DE1953038C3

DE1953038C3 - Broadband whip antenna

Info

Publication number: DE1953038C3
Application number: DE1953038A
Authority: DE
Inventors: Bernard Chiron; Louis Duffau
Original assignee: LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES PARIS
Current assignee: LIGNES TELEGRAPHIQUES ET TELEPHONIQUES PARIS
Priority date: 1968-10-23
Filing date: 1969-10-22
Publication date: 1975-01-09
Also published as: DE1953038B2; GB1282293A; US3611390A; FR1588021A; DE1953038A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Breitband-Peitschenantenne mit einem nicntmagnetischen stabförmigen Leiter, der über einer Teil seiner Länge von einer Hülle aus ferromagnetischem Material umgeben ist, dessen Dielektrizitätskonstante und/oder Permeabilität frequenzabhängig sind, mit einer Vormagnetisierungsspule, die ein in der Antenne angeordnetes ferromagnetisches Material umgibt, und mit einer elektrischen Schaltung, die einen Strom veränderlicher Größe durch die Vormagnetisierungsspule schickt.The invention relates to a broadband whip antenna with a non-magnetic rod-shaped conductor over part of its length is surrounded by a shell made of ferromagnetic material, whose dielectric constant and / or Permeability are frequency dependent, with a bias coil, which surrounds a ferromagnetic material arranged in the antenna, and with an electrical circuit that carries a variable magnitude current through the bias coil sends.

Peitschenantennen, die insbesondere bei beweglichen Anlagen verwendet werden, bestehen bekanntlich aus einem einfachen sUibförmigen Leiter, der an einem seiner Enden mechanisch befestigt und elektrisch angeschlossen ist. Ferner ist allgemein bekannt, daß die Länge des Leiters in bestimmter Beziehung zu der Wellenlänge des Hochfrequenzsignals stehen muß, damit der maximale Antennengewinn erzielt wird. Wenn die Antennenlänge von dem optimalen Wert abweicht, fällt der Gewinn sehr schnell ab. Diese Art von Antennen, deren Robustheit und Einfachheit die von den Herstellern beweglicher Anlagen vorgeschriebenen Bedingungen ausgezeichnet erfüllen, können daher nicht in einem breiten Frequenzband verwendet werden, das sich über mehrere Oktaven, beispielsweise etwa zehn Oktaven, erstreckt. Es ist daher üblich, die Änderung des Antennengewinns mit Hilfe von Anjpassungsvornchtungen zu kompensieren, die den an die Antenne angeschlossenen Einrichtungen zugeordnet sind. Derartige Schallungen führen aber zwangläufig zu einem Energieverlust, ganz abgesehen von der Schwierigkeit ihrer Realisierung, wenn der zu erfassende Frequenzbereich den zuvor angegebenen Wert erreicht.Whip antennas, which are used in particular in moving systems, are known to exist from a simple sUib-shaped conductor, which is mechanically fastened at one of its ends and electrically connected. It is also generally known that the length of the conductor has a certain relationship must be related to the wavelength of the high-frequency signal, so that the maximum antenna gain is achieved will. If the antenna length deviates from the optimal value, the gain drops very quickly. This type of antenna, its robustness and simplicity that of the manufacturers of mobile equipment fulfill the prescribed conditions excellently, therefore cannot in a wide frequency band can be used that extends over several octaves, for example about ten octaves. It is therefore common to change the antenna gain with the help of adaptation devices compensate, which are assigned to the devices connected to the antenna. Such formations but inevitably lead to a loss of energy, not to mention the difficulty of theirs Realization when the frequency range to be recorded reaches the value specified above.

Bei einer aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 961 572 bekannten Peitschenantenne dieser Art dient der durch die Vormagnetisierungsspule geschickte Strom zur Abstimmung der Antenne; die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante und/oder Permeabilität des ferromagnetischen Materials spielt dabei keine Rolle.In a whip antenna of this type known from the German utility model 1 961 572 the current sent through the bias coil is used to tune the antenna; the Frequency dependence of the dielectric constant and / or permeability of the ferromagnetic material does not matter.

Dagegen ist aus der Patentschrift 38 223 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin eine Antenne bekannt, bei der mit der eigentlichen Antenne eine Ferritkernspule in Reihe geschaltet ist,In contrast, there is one from patent specification 38 223 from the Office for Invention and Patents in East Berlin Antenna known in which a ferrite core coil is connected in series with the actual antenna,

ίο so daß die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante und/oder der Permeabilität Ues ferromagnetischen Materials des Kerns dieser Spule eine Korrektur der Antennenabstimmung bewirkt. Zur eigentlichen Antennenabstimmung ist eine verändsrliehe Induktivität vorgesehen.ίο so that the frequency dependence of the dielectric constant and / or the permeability Ues ferromagnetic material of the core of this coil a Correction of antenna tuning effected. A variable is required for the actual antenna tuning Inductance provided.

Wenn es möglich wäre, immer ein ferromagnetisches Material zu finden, bei dem die Frequenzabhängigkeit der elektrischen und magnetischen Eigenschaften innerhalb des vorgeschriebenen Frequenzbandes einer ganz bestimmten Gesetzmäßigkeit folgt, so könnte allein mit Hilfe eines solchen Materials die Impedanz der Antenne konstant gehalten werden. In der Praxis können aber solche Materialien für die jeweils vorkommenden Frequenzbänder oft nicht gefunden werden.If it were possible to always find a ferromagnetic material in which the frequency dependence the electrical and magnetic properties within the prescribed frequency band follows a very definite law, then with the help of such material alone the impedance of the antenna can be kept constant. In practice, however, such materials often cannot be found for the frequency bands occurring in each case.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, durch die die Impedanz der Antenne in einem weiten Frequenzband selbsttätig weitgehend konstant gehalten wird.The invention is based on the object of specifying an arrangement through which the impedance of the Antenna is kept largely constant automatically in a wide frequency band.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im F^ld der Antenne eine Sonde angeordnet ist, die mit der elektrischen Schaltung ir. einem Regelkreis liegt, der die von der Sonde gemessene Feldstärke konstant hält.According to the invention, this object is achieved in that a probe is arranged in the area of the antenna which is connected to the electrical circuit ir. a control loop, which is the measured by the probe Keeps field strength constant.

Bei der Peitschenantenne nach der Erfindung wird der durch die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante und/oder Permeabilität des ferromagnetischen Materials bewirkten Beeinflussung der Antennenimpedanz eine Korrektur durch die veränderliche Vormagnetisierung überlagert, durch welche die Impedanz in einem breiten Frequenzband frequenzunabhängig gemacht wird, ohne daß ein Energieverlust eintritt.In the whip antenna according to the invention, that is determined by the frequency dependence of the dielectric constant and / or permeability of the ferromagnetic material effected influencing the Antenna impedance a correction superimposed by the variable premagnetization which makes the impedance independent of frequency in a wide frequency band without a Energy loss occurs.

Die Sonde kann so angeordnet sein, daß sie neben dem stabförmigen Leiter liegt und somit die elektromagnetische Feldstärke des Antcnnenfeldes abtastet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Sonde jedoch eine den stabförmigen Leiter umgebende Schleife. Sie liefert in diesem Fall ein Ausgangssignal, das den durch die Antenne fließenden Strom darstellt.The probe can be arranged so that it is next to the rod-shaped conductor and thus scans the electromagnetic field strength of the antenna field. According to an advantageous embodiment of the invention, however, the probe is a rod-shaped conductor surrounding loop. In this case it delivers an output signal similar to that flowing through the antenna Represents electricity.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigtEmbodiments of the invention are shown in the drawing. In it shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Breitband-Peitschenantenne nach der Erfindung undF i g. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the broadband whip antenna according to the invention and

F i g. 2 eine schematischc Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Brcitband-Peitschenantcnne nach der Erfindung.F i g. 2 is a schematic representation of a second Embodiment of the ribbon whip antenna according to the invention.

6b F i g. 1 zeigt schematisch eine Peitschenantenne mit einem öichtmagnetischen stabförmigeit Leiter 1, dessen unterer Teil eine Ferritumhüllung 3 aufweist. Zwischen dem Fußpunkt e des stabförmigen Leiters 1 und Masse ist der Sender oder Empfänger angeschlossen. Die Dielektrizitätskonstante und/oder die Permeabilität des Ferritmaterials der Ferritumhüllung 3 sind frequenzabhängig, und wenn es möglich wäre, ein Material zu finden, bei dem die Frequenz-6b F i g. 1 shows schematically a whip antenna with a non-magnetic rod-shaped conductor 1, whose the lower part has a ferrite cladding 3. Between the base point e of the rod-shaped conductor 1 and ground the transmitter or receiver is connected. The dielectric constant and / or the Permeability of the ferrite material of the ferrite cladding 3 are frequency-dependent, and if possible would be to find a material in which the frequency

abhängigkeit dieser Kenngrößen folgende Bedingungthe following condition depends on these parameters

erfüllt:Fulfills:

IC =IC =

ι tι t

161,* /»161, * / »

L₁ = auf die Längeneinheit bezogene Induktivität des umhüllten Leiters,L ₁ = inductance of the sheathed conductor based on the unit of length,

C₁ = auf die Längeneinheit bezogene Kapazität des umhüllten Leiters,C ₁ = capacity of the covered conductor based on the unit length,

L = geometrische Länge des stabförmigen Antennenleiters, L = geometric length of the rod-shaped antenna conductor,

/ ·— Betriebsfrequenz im Frequenzband der Antenne, / · - operating frequency in the frequency band of the antenna,

wäre die Impedanz der Peitschenantenne in einem breiten Frequenzband frequenzunabhängig.the impedance of the whip antenna would be independent of frequency in a broad frequency band.

Da es in der Praxis oft nicht möglich ist, ein Ferritmaterial zu finden, dessen elektrische und magnetische Eigenschaften in dem vorgeschriebenen Frequenzband der vorstehenden Bedingung genügen, sind bei der in F i g. 1 dargestellten Peitschenantenne zusätzliche Maßnahmen getroffen, um den Fiequenzgang der Impedanz zu korrigieren. Zu diesem Zweck wirkt auf die Ferritumhüllung 3 ein äußeres magnetisches Gleichfeld ein, das von einer schematisch dargestellten Wicklung 6 erzeugt wird. Diese Wicklung wird von einer elektronischen Schaltung 7 gespeist, die von dem Signal gesteuert wird, das von einer Kopplungsschleife 8 aufgefangen wird, die in dem von der Antenne abgestrahlten Feld liegt. Die elektronische Schaltung 7 ist so ausgeführt, daß sie die Intensität des abgestrahlten und von der Schleife 8 aufgefangenen Feldes und damit die Antennenimpedanz konstant hält. Die Änderung des Stroms in der Wicklung 6 wird an die Beschaffenheit des die Umhüllung 3 bildenden Ferritmaterials automatisch so angepaßt, daß die von der Schleife 8 aufgefangene bnergie im gesamten Betriebsfrequenzbereich konstant bleibt.Since it is often not possible in practice to find a ferrite material, its electrical and magnetic properties in the prescribed frequency band meet the above condition, are at the in F i g. 1 whip antenna shown, additional measures are taken to reduce the frequency response to correct the impedance. For this purpose, the ferrite cladding 3 has an external effect DC magnetic field generated by a winding 6 shown schematically. These Winding is fed by an electronic circuit 7 controlled by the signal sent by a coupling loop 8, which is located in the field radiated by the antenna. the electronic circuit 7 is designed so that it determines the intensity of the emitted and of the Loop 8 captured field and thus keeps the antenna impedance constant. The change in the Current in the winding 6 is automatically adapted to the nature of the ferrite material forming the casing 3 adjusted so that the energy captured by the loop 8 is in the entire operating frequency range remains constant.

Die theoretische Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Stärke des von der Antenne abgestrahlten und von der Schleife 8 aufgefangenen elektrischen Feldes und der Intensität des von der Wicklung G erzeugten Vormagnetisierungsfeldes ist verhältnismäßig kompliziert. Bei dieser Untersuchung treten zwei voneinander unabhängige physikalische Erscheinungen auf, nämlich die Änderung der Permeabilität des Materials in Abhängigkeit von der Frequenz und die Änderung der Permeabilität des Materials in Abhängigkeit von dem angelegten Magnetfeld. Diese beiden Zusammenhänge müssen für jedes Material experimentell ermittelt werden. In der Praxis hat die Erfahrung folgendes gezeigt: Wenn man darauf achtet, daß die Antenne so ausgeführt wird, daß sie beim Fehlen des magnetischen Steuerfeldes am oberen Ende des Frequenzbandes abge-Theoretical study of the relationship between the strength of the radiated by the antenna and the electric field captured by the loop 8 and the intensity of the Winding G generated bias field is relatively complicated. In this investigation two independent physical phenomena occur, namely the change in Permeability of the material as a function of the frequency and the change in permeability of the Material as a function of the applied magnetic field. These two connections must can be determined experimentally for each material. In practice, experience has shown the following: If care should be taken to ensure that the antenna is designed in such a way that it can operate in the absence of the magnetic control field at the upper end of the frequency band

IQ stimmt ist, ergibt eine lineare Umsetzung zwischen dem von der Schleife 8 aufgefangenen Signal und dem auf das magnetische Material einwirkenden Magnetfeld bei gewissen, im Handel erhältlichen Magnetmaterialien durchaus befriedigende Ergebnisse. In diesem Fall besteht die elektronische Schaltung 7 im wesentlichen aus einem aperiodischen Verstärker, dem eine automatische Verstärkungsregelstufe nachgeschaltet ist, die einen Gleichrichter speist, der den durch die Wicklung 6 fließenden Strom liefert. Bei dem zuvor angegebenen Frequenzbereich (10 bis 30 MHz) beträgt die Bandbreite des Verstärkers 2 bis 30 MHz.IQ is correct, results in a linear implementation between the signal picked up by the loop 8 and that acting on the magnetic material Magnetic field with certain commercially available magnetic materials quite satisfactory results. In this case the electronic circuit 7 consists essentially of an aperiodic amplifier, which is followed by an automatic gain control stage that feeds a rectifier, which supplies the current flowing through the winding 6. At the frequency range specified above (10 to 30 MHz) the bandwidth of the amplifier is 2 to 30 MHz.

F i g. 2 zeigt sehr schematisch eine andere Ausführungsform einer Anordnung zur Nachregelung der Impedanz einer Peitschenantenne. Die Peitschenantenne besteht wieder im wesentlichen aus dem nichtmagnetischen stabförmigen Leiter !,dessen Fuß, wie zuvor, von einer Ferritumhüllung 3 umgeben ist. Sie enthält ferner an ihrem unteren Ende zusätzlich eine konzentrierte Serieninduktivität, die mechanisch unabhängig von dem eigentlichen strahlenden Element ist; diese Induktivität ist durch die einen Ferritstab 10 umgebende Wicklung 9 dargestellt. Die Nachrcgelanordnung wirkt direkt auf die Induktivität 9.10 dadurch ein, daß sie den Ferritstab 10 einem Magnetfeld mit Hilfe einer Hilfswicklung 11 aussetzt. Der in der Wicklung 11 fließende Strom wird von einer elektronischen Schaltung T gesteuert, welche die von einer Schleife 8' gelieferte Information empiängt. Die Schleife 8' umgibt in diesem Fall den stabförmigen Leiter 1, so daß ihr Ausgangssignal den Wert des in der Antenne fließenden Stroms darstellt. Die elektronische Schaltung T ist so ausgeführt, daß der Strom für die Vormagnetisierung des Ferritstabs 10 in Abhängigkeit von der Frequenz und der Eigenschaft des den Ferritstab 10 bildenden Ferritmaterials den im stabförmigen Leiter 1 fließenden Strom im wesentlichen konstant hält.F i g. 2 shows very schematically another embodiment of an arrangement for readjusting the impedance of a whip antenna. The whip antenna again essentially consists of the non-magnetic rod-shaped conductor!, The foot of which, as before, is surrounded by a ferrite sheath 3. It also contains a concentrated series inductance at its lower end, which is mechanically independent of the actual radiating element; this inductance is represented by the winding 9 surrounding a ferrite rod 10. The post-control arrangement acts directly on the inductance 9.10 in that it exposes the ferrite rod 10 to a magnetic field with the aid of an auxiliary winding 11. The current flowing in the winding 11 is controlled by an electronic circuit T which receives the information supplied by a loop 8 '. The loop 8 'in this case surrounds the rod-shaped conductor 1, so that its output signal represents the value of the current flowing in the antenna. The electronic circuit T is designed so that the current for the premagnetization of the ferrite rod 10, depending on the frequency and the property of the ferrite material forming the ferrite rod 10, keeps the current flowing in the rod-shaped conductor 1 essentially constant.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

, i, broadband whip pin with a non-magnetic rod-shaped conductor that runs over a Part of its length is surrounded by a sheath made of ferromagnetic material, the dielectric constant of which and / or permeability are frequency-dependent, with a bias coil, which surrounds a ferromagnetic material arranged in the antenna, and with a electrical circuit that carries a current of variable magnitude through the bias coil sends, characterized in that a probe (8, 8 ') is arranged in the field of the antenna is, which is with the electrical circuit (7, 7 ') in a control loop that of the Probe keeps measured field strength constant.

2. Broadband whip antenna according to claim 1, characterized in that the probe (8 ') is a loop surrounding the rod-shaped conductor (1).