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Dipolantennenfeld
Es ist bereits bekannt, grössere Antennensysteme, u. zw. insbesondere solche, die für angenäherte oder vollkommene Rundstrahlung vorgesehen sind, aus einer Vielzahl von gleichen, verhältnismässig klei- nen Elementen, den sogenannten Antennenfeldern, aufzubauen. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass die Antennenfelder in grossen Stückzahlen und damit verhältnismässig preisgünstig hergestellt werden können.
Ein Antennenfeld der herkömmlichen Bauart besteht aus einer bestimmten Anzahl von meist rohrförmigen Dipolen, deren Speisung nach dem sogenannten"Breitbandverfahien"erfolgt, wobei jeweils zwei benachbarte Dipole über Leitungen parallelgeschaltet werden, in deren Mitte eine weitere Leitung zur Zusammenfassung von zwei derartigen Doppelgruppen angreift, so dass unter eventueller Wiederholung dieses Verfahrens schliesslich alle (meist 4 oder 8) Dipole des Feldes über gleiche Leitungslängen gespeist sind. Die Anwendung des Breitbandverfahrens erfordert, da die einzelnen Leitungskategorien, um eine gegenseitige Verkopplung auszuschliessen, in einem bestimmten Abstand voneinander angebracht werden müssen, eine Unterbringung der Leitungen in einer entsprechenden Anzahl von verschiedenen Ebenen.
Vorschläge, eine wirtschaftliche Herstellung von Antennenfeldern durch Anbringung von bandförmigen Dipolen auf einer als Träger dienenden Isolierstoffplatte zu ermöglichen, waren deshalb bei Anwendung der Breitbandspeisung stets mit dem Nachteil behaftet, dass nur die zur unmittelbaren Verbindung der Dipole vorgesehenen Leitungen ebenfalls auf der Isolierplatte untergebracht werden konnten, während für sämtliche andern Leitungskategorien je eine zusätzliche Isolierstoffplatte erforderlich war, wenn man es nicht vorzog, diese weiteren Verbindungsleitungen in herkömmlicher Weise vorzusehen, was zu einer konstruktiv unbefriedigenden Verquickung der verschiedenen Herstellungsarten führte.
Die an sich bekannte Antennenanordnung nach Fig. 1, bei welcher auf den beiden Seiten einer Isolierstoffplatte 1 die bandförmigen Strahler und Leitungssysteme 2 bzw. 3 angebracht sind, konnte für Antennenfelder nicht angewendet werden, obwohl der mit ihr erzielbare Betriebsfrequenzbereich trotz Verzichts auf die Breitbandspeisung für die meisten Fälle ausgereicht hätte. Der Grund für die mangelnde Eignung dieses bekannten Systems für Antennenfelder ist darin zu suchen, dass bei denselben zur Erzielung besonderer Strahlungseigenschaften (wenigstens annähernde Strahlungsfreiheit in den Richtungen senkrecht zur Hauptstrahlrichtung) und auch mit Rücksicht auf die Widerstandsanpassung stets ein gegenseitiger Abstand be- nachbarter Strahler von etwa einer halben Wellenlänge erwünscht ist.
Zudem müssen aber die Dipole eines derartigen Antennenfeldes wenigstens annähernd gleichphasig gespeist werden, da sich andernfalls eine unzulässige Verlagerung der Hauptstrahlrichtung ergeben würde. Die letztgenannte Bedingung konnte aber bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1 nicht erfüllt werden, da die zur Herstellung der Platte 1 verwendeten Isoliermaterialien eine dielektrische Konstante aufwiesen, deren Grösse weit über dem an sich erforderlichen Wert 1, u. zw. meistens in der Grösse von 2... 6. lag.
Dadurch konnte die wegen der alternierenden Anordnung der Dipole zur Erzielung der erwünschten Gleichphasigkeit erforderliche Phasendrehung von 1800 auch nicht annähernd erreicht werden ; die praktisch erzielbaren Werte lagen mindestens bei 2700 oder sogar noch weit darüber, wodurch sich eine für Antennenfelder völlig unzulässige Verlagerung des resultierenden Strahlungsmaximums ergeben hätte.
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Es ist an sich bereits bekannt, die Dipole auf zwei gegenüberliegend im Abstand angeordneten Isolierstoffplatten anzuordnen und zwischen den gegenüberliegenden Dipolfeldern einen freien Luftraum zu belassen. Diese an sich elektrisch ideale Anordnung bedingt jedoch relativ komplizierte bauliche Massnahmen.
Um. diese Nachteile der bekannten Dipolantennenfelder zu vermeiden, schlägt die Erfindung ausge- hend von einem Dipolatennenfeld mit mindestens zwei durch Bandleitungen verbundenen in einer Strahllerreihe angeordneten flächenhaften Dipolen, deren Einzelstrahler auf verschiedenen Seitei : eines als Träger dienenden Isolierstoffkörpers in alternierender Folge angeordnet sind, vor, dass der Isolierstoffkörper aus einem Werkstoff mit perzentuell beträchtlichen Zwischenräumen, vorzugsweise aus einem aufgeschäumten Kunststoff mit perzentuell beträchtlichen Gaseinschlüsse besteht, dessen im Durchschnitt wirksame Dielektrizitätskonstante von der des freien Raumes nur um höchstens 50%, vorzugsweise 10%, abweicht.
Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit auf Leitungen, die auf einem derartigen Isolierstoffkörper angebracht sind, entspricht praktisch der des freien Raumes, so dass sich bei einem Abstand der von solchen Leitungen gespeisten Dipolen von À/2 auch gleichzeitig eine Phasendrehung von 1800 ergibt, womit die erwünschte Gleichphasigkeit sämtlicher Dipole erreicht ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung ergibt sich daraus, dass der an sich unvermeidliche Versatz von je zwei einen Dipol bildenden Einzelstrahlern um die Wandstärke des Isolierstoffkörpers bei einer Dielektrizitätskonstante,
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gramms verursacht.
Die Befestigung der Dipole beispielsweise in Form eines Vierecks oder eines Dreiecks, einer Raute, eines Halbkreises od. dgl. und/oder Leitungen auf dem Isolierstoffkörper kann in jeder beliebigen an sich bekannten Weise erfolgen. Vorzugsweise sind jedoch zur Aufnahme der Dipole und/oder Leitungen in dem isolierstoffkörper den Umrisslinien der Dipole und/oder Leitungen entsprechende Ausnehmungen vorgesehen. Dabei ist es möglich, die von den Metallteilen nicht ausgefüllten Bereiche der Ausnehmungen durch Isolierstoff auszufüllen, wozu vorzugsweise wieder der für den Isolierstoffkörper verwendete Werkstoff verwendet wird.
Die Metallteile der Dipole und/oder Leitungen können jedoch auf dem Isolierstoffkörper auch durch Kleben oder Eindringen von Isolierstoff in entsprechende Bohrungen der Metallteile be- festigt werden. Bei dem letzteren Vorschlag durchdringt der Isolierstoff bereits bei seiner Verarbeitung von einer Seite her die Bohrung und bildet auf der andern Seite eine pilzförmige Verankerung.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Metallteile der Dipole und/oder Leitungen mit dem Isolierstoffkörper mittels an den Dipolen und/oder Leitungen vorgesehener und durch den Isolierstoffkörper hindurchgesteckter, insbesondere aus den Metallteilen ausgestanzter Schränklappen verbunden sind. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem flächenförmigen Dipol oder einer entsprechenden Bandleitung die Umrisslinien, sofern diese genügend breit gehalten werden, für die elektrischen Eigenschaften ausschlaggebend sind und dass im Inneren der Fläche vorgesehene Aussparungen od. dgl. keine nennenswerte Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften verursachen.
Es ist daher auf die elektrischen Eigenschaften des Antennenfeldes ohne Einfluss, wenn an geeigneten Stellen der flächenförmigen Dipole U-förmige Einschnitte zur Erzeugung der erfindungsgemässen Schränklappen vorgesehen werden. Eine besonders einfache Herstellung eines erfindungsgemässen Dipolantennenfeldes ergibt sich, wenn die Metallteile der Dipole und/oder Leitungen direkt in dem Isolierstoffeingebettet werden. Wenn die Oberfläche des Isolierstoffkörpers relativ rauh ist, können die Metallteile der Dipole oder Leitungen als gedruckte oder geätzte Schaltungen auf nichtleitenden Platten vorgesehen sein, die ihrerseits auf die beiden Seiten des Isolierstoffkörpers aufgebracht werden.
Werden dabei die Platten derart auf dem Isolierstoffkörper befestigt, dass die Metallseiten einander gegenüber stehen, so hat man im wesentlichen die oben beschriebenen günstigsten Eigenschaften. Man kann aber auch die metallisierten Seiten der nichtleitenden Platten nach aussen anordnen. Wodurch sich dann ein geschichtetes Dielektrikum ergibt, dessen Eigenschaften hinsichtlich der Beeinflussung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit für die meisten Bedarfsfälle ausreichen, wenn die Wandstärke des Isolierstoffkörpers gross gegen die der zusätzlich aufgebrachten nichtleitenden Platten bemessen wird. Die Befestigung der nichtleitendenden Platten kann in bekannter Weise oder gemäss einem der obigen erfindungsgemässen Vorschläge erfolgen ; darüber hinaus ist auch die Anwendung von metallisierten selbstklebenden Folien möglich.
Die erfindungsgemässe Wahl des Werkstoffes für den Isolierstoffkörper, insbesondere die Wahl eines entsprechenden Schaumstoffes, ermöglicht infolge der an sich bekannten Eigenschaften derartiger Werkstoffe eine besonders günstige Raumgestaltung des gesamten Dipolantennenfeldes. Obwohl die hinsichtlich ihrer Dielektrizitätskonstante mit der Luft vergleichbaren Isolierstoffe infolge ihres ausserordentlich
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forderungen. Zu diesem Zwecke kann jedoch beispielsweise der Isolierstoffkörper vorzugsweise nach Auf- bringen der Metallteile mit einem die Oberfläche verfestigenden Kunststoff ummantelt werden. Da die- se Schichten nur in verhältnismässig geringen Wandstärken vorgesehen werden müssen, ergibt sich durch diese keine nennenswerte Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften des Antennensystems.
Soll ein er- findungsgemäss ausgebildetes Dipolantennenfeld als einseitig gerichteter Strahler zusammen mit einem
Reflektor verwendet werden, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Isolierstoffkörper wannen- förmig ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, dass das Antennenfeld mit dem Reflektor zu einer stabi- len Einheit zusammengebaut wird. Zur Erhöhung der Stabilität eines erfindungsgemässen Isolierstoffkör- pers kann ferner der Isolierstoffkörper mit Versteifungsrippen versehen sein, an denen beispielsweise ein nach Art einer gedruckten Schaltung aufgebauter Symmetrieübertrager befestigt werden kann.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen nä- her erläutert.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem wannenförmigen Isolierstoffkörper in drei zueinander senkrechten Schnitten.
Fig. 3 zeigt in Draufsicht ein erfindungsgemässes Antennenfeld mit erfindungsgemässen Befestigungs- schränklappen.
Fig. 4 zeigt eine Teilansicht eines derartigen Schränklappens.
Nach Fig. 2 ist der wannenförmige Isolierstoffkörper 4, der aus einem geeigneten Isoliermaterial, z. B. aufgeschäumtem Polystyrol, besteht, an zwei Stirnseiten mit den Abschrägungen 5 und 6 versehen.
Diese dienen dazu, den Isolierstoffkörper kraftschlüssig in einen entsprechend geformten Reflektor einzupassen, wodurch sich ein stabiles Gebilde ergibt. Die weiteren Abschrägungen 7 und 8 dienen dazu, eine zusätzliche in einen Seitenriss gestrichelt eingetragene Vereisungsschutzwanne 9 aufzunehmen, wie sie beispielsweise bei besonders hohen Anforderungen an die Witterung-, insbesondere Vereisungsfestigkeit des Systems erforderlich werden kann. Diese zusätzliche vereisungsschutzwanne wird zweckmässig derart vorgesehen, dass sich ein lichter Abstand 10 zwischen dem Strahlersystem und dem Aussenraum ergibt, wodurch der Einfluss von sich eventuell absetzendem Eis vermindert wird. In dem Isolierstoffkörper 4 sind. die Ausnehmungen 11 und 12 vorgesehen, die genau entsprechend den einzusetzenden Strahler- und
Leitungsteilen geformt sind.
Es ist deutlich erkennbar, dass die Dipole aus je zwei dreieckigen und damit sehr breitbandigen Strahlern bestehen, wobei je ein Strahler auf jeder Seite des Isolierstoffkörpers angebracht ist ; so ist beispielsweise der Strahler 13 auf der Aussenfläche und der Strahler 14 auf der Innenfläche befestigt, jeweils in einer Ebene, also z. B. auf der Aussen- oder Innenfläche des Isolierstoffkörpers gelegene Strahler stehen über bandförmige Leiter in Verbindung, wobei immer zwei auf den beiden Seiten des Isolierstoffkörpers einander gegenüberliegende Leiter eine symmetrische Doppelleitung bilden.
Die aut der Innenfläche des Isolierstoffkörpers angebrachten Strahler sind paarweise über die Leitei 15 und 16 verbunden und bilden jeweils zusammen mit den entsprechenden gegenüberliegenden Strahlern ein Doppelsystem. Die Verbindung von jedem Doppelsystem zu dem gemeinsamen Einspeisepunkt 17 erfolgt durch die Leitung 18 bzw. 19. Die Leitungen 15 und 16 einerseits und 18 und 19 anderseits sind entsprechend dem erforderlichen Wellenwiderstand bemessen ; da die Doppelsysteme gegenüber den Dipolen einen niedrigeren Wellenwiderstand aufweisen, kommen hier die breiteren Leiter zur Anwendung. Zur Erleichterung der Verbindungsherstellung zwischen dem Einspeisepunkt 17 und der nicht dargestellten Verbindungsleitung zu dem Symmetrieübertrager sind im Isolierstoffkörper 4 die Durchbrüche 20 und 21 vorgesehen.
Um einen Ausgleich von eventuellen Unsymmetrien der Strahlungsverhältnisse herbeizuführen, sind die dem gemeinsamen Speisepunkt 17 benachbarten Strahler 22 und 23 nach der einen und die nach aussenhin darauffolgenden Strahler nach der andern Seite gerichtet. Durch die Ausrichtung der gleichen Strahlerzahl auf jeder Fläche des Isolierstoffkörpers nach der einen wie auch nach der andern Seite ergibt sich ein Ausgleich von Unsymmetrien in der Ebene, die zu den elektrischen Hauptachsen der Dipole (z. B. 26) parallel und zu der durch die Strahler bestimmten Ebene senkrecht steht. Aus der spiegelbildlichen Anordnung der Doppelsysteme 24 und 25 in bezug auf die Feldmitte resultiert ein Ausgleich der Strahlungsdiagramme in der Ebene, die zu der vorgenannten sowie gleichzeitig zu der durch die Strahler bestimmten Fläche orthogonal ist.
Man hat somit einen Ausgleich der Strahlungsverhältnisse in den beiden Hauptebenen (beispielsweise Horizontal- und Vertikaldiagramm).
Bei der in Fig. 3 gezeigten Antennenanordnung sind die durch Bandleitungen 32 verbundenen Strahler 33,34 mit dem Isolierstoffkörper 31 gemäss einem weiteren erfindungsgemässen Merkmal durch Schränklappen 35 kraftschlüssig verbunden. Pro Strahler sind für eine eindeutige Festlegung zweckmä-
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ssigerweise mindestens drei derartige Schränklappen vorgesehen. Die Lage der Schränklappen auf den Strahlern ergibt sich aus der Form der Strahler. Bei dem gezeigten dreieckigen Strahler 33 bzw. 34 sind jeweils drei Schränklappen 35 in den Ecken des Strahlers angeordnet.
Die Schränklappen werden vorzugsweise aus dem flächenförmigen metallischen Strahler beispielsweise durch Stanzen herausgearbeitet. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, werden in dem Strahler 33 bzw. 34
U-förmige Einschnitte 36 vorgesehen und die auf diese Weise gebildeten Lappen 37 aus der Strahlerebene herausgebogen. Die beispielsweise rechtwinklig ausgebogenen Schränklappen 37 können, sofern die Me- tallfolie, aus welcher der Strahler besteht, entsprechend steif ist, ohne weitere Bearbeitung durch den Isolierstoffkörper 31 hindurchgestossen werden. Das Durchstossen des Isolierstoffkörpers kann durch Zu- spitzen der Schränklappen erleichtert werden, beispielsweise derart, dass die Basis des U-förmigen Ein- schnitts 36 spitz ausgeführt wird.
Bei thermoplastischen Isolierkörpern kann das Durchstossen der Schränk- lappen dadurch erleichtert werden, dass die Metallfolie erwärmt wird.
In den Fällen, in denen der Isolierstoffkörper als spezieller Formteil, beispielsweise als Wannenteil
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die durchzusteckenden Schränklappen vorgesehen werden.
Derartige Ausnehmungen können auch mittels eines geeigneten, eventuell erhitzten Werkzeuges noch nachträglich vorgesehen werden.
Die endgültige Festlegung der Schränklappen auf der'dem flächenförmigen Dipol abgewendeten Seite des Isolierstoffkörpers erfolgt entweder durch Verdrehen der überstehenden Schränklappenenden, wie dies in Fig. 3 bei 38 angedeutet ist, oder durch ein Umbiegen der überstehenden o chränklappenenden, wie dies in Fig. 3 bei 39 angedeutet ist. Eine besonders feste und gegen Lockern sichere Verbindung kann dadurch erzielt werden, dass die Schränklappen 37 an den Enden eingeschnitten werden, wie dies in Fig. 4 bei 40 gezeigt ist. In diesem Fall werden die beiden Lappenhälften 41, 42 auf der Rückseite des Isolierstoffkörpers nach entgegengesetzten Seiten umgebogen, wie dies in Fig. 4 bei 43 angedeutet ist.
In ähnlicher Weise können auch die BandleitUngen 32 durch Schr änklappen 45 aufdem Isolierstoffkörper befestigt werden.
Damit die umgebogenen Schränklappenenden auf der Rückseite nicht auftragen und eventuelle Be-
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der durchgesteckten Schränklappenenden Vertiefungen 44 vorgesehen sein. Um einer Berührung der Schränklappen mit der darunterliegenden Bandleitung zu verhindern, können die beiden Bandleitungen auch gegeneinander versetzt angeordnet sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dipolantennenfeld mit mindestens zwei durch Bandleitungen verbundenen in einer Strahlerreihe angeordneten flächenhaften Dipolen, deren Einzelstrahler auf verschiedenen Seiten eines als Träger dienenden Isolierstoffkörpers in alternierender Folge angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierstoffkörper (4 ; 31) aus einem Werkstoff mit perzentuell beträchtlichen Zwischenräumen, vorzugsweise aus einem aufgeschäumten Kunststoff mit perzentuell beträchtlichen'Gaseinschlüssen besteht, dessen im Durchschnitt wirksame Dielektrizitätskonstante von der des freien Raumes nur um höchstens 50go, vorzugsweise 10%, abweicht.