DE1015868B - Antennenanordnung mit ueber ein Laufzeitglied miteinander verbundenen Antennenleitern - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung mit zwei in Abständen voneinander angeordneten, über wenigstens ein Laufzeitglied miteinander verbundenen Antennenleitern, welche vorwiegend für den Empfang von Fernsehsignalen geeignet ist.

Eine gebräuchliche Form für eine solche Antennenanordnung ist die sogenannte Η-Form, welche aus einer Dipolantenne zusammen mit einem Paar von Reflektoren oder Direktoren besteht. Die Leiter der Dipolantennen und die zugehörigen Nebenleiter sind voneinander räumlich getrennt und zueinander parallel angeordnet. Eine andere wohlbekannte Antennenform ist die sogenannte X-Form, in welcher die Dipolleiter und die zugehörigen Nebenstrahler innerhalb der gleichen Ebene unter einem Winkel von weniger als 180° gegeneinander derartig angeordnet sind, daß die Spitzen der von den Dipolleitern und den Nebenleitern gebildeten Winkel einander benachbart sind. Außer den beschriebenen symmetrischen Antennenanordnungen sind auch unsymmetrische Antennen bekannt, welche mit Nebenleitern, d. h. mit Reflektoren bzw. Direktoren, versehen werden können. In diesen Antennenanordnungen sind die eigentlichen Strahlerteile und die Nebenleiter üblicherweise voneinander isoliert, wobei es der Zweck der Anwendung solcher Nebenleiter ist, die Empfangsempfindlichkeit der Antenne in der Rückwärtsrichtung herabzusetzen und die Richtwirkung und den Antennengewinn in der Vorwärtsrichtung zu vergrößern. Derartige Antennen werden in Großbritannien häufig für den Fernsehempfang im Band I, d. h. in einem Frequenzbereich von 41 bis 65 MHz, benutzt; sie sind jedoch nicht für den Gebrauch im Band III geeignet, d. h. in dem Bereich von 170 bis 220 MHz, weil der Gewinn solcher Antennenanordnungen im Band III ungenügend ist. Solche Antennenanordnungen können zwar für die Verwendung im Band III angepaßt werden, indem an den Antennenelementen Ergänzungen angebracht werden, welche sie verkürzen, so daß sie auch in dem höheren Frequenzband mit verbesserter Wirksamkeit arbeiten, jedoch ist die mit dieser Maßnahme verbundene Verkürzung der wirksamen Länge der Strahlerteile im allgemeinen unerwünscht, weil dadurch der Antennengewinn auf einen Wert vermindert wird, der nicht mehr mit der Baugröße der Antenne in Einklang steht.

Es sind auch Antennenanordnungen mit zwei in Abstand voneinander angeordneten, über wenigstens ein Laufzeitglied miteinander verbundenen Antennenleitern oder Leiterpaaren bekannt, deren aufgenommene Signalspannungen sich auf Grund der Bemessung des Laufzeitgliedes gleichsinnig überlagern. In diesen bekannten Anordnungen wurden zur Verbindung zwi-Antennenanordnung

mit über ein Laufzeitglied miteinander

verbundenen Antennenleitern

Anmelder:

Electric & Musical Industries Ltd.,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 6. Oktober 1'954 und 19. September 1955

Edward Cecil Cork, London,
ist als Erfinder genannt worden

sehen den beiden Antennenleitern bzw. Leiterpaaren nur Laufzeitglieder verwendet, deren Verzögerung frequenzunabhängig, d. h. für alle Frequenzen gleich ist. Als Laufzeitglieder wurden bei den bekannten Anordnungen nämlich Lecherleitungen von einer vorbestimmten, in Bruchteilen der Wellenlänge einer zugrunde gelegten Arbeitsfrequenz ausgedrückten Länge verwendet. Mit solchen Anordnungen ließ sich jedoch eine gleichphasige Zusammensetzung der von den Antennenleitern aufgenommenen Spannungen so-

wie eine Erhaltung des Änpassungszustandes und der Richteigenschaften nur innerhalb eines schmalen Frequenzbandes, streng genommen nur für eine einzige Frequenz erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung anzugeben, welche mit befriedigender Wirkung und ohne wesentliche Änderungen des Anpassungszustandes und der Richteigenschaften in zwei Frequenzbändern verwendet werden kann, ohne daß es erforderlich ist, Ergänzungen an den Strahlerteilen anzubringen, welche die wirksame Länge dieser Teile verkürzen. Gleichzeitig soll die angegebene Antenne einen hohen Gewinn aufweisen und eine geringe Empfangsempfindlichkeit in der Rückwärtsrichtung besitzen, d. h. das Verhältnis der Empfangsempfindlichkeit in der Vorwärtsrichtung zu der Empfangsempfindlichkeit in der Rückwärtsrichtung soll groß sein.

Bei einer Antennenanordnung mit zwei in Abstand voneinander angeordneten, über wenigstens ein Lauf-

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geschaltet ist, sowie die Verbindungen 5 und 6, von denen jede die Parallelschaltung einer Induktivität 8 mit einer Kapazität 9 enthält. Die an die Antenne sich anschließende Hochfrequenzleitung ist mit 10 be-5 zeichnet; sie kann durch eine Koaxialleitung oder eine Paralleldrahtleitung gebildet werden, deren Leiter mit den einander benachbarten Enden der Antennenleiter 1 und 2 verbunden sind. Um den Fußpunktwiderstand der Antennenanordnung an den Wellen-

zeitglied miteinander verbundenen Antennenleitern
oder Leiterpaaren, deren aufgenommene Signalspannungen sich auf Grund der Bemessung des Laufzeitgliedes gleichsinnig überlagern, wird dieses Ziel erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Verwendung
in wenigstens zwei verschiedenen Frequenzbändern
das Laufzeitglied bzw. die Laufzeitglieder derartig
ausgebildet ist bzw. sind, daß sich für die genannten
Bänder unterschiedliche, derartig bemessene Laufzeiten ergeben, daß sich die erwähnte gleichsinnige io widerstand der Hochfrequenzleitung anzupassen, ist Überlagerung der von den einzelnen Antennenleitern ein Transformationsglied vorgesehen, welches die oder Leiterpaaren aufgenommenen Signalspannungen Reiheninduktivitäten 11 und das aus der Parallelfür wenigstens zwei Freqenzbänder ergibt. schaltung der Induktivität 12 mit der Kapazität 13 Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer An- gebildete Querglied enthält. Die in Fig. 1 dargestellte tennenanordnung nach der Erfindung sind zwei Paare 15 Antenne kann für die Verwendung in den Bändern I von Antennenleitern im wesentlichen in einer gemein- und III bemessen werden, wobei für die Funktion im samen Ebene angeordnet. Vorzugsweise bildet jedes Band I die Antennenleiter 1, 2, 3 und 4 ungefähr die Leiterpaar eine gewinkelte Dipolantenne, und die Länge einer Viertelwellenlänge erhalten (bzw. eine Leiter beider Paare sind in der Form eines Kreuzes Länge gleich einem ungeraden Vielfachen einer angeordnet, wobei wiederum die Dipolantennen mit- 20 Viertelwellenlänge). Von den Antennenleitern 1 und 2 einander elektrisch über Laufzeitglieder oder Lauf- und auch von den Antennenleitern 3 und 4 werden zeitketten oder äquivalente Leitungsstücke miteinander Signalspannungen aufgenommen. Die durch die Laufverbunden sind, welche innerhalb der verschiedenen zeitglieder bewirkte Verzögerung ist so bemessen, Frequenzbänder unterschiedliche Laufzeiten bzw. Ver- daß die von den zusammengehörigen Leiterpaaren zögerungen gewährleisten, so daß die gewünschte 25 aufgenommenen Signalspannungen sich gleichsinnig gleichsinnige Zusammensetzung der aufgenommenen zusammensetzen, so daß der Gewinn und die Richt-Spannungen zustande kommt. wirkung der Antennenanordnung erhöht werden. Im Unter dieser Voraussetzung, daß nämlich die ent- Band III weisen dann die Antennenleiter 1, 2, 3 und 4 sprechend der Erfindung verwendeten Laufzeitglieder ungefähr eine Länge gleich drei Viertel weilenlängen infolge ihrer Bemessung eine gleichsinnige Zusammen- 30 auf. Das Laufzeitglied ist außerdem so bemessen, daß Setzung der aufgenommenen Signalspannungen be- auch bei den innerhalb des Bandes III liegenden Frewirken, ergibt sich eine erwünschte Verbesserung des quenzen die von den beiden Paaren von Antennen-Antennengewinnes und der Richtwirkung. leitern aufgenommenen Signalspannungen sich gleich-Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele sinnig zusammensetzen, so daß der Gewinn und die von Antennenanordnungen entsprechend der Erfindung 35 Richtwirkung der Antennenanordnung auch bei der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher be- Verwendung im Band III erhöht werden.

Bei einer praktisch ausgeführten Antennenanordnung nach Fig. 1, welche zur Verwendung für den Empfang von Fernsehsignalen mit Trägerfrequenzen von

Fig. 2, 3, 4 und 5 stellen polare Strahlungs- 40 45 und 194,75 MHz bestimmt ist, besteht jeder Andiagramme der in Fig. 1 gezeigten Antennenanord- tennenleiter 1, 2, 3 und 4 aus einem Aluminiumrohr

mit einem äußeren Durchmesser von 13 mm und einer Länge von 155 cm, wobei die zusammengehörigen Antennenleiter miteinander einen Winkel von 90°

die Änderung sich besonders auf die Anordnung der 45 bilden und alle in der gleichen Ebene angeordnet sind. Laufzeitglieder erstreckt; Die Induktivität 7 besitzt die Größe von 0,48 μΗ, die

Induktivitäten 8 haben die Größe von 0,06 μΗ und die Kapazitäten 9 je 15 pF. Die Hochfrequenzleistung 10 kann einen Wellenwiderstand von 75 Ohm aufweisen,

tisch ausgeführten Antennenanordnung nach der Er- 50 wobei dann die Induktivitäten 11 des Anpassungsfindung, und netzes eine Größe von je 0,1 μΗ haben, während die

Fig. 9 dient zur Erläuterung der Anwendung der Induktivität 12 in einer Größe von 0,165 μΗ und die Erfindung auf eine unsymmetrische Antenne. Kapazität 13 mit 4 pF gewählt sind. Die für die ein-

In Fig. 1 enthält die Antennenanordnung ein Paar zelnen Teile gegebenen Größen sind diejenigen, welvon Antennenleitern 1 und 2 sowie ein weiteres Paar 55 ehe sich bei einer Messung mit 45 MHz ergeben. Eine von Antennenleitern 3 und 4. Diese Antennenleiter sind in der angegebenen Weise ausgeführte Antenne hat vorzugsweise innerhalb einer gemeinsamen Ebene an- nach Meßergebnissen einen Gewinn, welcher im geordnet, und die Antennenleiter 1 und 2 bilden wie Band I um 2,45 db über den Gewinn eines Halbwellenauch die Antennenleiter 3 und 4 gegeneinander einen dipols liegt, während der Vergleich im Band III ein Winkel, so daß die Spitzen der beiden auf diese Weise 60 entsprechendes Verhältnis von 5 db ergab. Das Vergebildeten V-förmigen Teile einander benachbart sind. hältnis der Vorwärtsempfindlichkeit zur Rückwärts-Der Antennenleiter 1 ist mit dem Antennenleiter 4 empfindlichkeit in den Bändern I und III beträgt unüber die Verbindung 5 verbunden, während der An- gefähr 10:1.

tennenleiter 2 in entsprechender Weise mit dem An- Die Form der polaren Strahlungsdiagramme der

tennenleiter 3 über die Verbindung 6 verbunden ist. 65 Antennenanordnungen nach der Erfindung bei der In die Verbindungsleitungen sind, wie es in Fig. 1 Verwendung im Band I ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt, während die Fig. 4 und 5 die entsprechenden Diagramme für das Band III zeigen. Es sei angenommen, daß die nach der Erfindung ausgeführten

schrieben. In

Fig. 1 ist das Beispiel einer einfachen Antennenanordnung nach der Erfindung dargestellt;

nung dar;

Fig. 6 zeigt eine etwas abgeänderte Form einer Antennenanordnung nach dem Prinzip der Fig. 1, wobei

Fig. 7 zeigt eine weitere Abänderung der Antennenanordnung nach Fig. 1;

Fig. 8 ist die perspektivische Ansicht einer prak-

angedeutet ist, Verzögerungsmittel bzw. Laufzeitglieder eingeschaltet. Diese Laufzeitglieder enthalten eine Induktivität 7, welche zwischen den einander be

nachbarten Enden der Antennenleiter 3 und 4 ein- 70 Antennen derartig aufgestellt werden, daß die durch

die Antennenleiter I₁ 2, 3, 4 gehende Ebene eine Vertikalebene bildet und der aus den Antennenleitern 3 und 4 gebildete Winkel mit seiner Öffnung zu einer Strahlungsquelle hin gerichtet ist. Fig. 2 der Zeichnung stellt dann das Polardiagramm der gleichen Antenne bei der Arbeitsweise in Band III in der Vertikalebene und Fig. 5 das Diagramm in der Horizontalebene dar.

Es sei angenommen, daß die Signale in den beiden Frequenzbändern, für welche die Antenne bemessen ist, von der gleichen Richtung her, d. h. mit gleichem Azimut, empfangen werden. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist und die Signale von verschiedenen Richtungen einfallen, kann es erforderlich sein, die Länge der Antennenleiter und ihre Winkel gegeneinander der beschriebenen Anordnung zu verändern, wobei auch die Bemessung der Laufzeitglieder entsprechend zu verändern ist, um optimale Ergebnisse zu erhalten.

An Stelle der in Fig. 1 dargestellten konzentrierten Impedanzelemente in den Laufzeitgliedern kann auch ein in geeigneter Weise bemessenes Stück einer Hochfrequenzleitung verwendet werden, wie dies bei 14 in Fig. 6 dargestellt ist. Das Leitungsstück kann in der angedeuteten Weise aufgewickelt sein, um seine räumliehe Länge zu verringern und die Spitzen der aus den Antennenleitern gebildeten Winkel nahe aneinander bringen zu können. Um es zu ermöglichen, daß die Leitung 14 in beiden Frequenzbändern die gewünschten Verzögerungszeiten ergibt, müßte die elektrische Länge des Leitungsstückes 14 für die Verwendung im Band III geringer sein als im Band I. Um dementsprechend die elektrische Länge dieses Leitungsstückes für die Funktion im Band III herabzusetzen, wird ein entsprechend bemessenes Stück der Leitung 14 durch die Verwendung der Blindleitungsstücke 15 kurzgeschlossen. Diese Blindleitungsstücke können aus Gründen der Raumersparnis ebenfalls aufgewickelt sein.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform einer Antennenanordnung nach der Erfindung sind die Antennenleiter 1, 2, 3 und 4 mit zusätzlichen Leitern kombiniert, um die Bandbreite zu vergrößern. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die Antennenleiter 1 und 2 mit in ähnlicher Weise zueinander angeordneten Leitern la und 2 a verbunden, deren innere Enden miteinander über den Widerstand 16 verbunden sind. In gleicher Weise sind die Antennenleiter 3 und 4 mit entsprechend angeordneten Leitern 3ß und 4 a verbunden, welche an ihren inneren Enden über einen Widerstand 17 miteinander verbunden sind. Das in dieser Anordnung verwendete Laufzeitglied ist in vereinfachter Darstellung durch das Rechteck 18 angedeutet. Die zusätzlichen Leiter sind zu den genannten Leitern 1, 2, 3 und 4 im wesentlichen parallel angeordnet, und die erwähnten ohmschen Widerstände 16 und 17 sind im wesentlichen gleich dem Wellenwiderstand der aus den Leiterpaaren 1, 2 und 3, 4 gebildeten Dipolantennen gewählt. Die Widerstände 16 und 17 können aber auch weggelassen und die zusätzlichen Leiter dann an ihren freien Enden unmittelbar miteinander verbunden werden. Das Weglassen der Widerstände 16 und 17 bewirkt jedoch eine gewisse Verminderung der durchgelassenen Bandbreite.

Fig. 8 stellt die räumliche Anordnung bei einer praktischen Ausführung einer Antennenanordnung nach Fig. 1 dar. Die Antennenleiter 1 und 2 sowie 3 und 4 werden mechanisch von dem büchsenförmigen Verbindungsstück 19 gehalten, welches aus einem isolierenden Material besteht und einen abnehmbaren Deckel 20 besitzt, nach dessen Wegnahme die Enden der Leiter 1, 2, 3 und 4 zugänglich sind. Die einzelnen Teile der Schaltung, und zwar nicht nur die Elemente der Laufzeitglieder, sondern auch die des Anpassungsnetzes können auf einer in der Büchse 19 angebrachten Platte, beispielsweise in der Technik der gedruckten Schaltungen oder in ähnlicher Weise, angebracht sein.

Fig. 9 zeigt in vereinfachter Darstellung die Anwendung der Erfindung auf eine unsymmetrische Antenne. In diesem Falle bezeichnen die Ziffern 1 und 3 ein Paar von Antennenleitern, welche unter einem Winkel von beispielsweise 90° gegeneinander angeordnet sind und innerhalb des Bandes I ungefähr eine Viertelwellenlänge lang bemessen sind. Die einander zugewendeten Enden der Antennenleiter sind über ein Laufzeitglied miteinander verbunden, welches die Induktivitäten 7 und die Parallelschaltung der Induktivität 8 mit der Kapazität 9 enthält. Die Hochfrequenzleitung zur Verbindung der Antenne mit einem Funkgerät besteht aus einer Koaxialleitung mit dem Innenleiter 21, der mit dem Antennenleiter 1 verbunden ist, und dem Außenleiter 22, der mit einer künstlichen Erdung 23 in Verbindung steht. Diese künstliche Erdung ist in an sich bekannter Weise durch einen Leiter hergestellt, welcher im Band I eine elektrische Länge gleich einer halben Wellenlänge besitzt; es ist eine weitere künstliche Erdung 24 vorgesehen, welche durch einen Leiter gebildet wird, dessen Länge gleich einer halben Wellenlänge im Band III entspricht. Erforderlichenfalls kann natürlich die künstliche Erdung je einen Leiter von der Länge einer Viertelwellenlänge in den betrachteten Bändern enthalten. Die Leiter, welche die künstlichen Erdungen 23 und 24 bilden, können in an sich bekannter Weise aufgewickelt sein, um ihren Raumbedarf zu verringern. Die Enden der Induktivitäten 7, welche von den Verbindungen mit den Antennenleitern 1 und 3 abgewendet sind, sind mit der künstlichen Erdung verbunden.

Erforderlichenfalls kann auch eine Mehrzahl von Antennen der beschriebenen Art verwendet werden, indem die Antennen um einen gemeinsamen Mittelpunkt herum angeordnet werden.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Verwendung ■ bestimmter Winkel zwischen den Antennenleitern beschränkt, weil diese Winkel in Abhängigkeit von praktischen Erfordernissen und besonders von der Lage der Antenne in bezug auf den Sender Veränderungen unterworfen werden können. Entsprechend kann es auch aus ähnlichen Gründen nötig sein, die Laufzeitglieder in Abhängigkeit von der Lage der Antennenleiter zu verändern.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Antennenanordnung mit zwei in Abstand voneinander angeordneten, über wenigstens ein Laufzeitglied miteinander verbundenen Antennenleitern oder Leiterpaaren, deren aufgenommene Signalspannungen sich auf Grund der Bemessung des Laufzeitgliedes gleichsinnig überlagern, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung in wenigstens zwei verschiedenen Frequenzbändern das Laufzeitglied bzw. die Laufzeitglieder (7, 8, 9) derartig ausgebildet ist bzw. sind, daß sich für die genannten Bänder unterschiedliche, derartig bemessene Laufzeiten ergeben, daß sich die erwähnte gleichsinnige Überlagerung der von den einzelnen Antennenleitern (1, 3 in Fig. 9) oder Leiterpaaren (1, 3 und 2, 4 in Fig. 1) aufgenom-

menen Signalspannungen für wenigstens zwei Frequenzbänder ergibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenleiter (1, 2) in V-Fortn angeordnet sind und das Laufzeitglied oder die Laufzeitglieder (7, 8, 9) zwischen den der Spitze des V zugekehrten Enden der Leiter angeordnet ist bzw. sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Leiterpaar eine gewinkelte Dipolantenne bildet und die Leiter zweier Paare in der Form eines Kreuzes angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter (1) des einen Paares über Kreuz mit einem Leiter (4) des anderen

Paares und der andere Leiter (2) des erstgenannten Paares über Kreuz mit dem anderen Leiter (3) des zweiten Paares verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu den genannten Leitern (1, 2, 3, 4) zusätzliche Leiter (la, 2 a, 3a, 4a) im wesentlichen parallel angeordnet und ihre dem Überkreuzungspunkt zugewendeten Enden vorzugsweise paarweise über ohmsche Widerstände miteinander verbunden sind, deren Größen im wesentlichen gleich dem Wellenwiderstand der Dipolantennen gewählt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 501 315, 723 509.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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