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Sendeverfabren.
In neuester Zeit hat man vorgeschlagen, zur Vermeidung der Schwunderscheinungen (Fadings) in der näheren Umgebung von Rundfunksendern Antennensysteme zu verwenden, deren Ausstrahlung mehr oder weniger horizontal orientiert ist. Man erklärt sich die Schwunderscheinungen ja bekanntlich dadurch, dass mehrere Strahlen, die auf verschiedenen Wegen zum Empfänger gelangen, interferieren.
In der Nahzone um den Sender herum, in der das an der Erdoberfläche sich ausbreitende und stark absorbierte Feld noch nicht zu sehr geschwächt ist, sind diese Erscheinungen wohl auf ein Zusammentreffen der Bodenstrahlung mit der von der Heavyside-Schicht herabgebeugten Raumstrahlung zu erklären.
In weiterer Entfernung vom Sender sind die Schwunderscheinungen wohl nur auf das Zusammentreffen verschieden orientierter Raumstrahlen zurückzuführen. Da die neueren Grosssender ausserhalb der Städte aufgestellt werden, besteht ein Bedürfnis, die Zone, in der die Bodenstrahlung die Raumstrahlung überwiegt, möglichst weit hinauszurücken, um auf diese Weise in der näheren Umgebung des Senders einen einwandfreien Empfang zu gewährleisten. Man ist deshalb bestrebt, die Raumstrahlung nach Möglichkeit überhaupt zu unterdrücken und lediglich mit Bodenstrahlung zu arbeiten.
Die Erfindung betrifft ein Antennensystem, das geeignet ist, die eben skizzierten Aufgaben zu lösen. Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, derartige Wirkungen mit Antennensystemen hervorzurufen, LI. zw. handelt es sich u. a. um eine Anordnung, bei der mehrere Einzelstrahler auf einem Kreis um einen zentralen Strahler herum angeordnet waren, wobei der Abstand der Einzelstrahler untereinander bzw. vom zentralen Strahler zu /4 gewählt war, wobei À die Wellenlänge in Metern bedeutet. Demgegenüber unterscheidet sich das erfindungsgemässe Antennensystem dadurch, dass der Abstand von diesem Abstandsverhältnis abweicht und zwischen X/2 und ",/4 gewählt wird. Diese Massnahme hat gegenüber der bekannten Vorteile, die im nachstehenden im einzelnen erläutert werden.
In der Fig. 1 ist das Antennensystem schematisch in der Aufsicht gezeichnet. Der zentrale Strahler ist mit Z bezeichnet, die Einzelstrahler mit B. Die Einzelstrahler sind auf Kreisen um den zentralen Strahler herum angeordnet. Der Abstand der einzelnen Kreise voneinander ist in der Zeichnung mit x bezeichnet und soll gemäss der Erfindung zwischen /S und \/4 betragen. Die Erregung der Strahler erfolgt, wie in der Zeichnung in bekannter Weise schematisch angedeutet ist, mit einer Phasenverschiebung von 180 . In der Fig. 2 ist der Schnitt durch das Antennensystem gezeichnet und angedeutet, in welcher Weise die Erregung der Strahler erfolgt. Die Energie wird von einem Sender S über eine Energieleitung F dem Mittelpunkt des Antennensystems zugeführt und von dort aus radial mit weiteren Energieleitungen verteilt.
Natürlich ist auch jede andere Energieverteilung möglich, sofern sie denselben Endzweck erfüllt.
Die dargestellte Anordnung besteht im Grunde genommen aus Richtantennenanordnungen, die Richtcharakteristiken besitzen, die jeweils in den Ebenen liegen, in denen mehrere Strahler angeordnet sind. Unter Richtcharakteristik ist im vorliegenden Falle die Charakteristik gemeint, in der die grössere Senderausstrahlung erfolgt. Es ist natürlich möglich, für alle Ebenen besondere Charakteristiken der Ausstrahlung zu entwerfen. Im vorliegenden Falle interessiert jedoch lediglich die Ebene, in der die grösste Strahlung erfolgt. Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist nach allen Seiten symmetrisch ausgebildet.
Man kann jedoch auch daran denken, die Anordnung so zu treffen, dass die Ausstrahlung nach
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bestimmten Richtungen, etwa in Richtung einer Stadt, die in Nähe des Rundfunksenders liegt, besonders bevorzugt wird, während nach den Gegenden, die weniger eng besiedelt sind, die Ausstrahlung geringer gewählt wird, um Energie zu sparen.
Bei der Wahl des Abstandsverhältnisses x zwischen À/2 und X/4 treten die nachfolgenden Wirkungen auf, die der Einfachheit halber jedoch an einem Antennensystem erläutert seien, das weniger Strahler enthält, als das in der Fig. 1 dargestellte. Es ist in der Fig. 3 ausser dem zentralen Strahler Z nur ein einziger Kreis vorhanden, auf dem sechs Einzelstrahler B angeordnet sind. Für dieses Antennensystem sind die nachfolgend erörterten Einzelergebnisse ermittelt.
In Fig. 4 ist das Strahlungsdiagramm, das einer gewöhnlichen senkrechten Antenne, einer sogenannten Marconi-Antenne entspricht, mit M bezeichnet. Die dargestellten Kurven sind in beiden Koordinaten in Abhängigkeit von der Feldstärke aufgezeichnet. Die Abszisse stellt dabei den Bodenvektor dar, auf den sämtliche Kurven umgerechnet sind. Setzt man die Bodenvektoren der einzelnen Diagramme nämlich nicht gleich, so ist eine Vergleichung der Kurven untereinander nicht möglich. Durch die Umrechnung der für die einzelnen Kurven erhaltenen Werte auf einen gemeinsamen Bodenvektor können aber für die verschiedenen Werte X/4, À/2.... aufgenommenen Kurven ohne weiteres miteinander verglichen werden. Das Strahlungsdiagramm besteht hier bekanntlich aus einem Halbkreis.
Wird der Abstand x der Strahler bei der Anordnung gemäss Fig. 3 zu X/2 gewählt, so ergibt sich das Diagramm a.
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Je grösser die Zahl der Kreise, auf denen Einzelstrahler angeordnet sind, um so schärfer werden die eben an Hand der Fig. 4 erläuterten Diagramme, d. h. um so flacher wird das Bodenstrahlungsdiagramm.
Je schärfer die Bodenstrahlung wird, um so stärker tritt jedoch folgender Nachteil auf. Mit kleiner werdenden Abständen wird die Intensität des erzeugten Feldes für die Strahlung parallel zur Erdoberfläche immer geringer, und da die Verluste in der gesamten Antennenanordnung hiebei annähernd gleich bleiben, bedeutet dies, dass der Strahlungswirkungsgrad der Anlage mit abnehmendem Abstand immer kleiner wird.
Es'wird daher gemäss der weiteren Erfindung vorgeschlagen, Mittel anzuwenden, die diese Nachteile bis zu einem gewissen Grade wieder aufheben. Wird der Abstand zu À/4 gewählt, wie dies bei dem bekannten Vorschlag der Fall gewesen ist, so ist bereits der Wert des Strahlungswirkungsgrades unterschritten, der von der Anlage gefordert werden muss. Ein praktisch brauchbarer Wert für den Abstand liegt ungefähr bei À/3 und es sind daher die nachfolgenden Betrachtungen für diesen Wert angestellt.
Meist wird man wohl mit einem zwischen À/3 und ./4 liegenden Wert arbeiten, aber mehr nach X/3 hin.
Gemäss der weiteren Erfindung wird der Strom in dem zentralen Strahler geringer gewählt als die Summe der Ströme der Einzelstrahler. In der Fig. 5 ist der Einfluss des Verhältnisses der Stromamplitude in der mittleren Antenne zu der in den Aussenantennen auf die Strahlungsdiagramme dargestellt.
Mit M ist wiederum das Strahlungsdiagramm der Marconi-Antenne bezeichnet. Die Diagramme 12 ; 6 ; 4'5 ; 3 ; 0 ; -3 entsprechen einem Verhältnis des Stromes in der mittleren Antenne zu den Strömen in den
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die Verhältnisse um, u. zw. in einem solchen Mass, dass sogar reine Raumstrahlung vorhanden ist. In der Fig. 5 sind wiederum nicht die wirklichen Grössen der Vektoren dargestellt, sondern wiederum die verschiedenen Diagramme für die gleiche Grösse des Bodenvektors gezeichnet. Der Fall-3-1, für den überhaupt keine Bodenstrahlung existiert, ist im gleichen Massstab wie der Fall 0 : 1 eingetragen.
Bei der Verringerung des Stromes der mittleren Antenne wird aber leider die Feldstärke des Vektors parallel zur Erdoberfläche wieder verringert und da hiebei die Verluste der Anordnung nicht im gleichen Masse abnehmen, wird wieder der Wirkungsgrad für die Bodenstrahlung verschlechtert. Gegenüber dem eingangs erläuterten Mittel, die Verflachung durch Abstandsverringerung zu erzielen, wirkt aber die Verringerung des mittleren Stromes weniger ungünstig auf den Wirkungsgrad ein.
Unangenehm bei der Verringerung des Stromes dagegen ist der Umstand, dass Nebenmaxima auftreten, u. zw. gerade in den für den Nahschwund gefährlichen Winkeln, wie nachstehend noch erläutert werden wird. Die Verflachung darf nur so weit getrieben werden, dass die Nebenmaxima keine unzulässig hohen Werte annehmen.
In der Fig. 6 sind zur Erläuterung dieser Massnahme die Feldstärken der Raumstrahlung in Abhängigkeit von der Entfernung dargestellt. Es sind für die einzelnen Stromverhältnisse die gleichen Massstabverhältnisse zugrunde gelegt wie in der Fig. 5. Es wurde angenòmmen, dass die reflektierende HeavysideSchicht sich in 100 km Entfernung von der Erde befindet und dass dort eine 100% ige Reflexion erfolgt.
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- 3 : 1 gezeichnet. Die Kurve M gibt wiederum die Raumstrahlung der Marconi-Antenne. Zum Beweise der Richtigkeit der gegebenen Regel, dass die Nebenmaxima nur in Abhängigkeit von der Wellenlänge zugelassen werden dürfen, sind noch die Feldstärken der Bodenstrahlung für die 300, 40Q und 550 m-
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Wellen des Rundfunkbereiehes eingetragen. Diese Werte sind auf Grund praktischer Erfahrungen bzw.
Veröffentlichungen errechnet.
Aus der Fig. 6 kann man entnehmen, dass der Beginn des Ansteigens der Raumkurven nach grösseren
Entfernungen hin abgerückt wird und die Schnelligkeit des Ansteigens dabei immer grösser wird. Durch die Nebenmaxima der Raumstrahlung ergeben sich ausserdem noch entsprechende Raumkurven für kleinere Entfernungen, die in der Fig. 6 mit 4, 5, 3 und ss bezeichnet sind. Die entsprechende Raumstrahlung für grosse Entfernungen trägt ebenfalls die Bezeichnungen 4, 5, 3 und ss. Dazu kommen dann noch die
Raumstrahlenkurven für grosse Entfernungen 6, 12, M und-3, für die keine Raumstrahlung auf kurze
Entfernungen vorhanden ist, da für diese auch keine kleinen Nebenmaxima auftreten. Wie sich auch aus Fig. 5 ergibt, tritt bei der Kurve-3 nur eine reine Raumstrahlung auf. Betrachtet man z.
B. die
Kurve 0 (Stromamplitudenverhältnis 0 : 1), so sieht man, dass die Bodenkurve der 300 m-Welle von der durch das Nebenmaximum hervorgerufenen Raumstrahlkurve bereits vor der entsprechenden Raum- kurve der Marconi-Antenne gekreuzt wird. Es zeigt sich, dass das Nebenmaximum für den Fall 0 die
Bodenwelle bereits bei etwa 50 ; m Entfernung vom Sender überdeckt, während die Raumkurve für die
Marconi-Antenne erst bei etwa 70 km Entfernung die entsprechende Kurve der Bodenwelle für 300 m überschneidet. Dieses Stromverhältnis ist also zur Vermeidung des Schwundes nicht anwendbar. Der
Fall 3 scheint schon für die 300 m-Welle, aber vor allen Dingen für grössere Rundfunkwellen günstig.
Man sieht, dass z. B. bei der 300 m-Welle durch Verringerung des Stromes in der mittleren Antenne von
6 : 1 auf 3 : 1 die Entfernung, in der starker Schwund eintritt, von etwa 100 auf 130 km und gegenüber der Marconi-Antenne von etwa 70 auf 130 km vergrössert wird. Es ist hieraus ersichtlich, welche grosse
Bedeutung es hat, das Stromverhältnis kleiner als die Summe zu wählen.
Gegenüber dem bekannten Vorschlag, den Abstand zu X/4 zu wählen, hat die Wahl des grösseren, zwischen À/2 und A/4 liegenden Abstandes aber auch noch folgende Vorteile : Je grösser der Abstand ist, um so niedriger können die Antennen selbst sein bei gleich gutem Strahlungswirkungsgrade. Bei dem bekannten Vorschlag war der Abstand gleich der Höhe der Strahler, d. h. zu X/4 gewählt. Hiebei ergibt sich aber eine verhältnismässig kleine Strahlendämpfung, was offenbar Veranlassung dazu gegeben hat, die Höhe der Antennen zu À/4 zu wählen. Bei den heute in der Rundfunktechnik gebräuchlichen Wellenlängen bedingt dies hohe und teure Masten von beispielsweise 135 1n Länge bei einer Wellenlänge von 540 m.
Wird, wie erfindungsgemäss vorgeschlagen, der Mastabstand grösser als X/4, d. h. zwischen)./4 und ils/2 gewählt, so werden niedrigere Maste möglich, die im Preise weitaus geringer sind und es kann die Verlustdämpfung der Gesamtanordnung gleich oder kleiner als die Strahlungsdämpfung gemacht werden. Der Mastpreis steht bekanntlich in keinem linearen Verhältnis zu den Mastlängen, sondern wächst weitaus stärker (dritte Potenz) beim Grösserwerden. Die Kosten für den grösseren Platzbedarf bei grösseren Mastabständen treten zurück, da man ja, wie oben schon erwähnt, die Rundfunksender heute ausserhalb der Städte aufstellt, wo die Platzpreise naturgemäss nicht so hoch sind.
Sind mehrere Kreise vorhanden, auf denen Einzelstrahler angeordnet sind, so braucht der Abstand nicht bei sämtlichen Kreisen derselbe zu sein, sondern man kann unter Umständen besondere Wirkungen dadurch erzielen, dass der Abstand etwas verschieden, d. h. abgestuft und hiedurch die Bodenstrahlung in besonderer Weise beeinflusst wird.
Der Erfindungsgedanke lässt sich weiterhin nicht nur bei Anordnungen, die mit Einzelstrahlern arbeiten, verwirklichen, sondern auch bei Anordnungen, die Strahlzentren besitzen. Man kann z. B. daran denken, ein horizontal ausgebreitetes Antennengebilde in der Art auszubilden, dass eine Energieleitung waagrecht ausgespannt wird und an diese Energieleitung senkrechte Strahler gehängt werden. Erfolgt die Abstimmung zweckentsprechend bzw. ist die Energieleitung als eine mehr oder weniger gute Energieleitung ausgeführt, so strahlen im wesentlichen die senkrechten Teile. Je schlechter die Energieleitung ist, um so mehr wird dieselbe auch mitstrahlen, obwohl die Energie sich bei den senkrechten Strahlern konzentriert. In diesem Fall kann man von Strahlzentren sprechen, da die Strahlung nicht von einem einzigen Punkt ausgeht, sondern nur an diesem besonders stark ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Sendeverfahren mit mehreren Einzelstrahlern, die um einen zentralen Strahler herum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erzielung eines vorbestimmten Strahlungsdiagrammes der Abstand der Einzelstrahler von dem zentralen Strahler zwischen)./2 und \/4 beträgt.