DE1019355B - Breitband-Richtantennensystem - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Antennenanordnung, insbesondere mit breitbandigen Richtantennensystemen für ultrahohe Frequenzen.

Insbesondere wird bei Antennensystemen, die für Funkfeuer zur Richtungsbestimmung Verwendung finden, ein rotierendes Richtdiagramm verlangt, das nur vertikal polarisierte Wellen abstrahlt. Es ist bekannt, daß bei solchen Antennensystemen, von denen eine besondere Breitbandigkeit verlangt wird, der Durchmesser des Dipols einen bestimmten Bruchteil der verwendeten Wellenlänge betragen muß. Es ist auch bekannt, daß mit wachsendem Durchmesser des Dipols die Antenne selbst mehr und mehr für Wellen horizontaler Polarisation, sei es für die Abstrahlung oder den Empfang, empfindlich wird. Das gilt natürlich auch für größer werdende Durchmesser der einzelnen Reflektoren. Wird die Antenne für ein Funkfeuer verwendet, so wird meist ein umlaufendes Richtdiagramm benötigt. Dieses umlaufende Diagramm wird mit Hilfe von um den eigentlichen Strahler herum rotierenden Reflektoren erzeugt. Auf diese Weise entstehen bei Antennenanordnungen, deren Strahler und Reflektoren einen beträchtlichen Durchmesser im Verhältnis zur Wellenlänge haben, bei Verwendung in einem Funkfeuer Polarisationsfehler, die sich auf die Richtungsbestimmung auswirken. Es ist deshalb Zweck der Erfindung, eine Richtantenne mit rotierendem Reflektor zu schaffen, die gegen horizontal polarisierte Wellen unempfindlich und nur zum Senden oder zum Empfang vertikal polarisierter Strahlungen geeignet ist. Die Antenne muß naturgemäß eine mechanisch stabile Konstruktion haben.

Das aus einem vertikalen koaxialen Breitbanddipol und einem um diesen rotierenden Reflektor bestehende Antennensystem zur Erzeugung eines rotierenden Richtdiagramms ist dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus einer Mehrzahl von leitenden Stäben besteht, die auf einem konzentrisch zur Dipolachse drehbaren Zylinder aus Isoliermaterial isoliert voneinander angeordnet sind und als parasitäre Strahler wirken, derart, daß bei Rotation des Zylinders ein mehrblättriges rotierendes Strahlungsdiagramm entsteht.

Jeder der als parasitärer Strahler wirkenden Stäbe hat in weiterer Ausbildung der Erfindung eine mechanische Länge, die ungefähr gleich der halben Betriebswellenlänge ist, und eine solche Breite, daß die Leitfähigkeit groß genug ist. Da diese hinreichende Leitfähigkeit bereits bei sehr dünnen Stäben erreicht wird, spricht der Reflektor auf horizontal polarisierte Strahlung kaum an und spricht wegen seiner Länge (2/2) nur auf Wellen vertikaler Polarisation an. Soll die Antenne z. B. im Gebiet der Meterwellen betrieben werden, so kann man die Reflektoren mäanderförmig Breitband-Richtantennensystem

Anmelder:

International Standard Electric
Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Irving Richard Taylor, New York, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

ausführen, um die elektrische Länge auf einer geringeren mechanischen Länge unterzubringen.

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt einer vorzugsweisen Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung, bei der ein Teil des Zylinders aufgeschnitten ist, um die erfindungsgemäße Anordnung der Antenne und des Reflektors erkennen zu lassen, der zur Richtstrahlerzeugung mit einer Drehvorrichtung gekoppelt ist;

Fig. 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Reflektorstreifen für den Gebrauch bei niederen Frequenzen;

Fig. 5 zeigt im Querschnitt eine konstruktive Einzelheit, die bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Reflektors angewandt werden kann.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Antennenanordnung dargestellt. Man sieht, daß die Antennenanordnung eine koaxiale Dipolantenne 1 enthält. Eine koaxiale Übertragungsleitung, die mit ihrem einen Ende in einem Koaxialstecker 3 endet, ist mit ihrem Innenleiter 4 mit dem oberen Element 5 des Dipols I₁ mit ihrem Außenleiter 6 mit dem unteren Element 7 des Dipols 1 verbunden. Der Dipol ist gegen die ihn stützende Trägerkonstruktion 8 durch dielektrisches Material 9 elektrisch isoliert. Konzentrisch zum Dipol 1 ist ein Zylinder 10 angebracht, der aus Isoliermaterial, z. B. Faserglas, besteht und der das Strahlungsdiagramm der Antenne nicht beeinflußt. Eine Mehrzahl leitender Streifen ist entweder, wie in den Fig. 1 und 5 gezeigt, auf der Innenseite des Zy-

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linders 10 oder auf seiner Außenseite angebracht, wie dies in den Fig. 2, 3 und 4 zu sehen ist.

Sie wirken als parasitärer Reflektor. Der Zylinder 10, der den Reflektor trägt, wird von den Lagern 16 und 17 gehalten, die eine Drehung des Reflektors um den Dipol herum gestatten, so daß das Richtdiagramm der Antennenanordnung rotiert. Der Reflektorzylinder 10 wird vom Motor 18 mit Hilfe des Getriebes 19 mechanisch gedreht. Ein mechanisches Verbindungsstück

steht aus einem 48,3 cm langen Koaxialdipol und besitzt 55,9 cm lange Reflektorstreifen, die bei 215 MHz angepaßt sind. Die Reflektorstreifen sind auf das Isoliermaterial des Reflektorzylinders mit Silberfarbe aufgetragen. Die Streifen sind 2 cm breit und im gegenseitigen Abstand von 2,3 cm auf einem Radius von 10,2 cm angebracht. Der Abstand zwischen Dipol und Reflektor beträgt 8,9 cm.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung im

20 zwischen dem Motor 18 und dem Wechselstrom- io Zusammenhang mit einer Schaltung zur Richtungs

erzeuger 21 gestattet den Antrieb des Wechselstromerzeugers 21 synchron zur Drehung des Reflektorzylinders 10. Die Antennenanordnung ist von einer

Diese ist aus einem das

Schutzhaube 22 umgeben.

halten, die außerdem
antenne 1 abstützt.

das obere Ende der Dipol

bestimmung. Bei dieser Anordnung wird der Reflektor durch den Motor 18 gedreht, der aber gleichzeitig den Wechselstromerzeuger 21 synchron mit dem Reflektor antreibt. Der Wechselstromerzeuger 21 gibt eine Be-Strahlungsdiagramm der Antenne nicht beeinflussen- 15 zugsspannung an die Statorwicklungen 23 des Phasenden Material, z.B. Faserglas, hergestellt. Das Lager messers 24. Die Antennenübertragungsleitung 2 ist IG wird von der oberen Fläche der Schutzhaube 22 ge- mit der Rotorwicklung 25 des Phasenmessers 24 über

einen Empfänger und Verstärker 26 sowie eine hohe Impedanz 27 verbunden. Der Azimut des empfangenen Um eine Wirkung über ein verhältnismäßig breites 20 Signals wird durch die Drehung des Rotors 25 im Frequenzband zu erzielen, ist die Antenne 1 ein Ko- Phasenmeßgerät 24 angezeigt und gibt so Antwort auf axial-Breitbanddipol mit niederer Güte. Die Ausführung solch einer Dipolantenne, die in einem breiten
Frequenzband arbeiten soll, erfordert einen Durchmesser, der im Vergleich zur Wellenlänge der Aus- 25
Strahlungen, für welche die Antenne bestimmt ist,
relativ groß ist. Wegen des großen Durchmessers aber
wird die Antenne f ür horizontale Polarisation empfindlich. Die untere Hälfte 7 des Dipols ist mit dem

Außenleiter 6 der koaxialen Übertragungsleitung 2 30 Einfügung einer hohen Impedanz in die Übertragungsverbunden, schirmt die Übertragungsleitung ab und leitung 2 zwischen dem Verstärker 26 und der Rotorschützt sie so vor Beeinflussung durch die von der wicklung 25 des Phasenmessers erreichen. Antenne empfangenen Strahlungen. Bei Verwendung niederer Frequenzen wird die

Die Länge des Dipols wird so bestimmt, daß er bei physikalische Länge der Reflektorstreifen zu groß. einer mittleren Frequenz des gewünschten Frequenz- 35 Um dies zu vermeiden, können Reflektorstreifen bereiches angepaßt ist. Die reflektierenden Streifen 11 anderer Gestalt, wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, bis 15 haben alle die elektrische Länge einer halben verwendet werden. Fig. 3 zeigt zwei Reflektorstreifeu Wellenlänge, die am unteren Frequenzbandende des 28 und 29 in Zickzackform. Der Zickzack winkel a Dipols niederer Güte liegt. Die Breite jedes leitenden sollte nicht kleiner als 45° sein, um die Kapazität Streifens wird so schmal wie möglich gemacht in 40 zwischen benachbarten Teilen des Reflektorstreifens Übereinstimmung mit der Forderung, daß die Streifen möglichst klein zu halten. Parallele Zickzackstreifen

die Phasenbeziehung zwischen dem vom Dipol 1 empfangenen Signal und der vom Wechselstromerzeuger 21 abgenommenen Bezugsspannung.

Wenn ein empfangenes Signal zur Rotor wicklung 25 gelangt, arbeitet der Phasenmesser 24 als Motor. Um der Neigung des Phasenmessers, als Motor zu arbeiten, entgegenzuwirken, muß man den Strom in der Rotorwicklung 25 verkleinern. Dies läßt sich durch

genügende Leitfähigkeit besitzen. Sie können aus einer Mehrzahl aus leitendem Material hergestellter Drähte oder Bänder bestehen, oder sie können mit einer me-

können hinzugefügt werden. Doch sollte die Zahl der zusätzlichen Streifen auf zwei oder drei beschränkt bleiben wegen der zwischen den Streifen entstehenden

tallischen oder leitenden Farbe auf den Zylinder 10 45 Kapazität, welche eine zusammenhängende Oberfläche

aufgetragen sein. Wegen der geringen Breite der re- des Reflektors nachahmt und horizontale Polari-

flektierenden Streifen ist der Reflektor für horizontale sationen reflektiert.

Polarisation unempfindlich, reflektiert aber vertikal Fig. 4 zeigt einen mäanderförmig ausgebildeten Repolarisierte Wellen. Auf diese Weise beseitigt man die flektorstreifen30. Bei Anwendung dieser Form ist nur Neigung des Breitbanddipols, auch für horizontale 50 ein einziger Streifen zur hinreichenden Reflexion ver

Polarisationen empfindlich zu sein. Der Abstand zwischen den Streifen ist klein genug, um eine ausreichende Reflexion der vertikal polarisierten Wellen zu erreichen, und weit genug, um einer übermäßigen Kapazität zwischen den Streifen 11 bis 15 vorzubeugen, welche die elektrische Länge des Streifens ändern könnte. Auch könnte die Kapazität das Äquivalent zu einer festen Reflektorfläche darstellen und auf diese Weise polarisierte Strahlungen reflek-

tikal polarisierter Wellen notwendig. Der Abstand zwischen parallelen Teilen des Streifens soll groß genug sein, um übermäßige Kapazitäten zu vermeiden, \velche die elektrische Länge des Reflektorstreifens beeinflussen würden.

In Fig. 5 ist eine Teilansicht des Querschnitts durch den Reflektorzylinder 10 dargestellt, bei der ein Reflektorstreifen lla in den Zylinder eingebettet ist. Der Reflektor kann durch Anbringen oder Aufmalen der

tieren. Der Abstand zwischen dem Dipol 1 und den 60 Reflektorstreifen, wie z.B. Streifen lic, auf der Ober-Reflektorstreifen liegt in der Größenordnung von 0,07 fläche eines Isoliermaterials, z. B. Faserglas, herbis 0,12 X. gestellt werden. Dann wird eine andere Schicht aus

Der parasitäre Reflektor kann durch Anbringen der Isoliermaterial darüber aufgebracht, so daß die

Leiterstreifen 11 bis 15 auf einer Ebene, die zu einer leitenden Streifen lamellenförmig eingebettet sind. Es

Ebene der vertikalen Dipolantenne parallel ist, gebil- 65 lassen sieh auch andere Methoden zur Herstellung der

det werden. Diese Formgebung hat aber den Nachteil, Reflektoren benutzen, so z. B. Aufmalen der Reflektor-

daß der rotierende Reflektor dann einseitig belastet streifen 11 α auf die Innenfläche eines Zylinders oder

wäre und deshalb Gegengewichte erforderlich würden. Einlegen leitender Drähte oder Bänder in die Zy-

Eine spezielle Form einer Antennenanordnung·, die linderwand,

im Frequenzband von 225 bis 400 MHz arbeitet, be- 70 Die Erfindung wurde zwar an Hand einer speziellen

Antennenausführung erläutert. Dies stellt jedoch keine Beschränkung ihres Wesens und ihrer Anwendbarkeit dar.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Aus einem vertikalen koaxialen Breitbanddipol und einem rotierenden Reflektor bestehendes Antennensystem zur Erzeugung eines rotierenden Richtdiagramms, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus einer Mehrzahl von leitenden Stäben besteht, die auf einem konzentrisch zur Dipolachse drehbaren Zylinder aus Isoliermaterial isoliert voneinander angeordnet sind und als parasitäre Strahler wirken, derart, daß bei Rotation des Zylinders ein mehrblättriges rotierendes Strahlungsdiagramm entsteht.

2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System durch eine Schutzhaube abgedeckt ist und daß die Streifen des Reflektors aus Drähten gefertigt sind, die eine halbe Wellenlänge lang sind.

3. Antennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus einer Mehrzahl paralleler, eine halbe Wellenlänge langer Streifen besteht, deren Abstand vom Dipol 0,07 bis 0,12 Wellenlängen beträgt und deren Breite durch genügende Leitfähigkeit gegeben ist.

4. Antennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorstreifen aus einer Mehrzahl Metallbänder bestehen, die eine halbe Wellenlänge lang sind und deren Breite durch die Leitfähigkeit bestimmt wird.

5. Antennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorstreifen in Zickzackform parallel zueinander liegen, wobei der Zickzackwinkel nicht kleiner als 45° ist.

6. Antennensystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Streifenleiter in Form eines griechischen Bandmusters vorhanden ist, der eine halbe Wellenlänge lang ist.

7. Anwendung des Antennensystems nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Azimutbestimmung des empfangenen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugsspannung erzeugt wird, die mit der Drehung des Reflektors in Phase ist und die in einem Instrument mit dem von der Antenne aufgenommenen Signal verglichen wird, und daß die Drehung des Reflektors durch einen Motor über ein Getriebe erfolgt, der gleichzeitig einen AVechselstromerzeuger dreht, der die Bezugsspannung liefert.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspannung an die Statorwicklungen, das Antennensignal an die Rotorwicklung des zur Azimutbestimmung verwendeten Phasenmessers gelegt ist.

9. Anordnung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Übertragungsleitung ein Transformator mit hoher Impedanz liegt, dessen Primärwicklung mit der Antenne und dessen Sekundärwicklung mit der Rotorwicklung des Phasenmessers verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 901 665;
britische Patentschrift Nr. 268 029.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

® 709 760/220 11.57