182376. lajstromszámú szabadalom • Ground-Plane antenna
182376 2 A találmány tárgya ground-plane antenna, amelynek földelősikból Függőlegesen kiálló rezonáns negyedhullámú sugárzórúdja van, a földelősík valamint a sugárzórúd alsó vége között két betáplálási ponttal van ellátva, és a betáplálási pontok közé egyik végén rövidrezárt tápvonalszakasz kapcsolódik. A ground-plane antennákat a vezetéknélküli hírközlés területén széleskörűen alkalmazzák, elsősorban a 20— 200 MHz közötti frekvenciatartományban. A ground-plane antennák függőleges negyedhullámú sugárzóból állnak és egy valós vagy virtuális földsík felett az egyik féltérbe sugároznak, nyereségük 0 dB. A sugárzórudat rendszerint az alsó végénél gerjesztik és koaxiális tápvonalhoz illesztik. A klasszikus kivitelű ground-plane sugárzórúdja a földtől egyenáramúlag is elszigetelt. Ennél a kivitelnél a sugárzórúd hajlamos a statikus feltöltődésre, és az antennához csatlakoztatott készülék villámvédelme nem tökéletes. A sugárzórúd egyenáramú földelésére alkalmazzák a visszahajlított ground-plane antennát, nemzetközi néven „földed unipol”-t, amely sugárzórúd földelésén kívül a talpponti impedanciát is megnöveli. Az ilyen antenna, bár a sugárzórúd egyenáramú földelését megoldja, nem nyújt biztos védelmet a villámcsapás ellen, mert az antennarúd hossza nagyobb a két párhuzamos rúd közötti távolság tízszeresénél, így az antenna talppontjánál átívelés következhet be. A két párhuzamos rúdszakaszon folyó áram értéke villámcsapáskor olyan nagy lehet, hogy dinamikus hatása az antennát megrongálja. H. G. Brown javasolta először az antennarúd negyedhullámú rövidrezárt tápvonalcsonkon keresztül történő egyenáramú földelését. Ennél a megoldásnál a negyedhullámú rövidrezárt tápvonalszakasz függőleges tengelyű és a sugárzórúd alatt helyezkedik el. A tápvonalszakasz jelenléte az antenna bemeneti impedanciáját befolyásolja, de a sávszélességet csak jelentéktelenül növeli. A ground-plane antennák sávszélessége a földelősíkot megvalósító ellensúlyrudak kialakításától és a sugárzórúd karcsúságától függ. A sávszélesség növelhető a sugárzórúd átmérőjének növelésével, de a kapcsolat logaritmikus, és kisméretű sávszélesség növekedéséhez jelentős átmérőnövekedés tartozik. A gyakorlatban használt ground-plane antennák relatív sávszélessége 1—3% között van. Szerkezeti kialakítás szempontjából fontos megemlíteni, hogy a sugárzórudat a befogási pontjánál általában szigetelő tartja. A talpponti kapacitás csökkentése céljából általában olyan szigetelőket használnak, amelyek hajlítónyomaték igénybevételnek vannak kitéve. A szigetelő anyagok hajlítónyomaték igénybevétel szempontjából nem elegendően szilárdak és merevek, ezért az antennák befogásának megoldása a konstrukció egyik kritikus problémáját képezi. A vezetéknélküli összeköttetések sávszélességének növekedése szükségessé teszi 5—10% relatív sávszélességű antennák alkalmazását, és ilyen célra eddig minden előnyös tulajdonságuk ellenére a ground-plane antennákat nem lehetett használni. A találmány feladata olyan tökéletesített ground-plane antenna létrehozása, amely lehetővé teszi a nagyobb sávszélességű működést és kiküszöböli az ismert antennatípusok fentiekben említett hátrányos tulajdonságait. A találmány azon felismerésen alapul, hogy a sugárzórúd belsejében egy rövidrezárt tápvonalszakasz helyezhető el, amelynek folytatásába egy nyitott tápvonalcsonk kapcsolható. A két tápvonalszakasz együttesen egy olyan megcsapolásos tápvonalszakasznak tekinthető, amely egyik végén nyitott, másik végén rövidrezárt. Az antenna betáplálási pontjai párhuzamosan kapcsolódnak a tápvonal megcsapolásával. 1 A megcsapolási hely alkalmas megválasztásakor a tápvonalszakasz által képviselt szuszceptancia nagysága és frekvencia szerinti változása éppen kompenzálja az antenna talpponti szuszceptanciáját és annak változását, így nagyobb sávszélesség mellett jó állóhullámarányú betáplálásra nyílik lehetőség. A találmánnyal tehát tökéletesített ground-plane antennát hoztunk létre, amelynek földelősíkból függőlegesen kiálló rezonáns negyedhullámú sugárzórúdja van, és a földelősík valamint a sugárzórúd alsó vége között két betáplálási ponttal van ellátva, amelyek közé egyik végén rövidrezárt tápvonalszakasz kapcsolódik, és a találmány szerint az egyik végén rövidrezárt tápvonalszakaszt a sugárzórúd belsejében központosán húzódó földelőrúd és annak végéhez, valamint a sugárzórúd belső falához kapcsolt rövidzár dugó képezi, és a betáplálási pontokhoz az említett tápvonalszakasz folytatásában még egy nyitott tápvonalcsonk is csatlakozik. A találmány szerinti ground-plane antenna egy előnyös kiviteli alakjánál a sugárzórúd alsó végével a tápkábel belső ere és a nyitott tápvonalcsonk belső ere van összekötve, és a tápkábel és a nyitott tápvonalcsonk külső ere a földelőrúd alsó végével és a földelősíkkal van összekötve. A rövidrezárt tápvonalszakasz és a nyitott tápvonalcsonk együttes villamos hossza a negyedhullám hosszának ± 25%os környezetén belül van. Előnyös, ha a nyitott tápvonalcsonkot koaxiális kábelszakasz képezi. A találmány szerinti ground-plane antenna konstrukciója szempontjából előnyös, ha fémből készült antennafejjel van ellátva, amelynek vállal ellátott központos furata van, ebben vállnak ütköztetett fémből készült szerelőtárcsa van, mely a tápkábel és a nyitott tápvonalcsonk külső árnyékolásához van kapcsolva, középen pedig a földelőrúd alsó végéhez .kapcsolódik, a szerelőtárcsát a sugárzórúd alsó végébe helyezett szigetelőbetét választja el a 4 — sugárzórúdtól, mely körül bilincs van elrendezve, és ez a tápkábel és a nyitott tápvonalcsonk belső erével kapcsolódik, továbbá az antennafej központos furatában a sugárzórudat megtámasztó persely helyezkedik el. A villámvédelem szempontjából előnyös, ha a szigetelő persely felső vége túlnyúlik az antennafej felső homlokfelületén és fölött a sugárzórúdra szikraközt képező körgyűrű van erősítve. Az így kialakított ground-plane antenna a szokásos típusokhoz képest mintegy ötszörös sávszélességgel, kedvező sávonkivüli viselkedéssel és tökéletes villámvédelemmel rendelkezik, szerkezeti kialakítása pedig egyszerű, megbízható és a nagy sávszélességhez viszonyítva szokatlanul karcsú. A találmány szerinti ground-plane antennát a továbbiakban kiviteli példák kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az: 1. ábra a találmány szerinti ground-plane antenna egy kiviteli alakjának vázlata az érthetőség kedvéért a betáplálási síknál torzított hosszirányú léptékkel, a 2. ábra egy további kiviteli alak elölnézeti képe részben kitöréscs ábrázolásban, és a 3. ábra a 2. ábrán vázolt kiviteli alakú ground-plane antenna állóhullámarány diagramja. Az I. ábrán vázolt ground-plane antennának függőleges tengelyű, csőből kialakított 1 sugárzórúdja van, amely mintegy negyedhullám hosszúságú. Az 1 sugárzórúd virtuális (vagy valóságos) 2 földelősíkból áll ki. A példakénti esetben a 2 földelősíkot négy ferdén lefelé nyúló mintegy negyedhullám hosszúságú 3 ellensúlyaid hatása hozza létre. Az antennának 4 és 5 betáplálási pontja van, ezek közül 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
