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Antennenanordnung, bestehend aus übereinander angeordneten
Ringstrahlern
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Abweichung der Betriebsfrequenz von der Mittenfrequenz am grössten bzw. am kleinsten ist. Bei den bekannten Antennenanordnungen, die eine Phasenspeisung übereinander liegender Ringstrahler zur Anpassungsverbesserung vorsehen, liegen diese Einbrüche des Strahlungsdiagramms jeweils übereinander, so dass auch das resultierende Strahlungsdiagramm stark ungleichmässig wird.
Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, bei der Anwendung der Phasenspeisung bei Ringstrahlern und der damit verbundenen Verbesserung der Anpassung ein breitbandig gleichförmigeres Strahlungsdiagramm zu erzielen und dabei zusätzlich den äusseren Aufbau der Antennen zu vereinfachen.
Gemäss der Erfindung, welche sich auf eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht, dass zwischen den Verteilerstellen benachbarter und in verschiedenen Ebenen liegender Ringstrahler Phasendifferenzen bestehen, deren Grösse dem Phasenschritt von einem Strahlerelement des Ringstrahlers zum andern entspricht, dass die zwischen den Verteilerstellen und den Strahlerelementen liegenden und der Erzeugung der Phasenschritte dienenden Verteilerleitungen für die Ringstrahler der ein- zelnen Ebenen untereinander gleich gewählt sind und dass durch Verdrehung bzw. Versatz der Ringstrahler der einzelnen Ebenen um einen dem Phasenschritt zwischen den Strahlerelementen entsprechenden Wert gegeneinander die übereinanderliegenden Strahlerelemente gleiche Phase haben.
Durch die Anwendung dieser Massnahmen bleibt die Anpassung der Speiseleitung an die einzelnen Ringstrahler unverändert gut, während durch die Verdrehung bzw. Versetzung der Strahler um den der Differenz der Speisephasen und gleichzeitig dem Phasenschritt entsprechenden Wert eine Drehung des Strahlungsdiagramms in der Weise vorgenommen ist, dass die durch den Frequenzgang auftretenden Einbrüche gegeneinander versetzt sind. Da die Differenz der Speisephasen gleichzeitig dem Phasenschritt der Strahlerelemente des Ringstrahlers untereinander entspricht, wird durch diese Verdrehung bzw. diesen Versatz die Phasenbeziehung zwischen übereinander liegenden Strahlerelementen verschiedener Ringstrahler so richtiggestellt, dass diese gleichphasig betrieben werden.
Damit ergibt sich zugleich für die in ver- schiedenen Ebenen Hegenden Ringstrahler eine ausgehend von der Verteilungsstelle gleichartige Verkabelung der zu den Strahlerelementen der Ringstrahler führenden und den Phasenschritt bewirkenden Kabel, wodurch bei vorgefertigtenAntennenanordnungen stets gleich bestücktebauteile übereinander gesetzt werden können, deren räumlicher Versatz in einfacher Weise bei der Montageberücksichtigt werden kann.
Ausserdem werden die sonst zum Ausgleich der Phasenbeziehungen notwendigen Kabelstücke eingespart, wodurch auch die durch sie bedingte Dämpfung wegfällt.
Es ist zweckmässig, die Verdrehung bzw. den Versatz der Ringstrahler verschiedener Ebenen so vorzunehmen, dass sie sich inDraufsicht gesehen gegenseitig decken. Dadurch wird der äussere Aufbau der Antennenanordnung längs des Mastes stets in gleicher Weise ausgeführt. Bei der Antennenanordnung gemäss der Erfindung werden die Strahler bzw. Strahlergruppen eines Ringstrahlers vorteilhaft in bekannter Weise längs der Mastseiten verschoben und dadurch das für die Mittenfrequenz auftretende Strahlungsdiagramm in seiner Gleichförmigkeit verbessert.
Neben dieser bekannten Verschiebung der Strahlerelemente längs der Mastseiten sind ferner Mass- nahmen von Vorteil, die eine an sich bereits breitbandigere Strahlungscharakteristik ergeben. Hiezu gehören die bereits an andererstelle vorgeschlagenen Massnahmen, wonach bei mit unterschiedlicher Phase, z. B. im Drehfeld gespeisten Strahlern die Hauptstrahlungsrichtungen derjenigen Strahler, bei denen der Phasenschritt zwischen den Strahlerelementen mit zunehmender Frequenz grösser wird, einen grösseren Winkel miteinander einschliessen als die Hauptstrahlungsrichtungen von Strahlern, bei denen der Phasenschritt mit zunehmender Frequenz abnimmt.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Erzielung breitbandig gleichförmigerer Strahlungsdiagramme besteht darin, dass die zum Ausgleich der durch die unterschiedliche Phase verursachten Störungen des Strahlungsdiagramms dienende räumliche Versetzung der Strahlerelemente einer Ebene in der Weise vorgenommen ist, dass der Abstand zwischen den Strahlungsschwerpunkten derjenigen Strahlerelemente, bei denen der Phasenschritt mit steigender Frequenz zunimmt, grösser gewählt ist als für solche Strahler, bei denen eine steigende Frequenz eine Abnahme des Phasenschrittes bedeutet.
Die Gleichförmigkeit des Strahlungsdiagramms bei Übertragung grösserer Frequenzbereiche kann in vorteilhafter Weise ausserdem dadurch verbessert werden, dass die zum Ausgleich der Phasenbeziehungen dienende räumliche Versetzung der Strahlerelemente eines Ringstrahlers auf eine Wellenlänge bezogen ist, die einer oberhalb der Mittenfrequenz des zu übertragenden Frequenzbandes liegenden Frequenz entspricht.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand von Zeichnungen näher erläutert, u. zw. zeigt Fig. l das Strahlungsdiagramm eines aus vier Strahlerelementen bestehenden Ringstrahlers ; Fig. 2 die Speisung zweier übereinander liegender Ringstrahler, die an einem viereckigen Mast angebracht sind und Fig. 3 die Speisung von aus drei Strahlerelementen bestehenden und an einem dreieckigen Mast angeordneten Ringstrahlern.
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In Fig. l ist das Strahlungsdiagramm eines aus vier Strahlerelementen (Ganzwellendipolen) bestehenden Ringstrahlers dargestellt. Die vollausgezogene Linie 1 zeigt die Feldstärkeverteilung bei gleichphasiger Speisung von vier einen Ringstrahler bildenden Strahlerelementen, während die gestrichelte Linie 2 die Strahlungsverteilung bei im Drehfeld gespeisten und längs der Mastseiten verschobenen Strahlern zeigt.
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Strahler und die Speiseleitungen ausgelegt sind. Bei dem im Drehfeld gespeisten Ringstrahler zeigt sich ein tiefer Einbruch, der zwischen dem mit 2700 und dem mit 00 Phasenverschiebung gespeisten Strahler liegt. Hier wird davon ausgegangen, dass die Längen der Speisekabel der einzelnen Strahler ausgehend vom Verteilerpunkt jeweils um X/4 grösser gewählt sind.
Dadurch ergibt sich zwischen dem mit 00 und dem mit 2700 (bezogen auf die Mittenfrequenz) betriebenen Strahler bei einer höheren Frequenz ein besonders kleiner und bei niedrigerer Frequenz ein besonders grosser Phasenschritt, der sich in einer starken Ungleichmässigkeit des Strahlungsdiagramms äussert. Es ist zwar möglich, den Einbruch im Strahlungsdiagramm des phasenverschoben gespeisten Ringstrahlers dadurch kleiner zu halten, dass die Phasenverschiebung von 1800 (Nacheilung) nicht durch Leitungslängen, sondern durch Umpolen der Speiseleitungen und die von 2700 (Nacheilung) durchumpolen derSpeiseleitungen zuzüglicheines Kabelstückes von X/4 Länge erzielt werden. Das Strahlungsdiagramm weist dann jedoch zwei einander gegenüberliegende Einbrüche auf, die allerdings etwas kleiner sind als der in Fig. 1 dargestellten Strahlungsverteilung entspricht.
Einer der Einbrüche liegt an der gleichen Stelle wie bei Fig. l, der zweite an einer um 1800 entgegengesetzten Stelle, also zwischen den Strahlern mit 900 und 1800 Phasenverschiebung.
InFig. 2 ist ein aus zwei in verschiedenenEbenen einesMastes 3 angeordneten Ringstrahlern bestehendes Antennensystem dargestellt. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind die Strahlerebenen bezogen auf die gestrichelt angedeuteteMastkante um 900 umgeklappt. Die Strahlerelemente 4-7 bzw. 4a - 7a bestehen aus vor einer Reflektorwand angeordnetenGanzwellendipolen, die auch als übereinander aufgereihteDipolzeilen in Form von Antennenfeldern aufgebaut sein können. Die Anschlussstellen der Strahlerelemente bzw. der Antennenfelder sind mit 8-11 bzw. 8a - 11a bezeichnet.
Die Strahlerelemente 4 - 7 bzw. 4a - 7a der Ringstrahler werden ausgehend von Verteilerstellen 12 bzw. 12a gespeist, von denen aus Kabelstücke 13 bis 16 bzw. 13a - 16a zu den einzelnenStrahlerelementen führen. Dabei besteht zwischen den Speiseleitungen ausgehend von der Leitung 13 bzw. 13a jeweils ein Längenunterschied von À/4. Ordnet man dem Punkt 8 bzw. dem Strahler 4 die Phase von 00 zu, so hat der Punkt 9 bzw. der Strahler 5 eine Phasennacheilung von 900, der Punkt 10 bzw. der Strahler 6 eine Nacheilung von 1800 und der Punkt 11 bzw. der Strahler 7 eine Nacheilung von 2700.
Es handelt sich somit um einen im Drehfeld gespeisten Ringstrahler, bei dem ausgehend von dessen Verteilerstelle 12 die Phasenunterschiede durch Kabelstücke zunehmender Länge erzeugt werden. Der untere Ringstrahler ist hinsichtlich der Längen der Speiseleitungen 13a - 16a ebenso aufgebaut wie der obere Ringstrahler, abgesehen von. der Tatsache, dass die gesamte Strahleranordnung um 900 verdreht ist. DieVersorgung derVerteilerstellen 12 und 12a erfolgt über Leitungen 17 und 18, die an der Verzweigungsstelle 19 parallelgeschaltet sind und über eine Leitung 20 mit einer hochfrequenten Spannungsquelle 21 in Verbindung stehen.
Zwischen den Speiseleitungen 17 und 18 besteht ein Längenunterschied von À/4. so dass die Verteilerstelle 12a gegenüber der Verteilerstelle 12 mit einer um 900 nacheilenden Phase versorgt wird. Durch diese unterschiedlichen Längen der Speiseleitungen 17 und 18 werden gleichartige Fehlanpassungen an den Verteilerstellen 12 und 12a an der Verzweigungsstelle 19 in der Weise gegenphasig transformiert, dass die Anpassung der Speiseleitung 20 verbessert wird.
Da der Phasenschritt zwischen den Strahlerelementen des Ringstrahlers 900 beträgt und auch zwischen den Verteilerstellen 12 und 12a der benachbarten Ringstrahler durch die Speiseleitungen 17 und 18 ein Phasenunterschied von 900 erzeugt wird, kann durch eine Verdrehung bzw. einen Versatz der Strahlerelemente desRingstrahlers eineAntennenanordnung geschaffen werden, bei der die übereinanderliegenden Strahlerelemente gleiche Phase haben. Das Strahlungsdiagramm einer derartigen Antenne entspricht somit einer Anordnung. bei der die Verteilerstellen infolge gleicher Längen der Speiseleitungen mit untereinander gleichphasigenwechselspannungen versorgt werden. DerVorteil hinsichtlich derBreitbandigkeit desStrahlungsdiagramms zeigt sich, wenn man die Zuordnung des Strahlungsdiagramms zu den Ringstrahlern betrachtet.
Der Einbruch in der Strahlungsverteilung nach Fig. l liegt beim oberen Ringstrahler zwischen den Strahlerelementen 4 und 7, während er beim unteren Ringstrahler zwischen den Strahlerelementen 4a und 7a liegt und somit um 900 gedreht erscheint. Durch das Zusammenwirken beider Ringstrahler ergibt sich somit ein wesentlich gleichmässigeres Strahlungsdiagramm als bei Anordnungen, deren Einbrüche bei Abweichung von der Mittenfrequenz übereinander zu liegen kommen. Bei vier übereinanderliegenden Ring-
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strahlern mit jeweils vierStrahlerelementen kann die Speisung so vorgenommen werden, dass der Einbruch im Strahlungsdiagramm jeweils in einem andern Quadranten liegt.
In Fig. 3 sind drei übereinanderliegende und an einem Mast angebrachte Ringstrahler 31. 32. 33 ; 31a.
32a, 33a ; 31b. 32b. 33b dargestellt. Ausgehend von den den Strahlerelementen eines Ringstrahlers gemeinsamen Verteilerstellen 34. 34a und 34b werden die Strahlerelemente durch Leitungsstücke 35, 36, 37 ; 35a, 36a, 37a ; 35b, 36b, 37b versorgt, die Phasenschritte zwischen den einzelnen Strahlern von jeweils 1200 ergeben. Ordnet man dem Anschlusspunkt 37 desStrahlerelementes 31 die Phase 00 zu. so ergibt sich für die Anschlussstelle 38 und damit für den Strahler 33 eine Nacheilung von 1200 und für die Anschlussstelle 39 des Strahlerelementes 32 von 2400.
Zwischen den Strahlerelementen 31 und 32 ergibt sich in analoger Weise, wie bei den Fig. 1 und 2 erläutert, ein Einbruch des Strahlungsdiagramms bei Abweichung von der Mittenfrequenz. Die Verteilerpunkte 34. 34a und 34b werden über Leitungen 40, 41 und 42 versorgt, deren Längen von einem Ringstrahler zum andern um jeweils À/3 zunehmen. Die durch diese zur Anpassungsverbesserung am Zusammenschaltpunkt 43 und damit der Speiseleitung 44 des Senders 45 dienende Speisungsart wird hinsichtlich der Phasenlage der Strahlungsdiagramme durch eine Verdrehung bzw. Versetzung der Strahlerelemente der Ringstrahler, bezogen auf ihre gemeinsamen Verteilerstellen 34, 34a und 34b kompensiert, so dass gleichphasige Strahler übereinander zu liegen kommen.
Der bei Frequenzabweichung auftretende grösste Einbruch im Strahlungsdiagramm liegt dabei stets zwischen den Strahlern 31 und 32 ; 31a und 32a sowie 31b und 32b'und wandert somit rings um denMast herum. DieStrahlungsdiagrammeder einzelnen Ringstrahler ergeben somit in der Überlagerung ein breitbandig stark verrundete Strahlungsdiagramm.
DieAnwendung der Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ringstrahler mit drei bzw. vier Strahlerelementen beschränkt, sondern kann bei entsprechender Zuordnung zwischen den Phasenschritten der S trah- lerelemente der Ringstrahler und derDifferenzenderSpeisephasen der Verteilerstellen unabhängig von der Zahl derStrahlerelementeAnwendung finden. BeiAntennen, die an Stelle von Einzelstrahlern mit zeilenartig aufgereihten Antennenfeldern arbeiten, die zusammen über einen gemeinsamenspeisepunkt versorgt und gleichphasig gespeist werden, gelten die bei den Ausführungsbeispielen für Einzelstrahler angestellten Betrachtungen in analoger Weise.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Antennenanordnung, bestehend aus in verschiedenenEbenen übereinander angeordneten Ringstrahlern, bei der die in einer Ebene liegenden Strahler im Drehfeld gespeist sind und für die Zusammenschaltung von Ringstrahlern verschiedener Ebenen die Phasenkompensation angewendet ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwischen den Verteilerstellen (12, 12a) benachbarter und in verschiedenen Ebenen liegender Ringstrahler Phasendifferenzen bestehen, deren Grösse dem Phasenschritt von einem Strahlerelement des Ringstrahlers zum andern entspricht, dass die zwischen den Verteilerstellen (12. 12a) und den Strahlerelementen liegenden und derErzeugung derPhasenschritte dienenden Verteilerleitungen (13. 14, 15, 16 ;
13a, 14a, 15a, 16a) für die Ringstrahler der einzelnen Ebenen untereinander gleich lang gewählt sind und dass durch Verdrehung bzw. Versetzung der Ringstrahler der einzelnen Ebenen um einen dem Phasenschritt
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elemente (z. B. 5. 7 a) gleiche Phase haben.