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Die
Erfindung betrifft eine Dipol-Antenne mit v-förmig ausgerichteten Antennenstrahlern
(im Englischen auch als „vee
dipol antenna" bezeichnet).
Die Erfindungen betrifft insbesondere Antennen für den Kurzwellenbereich, deren
Gewinn bis zu 13 dBi beträgt.
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Bekannt
und kommerziell erhältlich
sind bedämpfte
v-förmige
Dipolantennen („loaded
vee dipole Antennas"),
weit verbreitet z.B. in der Aufbauvariante „Loaded Sloping Vee". Die Enden dieser
Antennen werden üblicherweise
zu Lastwiderständen
am Boden geführt.
Dadurch verringert sich die mittlere Höhe der Antenne zwangsläufig auf
den halben Wert. Das erhöht
den Abstrahlwinkel, was insbesondere bei Weit-Kommunikation der Gewinn erheblich schmälert. Derartige
Antenne können
breitbandig betrieben werden. Sie benötigen kein Antennenabstimmgerät.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine V-förmige Dipol-Antenne zu schaffen,
mit der gegenüber
unbedämpften
Dipol-Antennen ein erhöhter
Antennengewinn erzielt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird mit der Antenne gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungen der
Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die
erfindungsgemäße v-förmigen Dipol-Antennen
umfassen als wesentliche Komponenten eine Anpasseinheit, einem Symmetrierübertrager
(Balun) und Antennenstrahler. Sie umfasst jedoch keine Bedämpfungswiderstände. Mit
den aufeinander abgestimmten Eigenschaften von Anpasseinheit (beherrschbarer
Impedanzbereich, Güte),
Balun (Güte) und
Antennenstrahler (Länge)
sind sehr hohe Antennengewinne realisierbar. Verglichen mit herkömmlichen
bedämpften
Dipolen (bedämpften
Breitband-Dipolantennen) ergibt sich ein Gewinn von bis zu 10dB.
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Das
erfindungsgemäße Antennensystem
ist an der Schnittstelle zum Transceiver breitbandig, da eine automatische
Impedanzanpassung durch die Anpasseinheit erfolgt. Die mittlere
Restfehlanpassung ist geringer als bei bedämpften Dipolen, wodurch die
angeschlossenen Sender eine höhere
Ausgangsleistung abgeben können.
Dadurch ergibt sich ein zusätzlicher
Anlagengewinn von bis zu 2 dB.
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Für Antennenanpassgerät und Balun
kann der Fachmann auf an sich bekannte, auch kommerziell erhältliche
Geräte
zurückgreifen.
(z.B.
EP 0 809 321
A1 ).
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Abhängig vom
gewünschten
Entfernungsbereich können
unterschiedliche Aufbauvarianten des Antennensystems eingesetzt
werden.
- 1. kurze Entfernung (NVIS): Aufbauvariante „Vee" oder „Inverted
Vee"
- 2. mittlere Entfernung: Aufbauvariante „Sloping Vee"
- 3. große
Entfernung: Aufbauvariante „Horizontal Vee".
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Die
Erfindung wird anhand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf Fig. näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Antenne
in der Aufbauvariante „Inverted
Vee" sowie ein Diagramm
zum Antennengewinn in Abhängigkeit
von der Frequenz;
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2 eine
erfindungsgemäße Antenne
in der Aufbauvariante „Sloping
Vee" sowie ein Diagramm
zum Antennengewinn in Abhängigkeit
von der Elevation;
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3 eine
erfindungsgemäße Antenne
in der Aufbauvariante „Horizontal
Vee" sowie eine drei-dimensionale
Darstellung des Antennengewinns.
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1 zeigt
eine erste Ausführung
der erfindungsgemäßen Antenne
in der Aufbauvariante „Inverted
Vee". Die beiden
Dipolenden sind vom zentralen Mast M nach unten auf den Boden geführt. Am zentralen
Mast M sind die Anpasseinheit AE sowie der Symmetrieübertrager
B angeordnet. Die beiden Strahlerarme des Dipols (L1 und L2) sind
in dieser Ausführung
vorteilhaft aus jeweils zwei Leitern L1a, L1b bzw. L2a, L2b gebildet.
Damit kann eine Verkürzung
der Leiterlänge
erreicht werden. Die Leiter sind jeweils 30 m lang, die Höhe des Masts
beträgt
10 m. Daraus resultierende Abstände
zwischen den Bodenbefestigungspunkten der einzelnen Leiter sind
in der 1 angegeben.
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Die
dargestellte Aufbauvariante entspricht einem Spreizwinkel zwischen
den beiden Dipolarmen von 180°.
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Diese
Aufbauvariante besitzt eine steilstrahlende Charakteristik mit sehr
guten Rundum-Strahlungseigenschaften. Der Frequenzbereich beträgt 2 bis
12 MHz.
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In 1 ist
unten ein Diagramm zum Gewinn dieser Aufbauvariante (durchgezogene
Linie) in Abhängigkeit
vom Gewinn bei fester Elevation von 90° dargestellt. Zum Vergleich
ist der Gewinn eines bedämpften
Dipols in der „Inverted
Vee" Aufbauvariante gemäß Stand
der Technik eingezeichnet (gestrichelte Linie). Die Leiter der bekannten
Antenne weisen eine Länge
von jeweils 50 m bei einer Masthöhe
von 9m auf. Aus dem Diagramm wird die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Ausführung offensichtlich.
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Die
Eigenschaften der in 1 dargestellten Aufbauvariante „Inverted
Vee" sind im wesentlichen identisch
zu der Aufbauvariante „Vee", die hier nicht im
einzelnen dargestellt wird. Bei dieser Variante bilden die Strahler
des Dipols ein mit der Spitze auf dem Boden stehendes V. Hierfür werden
zwei Masten benötigt,
an denen die Dipolenden angeordnet sind.
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2 zeigt
eine weitere erfindungsgemäße Ausführung in
der Aufbauvariante „Sloping
Vee". Der Spreizwinkel
zwischen den beiden Dipolarmen beträgt hier etwa 70°, wobei dieser
Wert um ± 5° variiert werden
kann, ohne die Antenneneigenschaften wesentlich zu verändern. Die
Hauptstahlrichtung der Antenne ist ebenfalls eingezeichnet. Wie
in der Ausführung
gemäß 1 sind
auch hier die beiden Dipolarme aus jeweils zwei Leitern L1a, L1b
bzw. L2a, L2b gebildet. Antennenanpassgerät AE und Balun B sind am Mast
M angeordnet. Die Abspannung links hinter dem Mast dient zur Stabilisierung.
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Die
gezeigte Aufbauvariante ist flachstrahlend mit Richtwirkung und
steilstrahlend mit guten Rundum-Strahlungseigenschaften. Der Frequenzbereich
beträgt
für mittlere
Entfernungen 8 bis 30 MHz, für
kurze Entfernungen 2 bis 12 MHz. Ein Diagramm mit dem Gewinn dieser
Ausführung
in Abhängigkeit von
der Elevation ist in 2, unten enthalten.
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3 zeigt
in schematischer Darstellung eine dritte erfindungsgemäße Ausführung in
der Aufbauvariante „Horizontal
Vee". Die Antennenstrahler, wie
in 1 doppelt ausgelegt als L1a, L1b und L2a, L2b,
liegen in einer horizontalen Ebene. Wie aus der dreidimensionalen
Darstellung des Antennengewinns (untere Abbildung) deutlich wird,
verfügt
diese Aufbauvariante über
eine ausgeprägte
Richtwirkung bei einem niedrigen Abstrahlwinkel. Das Strahlungsverhalten
bleibt über
einen Frequenzfaktor von ca. 2,5 annähernd gleich. Dadurch wird
sie als Breitband-Richtantenne für
Weit-Kommunikation
verwendbar.
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Die
Richtwirkung entsteht durch die horizontale Aufhängung der Antennenstrahler
mit einem Winkel zwischen den beiden Dipolarmen von ca. 78°, wobei Abweichungen
im Bereich von ± 5° möglich sind.
Auch in dieser Ausführung
werden für
jeden Dipolarm zwei Leiter L1a, L1b und L2a, L2b verwendet, wobei
selbstverständlich
auch Ausführungen
mit mehr als zwei oder nur einem Leiter wie bei den anderen Ausführungen
auch möglich
sind.
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Es
entsteht eine Verlagerung der Hauptstrahlung in Richtung der Winkelhalbierenden
bei flachen Erhebungswinkeln.
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Die
Antenne erreicht zwischen 15 und 30MHz Gewinne von 10 bis 13dBi,
wenn sie in einer Höhe
von 8 bis 10m angeordnet ist.
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Diese
Anordnung ist nur möglich,
wenn die Antenne unbedämpft
ist und durch ein Antennenabstimmgerät verlustarm abgestimmt wird.
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Mit
diesen Antennen kann eine sichere Funkverbindung über große Entfernungen
(mehrer 1000 km) mit geringer Sendeleistung erreicht werden.
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Installationsaufwand,
Kosten und Gewicht sowie Logistikanforderungen sind gering.