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Richtantenne
Die Erfindung betrifft eine Richtantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen.
Für Ri < ditfunksysteme werden nanchmal leicht und schnell installierbare Richtantennen gefordert, die beispielsweise für den Betrieb im Frequenzbereich zwischen 200 und 2000 MHz bestimmt sind und die beispielsweise einen Antennengewinn von etwa 20 besitzen, bezogen auf einen mit gleichartiger Polarisation arbeitenden Kugelstrahler. Eine für derartige Zwecke geeignete Richtantenne ist die soge- nannte Wendelantenne, wie sie in einer Arbeit von Kraus in der Zeitschrift "Proceedings of the IRE",
Oktober 1948, Seite 1236-1242 ausführlich beschrieben ist. Die bisher gebräuchlichen Antennen dieser
Art besitzen indes ein Strahlungsdiagramm, das unerwünscht starke Nebenmaxima aufweist und beispiels- weise eine Form haben kann, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
Auch sind bei diesen Anten- nen die für die Ankopplung einer Speiseleitung erforderlichen Transformationsvorrichtungen umfangreich und schwierig in der Einstellung.
Zweck der Erfindung ist, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie diesen Schwierigkeiten in einfacher Weise begegnet werden kann.
Gemäss der Erfindung wird vorgeschlagen, eine Richtantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einer vorzugsweise für den Betrieb in der axialen Schwingungsart bemessenen Wendelantenne, deren eines Ende in den Innenleiter einer Koaxialleitung übergeht, an deren Aussenleiter eine dem Wendelende gegenüberstehende ebene Reflektorfläche angeschlossen ist, in der Weise auszubilden, dass der Abstand zwischen dem Wendelende und der in einer Normalebene zur Wendelachse befindlichen Reflektorfläche in der Grössenordnung von einem Hundertstel der mittleren Betriebswellenlänge gewählt ist.
Es-ist an sich aus der brit. PatentschriftNr. 762, 415 eine Wendelantenne bekannt, bei der das Ende der Wendelantenne in offenbar geringem Abstand von einem Metallgebilde umfasst wird. Dieses Metallgebilde hat indes eine etwa konusförmige Innenfläche, so dass es als ebener Reflektor im Sinne der Erfindung praktisch nicht zu wirken vermag. Dieses konusförmige Metallgebilde wirkt offenbar ähnlich einem Trichterstrahler, der das Wendelantennenende umschliesst.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
In Fig. 2 ist in Vorderansicht und im Längsschnitt eine gemäss der Erfindung ausgebildete Richtan- tenne, bestehend aus einer Wendelantenne 1 und einer Reflektorfläche 2 dargestellt. Die Wendelantenne 1, die beispielsweise zwischen 2 und 8 Windungen besitzen kann, wird durch einen bandförmigen Leiter gebildet, der aus Gründen der Stabilität in neuartiger und vorteilhafter Weise in ein Kunststoffrohr 3 eingebettet ist, das vorzugsweise aus Polyesterfiberglas besteht. Die Ganghöhe der Wendel wird zweckmässig in der Grössenordnung von einem Fünftel der mittleren Betriebswellenlänge gewählt, während es sich für die Breite des bandförmigen Wendelleiters als zweckmässig erwiesen hat, einen Wert von etwa drei Hundertstel der mittleren Betriebswellenlänge zu nehmen.
Der Durchmesser der Wendel liegt in der Grössenordnung von einem Viertel der Betriebswellenlänge. Die Wendelantenne ist demnach derart dimensioniert, dass sie in der sogenannten axialen Schwingungsart arbeitet, d. h. dass die Hauptstrahlrichtung mit der Richtung der Wendelachse 4 zusammenfällt. Als Reflektorfläche dient die Platte 2 aus leitendem Material, der aus Gründen besseren elektrischen Verhaltens die Form eines Quadrates mit der Seitenlänge z. B.
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an der Reflektorfläche 2 befestigt, u. zw. mittels eines Ringflansches 5. Die Wendelleitung selbst geht fast bis unmittelbar an die Reflektorfläche heran und ist an diesem Ende in Form eines Stiftes 6 in der in der Fig. 3 gezeigten Weise durch eine Öffnung in der Reflektorfläche 2 hindurchgeführt.
Der Abstand zwi- schen dem Ende des Wendelleiters 1 und der benachbarten Stirnfläche der Reflektorfläche 2 ist gemäss der
Lehre nach der Erfindung in der Grössenordnung von einem Hundertstel der mittleren Betriebswellenlänge gewählt. Das ist eine von der bisherigen Bemessung völlig abweichende Dimensionierung, denn dieses
Mass wurde bei den bisher üblichen Wendelantennen in der Grössenordnung vom 0, 13fachen der mittleren Betriebswellenlänge gewählt. Diese Dimensionierung bringt eine Reihe ilberraschender Vorteile mit sich.
Durch die grosse Annäherung wird nämlich die bei den bekannten Anordnungen auftretende Abstrah- lung in dem zwischen Wendelende und Reflektorfläche gelegenen Leiter abschnitt praktisch völlig vermie- den, so dass sich ein Strahlungsdiagramm ergibt, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Die Nebenmaxima liegen etwa symmetrisch und sind wesentlich geringer geworden. Weiterhin wird eine bessere Anpassung zwischen der Wendelantenne und der der Speisung dienenden Koaxialleitung erzielt.
Während nämlich bei den bisher üblichen Wendelantennen als Eingangsimpedanz an der Stelle des Wendelendes ein Wert von etwa 12.) Ohm erschien, der mittels mehrfacher Transformation auf den üblichen Wellenwiderstands- wert von 60 Ohm für Koaxialleitungen transformiert werden musste, besitzt beim Erfindungsgegenstand die Eingangsimpedanz bereits einen Realteil, der in der Grössenordnung des Wellenwiderstandes üblicher Koaxialleitungen liegt und der ein- kapazitive Blindkomponente hat. Diese Blindkomponente lässt sich in einfacher Weise durch Zwischenschaltung eines kurzen Transformationsvierp0h in einen reellen Widerstand vom Wert des Wellenwiderstandes üblicher Koaxialleitungen transformieren.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist zu diesem Zweck das Wendelleitungsende 6 nicht unmittelbar in den Innenleiter 7 der Koaxialleii : ung übergeführt, sondern unter Zwischenschaltung eines Abschnittes 8 höheren Wellenwiderstandes, vorzugsweise in der Grössenordnung von etwa 100 Ohm, wenn der Kabelwellenwiderstand in der Grössenordnung von 60 Ohm liegt. Vor dem den eigentlichen Transfomationsabschnitt hohen Wellenwiderstandes liegt ein kurzer zweckmässig etwa das 0, 03fache der mittleren Betriebswellenlänge langel an die Reflektorfläche unmittelbar anschliessender Leitungsabschnitt 9 vom Wellenwiderstand der Speiseleitung (z.
B. 60 n). Für diesen Fall wird die elektrische Länge des Trans- fórmationsabschnittes zweckmässig in der Grössenordnung vom 0, 06-0, 07fachen der mittlerenBetriebswellenlänge gewählt. Es ergibt sich dann eine Anpassungskurve, die im wesentlichen innerhalb eines engen Bereiches um den Anpassungswert m=l verläuft, wobei unter m das Verhältnis von Spannungsmaximum zu Spannungsminimum in der Speiseleitung verstanden wird.
Bei einer gemäss der Erfindung ausgebildeten Richtantenne war es auf diese Weise möglich, die Antenne innerhalb eines Frequenzbereiches von etwa 1 : l, 6 besser als m=l, 2 anzupassen, wobei unter m das Verhältnis von Spannungsmaximum zu Spannungsminimum in der Speiseleitung der Antenne verstanden wird. Die Abmessungen dieser Antenne entsprechen etwa den vorstehend für das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 angegebenen Werten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Richtantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einer vorzugsweise für den Betrieb in der axialen Schwingungsart, bemessenen Wendelantenne, deren eines Ende in den Innenleiter einsr Koaxialleitung übergeht, an deren Aussenleiter eine dem Wendelende gegenüberstehende ebene Reflektorfläche angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Wendelende und der in einer Normalebene zur Wendelachse befindlichen Reflektorfläche in der Grössenordnung von einem Hundertstel der mittleren Betriebswellenlänge gewählt ist.