Richtantennenanlage.
Die Trfindung bezieht sich auf eine Richtantennenanlage, die aus Rahmenanten- nen aufgebaut ist und f r Sende-oder Empfangszwecke dient. Sie besteht aus mindestens einer Reihe von in der gleichen Ebene liegenden Rahmen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenleiter von wenigstens einigen der Antennen derselben Reihe parallel un, d im Vergleich zur Wellenlänge sehr nahe nebeneinander angeordnet sind, wobei die Anten- nen so erregt werden, dass die in den nahe nebeneinanderliegenden parallelen Seiten flie ssenden Strume entgegengesetztsind, um die Strahlungswirkung dieser parallelen Seiten zu vermindern, so da¯ in der Rahmenebene die Strahlung vorwiegend senkrecht zur Reihenrichtung erfolgt.
Bei einer praktischen Ausführung des Erfindungagedankens werden zwei Rahmen in Reihenrichtung auf beiden Seiten eines Hauptrahmens in seiner Ebene angeordnet.
Sie bilden in sich geschlossene Stromkreise und isind so bemessen, dass die von den er wähnten Seiten des Hauptrahmens ausge bende Strahlung, die geschwächt werden soll, auf einen gewünschten Wert herabge- setzt wird.
Bei einer andern Ausführungsform besteht die Reihe aus einer Vielzahl von Rahmen, die entweder alle oder nur zum Teil unmittelbar erregt werden. Die nicht unmittelbar erregten Rahmen werden durch Induk- tion von den direkt gespeisten Rahmen erregt.
Bei weiteren erfindungsgemäBen Ausfüh- rungsbeispielen bewirken zwei oder mehr Reihen von Rahmen, die miteinander gekop- pelt sind, bestimmte Richtstrahleffekte in einem gegebenen Raumbereich.
Die beste Erregungsweise richtet sich nach der Zahl der verwendeten Rahmen, mit andern Worten, nach der Grosse des Richtstrahleffektes. Ferner wird für eine ungerade Zahl von Rahmen zweckmässig Stromerregung und für eine gerade Zahl von Rahmen zweckmϯig Spannungserregung angewendet.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand einiger beispielsweiser Ausführungsformen. die in der beiliegen. den Zeichnung schema- tisch dargestellt sind, näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigt die
Fig. 1 eine Sende-oder Empfangsrahmen- antenne und die
Fig. 2 speziell eine quadratische Rah- menantenne, deren Seitenlänge gleich einer halben Wellenlänge ist.
Die nachfolgenden Fig. 3 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, die aus Rahmen nach Fig. l oder 2 aufgebaut sind.
Der Rahmen, dessen Ecken in der Fig. 1 mit A, B, C, D bezeichnet sind, wird in zwei nahe der Mitte gelegenen Punkten einer Seite. z B. der Seite AB, erregt. Für einen gege- benen Augenblick ist die Richtung des durch den Rahmen fliessenden Stromes dureh die Pfeile angegeben, falls die Wellenlänge groB im Vergleich zu den Dimensionen des Rahmens ist. Die Strahlungen der Rahmenseiten BC und AD wirken einander entgegen. Die Kompensation ist eine vollständige in Rich- tung senkrecht zur Rahmenebene, hingegen nur eine teilweise in der Richtung OX. Daraus resultiert f r den Rahmen die bekannte Richtcharakteristik.
Auch die von den Rahmenseiten < und CD ausgehenden Strah lungen wirken gegeneinander. Die Verhält- nisse bleiben in Richtung senkrecht zur Rahmenebene völlig gleich, wenn jede Seite gleich einer halben Wellenlänge der Betriebsfrequenz ist. In diesem Fall unterst tzen sich hingegen die Strahlungen paralleler Rahmenseiten in den Richtungen OX und OY. Die Stromverteilungfür einen gegebenen Augenblick wird in diesem Fall durch die Pfeile und die gestrichelten Linien in Fig. 2 angegeben.
Die Polarisation des elektrischen Feldes In der Richtung 0Y ist parallel zu der Ric1- tung OX und umgekehrt. Wenn ein solclier Rahmen als Sender verwendet wird, strahlt er vertikal-und horizontalpolarisierte Wellen von gleichem Betrag aus. Wenn der Pali- men als Empfangsantenne dient, empfÏngt er gleichzeitib vertikal- und horizontalpolarisierte Wellen.
Bei gewissen Sendesystemen ist es erfor derlich, die Stralilung der einen Polarisation beträchtlich herabzusetzen oder praktisch zu unterdrucken und dabei die Strahlung der a'ndern Polarisation zu verstärken. Bei einer Anordnung nach Fig. 3 sind zur SchwÏchung der von den Seiten ssC und JD ausgehenden Strahlungeinesbeispielsweise.stromerregten Rahmens zusatzliehe, gleichartige, nicht unmittelbar erregte Rahmen EFGH und IJKL auf beiden Seiten des Rahmens JBOD ange- ordnet. Die Seiten AD und EH sowie die Seiten -BC und IJ sind zueinander parallel.
Sie sind so nahe heieinander angeordnet, dass in den seitlichen Rahmen EFGH und IJKL Strome induziert werden. Die Richtung dieser Strombe ist in der Figur durch Pfeile angegeben. Unter diesen Bedingungen wird die resultierende Strahlung einander benachbarter Seiten in einigem Abstand gleich Null.
Die Strahlung @ der Anordnung entspricht im wesentlichen der Strahlung der äussern Begrenzungslinie FGKLF. Die Strahlung wird also in der Richtung OY durch die sechs Seiten GH. AB, JK, FE, DC und IL und in der Richtung OX durch die zwei Seiten 6'F und EL erzeugt. So wird die Nutzstrahlung in der Richtung OY dreimal so gross wie die Strahlung in der Richtung OX. Dieses VerhÏltnis k¯nnte durch Vergr¯¯erung der Rahmenzahl noch verbessert werden.
Diese Verbesserun wird allerdings bald nur noch ge- ringfügig sein. da die Rahmen, die von dem Hauptrahmen ABCD weit entfernt sind, nur ungen gend durch Induktion erregt werden wodurch die Mitwirkung dieser weiter entfernten Rahmen vernachlÏssigbar klein wird.
Uni diesem ungünstigen Verhalten zu be gegnen. ville Rahmen einer Reihen antenne erregt werden. Es braucht aber nur eine kleinereZahldieserRahmenerregtzu werden. Ein Rahmen von dreien kann bei- spielsweise unmittelbar erregt und zwischen zwei Rahmen angeordnet werden. die nicht unmittelbar, sondern durch Tnduktion erregt werden. Fig. 4 zeigt beispielsweise eine Rei henantenne von sechs Rahmen, bei der nur die zwei Rahmen ABCD und A'B'C'D' durch eine beiden gemeinsame Speiseleitung erregt werden. Jeder dieser Rahmen induziert zwei Seitenrahmen EFGH und IJEL zu beiden Seiten von ABCD bezw.
E'F'G'H'und I'J'K'L' zu beiden Seiten von A'B'C'D'. Die Seiten LE und F'G's. ind einander so genÏ hert, dass zwischen ihnen, eine induktive Kopplung besteht. Die Strahlung set-zt sich in der Richtung OY aus den Einzelstrahlungen der zwölf Seiten und in der Richtung OX aus den Einzelstrahlungen von nur zwei, Seiten zusammen.
Die Erregungsart für ein Netzwerk mit einer Vielzahl von Rahmen richtet sich nach der Zahl der Rahmen, um ein Optimum an Wirkung zu erzielen. Für den Fall einer ungeraden Anzahl von Rahmen, beispielsweise Fig. 3 entsprechend, wird der Speisestrom unmittelbar in der oben beschriebenen Weise zugeführt.
Bei einer geraden Zahl von. Rahmen kann die Antennenanordnung nach der in Fig. 5 dargestellten Weise erregt werden. Der Punkt E des Rahmens ABCD und der Punkt A'des Rahmens A'BC'D'sind mit der ISpeiseleitung verbunden. In diesem Fall wird die Speisespannung zwischen zwei benachbarten Eck- punkten zweier benachbarten Rahmen angelegt. Die Stromrichtungen in jedem Rahmen sind für einen betrachteten Augenblick durch die Pfeile angegeben. Entsprechend ist die Strahlung der ganzen Anordnung in der Richtung OY viermal so gro¯ wie in der Richtung OX.
Verschiedene gleichartige Rahmenreihen können zu einer Rahmen-Mehrreihenanlage kombiniert werden, um durch Addition den Richteffekt zu verstärken.
Solche Mehrfachrahmenantennen in Form von einfachen Rahmenreihen oder Rahmen Mehrreihenanlagen können sowohl für Nach- richtenübermittlung als auch insbesondere f r Radioleitsysteme verwendet werden, um Richtstrahleffekte zu erzeugen.
Das Netzwerk nach Fig. 6 besteht aus drei Rahmen,, die in einer vertikalen Ebene übereinander angeordnet sind. Der unterste Rahmen ABCD wird direkt erregt, und die beidenRahmenETCR und MNOP werden durch Induktionen, erregt. Die Strahlung dieser Anordnung ist in der vertikalen Richtung g OY sehr klein, während die Strahlung in der Richtung OX durch die sechs Seiten verstärkt wird.
Die Anordnung ist insbesondere für Rundfunksender und Fernsehsysteme geeignet, sowie f r Empfänger in Radio-Goniometersystemen wegen ihrer geringen Emp findlichkeit für den Nachteffekt und für Flugzeugmissweisungen,welcheSt & reffekte bei den üblichen Antennenanordnun. gen, die sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung empfangen, auftreten.
Fig. 7 zeigt eine Kombination von zwei Rahmenreihen, welche rechtwinklig zueinan- der liegen und vertikal angeordnet sind. Der Reihe, die aus, dem unmittelbar erregten Rahmen ABCD und dem durch Induktion erregten Rahmen QSVU besteht, wird eine Speisespannung von bestimmter Phase zugeführt, während die Reihe aus dem unmittelbar erregten Rahmen A'B'C'D'und dem durch In- duktion erregten Rahmen Q'S'V'U' durch eine Spannung erregt wird, deren Phase von der ersteren verschieden, z. B. um 90¯ ver schoben ist. So erhält man ein Drehfeld, das in einer horizontalen Ebene gleichförmig ausgebildet ist. Es können auch mehr als zwei Reihen zur Erzeugung eines Drehfeldes verwendet werden.
Eine solche Anordnung enthält eine grosse Zahl von stark gedämpften, strahlenden Rahmen und ist insbesondere zur Sendung breiter Frequenzbänder, z. B. f r Fernsehen, geeignet. Eine solche Anordnung, als Empfangsantennne verwendet, ist nicht durch den Nachteffekt beeinfluBbar, hat die Fähigkeit, breite Frequenzbänder aufzunehmen und zeigt in einer horizontalen Ebene keinen Richtefèkt.
Die Rahmenanlage der Fig. 8, Ideren Rah- menreihe gleich wie in Fig. 5 aufgebaut und gespiesen ist und sich vorzugsweise im Ab- stand 2/4 ber Erde befindet, erzeugt in der horizontalen Richtung OX eine scharf be- grenzte, vert. ikal polarisierte Strahlung und gleichzeitig eine breite, horizontal polarisierte Strahlung in der Ebene FOZ. Diese Nord- nung kann verwendet werden zum Markieren von AbstÏnden bei Leitstrahlsystemen,(Blindlandesystemen). d. h. als Markierungsbake, um einem Fahrzeug seinen Abstand von einem Sender anzugeben, wenn es die Mar kierungsbake passiert.
Diese Antennenanordnung kann auch verwendet werden für Landeleitzwecke, weil die horizontal polarisierte Strahlung auf der Erdoberflacle T verschwindet. Die Neigung der Axe des in der fOZ-Ebene gelegenen Richtdiagrammes und somit die mittlere Neigung der Landekurve kann man einstellen durch eine entsprechende Neigung der Rah- menreihe.
Die Reihenantenne nach Fig. 8 kann auch für die Ermittlung von Flugzeugenverwen- det werden. Die eng begrenzteStrahlungin der Richtung OX bestimmt im Raum eine vertiLale Zone die als Symmetrieebene die Ebene TOZ hat, und dieses scharf begrenzte Strahlungsfeld kann in keinem Punkt emp- fangen werden, der ausserhalb dieser Zone liegt. Wenn ein Fahrzeug diesen Bereieb durchquert, werden die Wellen gebrochen und dann an Stellen empfangen, die auRerhall dieses Bereiches liegen.
Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsart einer Rahmenreihe, die für Rieht-und Landeleitflug zugleich geeignet ist. In den äussern vertikalen Seiten GT und El sind Schalt- mittel R1 und R2 angebracht, so dass das Ho- rizontaldiagramm der Reihe f r Richtleitzwecke und das Vertikaldiagramm in der YOZ-Ebene für Landeleitzweeke verwendet werden kann.
Fig. 10 zeigt, gleich wie Fig. 7, eine Anordnung von zwei vertikalen Rahmenreihen. die rechtwinklig aufeinander stehen. Die untern Rahmen werden unmittelbar durch die
SekundÏrwicklungen W1 und W2 eines Transformators erregt, dessen Primärseite aus der Wicklung W besteht. Eine solche Anordnung ist insbesondere f r Funkbaken mit festen oder rotierenden, gekreuzten Rahmen geeignet, um den Nachteffekt dadurch herabzusetzen, dass die Ausstrahlung von Wellen mit horizontaler Polarisation unter bunden wird.
Wenn diese Anordnung als Empfangsantenne für Goniometer Verwen- dung findet, verden die horizontalpolarisier ten Wellen sehr schlecht empfangen. Die Empfangsantenne wird dann durch den Nachteffektsowiedurchdensogenannten Flugzeugeffekt nicht beeinflusst.