DE1013720B

DE1013720B - Broadband antenna for short and very short electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1013720B
Application number: DES28510A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Habil Otto Zinke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1952-05-13
Filing date: 1952-05-13
Publication date: 1957-08-14

Description

DEUTSCHESGERMAN

Für viele Zwecke der Nachrichtentechnik ist es erwünscht, Antennen zu besitzen, die bei Änderung der Wellenlänge nicht nachgestimmt zu werden brauchen; dabei sollen die Antennen hinsichtlich ihres Strahlungsdiagramms und ihrer Anpassung an Verbindungskabel zwischen Sender bzw. Empfänger brauchbar bleiben.For many communications engineering purposes, it is desirable to have antennas that respond when the Wavelength does not need to be retuned; the antennas should with regard to their radiation pattern and their adaptation to the connection cable between the transmitter and receiver stay.

Als wirksame Mittel mit dem Ziel, die Anpassung der Antenne an das Verbindungskabel über einen größeren Frequenzbereich zu erhalten, wurden vor allem zwei Maßnahmen erkannt: einerseits Herabsetzen des Wellenwiderstandes und andererseits Hinzufügen von Kompensationsblindwiderständen, z. B. von Resonanzkreisen oder 2/4 langen Leitungsstücken. Der Wellenwiderstand einer Antenne kann dadurch herabgesetzt werden, daß man statt dünner Drähte oder Stäbe, welche die Antenne darstellen sollen, dicke Rohre oder Scheiben verwendet, so daß das Verhältnis Umfang zur Länge der Antenne vergrößert wird.As an effective means with the aim of matching the antenna to the connecting cable via a To obtain a larger frequency range, two main measures were identified: on the one hand, reduction the characteristic impedance and, on the other hand, the addition of compensation reactive resistances, z. B. of resonance circuits or 2/4 long pipe sections. The wave resistance of an antenna can can be reduced by using instead of thin wires or rods, which represent the antenna thick tubes or disks are to be used, so that the ratio of circumference to length of the antenna is increased will.

Die gestellten Forderungen führten zu Antennenformen, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind.The demands made led to antenna shapes as shown in FIGS. 1 and 2.

Es ist auch bekannt, Dipole von der Speisestelle aus kegelförmig bis zu dem Teil mit großen Querschnittsabmessungen verlaufen zu lassen und das Ende dieses Teiles unmittelbar wieder nach der Form eines steilen Kegels sich verjüngend auszubilden.It is also known to taper dipoles from the feed point to the part with large cross-sectional dimensions to run and the end of this part to taper again immediately after the shape of a steep cone.

Die bekannten Antennenanordnungen besitzen in mechanischer Hinsicht verschiedene Nachteile. Um bei ihnen erwünschte elektrische Eigenschaften anstreben zu können, sind die Abmessungen so groß zu wählen, daß die Antennenanordnung verhältnismäßig schwer wird. Wie aus den Figuren ersichtlich, liegen die Schwerpunkte ziemlich hoch, d. h. ziemlich weit vom Speisepunkt entfernt. Für die Befestigung solcher Antennen ist daher, insbesondere aber auch mit Rücksicht auf den ziemlich großen Windwiderstand, verhältnismäßig viel mechanischer Aufwand erforderlich.The known antenna arrangements have various disadvantages from a mechanical point of view. Around To be able to strive for the desired electrical properties in them, the dimensions are too large choose that the antenna arrangement is relatively heavy. As can be seen from the figures, lie the focus is quite high, d. H. quite far from the feeding point. For the attachment of such Antennas is therefore proportionate, especially in view of the rather large wind resistance a lot of mechanical effort is required.

In elektrischer Hinsicht sind die bekannten Konusantennen nach Fig. 1 den ebenfalls bekannten Antennen nach Fig. 2 nicht überlegen. Bei Konusantennen nach Fig. 1 bringt ein wachsender Konuswinkel zwar den Vorteil, daß der Resonanzwiderstand bei Spannungsresonanz wegen des abnehmenden Wellenwiderstandes in erwünschtem Sinne erniedrigt wird; der Strahlungswiderstand aber wird bei Stromresonanz in nachteiliger Weise erniedrigt, weil nur die Axialkomponente des Stromes zur Strahlung der Antenne beiträgt. Das Verhältnis beider Resonanzwiderstände bleibt sogar bis zu erheblichen Kegelwinkeln von z.B. 50° in der Größe von etwa 6 bis 7, so daß solche Kegelantennen wegen ihrer unnötig großen Abmessungen und der mangelnden Breitbandigkeit nicht vorteilhaft sind.In electrical terms, the known cone antennas according to FIG. 1 are also known antennas not superior according to Fig. 2. In the case of cone antennas according to FIG. 1, a growing cone angle does bring about the advantage that the resonance resistance in the case of voltage resonance because of the decreasing characteristic impedance is degraded in the desired sense; the radiation resistance, however, becomes with current resonance disadvantageously, because only the axial component of the current to the radiation of the antenna contributes. The ratio of the two resonance resistances remains even up to considerable cone angles of e.g. 50 ° in the size of about 6 to 7, so that such cone antennas because of their unnecessarily large Dimensions and the lack of broadband are not advantageous.

Breitbandantenne für kurze und sehr kurze elektromagnetische WellenBroadband antenna for short and very short electromagnetic waves

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
ίο München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
ίο Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Dr.-Ing. habil. Otto Zinke, München,
ist als Erfinder genannt wordenDr.-Ing. habil. Otto Zinke, Munich,
has been named as the inventor

Es ist auch eine Antennenanordnung vorgeschlagenAn antenna arrangement is also proposed

so worden, deren Durchmesseräbmessungen vom gespeisten Ende aus zunehmen, derart, daß die Antenne an ihrem gespeisten Ende an das Speisekabel angepaßt ist und der Eingangswiderstand der Antenne infolge der Durchmesseränderung auf einen gewünschten Strahlerwiderstand transformiert wird. Bei dieser Antenne kommt es im wesentlichen auf die Ausführung des Antennenspeisepunktes und auf das spitze Auslaufen des offenen Endes der Antenne an.so, their diameter dimensions of the fed The end of the increase in such a way that the antenna is adapted to the feeder cable at its fed end and the input resistance of the antenna as a result of the change in diameter to a desired one Radiator resistance is transformed. This antenna essentially depends on the design of the antenna feed point and the pointed end of the open end of the antenna.

Die Erfindung bezieht sich auf eine in einem breiten Frequenzband verwendbare Dipolantenne, die sich von der Speisestelle aus kegelförmig erweitert und nach dem offenen Ende hin" verjüngt. Die Dipolantenne nach der Erfindung ist so ausgebildet, daß der sich nach dem offenen Ende der Antenne verjungende Teil in einen im wesentlichen gleichbleibende Querabmessungen aufweisenden Antennenteil übergeht und daß die Länge des sich verjüngenden Teiles höchstens gleich der halben Antennenlänge ist. Zwischen dem sich kegelförmig erweiternden und dem sich gegen das offene Ende hin verjüngenden Antennenabschnitt kann die Antenne eine zylindrische Form gleichbleibenden Durchmessers aufweisen.
Die Antennenanordnung nach der Erfindung besitztThe invention relates to a dipole antenna which can be used in a broad frequency band and which widens conically from the feed point and tapers towards the open end merges into an antenna part having essentially constant transverse dimensions and that the length of the tapering part is at most equal to half the antenna length. Between the conically widening antenna section and the antenna section tapering towards the open end, the antenna can have a cylindrical shape of constant diameter.
The antenna arrangement according to the invention has

- bereits in der Nähe des Speisepunktes den maximalen Querschnitt, so daß sich infolge des in der Nähe des Speisepunktes bestehenden niedrigen Wellenwiderstandes ein niedriger, von der Frequenz nur wenig abhängiger Fußpunktwiderstand ergibt. Die Quer-- Already in the vicinity of the feed point the maximum cross-section, so that due to the in the vicinity of the Feed point existing low wave impedance a lower one, of the frequency only slightly dependent base point resistance results. The transverse

^r" abmessungen sind nur bei den der Speisestelle benachbarten Antennenteilen groß gewählt, während das offene Ende einen sehr geringen, gleichbleibenden Durchmesser aufweist. Trotzdem aber ist bei gleicher Ortskurve des Eingangswiderständes bei Breitband- ^r "dimensions are selected to be large only for the antenna parts adjacent to the feed point, while the open end has a very small, constant diameter.

■■ antennen nach der Erfindung der maximale Durch-■■ antennas according to the invention of the maximum

709 657/299709 657/299

messer der Dipole kleiner zu wählen als bei den bekannten Antennen.to choose the diameter of the dipoles smaller than with the known antennas.

Die praktisch wichtigsten Vorteile, die sich bei der Antenne nach der Erfindung ergeben, sind daher insbesondere verhältnismäßig geringes Gewicht und günstige Schwerpunktslage. Durch den geringen. Querschnitt des am offenen Ende des Dipols liegenden Antennenteiles wird außerdem ein verhältnismäßig geringer Luftwiderstand wenigstens an solchen Stellen der Dipolteile erzielt, an denen eine Befestigung der Antennenteile unerwünscht oder nur mit besonderem Aufwand möglich wäre. Dadurch, daß der am offenen Ende des Dipols liegende Teil mit im wesentlichen gleichbleibenden Querabmessungen ausgebildet ist, ergibt sich ein besonders vorteilhafter, einfacher Aufbau der Dipolantenne und ferner die Möglichkeit, die Antenne durch eine entsprechende Bemessung der Länge dieses Teiles gleichbleibenden Durchmessers für die gewünschte Wellenlänge betriebsfertig zu machen. In bezug auf den Speisepunkt wird der Hebelarm für Antennenteile mit großem Windwiderstand verhältnismäßig klein und somit das Drehmoment für die Befestigungsstelle wesentlich kleiner als bei den bekannten Konusantennen. Das Gewicht einer Antennenanordnung gemäß der Erfindung kann außerdem noch dadurch herabgesetzt werden, daß die Dipole aus Blech oder Gitterdraht hergestellt oder durch Reusen gebildet werden.The practically most important advantages resulting from the antenna according to the invention are therefore particular relatively low weight and favorable center of gravity. By the low. cross-section of the antenna part located at the open end of the dipole is also a relative one low air resistance achieved at least at those points of the dipole parts where an attachment of the Antenna parts would be undesirable or would only be possible with special effort. Because the one on the open End of the dipole lying part is formed with substantially constant transverse dimensions, results a particularly advantageous, simple structure the dipole antenna and also the possibility of the antenna by a corresponding dimensioning of the length to make this part of constant diameter ready for operation for the desired wavelength. In With respect to the feed point, the lever arm for antenna parts with high wind resistance is proportionate small and thus the torque for the fastening point is much smaller than with the known Cone antennas. The weight of an antenna arrangement according to the invention can also can still be reduced by the fact that the dipoles are made of sheet metal or grid wire or by Traps are formed.

Als Querschnittsform kann außer der kreisförmigen jede andere gewählt werden. Querschnitte mit geringern Luftwiderstand, z. B. für Flugzeugantennen, sind beispielsweise solche, wie sie die Tropfenform aufweist. Auch rechteckige oder ellipsenförmige Querschnittsformen können vorteilhaft sein. Schließlich kann die Antenne aus einem flachen Blechstreifen bestehen, so daß ihre Abmessungen in diesem Fall nur mehr in bezug auf die Breite des Blechstreifens gemäß der Erfindung zu wählen sind.In addition to the circular shape, any other cross-sectional shape can be selected. Cross-sections with lower Air resistance, e.g. B. for aircraft antennas, for example, such as it has the teardrop shape. Rectangular or elliptical cross-sectional shapes can also be advantageous. In the end the antenna can consist of a flat sheet metal strip, so that its dimensions in this case only to be chosen more in relation to the width of the sheet metal strip according to the invention.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments.

Fig. 3 zeigt eine symmetrische Dipolanordnung, die durch die Leitung 1 gespeist wird. Jede der Dipolhälften besitzt einen kreisrunden oder einen anderen Querschnitt und geht von dem Speisepunkt 2 aus kegelförmig zu dem Dipolteil 3 mit großem Umfang über, der über etwa die halbe Länge des Dipolteiles annähernd erhalten bleibt; der übrige Dipolteil 4 besitzt, nach einem kegelförmigen Übergangsstück 5, einen sehr kleinen Umfang.3 shows a symmetrical dipole arrangement which is fed by the line 1. Each of the dipole halves has a circular or another cross-section and starts at the feed point 2 conical to the dipole part 3 with a large circumference over about half the length of the dipole part remains approximately unchanged; the rest of the dipole part has 4, after a conical transition piece 5, a very small circumference.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 verjüngt sich der Dipolteil 7 von der Stelle mit großem Durchmesser ab kontinuierlich derart gegen die Mitte dieses Dipolteiles, daß der kleinste Durchmesser, nämlich der des übrigen Dipolteiles 8, bereits etwa in der Mitte seiner ganzen Länge erreicht wird. Abweichend von der Darstellung können auch Kegelformen mit gekrümmten Mantellinien verwendet werden.In the embodiment according to FIG. 4, the dipole part 7 tapers from the point with a large diameter from continuously towards the center of this dipole part in such a way that the smallest diameter, namely the of the rest of the dipole part 8, is already reached approximately in the middle of its entire length. Deviating from The representation can also use cone shapes with curved surface lines.

Eine außerordentlich vorteilhafte Ausführungsform einer Breitbandantenne gemäß der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt. Die Figur zeigt eine symmetrische Breitbandantenne, die aus zwei etwa λ/2 langen Dipolteilen 9 besteht. Jeder Dipolteil ist etwa in seiner Mitte an einer spannungsfreien Stelle über eine metallische Stütze 10 bzw. 11 gehaltert, und zwar so, daß die metallische Stütze noch an den als Hohlkörper ausgebildeten Teil 12 mit großem Durchmesser anschließt. Durch die hohl ausgebildete Stütze 11 ist die unsymmetrische Speiseleitung zugeführt, deren Innenleiter 13 koaxial in der Stützell und dem anschließenden Dipolteil 12 verlaufend an den Speisepunkt des zweiten Dipolteiles herangeführt ist. Durch eine derartige Anordnung kann daher in einfachster Weise der Übergang von der unsymmetrischen koaxialen Leitung zu der symmetrischen Breitbandantenne geschaffen werden. Um ein Eindringen von Feuchtigkeit in den offenen. Dipolteil 12 zu verhindern, ist der Speisepunkt mit einer Schutzhülle 14 aus dielektrischem Stoff umgeben. Die beschriebene Antennenanordnung zeichnet sich insbesondere durch eine sehr große Wetterbeständigkeit aus, da sämtliche der Speisung dienenden Leitungsteile durch die Antenne selbst und durch die Schutzhülle 14 vor Witterungseinflüssen geschützt sind. Außerordentlich vorteilhaft ist die beschriebene Breitbandantenne auch hinsichtlich ihrer mechanischen Festigkeit, da die schwersten Teile unmittelbar durch die metallischen Stützen 10 und 11 gehalten werden. Die mechanische Festigkeit kann durch die Hülle 14 noch erhöht werden.An extremely advantageous embodiment of a broadband antenna according to the invention is shown in FIG. The figure shows a symmetrical broadband antenna which consists of two dipole parts 9 approximately λ / 2 long. Each dipole part is held approximately in its center at a stress-free point via a metallic support 10 or 11, in such a way that the metallic support still adjoins the part 12, which is designed as a hollow body and has a large diameter. The asymmetrical feed line is fed through the hollow support 11, the inner conductor 13 of which runs coaxially in the support and the adjoining dipole part 12 to the feed point of the second dipole part. With such an arrangement, the transition from the asymmetrical coaxial line to the symmetrical broadband antenna can therefore be created in the simplest manner. To prevent moisture from entering the open. To prevent dipole part 12, the feed point is surrounded by a protective sheath 14 made of dielectric material. The antenna arrangement described is characterized in particular by a very high level of weather resistance, since all of the line parts used for feeding are protected from the effects of the weather by the antenna itself and by the protective cover 14. The broadband antenna described is also extremely advantageous with regard to its mechanical strength, since the heaviest parts are held directly by the metallic supports 10 and 11. The mechanical strength can be further increased by the sheath 14.

Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit, die Antennen in Form von Reusen auszubilden, wie dies beispielsweise in Fig. 6 an Hand einer unsymmetrischen Breitbandantennenanordnung dargestellt ist. Der Antennenkörper mit großem Umfang kann beispielsweise als breite Flachreuse oder dicke Rundreuse ausgeführt werden.In particular, there is also the possibility of designing the antennas in the form of fish traps, like this is shown for example in Fig. 6 on the basis of an asymmetrical broadband antenna arrangement. The antenna body with a large circumference can, for example, be a wide flat trap or a thick round trap are executed.

Bei den Darstellungen der Ausführungsbeispiele handelt ist sich um Anordnungen mit kreisrundem Querschnitt. Es ist aber ebenso gut möglich, wenigstens einem Teil der Antennenteile anderen, beispielsweise elliptischen oder rechteckigen Querschnitt zu geben. Die einzelnen Strahlerelemente können zur Gewichtsersparnis vorzugsweise aus Blech oder Maschendraht hergestellt werden. Vorteilhafte Querschnittsformen für solche Antennen sind in den Skizzen a, b, c, d der Fig. 7 ersichtlich. Querschnittsformen nach c und d sind insbesondere für Antennen aus Blech vorteilhaft, da beispielsweise solche Formen (Wölbung oder Faltung) der Antenne eine gute Längsfestigkeit geben.The representations of the exemplary embodiments are arrangements with a circular cross section. However, it is just as possible to give at least some of the antenna parts other, for example elliptical or rectangular, cross-sections. The individual radiator elements can preferably be made of sheet metal or wire mesh to save weight. Advantageous cross-sectional shapes for such antennas can be seen in the sketches a, b, c, d of FIG. Cross-sectional shapes according to c and d are particularly advantageous for antennas made of sheet metal, since, for example, such shapes (curvature or folding) give the antenna good longitudinal strength.

In besonderen Fällen können die Dipole z. B. in ihrer Mitte geknickt werden. So ist es beispielsweise bei Fahrzeugantennen vorteilhaft, um z. B. 90° geknickte Dipole zu verwenden, insbesondere dann, wenn eine gestreckte Antenne zu lang wäre, z. B. Antennen auf Lokomotiven.In special cases, the dipoles can, for. B. be kinked in their middle. This is how it is, for example in vehicle antennas advantageous to z. B. 90 ° bent dipoles to use, especially if a stretched antenna would be too long, e.g. B. Antennas on locomotives.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf symmetrische Breitbandantennen, sie ist ebenso gut auch auf unsymmetrische Antennen anwendbar.The invention is not limited to symmetrical broadband antennas, it works just as well unbalanced antennas applicable.

Claims

1. Dipole antenna for a wide frequency range, which is cone-shaped from the feed point expanded and tapers towards the open end, characterized in that the after the open end of the antenna tapering part in a substantially constant transverse dimensions having antenna part and that the length of the tapered part is at most equal to half the antenna length.

2. Dipole antenna according to claim 1, characterized by one between the conically widening and the antenna section tapering towards the open end Piece of cylindrical shape.

3. Dipole antenna according to claim 1, characterized in that the adjacent to the feed point Antenna parts are designed as a wide flat trap.

4. Dipole antenna according to claim 1, characterized in that that the food adjacent to the

th antenna parts are designed as a trap with a large scope.

5. Dipole antenna according to claim 1, characterized in that that the antenna is formed by a sheet metal strip in the shape of the longitudinal section through a cylindrical antenna and that this sheet metal strip is stiffened by arching or folding.

6. Dipole antenna according to one of claims 1 to 4, characterized in that the feed line by a hollow, in particular metallic, support and a dipole part with relative is fed to a large extent.

7. dipole antenna according to claim 1, characterized by at least two so arranged and so running bars or sheet metal strips, the number or outer circumference of which decreases sharply towards the ends, that the contour of flat or rotationally symmetrical antenna structures is created.

8. Dipole antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the dipoles, z. B. in the middle of their length, are kinked.

9. modification of the dipole antenna according to claim 1, characterized in that the between the conically widening and the part of the antenna that tapers towards the open end located antenna part with constant transverse dimensions, in particular cylindrical is formed and that this constant part, seen from the feed point, at most up to half the antenna length.

Considered publications:
The Proceedings of the Institution of Electrical Engineers, Vol. 98, Part. Ill, No. 56, November 1951, pp. 409-415.

1 sheet of drawings