoll) oder mindestens eine halbe Wellenlänge bei einer Frequenz im UHF-Fernsehfrequenzband.
Der Komhinator 20 (gezeigt in Figur 5) kann einfach Hochpaß Tiefpaß-Kombinator sein. Im Kombinator ist zwischen die zum Fernsehgerät führenden Ausgangsleitungsanschlüsse 71 und /3 und die Zuleitungsanschlüsse 41 und 43 für die UHF-Dipolantenne 30 ein Hochpaßfilter geschaltet, das den VHF-Signale'i einen hohen Blind-Ttfiderstand bietet und die UHF-Signale durcMäßt. Ferner ist im Kombinator 20 ein Tiefpaßfilter vorgesehen, das den UIIF-Signalen einen hohen Blindwiderstand bietet und Signale im niedrigen und im hohen VHF-Fernsehfrequenzband durchläßt.
Da der Antennengewinn des oben beschriebenen Antennensystems und insbesondere des Rahmenantennenelements 10 gering ist, ist es eritfünscht, daß die Signale vor der Zuleitung an das Fernsehgerät über die Anschlüsse 71 und 73 zusätzlich verstärkt wird. Zu diesem Zweck kann man das Ausgangssignal des VHF-Rahmenantennenö-ements 10 an den Anschlüssen 19 und 21 einem Symmetrierglied zuleiten, das von einer symmetrierten Antennenleitung in eine unsymmetrierte oder Koaxialleitung überträgt. Das Ausgangssignal dieses Symmetriergliedes wird durch einen Aufspalter oder ein Filter für das niedrige und das hohe VHF-Band geleitet, und die gewählten Ausgangssignale werden getrennt verstärkt und dann wiedervereinigt. Das Ausgangssignal des UHF-Antennendipols 30 wird ebenfalls durch ein Symmetrierglied geschickt und kann dann verstärkt und mit den verstärkten VHF-Signalen vereinigt werden. Ein Symmetrierglied oder Symmetrieübertrager ist vor der Verstärkung gewöhnlich erforderlich, da die Verstärker gewöhnlich für die Ankopplung an eine unsymmetrierte Leitung wie eine Koaxialleitung konstruiert sind. Da das Fernsehgerät gewöhnlich nur eine symmetrierte Leitung (Band- oder Stegleitung) annimmt, wird das Ausgangssignal eines eintaktigen UHF/VHF-Kombinators einem Symmetrierglied zugeleitet, wo es vor der Zuleitung an das Fernsehgerät auf eine symmetrierte Leitung übertragen wird.
Ein zusätzlicher Antennengewinn im UHF-Band kann ohne Vergrößern der Abmessungen des Rahmens 10 dadurch erhalten werden,
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daß man die flachen Metallblechstücke 31 und 33 langer macht (z.B. um je ungefähr 2,5 cm) und die Met al 3. blechstücke 31 und 33 im rechten Winkel abbiegt, wie durch die gestrichelten Linien 75 und Jd inFigur 1 angedeutet. Dadurch wird eine gewisse zusätzliche Kapazität in den VIIF-Antennenrahmen eingeführt. Dieser Kapazitätseffekt kann durch das Hochpaßfilter zwischen dem Anschlüßpaar 41 und 43 und dem Anschlußpaar 71 und 73 beseitigt werden.
Bei der oben beschriebenen Anordnung befindet sich der UHF-· Flachdipol 30 mit dem dazugehörigen IIHF-Aritennensystem innerhalb des Rahmenantennenelements 10 in einer Ebene mit diesem. Ebenso gut kann man ,jedoch die Dipolantenne 30 mit dem dazugehörigen Antennen sjrstem innerhalb des Rahmens so anordnen, daß die Dipolantenne und das dazu gehörige Antennensystem sich etwas oberhalb oder unterhalb der Ebene des Antennenrahmens befindet. Ein solcher Abstand über oder unter der Ebene des Antennenrahmens würde in diesem Fall einen Abstand von weniger als einer halben Wellenlänge im UHF-Band zwischen der Speisungsebene des VHF-Rahmenantennenelements und der Speiseebene de'r UHF-Dipolantenne ergeben.
Bei der oben beschriebenen Antennenstruktur kann die Abstands einstellung und die Halterung für die Metallelemente durch eine Unterlage aus niedrig dielektrischem Schaumstoff oder niedrig dielektrischem Kunststoff (nicht gezeigt) gegeben sein, an der die Metallelemente befestigt, sind. Der Abstand zwischen den Metallstreifen 47A und 47E is* so groß? daß ein Antennenmast (angedeutet durch die gestrichelte Linie 8l) dazwischenpaßt. Die Unterlage (nicht gezeigt) ist am Antennenmast 81 befestigt.
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Claims (12)

  1. Patentansprüche
    il .) Antenne für den VHF- und UHF-Empfang, g e k e η η. zeichnet durch einen leitenden Rahmen (IP) mit zwei an gegenüberliegenden Stellen vorgesehenen Spalten, deren einer zwei an eine erste /ntennenleitunp ankoppelbare cpeieeklemtnen (15, 17^ bildet und deren anderer (23, ?5) durch eine vorwiegend ohmsche Impedanz überbrückt ist, wobei der Rahmendurchmesser an Stellen /wischen den beiden Spalten kleiner als die halbe Wellenlänge einer der VH)?-Petriebsfrequenzen ist, derart, daß die Empfangsempfindl ichkeit des Tiahmens in Richtung des erstgenannten Spaltes maximal und in der entgegengesetzten Richtung" geringer istj und durch ein im wesentlichen innerhalb des Rahmens befestigtes ÜIIF-Dipolelement (30), das in seiner Gesamtlänge als^2-öipolelement für eine Frequenz innerhalb des UHF-P-andes bemessen ist und das an eine zweite Antennenleitung ankoppelbar ist»
  2. 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Dipolelement (30) ein für den Empfang über das gesamte UHF-Fernsehband bemessener Flachdipol ist,
  3. 3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Speiseklemiten (15, 17) des Rahmens (10) in Ausrichtung mit den Speiseklemmen (.15, 3^) des T)ipolelements (30) angeordnet sind.
  4. 4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein dünner Metallstreifen (4 5) hinter dem Dipolelement (30), gesehen von den Speiseklemmen (15, 17) des Rahmens (10) aus, befestigt ist.
  5. 5'» Antenne nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Dipolelement '(3O)' zwischen diesem und den Speiseklertimen (15, 17) des Rahmens (lO) zwei kolineare dünne Metallstreifen (47A, 47B) angeordnet sinid.
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  6. 6. Antenne nach einem der Ansprüche 3 bis 5* g e k e η η-zeichnet durch einen zweieingängigen Kombinator (20) mit einem zwischen seinen einen Eingang· (19, 21) und seinen Ausgang (71, 73) geschalteten Tiefpaßfilter, das Signale in den VHF-Bändern verlustarm überträgt und Signalen im UHF-Band einen hohen Blindwiderstand bietet, sowie mit einem zwischen seinen zweiten Eingang (41* 43) und seinen Ausgang (71 * 73) geschalteten Hochpaßfilter, das Signale^ im UHF-Band verlustarm überträgt und Signalen in den VHF-Bändern einen hohen Blindwiderstand bietet, wobei die erste Antennenleitung zwischen den ersten Eingang (19* 21) des Kombinators (20) und die Speiseklemmen (15, 17) des Rahmens (10) und die zweite Antennenleitung zwischen den zweiten Eingang (41, 43) des Kombinators und die Speiseklemmen (35, 36) des Dipolelements (30) gekoppelt sind.
  7. 7. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen (10) Schlitze (53, 55, 57, 59) vorgesehen sind, von denen mindestens einer (57, 59) einen gegebenen Abstand von der ersten Speiseklemme (15) und mindestens ein weiterer den gleichen gegebenen Abstand von der zweiten Speiseklemme (17) des Rahmens (10) hat.
  8. 8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebene Abstand gleich mindestens einer Viertelwellenlänge bei einer Frequenz im UHF-Band ist.
  9. 9. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des leitenden Rahmens (10) um ein weniges größer ist als die Länge des Dipolelements (30).
  10. 10. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Empfang des niedrigen und des hohen VHF-Fernsehbandes der Umfang des Rahmens (10) kleiner ist als die halbe Wellenlänge einer Betriebsfrequenz im niedrigen VHF-Fernsehband. ■
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  11. 11. Antenne nach Anspruch 10, da. du rc h bekenn zeichnet , daß das Dipolelement (.?0) innerhalb des Rahmens (10) so befestigt ist, daß die Ebene des Dipolelements einen Abstand von weniger als einer halben Wellenlänge einer Frequenz im UHF-Fernsehband von der Ebene des Rahmens hat.
  12. 12. Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , da3 das Dipolelement f.30) in der Ebene des Rahmens (10) angeordnet ist.-
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