(19)
(11)EP 2 693 565 B1

(12)EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT

(45)Hinweis auf die Patenterteilung:
27.11.2019  Patentblatt  2019/48

(21)Anmeldenummer: 13177848.2

(22)Anmeldetag:  24.07.2013
(51)Int. Kl.: 
H01Q 7/00  (2006.01)
H01Q 1/32  (2006.01)

(54)

Elektrischer Strahler für vertikal polarisierte Funksignale

Electrical radiator for vertically polarised radio signals

Emetteur électrique pour signaux radio polarisés verticalement


(84)Benannte Vertragsstaaten:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorität: 29.07.2012 DE 102012014913

(43)Veröffentlichungstag der Anmeldung:
05.02.2014  Patentblatt  2014/06

(73)Patentinhaber: Delphi Deutschland GmbH
42119 Wuppertal (DE)

(72)Erfinder:
  • Lindenmeier, Stefan
    82131 Gauting-Buchendorf (DE)
  • Lindenmeier, Heinz
    82152 Planegg (DE)
  • Hopf, Jochen
    85540 Haar (DE)
  • Reiter, Leopold
    82205 Gilching (DE)

(74)Vertreter: Manitz Finsterwald Patent- und Rechtsanwaltspartnerschaft mbB 
Martin-Greif-Strasse 1
80336 München
80336 München (DE)


(56)Entgegenhaltungen: : 
EP-A2- 2 296 227
DE-A1-102008 003 532
US-A1- 2003 063 040
EP-A2- 2 424 036
NL-A- 6 602 498
  
      
    Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen).


    Beschreibung


    [0001] Die Erfindung betrifft einen elektrischen Strahler für vertikal polarisierte Funksignale für einen Funkdienst mit schmaler Frequenzbandbreite um eine Frequenz fo mit der Freiraum-Wellenlänge λo im GHZ-Bereich für die bevorzugte Verwendung auf Fahrzeugen.

    [0002] Bedingt durch die Vielzahl der Funkdienste, deren Verfügbarkeit im Fahrzeug unabdingbar geworden ist, kommt es bei der Gestaltung von Antennen insbesondere auf kleines Bauvolumen in Verbindung mit möglichst kleiner Höhe an. Vielfach ist es bei guter Antennenleistung nicht möglich und nicht zweckmäßig, eine Anzahl in jeweils relativ schmalen, jedoch in der Frequenz relativ weit voneinander liegenden Frequenzbereichen operierenden Funkdiensten mit einer breitbandig arbeitenden Antenne abzudecken. Vielfach werden die Funksignale der verschiedenen Funkdienste auch mit unterschiedlicher Polarisation ausgestrahlt, so dass es nicht zweckmäßig ist, den verschiedenen Anforderungen mit einer Antenne gerecht zu werden. Vielmehr kommt es für Fahrzeugantennen darauf an, für die einzelnen Funkdienste Antennen mit filigranen Strukturen zu schaffen, welche insbesondere bei immer möglichst kleiner Höhe und häufig bei kleiner Grundfläche mit Antennen für andere Funkdienste kombiniert werden können, um in der Gesamtheit Kombinationsantennen mit kleinem Raumbedarf zu gestalten. Solche Kombinationsantennen werden gegebenenfalls mit einer Plastikhülle als Radom abgedeckt oder gar vertieft in eine Ausformung der Karosserie als Kavität eingebracht. Zusätzlich wird an die Konstruktion von Fahrzeugantennen ein hoher Anspruch an deren mechanische Stabilität und Erschütterungsfestigkeit gestellt. Die beispielhafte Betrachtung von nur einigen Antennen der vielfach für das Fahrzeug geforderten Funkdienste im Dezimeter-Wellenbereich, wie Antennen für die Mobilfunkdienste GSM und den in der Frequenzbandbreite schmalen digitalen Rundfunkdienst im L-Band bei ca. 1,5 GHz mit jeweils mit vertikaler Polarisation ausgestrahlten Funksignalen sowie den schmalbandigen digitalen Satelliten-Rundfunkdienst SDARS bei ca. 2,3 GHz, dessen Signale in zirkularer Polarisation vom Satelliten ausgestrahlt werden, lässt erkennen, dass die Schaffung einer einzelnen Breitbandantenne zur Abdeckung aller Funkdienste zu schier unüberwindlichen Schwierigkeiten führen würde. Zusätzlich ist für den Empfang aller genannten Funkdienste aufgrund der in Großserie hergestellten Antennen die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung von ausschlaggebender Bedeutung.

    [0003] Für den Mobilfunkdienst GSM werden seit langem vertikale Strahler eingesetzt, wie sie zum Beispiel in der EP 1 445 828 A beschrieben sind. Zur Verkleinerung solcher Strahler kann eine Dachkapazität zur Anwendung kommen, wie sie zum Beispiel auch in Meinke-Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag 1986, N16, Tabelle 1 sowie im Zusammenhang dort mit Bild 6 für den Elementarstrahler beschrieben ist. Die minimal erforderliche Höhe h eines solchen elektrisch kurzen Monopol-Strahlers, wenn er durch eine Induktivität 15, wie in Figur 4a, mit dem Induktivitätswert Lm ergänzt ist, bemisst sich an dem Frequenz-Bandbreitenbedarf B für den betroffenen Funkdienst bei dessen Mittenfrequenz fo mit der Freiraumwellenlänge λo. Dieser Zusammenhang zwischen der relativen Strahlerbandbreite Brel = B/fo, dem Strahlungswiderstand Rsm und seiner Kapazität Csm ist in Archiv für Elektronik und Übertragung (AEÜ) in Band 30, (1976), Heft 9, dort in Gleichung 11, dargestellt und beträgt unter Berücksichtigung der bekannten Beziehung für den Strahlungswiderstand, Rsm = 160*π2*(hem/ λo)2 Ohm, des kurzen Monopolstrahlers mit seiner effektiven Höhe hem

    mit Zo = 120π Ohm = Feldwellenwiderstand des freien Raums und der Lichtgeschwindigkeit co.

    [0004] Die ausschlaggebenden mechanischen Abmessungen der Antenne sind für die hier durchgeführten Betrachtungen ausschließlich in dem Ausdruck für den Bandbreitenfaktor BFm in Klammern enthalten, wobei bei hinreichend großer Dachkapazität Cs die effektive Höhe hem des Monopolstrahlers seiner geometrischen Höhe h gleichkommt. Für die Erfüllung der relativen Bandbreite eines elektrisch kurzen Strahlers für einen bestimmten Funkdienst mit der Mittenfrequenz fo kann somit der Term außerhalb des Klammerausdrucks "Bandbreitenfaktor" = BFm für den Monopol zu einer von seinen Abmessungen unabhängigen Konstanten k zusammengefasst werden. Diese Strahlerbandbreite stellt im Folgenden die Referenzbandbreite dar. Im Impedanz-Diagramm in Figur 4a ist der Impedanzverlauf des Strahlers als Kurve im Frequenzbereich um die Resonanzfrequenz fo dargestellt, wobei die Impedanz im Resonanzpunkt den Strahlungswiderstand Rsm wiedergibt, welcher sich, bezogen auf einen normierten Widerstand (Zielimpedanz) ZL = 50 Ohm aus der o.g. Beziehungen für diesen Elementarstrahler, wie folgt, darstellen lässt:



    [0005] Bezüglich des Einsatzes eines derartigen Resonanzstrahlers 29 in Figur 4a unten kommt diesem auf ZL bezogenen Strahlungswiderstand Rsm insbesondere für die Anwendung in Fahrzeugen eine besondere Bedeutung zu. Aufgrund seiner extremen Ablage vom Anpassungspunkt ZL = 50 Ohm für übliche Funksysteme im Fahrzeug ist die Transformation dieses Widerstands in den Anpassungspunkt ZL im Anpassnetzwerk 35 bei elektrisch kleinen Antennen 36 aufwändig und reduziert die Bandbreite der Antenne an der Antennenanschlussstelle 34, so dass dort die oben angegebene Strahlerbandbreite B gemäß Gleichung (1) nicht mehr zur Verfügung steht. Hinzu kommt, dass Anpassnetzwerke 35, insbesondere wenn diese aus komplexen Schaltungsstrukturen gestaltet sind, die Herstellung von Fahrzeugantennen verteuern. Die Impedanz eines bekannten kapazitiven Strahlers mit Dachkapazität mit Induktivität Lm 15 zur beispielhaften Erzeugung einer Resonanz bei einer Frequenz von fo von ca. 1,5GHz im Frequenzband eines betreffenden Funkdienstes, wie in Figur 4a, ist insbesondere bei den dort angegebenen mechanischen Dimensionen und der elektrisch kleine Höhe h/λo von ca. 1/20 deshalb sehr ungünstig. Hinzu kommt die mechanische Instabilität, welche durch den Aufbau des mit der Dachkapazität am oberen Ende mechanisch belasteten Strahlers einhergeht. Hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften soll dieser Strahler im Folgenden als Referenzstrahler 29 herangezogen werden.

    [0006] Aus der EP 2 296 227 A2 ist eine Antenne für den Empfang zirkular polarisierter Satellitenfunksignale bekannt, die eine im Wesentlichen horizontal orientierte, über einer leitenden Grundfläche angeordnete Leiterschleife und eine mit einem Antennenanschluss verbundene Anordnung zur elektromagnetischen Erregung der Leiterschleife aufweist. Die Leiterschleife ist als Ringleitungsstrahler durch eine polygonale oder kreisförmige geschlossene Ringleitung in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene mit der Höhe H über der leitenden Grundfläche verlaufend gestaltet, wobei der Ringleitungsstrahler eine Resonanzstruktur bildet und durch die Anordnung zur elektromagnetischen Erregung in der Weise elektrisch erregt ist, dass sich auf der Ringleitung die Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung einstellt, deren Phasenunterschied über einen Umlauf gerade 2 π beträgt. Zur Unterstützung der vertikal orientierten Anteile des elektromagnetischen Feldes ist mindestens ein am Umfang des Ringleitungsstrahlers vertikaler und zur leitenden Grundfläche hin verlaufender Strahler vorhanden, welcher sowohl mit dem Ringleitungsstrahler als auch mit der elektrisch leitenden Grundfläche elektromagnetisch verkoppelt ist.

    [0007] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Strahler zu schaffen, welcher auch bei sehr kleiner elektrischer Höhe h/λo und bei mechanischer Stabilität in der Frequenzumgebung seiner Resonanzfrequenz fo eine Impedanz in der Nähe des für Funksysteme in Fahrzeugen vorgeschriebenen und normierten Widerstands ZL = 50 Ohm besitzt, so dass der technische Aufwand zur Ergänzung des Strahlers durch ein Anpassnetzwerk für Anpassung an ZL = 50 Ohm zu einer Antenne über eine relativ große Frequenzbandbreite wirtschaftlich gestaltet werden kann.

    [0008] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

    [0009] Gemäß der Erfindung umfasst der (elektrisch kleine) Strahler 1 für vertikal polarisierte Funksignale für einen Funkdienst mit schmaler Frequenzbandbreite um eine Frequenz fo mit der Freiraum-Wellenlänge λo im GHZ-Bereich eine im Wesentlichen horizontal orientierte, über einer leitenden Grundfläche 6 angeordnete Leiterschleife mit einer Strahlerspeisestelle 5 zur elektromagnetischen Erregung der Leiterschleife gegenüber der leitenden Grundfläche 6. Die Leiterschleife ist durch einen polygonartig oder elliptisch/kreisförmig geschlossenen Ringleiter 2 in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene mit der Höhe h kleiner λo/6 über der leitenden Grundfläche 6 verlaufend gestaltet. Am Umfang des Ringleiters 2 verteilt sind mindestens drei an Leiterschleifen-Koppelpunkten 7 mit dem Ringleiter 2 elektromagnetisch verkoppelte und zur leitenden Grundfläche 6 hin verlaufende vertikale Strahler 4, 4b, 4c, 4d vorhanden, wobei mindestens zwei der vertikalen Strahler 4b, 4c und gegebenenfalls 4d mit der elektrisch leitenden Grundfläche 6 an Masse-Anschlusspunkten 3b, 3c, 3d elektromagnetisch verkoppelt sind und ein vertikaler Strahler 4a über die Strahlerspeisestelle 5 an dessen unterem Ende erregt ist. Die mit der elektrisch leitenden Grundfläche 6 zwischen ihren Leiterschleifen-Koppelpunkten 7a, 7b, 7c, 7d und dem jeweils mit einem Masse-Anschlusspunkt 3b, 3c, 3d verkoppelten vertikalen Strahler 4b, 4c, 4d und der über die Strahlerspeisestelle 5 erregte, zwischen seinem Leiterschleifen-Koppelpunkt 7a und der Strahlerspeisestelle 5 besitzen jeweils induktiv wirksame Komponenten 13a, 13b, 13c, 13d, so dass an der Strahlerspeisestelle 5 bei der Frequenz fo eine niederohmige Resonanz vom Charakter einer Serienresonanz gegeben ist.

    [0010] Mit einem Strahler nach der Erfindung ist der zusätzliche Vorteil verbunden, dass der Strahlergewinn bei Flachstrahlung auch bei sehr niedriger elektrischer Strahlerhöhe durch Abflachung des vertikalen Richtdiagramms bei azimutaler Rundcharakteristik größer gestaltet werden kann als mit einem Elementarstrahler. Weiterhin kann der Strahler als filigrane und dennoch mechanisch stabile Struktur hergestellt werden, welche die Kombination mit einer weiteren vertikal polarisierten Antenne zulässt. Als besonderer Vorteil zeigt sich hierbei die Möglichkeit einer äußerst wirtschaftlichen Weise der Herstellung des Strahlers in großen Stückzahlen, welche insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen von besonderer Bedeutung ist. Weiterhin kann der erfindungsgemäße Strahler durch wenig komplizierte ergänzende Maßnahmen für einen zusätzlichen weiteren Frequenzbereich als zirkular polarisierte Antenne insbesondere für den Empfang von Satellitenfunksignalen gestaltet werden. Ein wesentlicher Vorteil eines Strahlers nach der Erfindung ist ferner durch die Möglichkeit gegeben, dass der im Zentrum der Ringleitung frei bleibende Bereich auf der Grundfläche weitgehend zur Anbringung weiterer kombinierter Antennen für zusätzliche andere Funkdienste genützt werden kann.

    [0011] Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Ringleiter (2) durch einen geschlossenen Drahtring gebildet sein und mit den vertikalen Strahlern durch galvanische Verbindung verkoppelt sein.

    [0012] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörigen Figuren zeigen im Einzelnen:

    Fig. 1:
    Strahler 1 nach der Erfindung mit kreisförmigem, zum Beispiel drahtförmigem Ringleiter 2 in der Höhe h über einer leitenden Grundfläche 6 verlaufend, mit N= 3 an Ringleitungs-Koppelpunkten 7a, 7b, 7c an den Ringleiter angeschlossenen vertikalen Strahlern 4a, 4b, 4c, wobei zwei vertikale Strahler 4b, 4c an ihrem unteren Ende über Masse-Anschlusspunkte 3b 3c mit der leitenden Grundfläche 6 verbunden sind und am unteren Ende eines der vertikalen Strahler 4a die Strahlerspeisestelle 5 gebildet ist, über welche der Strahler 1 erregt ist. Alle vertikalen Strahler 4a, 4b, 4c besitzen induktiv wirksame Komponenten 13a, 13b, 13c zur Bewirkung der niederohmigen Resonanz etwa bei der mittleren Frequenz fo des Funkdienstes mit vertikaler Polarisation.

    Fig. 2:
    Strahler nach der Erfindung wie in Figur 1, jedoch mit quadratischem bzw. rechteckigem, zum Beispiel flächig gestaltetem Ringleiter 2 und größerer Leiterbreite 8 und mit N = 4 Ringleitungs-Koppelpunkten 7a, 7b, 7c, 7d zur Ankopplung der vier vertikalen Strahlern 4a, 4b, 4c, 4d, an seinen vier Eckpunkten.

    Fig. 3:
    Strahler nach der Erfindung wie in Figur 2, jedoch mit der Besonderheit, dass die Breite des Ringleiters 2 derart gewählt ist, dass innerhalb der äußeren Berandung des Ringleiters 2 eine geschlossene, leitende Fläche gebildet ist.

    Fig. 4a und Fig. 4b
    Gegenüberstellung der Impedanzverläufe eines Strahlers mit quadratischem Ringleiter 2 nach der Erfindung gemäß Fig. 4b und eines Stabmonopols mit quadratischer Dachkapazität und Fußpunktinduktivität Lm 15 als Referenzstrahler 29 gemäß Fig.4a in der komplexen, auf ZL bezogenen Impedanzebene jeweils in der Frequenznähe der Resonanzfrequenz fo = 1.4 GHz bei gleicher Höhe h = 1cm und gleicher Kantenlänge 23 von 2cm der quadratischen Dachkapazität des Referenzstrahlers 29 und des quadratisch gestalteten Ringleiters 2 mit der Leiterbreite 8 von 2mm des Strahlers 1 nach der Erfindung. Die einander gleichen äußeren Abmessungen der beiden Strahler 1 und 29 bedingen zunächst gleiche relative Strahlerbandbreiten von Brel = 3,6%. Die mit dem extrem niedrigen Resonanzwiderstand Rsm/ZL = 0,06 gemäß Fig. 4a verbundene Schwierigkeit der Anpassung der Strahlerimpedanz an ZL bedingt jedoch einen großen technischen Aufwand und eine Reduzierung der wirksamen relativen Bandbreite des durch ein Anpassnetzwerk 35 ergänzten Strahlers. Das Verdienst der vorliegenden Erfindung ist es, dass diese Nachteile bei einem Strahler nach der Erfindung mit Rs/ZL = 0,85 gemäß Fig. 4b in der Praxis entfallen können.

    Fig. 5:
    Verlauf des auf ZL bezogenen Strahlungswiderstands bei der Resonanzfrequenz fo in Abhängigkeit von der relativen geometrischen Strahlerhöhe h/λo = h' des Referenzstrahlers 29 (strichpunktiert) und des Strahlers 1 nach der Erfindung (N = 4) in Figur 4b. Die Kurven N = 3, N = 4 oder N = 5 beziehen sich auf Strahler 1 nach der Erfindung mit jeweils einem als reguläres Dreieck, reguläres Viereck oder Fünfeck gestalteten Ringleiter 2 mit gleicher relativer Strahlerbandbreite Brel. Der dargestellte Bereich für h' > 0,025 (sh. Marker) kennzeichnet den nutzbaren Wertebereich für h', wenn die Forderung 0,5 < Rs/ZL < 2 (sh. Grenzlinien) beispielhaft erfüllt werden soll.

    Fig. 6:
    Impedanzverläufe von Strahlern nach der Erfindung mit äußeren Abmessungen wie in Figur 4b, jedoch mit einer Leiterbreite 8 von 5 mm in Figur 6a und der Besonderheit in Figur 6b, dass die Breite des Ringleiters 2 derart gewählt ist, dass innerhalb der äußeren Berandung des Ringleiters 2 eine geschlossene Fläche gebildet ist. Ein Vergleich der Impedanzverläufe in den Figuren 6a und 6b zeigt, dass der Widerstand Rs/ZL bei der Resonanzfrequenz fo durch den Gestaltungsunterschied der Strahler nur wenig beeinflusst ist. Ferner zeigt sich, dass sich die relative Bandbreiten Brei = 3,6% der beiden Strahler in den Figuren 6a bzw. 6b im Rahmen der Nachweisbarkeit in der Praxis nicht unterscheiden. Der äußerst geringfügig unterschiedlichen Wirkung der unterschiedlichen Ringleiter 2 ist durch geringfügigen Nachabgleich der Induktivitäten 15a, 15b, 15c, 15d Rechnung getragen.

    Fig. 7: zeigt das vertikale Richtdiagramm in dB-Eichung eines Strahlers nach der Erfindung mit einer gegenüber einem elektrisch kleinen Elementarstrahler (4,77dBi) erhöhten Richtwirkung von 5,57dBi bzw. 5,31dBi durch die voneinander beabstandeten vertikalen Strahler 4a-d.

    Fig. 8:
    Azimutales Richtdiagramm für Flachstrahlung des in Figur 7 besprochenen Strahlers mit nur geringfügiger Abweichung vom Runddiagramm mit Schwankungen zwischen 5,57dBi und 5,31dBi.

    Fig. 9:
    Beispielhafte Realisierung eines Strahles nach der Erfindung mit rechteckförmigem Ringleiter 2 mit äußerer Querabmessung 16 und äußerer Längsabmessung 17 und Gestaltung der vertikalen Strahler in der Weise, dass die für Resonanz notwendigen induktiv wirksamen Komponenten 13a -13d in den einzelnen Strahlern jeweils durch Formung vertikaler Strahlerteile 20 und horizontaler Strahlerteiler 21 gegeben sind. Durch Wahl entsprechender Abmessungen kann an der Strahlerspeisestelle 5 Anpassung an ZL ohne weitere Anpassungselemente erzielt werden, sodass durch die Strahlerspeisestelle 5 die Antennenanschlussstelle 24 gegeben ist.

    Fig. 10:
    Beispiel wie in Figur 9, jedoch mit schräg verlaufenden Strahlerteilen 22 der vertikalen Strahler 4a, 4b, 4c, 4d.

    Fig. 11:
    Strahler nach der Erfindung in einer ausreichenden Kavitätstiefe 12, welche durch Ausformung der leitenden Grundfläche 6 gestaltet ist, so dass der Strahler zum Beispiel ohne Erhebung über die Karosseriefläche in die Fahrzeugkarosserie integriert ist. Die Basisfläche 39 der Kavität 38 ist im Beispiel als gedruckte Leiterplatte gestaltet und die induktiv wirksamen Komponenten 13a -13d sind als gedruckte Induktivitäten 32a, 32b, 32c, 32d realisiert.

    Fig. 12:
    vergleichende Darstellung der auf ZL bezogenen Impedanzverläufe eines Strahlers mit kreisförmiger Ringleitung und vier vertikalen Strahlern nach der Erfindung in Kurve a) und eines Monopols mit Dachkapazität als Referenzstrahler 29 in Kurve b), jeweils im Frequenzbereich zwischen 100 MHz und 2 GHz und gleichen Resonanzfrequenzen fo = 1,54 GHz. Der unterschiedliche Charakter der beiden Strahler ist in ihrem Verhalten bei niedrigen Frequenzen begründet, wobei die Impedanz in Kurve a) dort induktiv ist und deren Realteil mit f4 wächst und die Impedanz in Kurve b) dort kapazitiv ist und deren Realteil langsamer, d.h. mit f2, ansteigt.

    Fig. 13:
    Nachweis der vorteilhaften Frequenzselektivität der Antenne nach der Erfindung gemäß dem Impedanzverlauf a) in Figur 12 anhand des Frequenzverlaufs des VSWR, bezogen auf den Widerstand ZL nach Kurve a) in Figur 12 mit sehr niedrigen Werten im Frequenzbereich mit der Nutzbandbreite B um die Resonanzfrequenz fo und extrem günstigen hohen Werten des VSWR bei von fo weit abweichenden Frequenzen. Im Gegensatz hierzu sind die Werte des VSWR gemäß dem Impedanzverlauf b) in Figur 12 des Referenzstrahlers 29 im Nutzbereich um fo ungünstig groß und bei weitab liegenden Frequenzen ungünstig klein.

    Fig. 14:
    Beispiel eines Strahlers nach der Erfindung in Kombination mit einer Antenne für den Empfang zirkular polarisierter Satelliten-Funksignale auf einer höheren Frequenz fs als für den Funkdienst mit vertikaler Polarisation. Im Beispiel ist am unteren Ende der vertikalen Strahler 4 jeweils anstelle der gedruckten Induktivität 32a, 32b, 32c, 32d in Figur 11 ein frequenzselektiver Zweipol gestaltet, welcher beispielhaft jeweils aus der Parallelschaltung eines kapazitiv wirkenden Elements 26 und einer Induktivität 15a, 15b, 15c, 15d besteht, so dass bei der niedrigeren Frequenz die gewünschte induktive Wirkung und bei der höheren Frequenz fs die gewünschte kapazitive Wirkung der Blindelement-Schaltung 27a-d gegeben ist. Der Ringleiter 2 bildet bei der höheren Frequenz fs eine durch die kapazitive Wirkung der Blindelement-Schaltung 27 bedingte, in Resonanz befindliche Ringleitung mit Ausbildung einer umlaufenden Welle auf dieser Leitung, sodass zirkulare Polarisation bei dieser Frequenz fs gegeben ist.

    Fig. 15:

    1. a) zeigt die vorteilhafte Kombination eines Strahlers mit nicht zu breitem Ringleiter 2 nach der Erfindung mit einem im Wesentlichen stabförmigen Strahler 28 im Zentrum Z des Ringleiters 2 für einen weiteren Funkdienst bzw. mehrere weitere Funkdienste mit vertikaler Polarisation auf anderen Frequenzen als fo. Zur Vermeidung von Strahlungskopplung zwischen den beiden Strahlern ist der stabförmige Strahler 28 in Leiterstücke 24 unterteilt, deren elektrische Länge nicht größer ist als 3/8*λο.
    2. b) die Unterbrechungsstellen sind durch frequenzselektive Zweipole 25 überbrückt, welche bei der Frequenz fo hochohmig und in den Frequenzbereichen der anderen Funkdienste niederohmig sind.



    [0013] Die Beschreibung der Wirkungsweise eines Strahlers nach der Erfindung kann anschaulich anhand eines Vergleichs mit dem bereits oben genannten elektrisch kleinen als Referenzstrahler 29 bezeichneten Monopol-Stabstrahler in Fig. 4a mit Dachkapazität 11 und einer Induktivität Lm, 15 im Fußpunkt nach dem Stande der Technik erfolgen. Seine Fußpunktsimpedanz an der Strahlerspeisestelle 5 ist bei niedrigen Frequenzen kapazitiv und kann bei Wahl einer geeigneten Induktivität Lm 15 bei der hier betrachteten Frequenz fo eines Funkdienstes eine niederohmige Resonanz vom Charakter eines Serienresonanzkreises annehmen mit dem in Bezug auf ZL = 50 Ohm sehr niederohmigen Resonanzwiderstand Rsm/ZL=0,06. Dieser bekannte Impedanzverlauf ist beispielhaft in der Frequenzumgebung der Resonanz fo = 1,5 GHz für den dargestellten Strahler mit den angegebenen Abmessungen und dem für eine Impedanztransformation in den Widerstand ZL extrem ungünstigen Resonanzwiderstand Rsm/ZL=0,06 dargestellt.

    [0014] Im Gegensatz zum Referenzstrahler 29 in Figur 4a besteht der Strahler nach der Erfindung in den Figuren 1 und 4b aus einem Ringleiter 2, an dessen Umfang mindestens drei vertikale Strahler 4a, 4b, 4c bzw. 4d angeordnet sind, wobei die Ringleitung 2 über einen der vertikalen Strahler 4a erregt ist und die anderen vertikalen Strahler 4b, 4c bzw. 4d jeweils über eine Induktivität 15 mit der leitenden Grundfläche 6 elektrisch leitend verbunden sind. In einer besonders bevorzugten Gestaltung einer Antenne nach der Erfindung sind die vertikalen Strahler 4a-c bzw. d azimutal etwa gleich verteilt angeordnet und die Induktivität 15 aller Strahler etwa gleich gewählt. Abhängig von den Abmessungen des Ringleiters 2 und seiner Höhe h über der Grundfläche 6 ergibt sich bei geeigneter Wahl der Induktivitäten 15 erfindungsgemäß an der Strahlerspeisestelle 5 in der Frequenzumgebung der gewünschten Resonanzfrequenz fo der Impedanzverlauf einer niederohmigen Serienresonanz, wie es in den Figuren 4b, 6a, 6b und in Figur 12, Kurve a) dargestellt ist. Bei Erregung eines Strahlers nach der Erfindung an der Strahlerspeisestelle 5 bei Frequenzen weit unterhalb der Resonanzfrequenz fo ist die dort messbare Impedanz von gleichem Charakter wie die einer elektrisch kleinen Rahmenantenne, deren Strahlungswiderstand mit f4 und deren Blindwiderstand proportional zur Frequenz f ansteigt. Es ist zum Beispiel in Figur 1 durch die Gegensinnigkeit des Stromes im gespeisten Strahler 4a zu den beiden Strömen in den übrigen vertikalen Strahlern 4b und 4c leicht nachzuvollziehen, dass sich die vertikal polarisierten Strahlungsbeiträge in den vertikalen Strahlern weitgehend aufheben. Ausschließlich in der Frequenzumgebung der Resonanzfrequenz fo sind die Ströme in allen vertikalen Strahlern gleichsinnig, so dass sich die vertikal polarisierten Strahlungsbeiträge vollständig unterstützend addieren. Erfindungsgemäß ergibt sich dabei das entscheidende Phänomen, dass der Realteil der Impedanz an der Strahlerspeisestelle 5 etwa um das Quadrat der Anzahl N der vertikalen Strahler größer ist als bei einem Referenzstrahler 29 gleicher geometrischer Höhe h gemäß Gleichung (2), sodass bei elektrisch niedriger Bauhöhe h/λo und bei geeigneter Wahl der Anzahl N der vertikalen Strahler 4 die Strahlerimpedanz wesentlich näher bei der Zielimpedanz ZL für Impedanzanpassung gestaltet werden kann. Erfindungsgemäß gilt in Annäherung für den Resonanzwiderstand des Strahlers bei der Frequenz fo:



    [0015] Hierbei zeigt sich als besonderer Vorteil eines Strahlers nach der Erfindung, dass die Bandbreite seines Impedanzverlaufs nicht kleiner ist als die eines Referenzstrahlers 29 mit gleichen äußeren Abmessungen der Dachkapazität 11 bzw. des Ringleiters 2 in den Figuren 4a bzw. 4b und bei gleichen Bauhöhen h/λo, so dass auf die beiden Strahler etwa der gleiche Bandbreitenfaktor BF = BFm nach Gleichung (1) zutrifft. Ein Vergleich der Bandbreiten der Impedanzverläufe in den Figuren 4b für den Strahler nach der Erfindung mit den Induktivitäten 15 von jeweils etwa 25nH und in Figur 4a für den Referenzstrahler 29 ergibt im Rahmen der feststellbaren Genauigkeit gleiche Werte für die relative Bandbreite von Brei = 3,6%. Diese ist jeweils über die Frequenzabstände der Impedanzen mit +45° und -45° Phase um die Resonanzfrequenz fo ∼ 1,5GHz ermittelt.

    [0016] Wie bereits weiter oben ausgeführt, erfährt jedoch eine Antenne auf Basis des Referenzstrahlers 29 mit einem Anpassnetzwerk 35 zur Transformation der Strahlerimpedanz in die Zielimpedanz ZL eine Bandbreitenreduktion, welcher ein Strahler nach der Erfindung aufgrund seiner günstigen Strahlerimpedanz nicht unterworfen ist. Zudem ergibt sich bei einem Strahler nach der Erfindung der zusätzliche Vorteil, dass der Bandbreitenfaktor praktisch unabhängig ist von der Leiterbreite 8 in Figur 2. Sind die vertikalen Strahler 4a-d erfindungsgemäß etwa an der äußeren Berandung der Ringleitung 2 angebracht, so tragen in der Hauptsache die Ströme auf der äußeren Berandung der Ringleitung zur Bildung der Strahlereigenschaften bei, so dass der Bandbreitenfaktor von der Leiterbreite 8 praktisch unabhängig ist bis hin zu dem Sonderfall, dass der Ringleiter durch eine geschlossene Fläche, wie in Figur 6b, gebildet ist. Die Impedanzen der Strahler nach der Erfindung in den Figuren 4b, 6a und 6b zeigen im Vergleich den mit wachsender Ringleiterbreite 8 sich nur unwesentlich ändernden Resonanzwiderstand Rs bei der Frequenz fo. Somit ist auch die Bandbreite des Strahlers nach der Erfindung in der Hauptsache abhängig von der relativen Strahlerhöhe, das heißt mit (h/λο)2 und der Kapazität des Ringleiters 2 gemäß dessen äußerer Berandung. Sie ist jedoch praktisch unabhängig von der Ringleiterbreite 8 bzw. des Durchmessers d eines mechanisch eigenstabilen drahtförmigen Ringleiters 2, wie dies aus einem Vergleich der in den Figuren 6a und 6b angegebenen Bandbreiten hervorgeht. Dies führt zu dem wesentlichen Vorteil bei der Gestaltung einer Antenne für Fahrzeuge, dass der Raum im Zentrum Z des Strahlers für die Kombination mit weiteren Strahlern für andere Funkdienste zur Verfügung gestellt werden kann.

    [0017] Insbesondere für die Gestaltung von Kombinationsantennen für mehrere Funkdienste auf engem Raum auf Fahrzeugen ist die Frequenzselektivität eines Strahlers 1 nach der Erfindung von besonderem Vorteil. Dies geht anschaulich aus der Gegenüberstellung des Frequenzverlaufs der VSWR-Werte eines Strahlers 1 nach der Erfindung mit Resonanzfrequenz fo = 1,53 Gigahertz in Figur 13, Kurve a), und eines Referenzstrahlers 29 mit gleichen äußeren Abmessungen in Kurve b) hervor. In der Frequenznachbarschaft der Resonanzfrequenz zeigt sich der erfindungsgemäße Vorteil der aufwandslosen Anpassung der Impedanz des Strahlers nach der Erfindung an ZL = 50 Ohm gegenüber dem Referenzstrahler 29 mit einem VSWR-Wert von mehr als 20 dB. Andererseits sind die VSWR-Werte des Referenzstrahlers 29 weit ab von der Resonanzfrequenz im Mittel um etwa 20 dB größer, so dass ein Strahler nach der-Erfindung wesentlich stärker von benachbarten Antennen für andere Funkdienste entkoppelt ist, wie zum Beispiel von Telefonfunkdiensten mit starker Sendestrahlung .

    [0018] Wie bereits oben im Zusammenhang mit Figur 5 beschrieben, ist dort der Zusammenhang zwischen dem Resonanzwiderstand bei der Frequenz fo über der relativen geometrischen Höhe h/λo = h' des Strahlers in Figur 4b für N = 4 aufgetragen. Im Vergleich mit den Kurven für N = 3 und N = 5 zeigt sich, dass bei geeigneter Wahl der Anzahl N von vertikalen Strahlern an einem als N-Eck gestalteten Ringleiter 2 der Resonanzwiderstand innerhalb eines großen, für die praktische Anwendung interessanten Wertebereichs von h' = h/λo in der Nähe des Zielwiderstandes ZL gestaltet werden kann. Die strich-punktierte Kurve für die Impedanz des Monopols mit Dachkapazität als Referenzstrahler 29 mit gleichen äußeren Abmessungen zeigt die im Vergleich um mehr als eine Größenordnung abweichenden niedrigen Werte.

    [0019] In Figur 7 ist das vertikale Strahlungsdiagramm eines Strahlers nach der Erfindung dargestellt mit einem vorteilhaft vergrößerten Gewinn gegenüber einer Antenne gleicher Höhe nach dem Stand der Technik und Figur 8 zeigt das azimutale Runddiagramm mit der azimutalen Schwankung Gmax-Gmin ∼ 0,26 dB. Der Gewinnzuwachs in der Frequenzumgebung der Resonanzfrequenz fo ist durch die Beabstandung der vertikalen Strahler 4a-4c und ihrer Wirkung als Strahlergruppe mit gleichsinnig erregten Strömen begründet, die jedoch andererseits bei nicht zu großem Abstand lediglich die oben genannte, geringfügige azimutale Gewinnschwankung bewirkt.

    [0020] Wenngleich auch die Anforderung an eine kleine geometrische Antennenhöhe h eine der Hauptaufgaben für die Gestaltung einer Fahrzeugantenne darstellt und insbesondere für Antennen, welche im Frequenzbereich um 1,5 GHz, wie zum Beispiel für den DAB-Rundfunkdienst im L-Frequenzband, eine Antennenhöhe von h = 1 cm, das heißt h/λo = 1/20, gefordert ist, so ist die Ausdehnung der Ringleitung 2 nicht grundsätzlich auf ähnlich kleine Werte eingeschränkt. Mit dem Strahler nach der Erfindung ist somit der Vorteil verbunden, dass die auf die Wellenlänge λo bezogene Querausdehnung des Ringleiters 2 nicht auf ähnlich kleine Werte beschränkt ist, wie dies für seine Höhe h der Fall ist. Dadurch ist es möglich, die Bandbreite des Strahlers bei gleicher relativer Strahlerhöhe h/λο zu vergrößern, oder alternativ bei gleicher Bandbreite die Höhe weiter zu reduzieren. Zur Veranschaulichung kann das Beispiel eines Strahlers nach der Erfindung mit einer kreisförmigen Ringleitung 2 wie in Figur 1, jedoch mit vier azimutal gleichverteilten vertikalen Strahlern 4a-4c und der gleichen Höhe h = 1 cm dienen, welche bei einem relativen Durchmesser von D/λo = 0,32 bei der Frequenz um 1,5 GHz die relative Bandbreite Brei = B/fo ∼ 9% besitzt. Im Vergleich hierzu sind die in den Figuren 4b, 6a und 6b angegebenen relativen Bandbreiten Brel∼3,6% etwa um das Verhältnis zwischen der Länge der quadratischen Berandung der Ringleitung 2 zum Umfang der kreisförmigen Ringleitung kleiner. Die Kapazität des Ringleiters 2 ist somit näherungsweise durch die gestreckte Länge seiner äußeren Berandung gegeben und trägt linear zur Bildung der Bandbreite B der Impedanz um die Resonanzfrequenz fo bei.

    [0021] In vorteilhafter Weise ist das azimutale Strahlungsdiagramm auch bei vergleichsweise großen Querausdehnungen des Ringleiters 2 als Runddiagramm gegeben. Bei dem oben genannten Beispiel einer Antenne mit kreisförmigem Ringleiter und dem relativen Durchmesser von D/λo = 0,32 beträgt die gestreckte Länge eines Ringleiter-Abschnitts zwischen zwei einander benachbarten Ringleitungs-Koppelpunkten 7a-7b etc. jeweils eine Viertel-Wellenlänge = λo/4. Obgleich der Abstand zwischen zwei einander gegenüberliegenden vertikalen Strahlern D/λo = 0,32 beträgt und insofern nicht mehr klein ist gegenüber der Wellenlänge λo, ist die azimutale Schwankung des Strahlergewinns kleiner als 0,3dBi.

    [0022] Im Folgenden werden einige vorteilhafte Formen für die Realisierung von Strahlern nach der Erfindung ausgeführt.

    [0023] In einer möglichst einfachen und wirtschaftlichen Gestaltung eines Ringleiters 2 mit den vertikalen Strahlern 4 ist der Ringleiter 2 als geschlossener etwa drahtförmiger Ring gestaltet, mit welchem die vertikalen Strahler 4 galvanisch verbunden sind. Dieser Ringleiter 2 mit Strahlern 4 kann wirtschaftlich aus Blech gestanzt und durch anschließende Biegung der Strahler 4 hergestellt werden. Auf vorteilhafte Weise ist die leitende Grundfläche im Bereich des Strahlers 1 als gedruckte Leiterplatte ausgeführt. In diese können die Induktivitäten 15 zum Beispiel als spiralenförmige Leiterbahnen, wie in Figur 11 angedeutet, gedruckt eingebracht sein, wobei an einem Ende einer der Induktivitäten 15 ein Anschluss-Pad als Strahleranschlussstelle gedruckt ist. Das vorgefertigte Strahlerteil kann mit den unteren Enden der vertikalen Strahler auf einfache Weise mit den Induktivitäten 15 - zum Beispiel durch Löten - verbunden werden, wodurch eine mechanisch äußerst stabile Strahlerkonstruktion gegeben ist. Diese mechanische Stabilität ist insbesondere im Hinblick auf die schmale relative Bandbreite mancher Funkdienste von großem Vorteil, die einer Verstimmung durch mechanische Vibrationen entgegensteht und eine hohe Reproduzierbarkeit beim Herstellungsprozess gewährleistet.

    [0024] Bei einem derartigen Strahler mit galvanisch gekoppelten vertikalen Strahlern 4 kann der Ringleiter 2 in der horizontalen Ebene flächig und seine äußere Berandung im Wesentlichen symmetrisch zu seinem Zentrum Z ausgeführt sein, wobei die innere Berandung des Ringleiters 2 innere in der Weise gestaltet ist, dass längs des Umfangs die Ringleiter-Breite B jeweils kleiner ist als 1/4 der über das Zentrum Z gemessenen horizontalen Ausdehnung des Ringleiters. Dadurch steht in vorteilhafter Weise der Raum um das Zentrum Z des Ringleiters 2 für die beispielhafte Gestaltung weiterer Antennen zur Verfügung.

    [0025] Wie bereits weiter oben ausgeführt, ist die Gleichsinnigkeit der Ströme in den vertikalen Strahlern 4 für die daraus resultierende optimale Unterstützung der vertikal polarisierten Strahlung von Bedeutung. Dies ist besonders vorteilhaft zu erreichen, wenn der Ringleiter 2 kreisförmig bzw. als reguläres Vieleck mit N Ecken gestaltet ist und über den Umfang L des Kreises bzw. an den Ecken des N-Ecks über den Umfang der Länge L des Ringleiters 2 in der Anzahl N untereinander gleiche vertikale Strahler 4a-d in gleich langen gestreckten Längenabständen L/N der Struktur voneinander entfernt über die Leiterschleifen-Koppelpunkte 7a-d an den Ringleiter 2 galvanisch 6 angekoppelt sind. Dabei ist erfindungsgemäß die Resonanz bei der Frequenz fo durch Gestaltung der induktiv wirksamen Komponenten 13a-d der vertikalen Strahler 4a-d herbeigeführt. Zur Herstellung der Resonanz des Ringleitungsstrahlers 1 können die vertikalen Strahler 4a-d ebenfalls jeweils an einer Unterbrechungsstelle mit einer Induktivität 15a-d der hierfür notwendigen induktiven Komponenten 13a-d beschaltet sein.

    [0026] In einer besonders vorteilhaften Realisierung der Erfindung besitzen die in den vertikalen Strahlern 4b-d induktiv wirksamen Komponenten 13a-d in allen vertikalen Strahlern 4a-d etwa gleiche Größe, so dass - wie weiter oben bereits festgestellt - bei Resonanz in diesen Strahlern 4a-d richtungsgleiche Ströme von etwa gleicher Größe fließen. Diese Bedingung ist jedoch für eine grundsätzliche Wahrnehmung der mit der Erfindung erzielbaren Vorteile im Hinblick auf eine günstige Strahlerimpedanz nicht notwendigerweise akribisch einzuhalten. Durch Einhalten der Gleichheit der Ströme lassen sich jedoch im Hinblick auf die Strahlerimpedanz und die azimutale Richtungsunabhängigkeit des Richtdiagramms optimale Bedingungen erreichen.

    [0027] Die Wahl einer Unterbrechungsstelle zur Einschaltung von konzentrierten induktiven Komponenten erfolgt für die Herstellung des Strahlers 1 besonders günstig jeweils am unteren Ende eines stabförmigen vertikalen Strahlers 4a -d. Dort kann jeweils eine konzentrierte Induktivität 32 a-32c zwischen dem unteren Ende des stabförmigen vertikalen Strahlers 4a -d und der leitenden Grundfläche 6 bzw. dem dort befindlichen Anschluss der Strahlerspeisestelle 5 geschaltet werden. Der andere Anschluss der Strahlerspeisestelle 5 ist auf der leitenden Grundfläche 6 gebildet. Wie bereits oben angedeutet, können die Induktivitäten 15a-d in vorteilhafter Weise als gedruckte Induktivitäten 32a-d auf der als elektrisch leitend beschichteten Leiterplatte ausgeführten elektrisch leitenden Grundfläche 6 gestaltet werden, welche jeweils an einem Ende mit dem vertikalen Strahler 4a-d und am anderen Ende mit der elektrisch leitenden Grundfläche 6 bzw. dem ebenfalls auf der beschichteten Leiterplatte gestalteten einem Anschluss der Strahlerspeisestelle 5 verbunden sind.

    [0028] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Induktivitäten 32a-d entfallen, wenn die induktiv wirksamen Komponenten 13a - 13d jeweils durch Formgebung der vertikalen Strahler 20 realisiert sind. Hierfür sind vertikale Strahlerteile 20 und horizontaler verlaufende Strahlerteile 21 geformt, so dass die in Figur 1 dargestellten notwendigen induktiven Komponenten 13a - 13c auch bei kleiner Höhe h erreicht werden. Hierbei kann die Gestaltung der vertikalen Strahlerteile 20 und der horizontal verlaufenden Strahlerteile 21 in Figur 9 ebenso kombiniert durch schräg verlaufende Strahlerteile 22, wie in Figur 10 dargestellt, bzw. durch mäanderförmige Strahlerteile erfolgen. Ein Strahler 1 mit derartigen vertikalen Strahlern 4a-c kann zum Beispiel auf wirtschaftliche Weise aus einem aus Blech gestanztem Stück und anschließender Biegung hergestellt und die vertikalen Strahler an ihrem unteren Ende mit der leitenden Grundfläche 6 bzw. mit der dort gebildeten Strahleranschlussstelle 5 verbunden werden. Eine für den Einsatz in Fahrzeugen besonders wirtschaftliche Lösung ist durch Wahl entsprechender Abmessungen des Strahlers 1 in der Weise zu erreichen, dass an der Strahlerspeisestelle 5 Anpassung an ZL ohne Anpassnetzwerk 35 gegeben ist und die Strahlerspeisestelle 5 - gemäß der allgemeinen Darstellung in Figur 4a links unten - die Antennenanschlussstelle 34 einer an ZL angepassten Antenne 36 bildet.

    [0029] Bei etwas zu kleinem Resonanzwiderstand Rs kann die Impedanzanpassung an ZL auf einfache Weise dadurch erfolgen, dass die Resonanzfrequenz fo in der Weise gewählt ist, dass die bei einer geringfügig höheren Frequenz f im Frequenzband des Funkdienstes auftretende geringfügige Verstimmung der Resonanz des Strahlers die zwischen Strahlerspeisestelle 5 und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt 3a auftretende Impedanz induktiv ist. Durch Parallelschaltung einer Kapazität zwischen Strahlerspeisestelle 5 und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt 3a kann auf einfache Weise Impedanzanpassung an ZL erreicht werden, wodurch die Strahlerspeisestelle 5 gleichermaßen die Antennenanschlussstelle 34 einer an ZL angepassten Antenne 36 bildet.

    [0030] In einer vorteilhaft einfach herstellbaren Grundform eines Strahlers 1 nach der Erfindung ist der Ringleiter 2 als Quadrat gestaltet, an dessen Ecken jeweils ein Ringleitungs-Koppelpunkt 7 mit einem dort galvanisch angeschlossenen vertikalen Strahler 4, 4a-d ausgebildet ist. Drei der Strahler 4, 4b-d sind mit der elektrisch leitenden Grundfläche 6 zur Ankopplung an einen Masse-Anschlusspunkt 3b-d jeweils über eine Induktivität 13b-d an den Masse-Anschlusspunkt 3b-d angeschlossen und ein Strahler 4, 4a, gegebenenfalls über eine Induktivität 13a mit der Strahlerspeisestelle 5 verbunden.

    [0031] Für einen Strahler - zum Beispiel für den bereits oben genannten Funkdienst DAB im L-Frequenzband bei einer Mittenfrequenz von f∼1,5 GHz - ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung nach der Erfindung die Resonanzfrequenz fo etwa gleich der Mittenfrequenz f des Funkdienstes und die Seiten des Quadrats sind etwa gleich λο/10 und die Höhe h, 9 etwa gleich λo/20 gewählt. Ein Strahler mit diesen äußeren Abmessungen kann vorteilhaft in der Weise gestaltet werden, dass an der Strahlerspeisestelle 5 Impedanzanpassung an ZL vorliegt und somit durch letztere die Antennenanschlussstelle 34 gegeben ist.

    [0032] An die Glattheit der Oberfläche einer Fahrzeugkarosserie werden vornehmlich aus ästhetischen Gründen, jedoch auch aus Gründen der Windgeräuschentwicklung hohe Anforderungen gestellt. Hierfür bietet ein Strahler nach der Erfindung vorteilhaft die Möglichkeit, den Strahler versenkt und ohne nennenswerte Einbußen an seinen Strahlungseigenschaften in die Fahrzeugkarosserie zu integrieren. Hierzu wird, wie in Figur 11 dargestellt, die im Wesentlichen in einer Grundflächen-Ebene E1 verlaufende leitende Grundfläche 6 am Ort des Ringleiters 2 als eine nach oben geöffnete leitende Kavität 38 ausgeformt, deren leitende Kavitäts-Basisfläche 6a in der Kavitäts-Tiefe 12 parallel zur und unterhalb der Grundflächen-Ebene E1 gelegenen Basisflächen-Ebene E2 verläuft. In diese Kavität wird der Ringleiter 2 in einer weiteren horizontalen Ringleitungs-Ebene E in der Höhe h, 9 verlaufend über der Kavitäts-Basisfläche 6a in der Weise eingebracht, dass die leitende Kavitäts-Basisfläche 6a die Projektionsfläche des Ringleiters 2 auf die unterhalb der leitenden Grundflächen-Ebene E1 gelegenen Basisflächen-Ebene E2 mindestens überdeckt und die Kavitäts-Seitenflächen 40 an jeder Stelle eine Kontur in der Weise aufweisen, dass ein hinreichend großer Kavitäts-Abstand 10 zwischen dem Ringleiter 2 und der Kavität 38 an jeder Stelle gegeben ist. Naturgemäß ist mit dem versenkten Einbau eines Strahlers ein Absinken des Strahlungswiderstandes Rs verbunden. Insbesondere auch in diesem Zusammenhang ist die gegenüber einem Referenzstrahler 29 erfindungsgemäße Erhöhung des Strahlungswiderstandes um den Faktor N2 von besonderer Bedeutung.

    [0033] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Strahler 1, welcher für vertikale Polarisation für einen Funkdienst um die Frequenz fo gestaltet ist, in seiner Funktion für den Empfang von zirkular polarisierten Satellitenfunksignalen eines Satellitenfunkdienstes bei einer Frequenz fs > fo erweitert, wie es beispielhaft in Fig. 14 dargestellt ist. Im Gegensatz zur Funktion für die vertikale Polarisation mit gleichphasig und gleichsinnig fließenden Strömen in den vertikalen Strahlern 4a-c sind die Phasen der Ströme in diesen Strahlern in der Weise eingestellt, dass der Ringleiter 2 zusammen mit der leitenden Grundfläche 6 als eine Ringleitung betrieben ist, sodass bei der Frequenz fs eine Resonanzstruktur in der Weise gebildet ist, dass durch Einspeisung über den einen der vertikalen Strahler 4d mit Strahlerspeisestelle 5 auf der Ringleitung die Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung eingestellt ist, deren Phasenunterschied über einen azimutalen Umlauf gerade 2π beträgt. Die Speisung des Strahlers für die Funktion der zirkularen Polarisation kann in vorteilhafter Weise ebenso an der Strahlerspeisestelle 5 erfolgen. Ein Strahler für den Empfang von zirkular polarisierten Satellitensignalen ist bekannt aus der DE 10 2009 040 910, dort z.B. in Fig. 17, wobei die Einspeisung an einem vertikalen Strahler über eine Kapazität und die Verbindung der anderen Strahler zur elektrisch leitenden Grundfläche 6 hin ebenso über Kapazitäten gegeben ist. Zur Verknüpfung der beiden Funktionen bei einem Strahler nach der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 14a, ist den Induktivitäten 15a-d der an die leitende Grundebene angekoppelten vertikalen Strahler 4a-c sowie dem einen vertikalen Strahler 4d mit Strahlerspeisestelle 5 jeweils ein kapazitiv wirkendes Element 26a-d parallel geschaltet. Somit ist, wie in Fig. 14b dargestellt, jeweils eine Blindelement-Schaltung 27a-d gegeben, welche für den Funkdienst bei der Frequenz f weiterhin die geforderte induktive Wirkung und bei der Frequenz fs für den Satellitenfunkdienst die für die Resonanz und die Umlaufrichtung der umlaufenden Welle bestimmende kapazitive Wirkung besitzt.

    [0034] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der im Zentrum des Ringleiters 2 gestaltbare Freiraum zur Anbringung einer weiteren vertikal polarisierten Antenne genutzt, wie es beispielhaft in Fig.15a mit einer stabförmigen Antenne 28 dargestellt ist. Hierzu kann vorteilhaft längs einer vertikalen Zentrallinie VZ eine vertikale im Wesentlichen stabförmige Antenne für mindestens einen weiteren Funkdienst gestaltet werden. Zur Unterdrückung der Strahlungskopplung zwischen dem Strahler 1 nach der Erfindung und der weiteren vertikal polarisierten stabförmigen Antenne 28 ist deren Leiter in der Weise in durch Unterbrechungsstellen 14 in voneinander getrennte Leiterstücke 24 unterteilt, dass die gestreckten Längen 19 der Leiterstücke 24 nicht größer als 3/8 der Wellenlänge λο gewählt sind und die Unterbrechungsstellen 14 durch frequenzselektive Zweipole 25, wie in Fig. 15b dargestellt, überbrückt sind. Die frequenzselektiven Zweipole 25 sind in den Frequenzbereichen der weiteren Funkdienste niederohmig und in dem Frequenzbereich, welcher dem Strahler 1 mit Ringleiter 2 zugeordnet ist, hochohmig auszuführen. Die Gestaltung von stabförmigen, durch frequenzselektiv überbrückte Unterbrechungsstellen strahlungsentkoppelten Antennen ist bekannt aus der DE103 04 911.

    [0035] Schließlich kann es zum Beispiel aus Gründen erhöhter mechanischer Stabilitätsanforderungen notwendig sein, den Ringleiter 2 möglichst stabil auszuführen. In diesem Fall kann der Ringleiter 2 im Wesentlichen durch die Berandung einer geschlossenen leitenden Fläche, wie in Fig. 3, gestaltet werden, wobei die Ringleitungs-Koppelpunkte 7a, 7b, 7c, 7d jeweils in der Nähe dieser Berandung gebildet sind. Die elektrischen Eigenschaften, wie z. B. der Strahlungswiderstand Rs bei der Resonanzfrequenz fo, werden durch die Darstellung des Ringleiters 2 als geschlossene Fläche aufgrund der für die Funktion wesentlichen Ströme längs der Berandung der Fläche nur unwesentlich beeinflusst. Dies trifft ebenso auf die relative Strahlerbandbreite Brel zu.

    [0036] Ausgehend von der Bandbreite eines elektrisch kleinen Strahlers kann die Bandbreite B durch Ergänzungen mit einem Anpassnetzwerk am Antennenanschlussstelle 34 unter Voraussetzung eines beliebig komplizierten, jedoch verlustlosen Anpassnetzwerks theoretisch maximal um den Faktor 2π/ln2 vergrößert werden, wie es in der eingangs genannten Druckschrift im AEÜ zitiert ist. Die in der Praxis erreichbaren Vergrößerungsfaktoren sind bei vertretbar wirtschaftlichem Aufwand jedoch umso kleiner, je weiter die Strahlerimpedanz von der Zielimpedanz ZL abweicht. Naturgemäß vergrößern Verluste die Bandbreite, reduzieren jedoch in gleichem Maß den Strahlungsgewinn einer Antenne. Somit ist der Strahler 1 nach der Erfindung auch bei Ergänzung mit einem Anpassnetzwerk und bei Berücksichtigung von Verlusten im Hinblick auf Strahlungsgewinn und erreichbarer Bandbreite dem Referenzstrahler 29 mit Anpassnetzwerk stets überlegen.

    Liste der Bezeichnungen



    [0037] 

    Strahler 1

    Ringleiter 2

    Masse-Anschlusspunkt 3a, 3b 3c, 3d

    vertikale Strahler 4, 4a, 4b, 4c, 4d, 4e

    Strahlerspeisestelle 5

    Leitende Grundfläche 6, 6a, 6b

    Ringleitungs-Koppelpunkte 7,7a,7b,7c,7d

    Leiterbreite 8

    Abstand der Höhe h, 9

    Kavitäts-Abstand 10

    Dachkapazität 11

    Kavitäts-Tiefe 12

    induktiv wirksame Komponenten 13, 13a -13g

    Unterbrechungsstelle14

    Induktivität 15,15a, 15b, 15c, 15d

    Äußere Querabmessung 16

    Äußere Längsabmessung 17

    innere Querabmessung 18

    gestreckte Länge 19

    vertikaler Strahlerteil 20

    horizontaler Strahlerteil 21

    schräg verlaufender Strahlerteil 22

    Kantenlänge 23

    Leiterstücke 24

    Frequenzselektiver Zweipol 25

    kapazitiv wirkendes Element 26

    Blindelement-Schaltung 27

    stabförmigen Strahler 28

    Referenzstrahler 29

    Mikrostreifenleiter 30,30a,30b,30c

    Leistungsteiler- und Phasenschiebernetzwerk 31

    Gedruckte Induktivität 32a, 32b, 32c, 32d,

    Leiterplatte 33

    Antennenanschlussstelle 34

    Anpassnetzwerk 35

    Antenne 36

    Abstand 37

    Kavität 38

    Kavitäts-Basisfläche 39

    Kavitäts-Seitenflächen 40

    Kavitäts-Abstand 41

    Bandbreite B

    Relative Bandbreite Brel

    Resonanzfrequenz fo

    Feldwellenwiderstand des freien Raums Zo

    Effektive Höhe des elektrisch kurzen Monopol-Strahlers hem

    Kapazität des elektrisch kurzen Monopol-Strahlers

    Lichtgeschwindigkeit co

    Freiraumwellenlänge λo

    Geometrische Höhe h

    Drahtdurchmesser d

    Kreisdurchmesser D

    Antennenfaktor des elektrisch kurzen Monopol-Strahlers BFm

    Antennenfaktor des Strahlers nach der Erfindung BF

    Konstante k

    Grundflächen-Ebene E1

    Grundflächen-Ebene E2

    Ringleitungs-Ebene E3

    Anzahl Koppelpunkte N

    normierter Widerstand (Zielimpedanz) ZL

    Strahlungswiderstand bei der Resonanzfrequenz Rs

    Reaktanz X

    Gestreckte Länge des Ringleitungsstrahlers L

    vertikale Zentrallinie VZ




    Ansprüche

    1. Elektrischer Strahler (1) für vertikal polarisierte Funksignale für einen Funkdienst mit schmaler Frequenzbandbreite um eine Frequenz fo mit der Freiraum-Wellenlänge λo im GHZ-Frequenzbereich, umfassend wenigstens eine im Wesentlichen horizontal orientierte, über einer leitenden Grundfläche (6) angeordnete Leiterschleife, mit einer Strahlerspeisestelle (5) zur elektromagnetischen Erregung der Leiterschleife gegenüber der leitenden Grundfläche (6), wobei

    - die Leiterschleife durch einen polygonartig oder elliptisch/kreisförmig geschlossenen Ringleiter (2) in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene mit der Höhe h kleiner λo/6 über der leitenden Grundfläche (6) verlaufend gestaltet ist,

    - am Umfang des Ringleiters (2) etwa gleichverteilt mindestens drei an Leiterschleifen-Koppelpunkten (7) mit dem Ringleiter (2) elektromagnetisch verkoppelte und zur leitenden Grundfläche (6) hin verlaufende vertikale Strahler (4, 4a-d) vorhanden sind, wobei mindestens zwei der vertikalen Strahler (4, 4a-d) mit der elektrisch leitenden Grundfläche (6) an Masse-Anschlusspunkten (3b-d) elektromagnetisch verkoppelt sind und nur ein vertikaler Strahler (4a) über die Strahlerspeisestelle (5) an dessen unterem Ende erregt ist,

    - die mit der elektrisch leitenden Grundfläche (6) zwischen ihren Leiterschleifen-Koppelpunkten (7a-d) und dem jeweils mit einem Masse-Anschlusspunkt (3a, 3b) verkoppelten vertikalen Strahler (4b-d) und der über die Strahlerspeisestelle (5) erregte vertikale Strahler (4a), zwischen seinem Leiterschleifen-Koppelpunkt (7a) und der Strahlerspeisestelle (5) jeweils induktiv wirksame Komponenten (13a-d) besitzen, so dass an der Strahlerspeisestelle (5) bei der Frequenz fo eine niederohmige Resonanz vom Charakter einer Serienresonanz gegeben ist, bei der die Ströme in den vertikalen Strahlern gleichphasig und gleichsinnig fließen.


     
    2. Strahler nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ringleiter (2) in der horizontalen Ebene flächig und seine äußere Berandung im Wesentlichen symmetrisch zu seinem Zentrum Z gestaltet ist und seine innere Berandung in der Weise gestaltet ist, dass längs des Umfangs die Ringleiter-Breite B jeweils kleiner ist als 1/4 der über das Zentrum Z des Ringleiters (2) gemessenen horizontalen Ausdehnung des Ringleiters. (2)
     
    3. Strahler nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ringleiter (2) kreisförmig bzw. als reguläres Vieleck mit N Ecken gestaltet ist und über den Umfang L des Kreises bzw. an den Ecken des N-Ecks über den Umfang der Länge (L) des Ringleiters (2) N untereinander gleiche vertikale Strahler (4a-d) in gleich langen gestreckten Längenabständen (L/N) der Ringleiterstruktur voneinander entfernt über die Leiterschleifen-Koppelpunkte (7a-d) an den Ringleiter (2) galvanisch (6) angekoppelt sind und die Resonanz bei der Frequenz fo durch Gestaltung der induktiv wirksamen Komponenten (13a-d) der vertikalen Strahler (4a-d) gegeben ist.
     
    4. Strahler nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Herstellung der Resonanz des Strahlers (1) die vertikalen Strahler (4a-d) jeweils an einer Unterbrechungsstelle mit einer Induktivität (15a-d) der hierfür notwendigen induktiven Reaktanz XL beschaltet sind,
    und / oder
    dass die in den vertikalen Strahlern (4b-d) induktiv wirksamen Komponenten in allen vertikalen Strahlern (4a-d) etwa gleiche Größe besitzen, so dass bei Resonanz in diesen Strahlern (4a-d) richtungsgleiche Ströme von etwa gleicher Größe fließen.
     
    5. Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die induktiv wirksame Komponenten (15a-d) als konzentrierte Induktivitäten (32a-32c) jeweils am unteren Ende der vertikalen Strahler gestaltet sind.
     
    6. Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Resonanzfrequenz fo in der Weise gewählt ist, dass die bei einer geringfügig höheren Frequenz f im Frequenzband des Funkdienstes auftretende geringfügige Verstimmung der Resonanz des Strahlers die zwischen Strahlerspeisestelle (5) und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt (3a) auftretende Impedanz in der Weise induktiv ist, dass bei Parallelschaltung einer Kapazität zwischen Strahlerspeisestelle (5) und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt (3a) Impedanzanpassung an eine vorgegebene Zielimpedanz ZL besteht und die Strahlerspeisestelle (5) die Antennenanschlussstelle (34) einer an ZL angepassten Antenne bildet.
     
    7. Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Resonanzfrequenz fo in der Weise gewählt ist, dass die bei einer geringfügig geringeren Frequenz f im Frequenzband des Funkdienstes auftretende geringfügige Verstimmung der Resonanz des Strahlers die zwischen Strahlerspeisestelle (5) und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt (3a) auftretende Impedanz in der Weise kapazitiv ist, dass bei Parallelschaltung einer Induktivität zwischen Strahlerspeisestelle (5) und dem benachbarten Masse-Anschlusspunkt (3a) Impedanzanpassung an eine vorgegebene Zielimpedanz ZL besteht und die Strahlerspeisestelle (5) die Antennenanschlussstelle (34) einer an ZL angepassten Antenne bildet.
     
    8. Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ringleiter (2) als Quadrat gestaltet ist, an dessen Ecken jeweils ein Ringleitungs-Koppelpunkt (7) mit einem dort galvanisch angeschlossenen vertikalen Strahler (4, 4a-d) ausgebildet ist und drei Strahler (4, 4b-d) mit der elektrisch leitenden Grundfläche (6) zur Ankopplung an einen Masse-Anschlusspunkt (3b-d) jeweils über eine Induktivität (13b-d) an einen Masse-Anschlusspunkt (3b-d) angeschlossen sind und ein Strahler (4, 4a) über eine Induktivität (13a) mit der Strahlerspeisestelle (5) verbunden ist.
     
    9. Strahler nach Anspruch 8 ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Resonanzfrequenz fo etwa gleich der Mittenfrequenz f des Funkdienstes gewählt ist und die Seiten des Quadrats etwa gleich λo/10 und die Höhe h etwa gleich λο/20 gewählt sind, so dass an der Strahlerspeisestelle (5) Impedanzanpassung an eine vorgegebene Zielimpedanz ZL herrscht und durch letztere die Antennenanschlussstelle (34) gegeben ist.
     
    10. Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die induktiv wirksamen Komponenten Induktivitäten (32a-d) umfassen, die in gedruckter Schaltungstechnik auf der als elektrisch leitend beschichtete Leiterplatte ausgeführten elektrisch leitenden Grundfläche (6) gestaltet sind, welche jeweils an einem Ende mit dem vertikalen Strahler (4, 4a-d) und am anderen Ende mit der elektrisch leitenden Grundfläche (6) bzw. der ebenfalls auf der beschichteten Leiterplatte gestalteten Strahlerspeisestelle (5) verbunden sind.
     
    11. Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die für Resonanz notwendigen induktiv wirksamen Komponenten (13a-g) jeweils durch Formgebung der vertikalen Strahler (4a-c) in der Weise gegeben sind, dass in den vertikalen Strahlern (4a-c) vertikale Strahlerteile (20) und horizontale Strahlerteile (21) bzw. mäanderformige oder schräg verlaufende Strahlerteile vorhanden sind.
     
    12. Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die im Wesentlichen in einer Grundflächen-Ebene (E1) verlaufende elektrisch leitende Grundfläche (6) am Ort des Ringleiters (2) als eine nach oben geöffnete elektrisch leitende Kavität (38) ausgeformt ist, deren elektrisch leitende Kavitäts-Basisfläche (6a) in einer in der Kavitäts-Tiefe (12) parallel zur und unterhalb der Grundflächen-Ebene (E1) gelegenen Basisflächen-Ebene (E2) verläuft und in welche der Ringleiter (2) in einer weiteren horizontalen Ringleitungs-Ebene (E) in der Höhe h verlaufend über der Kavitäts-Basisfläche (6a) eingebracht ist und die Kavitäts-Basisfläche (6a) die vertikale Projektionsfläche des Ringleiters (2) auf die unterhalb der leitenden Grundflächen-Ebene (E1) gelegenen Basisflächen-Ebene (E2) mindestens überdeckt und die elektrisch leitenden Kavitäts-Seitenflächen (40) an jeder Stelle eine Kontur in der Weise aufweisen, dass ein hinreichend großer Kavitäts-Abstand (10) zwischen dem Ringleiter (2) und der Kavität (38) an jeder Stelle gegeben ist.
     
    13. Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche ,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Strahler (1) für den zusätzlichen Empfang von zirkular polarisierten Satellitenfunksignalen eines Satellitenfunkdienstes bei einer Frequenz fs > f gestaltet ist, wobei der Ringleiter (2) zusammen mit der leitenden Grundfläche (6) eine Ringleitung bildet, sodass bei der Frequenz fs eine Resonanzstruktur in der Weise gebildet ist, dass durch Einspeisung über den einen der vertikalen Strahler (4d) mit Strahlerspeisestelle (5) auf der Ringleitung die Stromverteilung einer laufenden Leitungswelle in einer einzigen Umlaufrichtung eingestellt ist, deren Phasenunterschied über einen azimutalen Umlauf gerade 2π beträgt, wobei den Induktivitäten (15a-d) der an die leitende Grundebene angekoppelten vertikalen Strahler (4a-c) sowie dem einen vertikalen Strahler (4d) mit Strahlerspeisestelle (5) jeweils ein kapazitiv wirkendes Element (26) parallel geschaltet ist, sodass jeweils eine Blindelement-Schaltung (27) gegeben ist, welche für den Funkdienst bei der Frequenz f weiterhin die geforderte induktive Wirkung und bei der Frequenz fs für den Satellitenfunkdienst die für die Resonanz und die Umlaufrichtung der umlaufenden Welle bestimmende kapazitive Wirkung besitzt.
     
    14. Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Zentrum Z des Ringleiters (2) längs einer vertikalen Zentrallinie VZ eine vertikale stabförmige Antenne für mindestens einen weiteren Funkdienst in der Weise durch Unterbrechungsstellen in voneinander getrennte Leiterstücke unterteilt ist, dass die gestreckten Längen (14) der Leiterstücke (24) nicht größer als 3/8 der Wellenlänge λo gewählt sind und die Unterbrechungsstellen durch frequenzselektive Zweipole (25) überbrückt sind, welche in den Frequenzbereichen der weiteren Funkdienste niederohmig und in dem, dem Strahler (1) mit Ringleiter (2) zugeordneten Frequenzbereich hochohmig sind.
     
    15. Strahler nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Ringleiter (2) durch die Berandung einer geschlossenen leitenden Fläche gegeben ist und die Ringleitungs-Koppelpunkte (7a,7b,7c,7d) jeweils in der Nähe dieser Berandung gebildet sind.
     


    Claims

    1. An electric radiator (1) for vertically polarized radio signals for a radio service having a narrow frequency bandwidth around a frequency fo having a free-space wavelength λo in the gigahertz frequency range, comprising at least one substantially horizontally oriented conductor loop which is arranged above a conductive base surface (6) and which has a radiator infeed point (5) for electromagnetic excitation of the conductor loop with respect to the conductive base surface (6), wherein

    - the conductor loop is formed by a polygonally or elliptically/circularly closed ring conductor (2) extending in a substantially horizontal plane at a height h of less than λo/6 above the conductive base surface (6);

    - at least three vertical radiators (4, 4a-d) electromagnetically coupled to the ring conductor (2) at conductor loop coupling points (7) and extending toward the conductive base surface (6) are present approximately uniformly distributed at the periphery of the ring conductor (2), with at least two of the vertical radiators (4, 4a-d) being electromagnetically coupled to the electrically conductive base surface (6) at ground terminals (3b-d) and only one vertical radiator (4a) being excited via the radiator infeed point (5) at its lower end;

    - the vertical radiators (4b-d) coupled to the electrically conductive base surface (6) between their conductor loop coupling points (7a-d) and the respective ground terminal (3a, 3b) and the vertical radiator (4a) excited via the radiator infeed point (5), between its conductor loop coupling point (7a) and the radiator infeed point (5), have inductively active components (13a-d) in each case so that, at the radiator infeed point (5) at the frequency fo, a low-impedance resonance having the character of a series resonance is provided at which the currents flow in the same phase and in the same sense in the vertical radiators.


     
    2. A radiator in accordance with claim 1,
    characterized in that
    the ring conductor (2) is areal in the horizontal plane and its outer boundary is designed substantially symmetrical to its center Z and its inner boundary is designed in such a manner that, along the periphery, the ring conductor width B is in each case smaller than 1/4 of the horizontal extent of the ring conductor (2) measured across the center Z of the ring conductor (2).
     
    3. A radiator in accordance with at least one of the claims 1 or 2,
    characterized in that
    the ring conductor (2) is designed as circular or as a regular polygon having N corners and, over the circumference L of the circle or at the corners of the N-gon over the extent of the length (L) of the ring conductor (2), N vertical radiators (4a-d) which are the same as one another are galvanically coupled via the conductor loop coupling points (7a-d) to the ring conductor (2) remote from one another at equally long elongated length spacings (L/N) of the ring conductor structure and the resonance at the frequency fo is provided by the design of the inductively active components (13a-d) of the vertical radiators (4a-d).
     
    4. A radiator in accordance with at least one of the claims 1 to 3,
    characterized in that,
    to produce the resonance of the radiator (1), the vertical radiators (4a-d) are in each case connected at an interruption point to an inductor (15a-d) having the inductive reactance XL necessary for this purpose;
    and/or
    in that the components which are inductively active in the vertical radiators (4b-d) have approximately the same size in all of the vertical radiators (4a-d) so that currents having the same direction and approximately the same quantity flow at resonance in these radiators (4a-d).
     
    5. A radiator in accordance with at least one of the preceding claims,
    characterized in that
    the inductively active components (15a-d) are designed as concentrated inductors (32a-32c) in each case at the lower end of the vertical radiators.
     
    6. A radiator in accordance with at least one of the preceding claims,
    characterized in that
    the resonant frequency fo is selected in such a manner that the slight detuning of the resonance of the radiator that occurs at a slightly higher frequency f in the frequency band of the radio service and the impedance occurring between the radiator infeed point (5) and the adjacent ground terminal (3a) are inductive in such a manner that, on a parallel connection of a capacitor between the radiator infeed point (5) and the adjacent ground terminal (3a), there is impedance matching to a predefined target impedance ZL and the radiator infeed point (5) forms the antenna terminal (34) of an antenna matched to ZL.
     
    7. A radiator in accordance with at least one of the preceding claims,
    characterized in that
    the resonant frequency fo is selected in such a manner that the slight detuning of resonance of the radiator that occurs at a slightly lower frequency f in the frequency band of the radio service and the impedance occurring between the radiator infeed point (5) and the adjacent ground terminal (3a) are capacitive in such a manner that, on a parallel connection of an inductor between the radiator infeed point (5) and the adjacent ground terminal (3a), there is impedance matching to a predefined target impedance ZL and the radiator infeed point (5) forms the antenna terminal (34) of an antenna matched to ZL.
     
    8. A radiator in accordance with at least one of the preceding claims,
    characterized in that
    the ring conductor (2) is designed as a square at whose corners a respective ring line coupling point (7) is formed with a vertical radiator (4, 4a-d) galvanically connected there and three radiators (4, 4b-d) are connected to the electrically conductive base surface (6) for coupling to a ground terminal (3b-d) in each case via an inductor (13b-d) to a ground terminal (3b-d) and a radiator (4, 4a) is connected via an inductor (13a) to the radiator infeed point (5).
     
    9. A radiator in accordance with claim 8,
    characterized in that
    the resonant frequency fo is selected approximately equal to the center frequency f of the radio service and the sides of the square are selected approximately equal to λο/10 and the height h is selected approximately equal to λo/20 so that impedance matching to a predefined target impedance ZL is present at the radiator infeed point (5) and the antenna terminal (34) is provided by the latter.
     
    10. A radiator in accordance with at least one of the preceding claims,
    characterized in that
    the inductively active components comprise inductors (32a-d) which are designed in printed circuit technology on the electrically conductive base surface (6) configured as an electrically conductively coated circuit board and which are in each case connected at one end to the vertical radiator (4, 4a-d) and at the other end to the electrically conductive base surface (6) or to the radiator infeed point (5) which is likewise designed on the coated circuit board.
     
    11. A radiator in accordance with at least one of the preceding claims,
    characterized in that
    the inductively active components (13a-g) necessary for resonance are in each case provided by shaping the vertical radiators (4a-c) in such a manner that vertical radiator parts (20) and horizontal radiator parts (21) or meander-like or obliquely extending radiator parts are present in the vertical radiators (4a-c).
     
    12. A radiator in accordance with at least one of the preceding claims,
    characterized in that
    the electrically conductive base surface (6) substantially extending in a base surface plane (E1) is formed at the location of the ring conductor (2) as an upwardly open electrically conductive cavity (38) whose electrically conductive cavity base area (6a) extends in a base area plane (E2), disposed in the cavity depth (12) in parallel with and beneath the base surface plane (E1), and into which the ring conductor (2) is introduced in a further horizontal ring line plane (E) extending at the height h above the cavity base area (6a) and the cavity base area (6a) at least covers the vertical projection surface of the ring conductor (2) onto the base area plane (E2) disposed beneath the conductive base surface plane (E1) and the electrically conductive cavity side surfaces (40) have a contour at each point in such a manner that a sufficiently large cavity spacing (10) between the ring conductor (2) and the cavity (38) is provided at each point.
     
    13. A radiator in accordance with at least one of the preceding claims,
    characterized in that
    the radiator (1) is designed for the additional reception of circularly polarized satellite radio signals of a satellite radio service at a frequency fs > f, with the ring conductor (2) forming a ring line together with the conductive base surface (6) so that a resonance structure is formed at the frequency fs in such a manner that, by infeed via the one of the vertical radiators (4d) having the radiator infeed point (5), the current distribution of a propagating line wave is set on the ring line in a single direction of revolution whose phase difference over one azimuthal revolution amounts to just 2π, with a respective capacitively active element (26) being connected in parallel with the inductors (15a-d) of the vertical radiators (4a-c) coupled to the conductive base plane and with the one vertical radiator (4d) having the radiator infeed point (5) so that a respective dummy circuit (27) is provided which still has the required inductive effect for the radio service at the frequency f and, at the frequency fs for the satellite radio service, has the capacitive effect which determines the resonance and the direction of revolution of the revolving wave.
     
    14. A radiator in accordance with at least one of the preceding claims,
    characterized in that,
    at the center Z of the ring conductor (2) along a vertical central line VZ, a vertical bar-shaped antenna for at least one further radio service is divided by interruption points into conductor sections separate from one another in such a manner that the elongated lengths (14) of the conductor sections (24) are not selected greater than 3/8 of the wavelength λo and the interruption points are bridged by frequency-selective two-terminal circuits (25) which are of low impedance in the frequency ranges of the further radio services and are of high impedance in the frequency range associated with the radiator (1) having the ring conductor (2).
     
    15. A radiator in accordance with at least one of the preceding claims,
    characterized in that
    the ring conductor (2) is provided by the boundary of a closed conductive surface and the ring line coupling points (7a,7b,7c,7d) are in each case formed in the vicinity of this boundary.
     


    Revendications

    1. Émetteur électrique (1) pour signaux radio polarisés verticalement pour un service de radio à largeur de bande de fréquences étroite autour d'une fréquence fo ayant la longueur d'onde dans l'espace libre λο dans la gamme de fréquences des GHz, comprenant au moins une boucle conductrice orientée sensiblement horizontalement, disposée au-dessus d'une surface de base conductrice (6), avec un point d'alimentation d'émetteur (5) pour l'excitation électromagnétique de la boucle conductrice par rapport à la surface de base conductrice (6), dans lequel

    - la boucle conductrice est formée par un conducteur annulaire (2) fermé de manière polygonale ou elliptique/circulaire s'étendant dans un plan sensiblement horizontal à une hauteur h inférieure à λο/6 au-dessus de la surface de base conductrice (6),

    - au moins trois émetteurs (4, 4a-d) s'étendant verticalement par rapport à la surface de base conductrice (6), qui sont répartis de manière approximativement uniforme sur la circonférence du conducteur annulaire (2) et sont couplés électromagnétiquement au conducteur annulaire (2) en des points couplage de boucle conductrice (7), sont présents, au moins deux des émetteurs verticaux (4, 4a-d) étant couplés électromagnétiquement à la surface de base électriquement conductrice (6) en des points de connexion de masse (3b-d) et un seul émetteur vertical (4a) étant excité à son extrémité inférieure par le point d'alimentation d'émetteur (5),

    - les émetteurs verticaux (4b-d) couplés à la surface de base électriquement conductrice (6), entre leurs points de couplage de boucle conductrice (7a-d) et le point de connexion de masse (3a, 3b), et l'émetteur vertical (4a) excité par le point d'alimentation d'émetteur (5), entre son point de couplage de boucle conductrice (7a) et le point d'alimentation d'émetteur (5), possèdent respectivement des composants inductivement actifs (13a-d), en sorte qu'il existe au point d'alimentation d'émetteur (5), à la fréquence fo, une résonance à faible impédance ayant le caractère d'une résonance série à laquelle les courants circulent en phase et dans le même sens dans les émetteurs verticaux.


     
    2. Émetteur selon la revendication 1,
    caractérisé en ce que
    le conducteur annulaire (2) est conçu plat dans le plan horizontal et sa bordure extérieure sensiblement symétrique par rapport à son centre Z, et sa bordure intérieure est conçue de telle sorte que, le long de la circonférence, la largeur de conducteur annulaire B soit chaque fois inférieure à 1/4 de l'extension horizontale du conducteur annulaire (2) mesurée passant par le centre Z du conducteur annulaire (2).
     
    3. Émetteur selon au moins l'une des revendications 1 ou 2,
    caractérisé en ce que
    le conducteur annulaire (2) est conçu circulaire ou sous la forme d'un polygone régulier à N angles et sur la circonférence L du cercle ou aux angles du polygone sur la circonférence de longueur (L) du conducteur annulaire (2), N émetteurs verticaux identiques (4a-d), éloignés les uns des autres de distances longitudinales de même longueur (L/N) de la structure de conducteur annulaire, sont couplés galvaniquement (6) au conducteur annulaire (2) par les points de couplage de boucle conductrice (7a-d) et la résonance à la fréquence fo est définie par la conception des composants inductivement actifs (13a-d) des émetteurs verticaux (4a-d).
     
    4. Émetteur selon au moins l'une des revendications 1 à 3,
    caractérisé en ce que,
    pour produire la résonance de l'émetteur (1), les émetteurs verticaux (4a-d) sont reliés chacun en un point d'interruption à une inductance (15a-d) de réactance inductive XL nécessaire pour cela,
    et / ou
    que les composants inductivement actifs dans les émetteurs verticaux (4b-d) possèdent approximativement la même grandeur dans tous les émetteurs verticaux (4a-d), en sorte qu'à la résonance des courants de même sens et approximativement de même grandeur circulent dans ces émetteurs (4a-d).
     
    5. Émetteur selon au moins l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    les composants inductivement actifs (15a-d) sont conçus comme des inductances concentrées (32a-32c) respectivement à l'extrémité inférieure des émetteurs verticaux.
     
    6. Émetteur selon au moins l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    la fréquence de résonance fo est choisie de telle sorte que le léger désaccord de la résonance de l'émetteur se produisant à une fréquence f légèrement supérieure dans la bande de fréquences du service de radio, qui apparaît entre le point d'alimentation d'émetteur (5) et le point de connexion de masse adjacent (3a), soit inductif de telle sorte que, lorsqu'une capacité est connectée en parallèle entre le point d'alimentation d'émetteur (5) et le point de connexion de masse adjacent (3a), il existe une adaptation d'impédance à une impédance cible prédéfinie ZL et le point d'alimentation d'émetteur (5) forme le point de connexion d'antenne (34) d'une antenne adaptée à ZL.
     
    7. Émetteur selon au moins l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    la fréquence de résonance fo est choisie de telle sorte que le léger désaccord de la résonance de l'émetteur se produisant à une fréquence f légèrement inférieure dans la bande de fréquences du service de radio, qui apparaît entre le point d'alimentation d'émetteur (5) et le point de connexion de masse adjacent (3a), soit capacitif de telle sorte que, lorsqu'une inductance est connectée en parallèle entre le point d'alimentation d'émetteur (5) et le point de connexion de masse adjacent (3a), il existe une adaptation d'impédance à une impédance cible prédéfinie ZL et le point d'alimentation d'émetteur (5) forme le point de connexion d'antenne (34) d'une antenne adaptée à ZL.
     
    8. Émetteur selon au moins l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    le conducteur annulaire (2) est conçu comme un carré à chacun des angles duquel est formé un point de couplage de conducteur annulaire (7) auquel est galvaniquement connecté un émetteur vertical (4, 4a-d), et trois émetteurs (4, 4a-d) sont chacun connectés à la surface de base électriquement conductrice (6) pour le couplage à un point de connexion de masse (3b-d) par une inductance (13b-d) en un point de connexion de masse (3b-d) et un émetteur (4, 4a) est relié au point d'alimentation d'émetteur (5) par une inductance (13a).
     
    9. Émetteur selon la revendication 8,
    caractérisé en ce que
    la fréquence de résonance fo est choisie approximativement égale à la fréquence centrale f du service de radio et les côtés du carré sont choisis approximativement égaux à λο/10 et la hauteur h approximativement égale à λο/20, en sorte qu'une adaptation d'impédance à une impédance cible prédéfinie ZL règne au point d'alimentation d'émetteur (5) et que celui-ci définit le point de connexion d'antenne (34).
     
    10. Émetteur selon au moins l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    les composants inductivement actifs comprennent des inductances (32a-d) qui sont conçues en technique de circuit imprimé sur la surface de base électriquement conductrice (6) réalisée sous la forme d'une carte de circuit imprimé revêtue de manière électroconductrice, lesquelles sont reliées chacune à une extrémité à l'émetteur vertical (4, 4a-d) et à l'autre extrémité à la surface de base électriquement conductrice (6), respectivement au point d'alimentation d'émetteur (5) également réalisé sur la carte de circuit imprimé revêtue.
     
    11. Émetteur selon au moins l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    les composants inductivement actifs (13a-g) nécessaires pour la résonance sont définis chacun par la mise en forme des émetteurs verticaux (4a-c) de telle sorte que des parties d'émetteur verticales (20) et des parties d'émetteur horizontales (21) ou des parties d'émetteur en méandres ou s'étendant obliquement sont présentes dans les émetteurs verticaux (4a-c).
     
    12. Émetteur selon au moins l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    la surface de base électriquement conductrice (6) s'étendant sensiblement dans un plan de surface de base (E1) est formée à l'emplacement du conducteur annulaire (2) comme une cavité électriquement conductrice (38) ouverte vers le haut, dont la surface de base de cavité électriquement conductrice (6a) s'étend dans un plan de surface de base (E2) situé dans la profondeur de cavité (12) parallèlement au plan de surface de base (E1) et au-dessous de celui-ci et dans laquelle le conducteur annulaire (2) est placé dans un autre plan de ligne annulaire horizontale (E) à la hauteur h de manière à s'étendre au-dessus de la surface de base de cavité (6a), et la surface de base de cavité (6a) recouvre au moins la surface de projection verticale du conducteur annulaire (2) sur le plan de surface de base (E2) situé au-dessous du plan de surface de base conductrice (E1) et les surfaces latérales de cavité électriquement conductrices (40) présentent en chaque point un contour de telle sorte qu'il existe une distance de cavité (10) suffisamment grande entre le conducteur annulaire (2) et la cavité (38) en chaque point.
     
    13. Émetteur selon au moins l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    l'émetteur (1) est conçu pour la réception supplémentaire de signaux radio par satellite à polarisation circulaire d'un service de radio par satellite à une fréquence fs > f, le conducteur annulaire (2) formant avec la surface de base conductrice (6) une ligne annulaire, en sorte qu'une structure de résonance est formée à la fréquence fs de telle sorte que, par alimentation par un des émetteurs verticaux (4d) avec point d'alimentation d'émetteur (5) sur la ligne annulaire, la distribution de courant d'une onde de ligne progressive est réglée dans une direction circonférentielle unique, dont la différence de phase par rapport à une circulation azimutale est exactement de 2π, un élément capacitif (26) étant connecté en parallèle aux inductances (15a-d) des émetteurs verticaux (4a-c) couplés au plan de base conducteur ainsi que de l'émetteur vertical (4d) avec point d'alimentation d'émetteur (5), en sorte que l'on obtient chaque fois un circuit d'éléments réactifs (27) qui possède toujours l'effet inductif nécessaire pour le service de radio à la fréquence f et possède l'effet capacitif déterminant la résonance et la direction circonférentielle de l'onde circulante à la fréquence fs pour le service de radio par satellite.
     
    14. Émetteur selon au moins l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce
    qu'au centre Z du conducteur annulaire (2), le long d'une ligne centrale verticale VZ, une antenne verticale en forme de tige pour au moins un autre service de radio est divisée en sections conductrices séparées les unes des autres par des points d'interruption de telle sorte que les longueurs étirées (14) des sections conductrices (24) sont choisies non supérieures à 3/8 de la longueur d'onde λο et les points d'interruption sont shuntés par des dipôles sélectifs en fréquence (25) qui ont une faible impédance dans les gammes de fréquences des autres services de radio et une impédance élevée dans la gamme de fréquences associée à l'émetteur (1) avec conducteur annulaire (2).
     
    15. Émetteur selon au moins l'une des revendications précédentes,
    caractérisé en ce que
    le conducteur annulaire (2) est défini par la bordure d'une surface conductrice fermée et les points de couplage de ligne annulaire (7a, 7b, 7c, 7d) sont chacun formés à proximité de cette bordure.
     




    Zeichnung






















































    IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE



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    In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente




    In der Beschreibung aufgeführte Nicht-Patentliteratur