DE102005003685B4 - Antenna with reflector - Google Patents
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Abstract
Antenne mit zumindest einem Reflektor (12) und zumindest einem Strahlelement (2 - 6, 22 - 24, 2' - 6', 22' - 24'), das von dem ebenen Reflektor (12) beabstandet angeordnet ist und das zumindest einen ersten Strahlkörper (7, 7') umfasst, dessen Geometrie einem Ausschnitt eines dreiachsigen Ellipsoids entspricht, wobei alle drei Halbachsen (9, 10, 11, 11'') unterschiedlich lang sind und die kürzeste der drei Halbachsen (11'') senkrecht zu der Oberfläche des ebenen Reflektors (12) verläuft.Antenna with at least one reflector (12) and at least one radiating element (2-6, 22-24, 2'-6 ', 22'-24'), which is arranged at a distance from the flat reflector (12) and which has at least one first Radiant body (7, 7 '), the geometry of which corresponds to a section of a three-axis ellipsoid, with all three semi-axes (9, 10, 11, 11 ") of different lengths and the shortest of the three semi-axes (11") being perpendicular to the Surface of the flat reflector (12) runs.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antenne mit einem Reflektor.The invention relates to an antenna with a reflector.
Reflektorantennen, bei denen mittels eines Reflektors die einfallende Strahlung auf das eigentliche Strahlelement der Antenne reflektiert wird, sind bekannt. Außerdem ist es bekannt, als Strahlelement ein Ellipsoid zu verwenden. Ein solches Rotationsellipsoid wird bevorzugt bei breitbandigen Anwendungen als Strahlelement eingesetzt. Aufgrund der Rotationssymmetrie des Ellipsoids und der daraus resultierenden Mindestdistanz und der Wechselwirkungen mit einem Reflektor ist jedoch die Kombination aus einem Reflektor mit einem ellipsoiden Strahlelement schwierig. Insbesondere ist es für eine breitbandige Anwendung dann erforderlich, zusätzlich belastende Elemente vorzusehen, mit denen eine Impedanzanpassung erfolgt.Reflector antennas in which the incident radiation is reflected onto the actual radiating element of the antenna by means of a reflector are known. It is also known to use an ellipsoid as a radiating element. Such an ellipsoid of revolution is preferably used as a radiation element in broadband applications. Due to the rotational symmetry of the ellipsoid and the resulting minimum distance and the interactions with a reflector, however, the combination of a reflector with an ellipsoidal radiating element is difficult. In particular, for a broadband application it is then necessary to provide additional loading elements with which impedance matching takes place.
Solche diskreten Bauelemente zur Impedanzanpassung haben jedoch eine Reduzierung der Empfindlichkeit durch ihre dämpfende Wirkung zufolge.Such discrete components for impedance matching, however, result in a reduction in sensitivity due to their damping effect.
Zum Stand der Technik sei auf die
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Antenne zu schaffen, welche in einem breitbandigen Frequenzspektrum einsetzbar ist, wobei auf eine Impedanzanpassung durch diskrete Bauelemente verzichtet werden kann.The object of the invention is to create an antenna which can be used in a broadband frequency spectrum, in which case impedance matching by means of discrete components can be dispensed with.
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Antenne mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by the antenna according to the invention with the features of
Die erfindungsgemäße Antenne besteht aus zumindest einem Reflektor und zumindest einem Strahlelement. Das Strahlelement ist von dem Reflektor beabstandet angeordnet. Das Strahlelement besteht aus zumindest einem ersten Strahlkörper, wobei die Geometrie dieses ersten Strahlkörpers einem Ausschnitt eines dreiachsigen Ellipsoids entspricht. Bei diesem dreiachsigen Ellipsoid sind alle der insgesamt drei Halbachsen unterschiedlich lang. Durch die Kombination aus einem Reflektor mit einem in seiner Geometrie einem Ausschnitt eines Ellipsoids entsprechenden Strahlkörper lässt sich die breitbandige Funktion der Antenne beibehalten, ohne dass eine Impedanzkorrektur durch diskrete Bauelemente erforderlich ist. Die geringe Änderung der Impedanz in dem Frequenzband ist dabei in der Wechselwirkung zwischen dem Reflektor und dem beabstandet dazu angeordneten Strahlkörper begründet. Durch die Verwendung lediglich eines Ausschnitt des Ellipsoids verringert sich dabei die Impedanzänderung über die Frequenz, so dass im Gegensatz zu einer Anordnung mit einem vollständigen Ellipsoiden auf zusätzliche diskrete Bauelemente verzichtet werden kann.The antenna according to the invention consists of at least one reflector and at least one radiating element. The radiating element is arranged at a distance from the reflector. The radiating element consists of at least one first radiating body, the geometry of this first radiating body corresponding to a section of a three-axis ellipsoid. In this three-axis ellipsoid, all of the three semi-axes are of different lengths. The combination of a reflector with a radiation body whose geometry corresponds to a section of an ellipsoid allows the broadband function of the antenna to be retained without impedance correction by discrete components being necessary. The slight change in the impedance in the frequency band is due to the interaction between the reflector and the radiating body arranged at a distance from it. The use of only a section of the ellipsoid reduces the change in impedance over the frequency, so that, in contrast to an arrangement with a complete ellipsoid, additional discrete components can be dispensed with.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Antennen ausgeführt.Advantageous developments of the antennas according to the invention are set out in the dependent claims.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, den Strahlkörper so bezüglich des Reflektors zu positionieren, dass seine geschlossene Seite zu der von dem Reflektor abgewandten Seite orientiert ist, also der Mittelpunkt des dreiachsigen Ellipsoids auf der dem Reflektor zugewandten Seite des Strahlkörpers liegt. Für die Geometrie des ellipsoiden Strahlkörpers hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, alle drei Halbachsen des dreiachsigen Ellipsoids unterschiedlich lang zu wählen, wobei besonders bevorzugt die kürzeste der drei Halbachsen senkrecht zu der Reflektorfläche verläuft. Dies ergibt eine Anordnung, bei der die ellipsoide Geometrie des Strahlkörpers zu dem Reflektor hin abgeflacht ist.It is particularly advantageous to position the radiator with respect to the reflector so that its closed side is oriented towards the side facing away from the reflector, i.e. the center of the three-axis ellipsoid is on the side of the radiator facing the reflector. For the geometry of the ellipsoidal radiating body, it has been found to be particularly advantageous to choose all three semiaxes of the three-axis ellipsoid of different lengths, the shortest of the three semiaxes particularly preferably running perpendicular to the reflector surface. This results in an arrangement in which the ellipsoidal geometry of the radiating body is flattened towards the reflector.
Ein besonders vorteilhafter Ausschnitt des dreiachsigen Ellipsoiden ergibt sich dann, wenn das dreiachsige Ellipsoid durch eine erste Schnittfläche und eine näherungsweise dazu senkrecht angeordnete zweite Schnittfläche ausgeschnitten wird. Die verwendete erste Schnittfläche und zweite Schnittfläche müssen dabei nicht zwingend ebene Flächen sein. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, eine ebene erste Fläche sowie eine ebene zweite Fläche zu verwenden, und die Schnitte in zwei der Symmetrieebenen des Ellipsoids zu legen. Der so entstehende Strahlkörper entspricht damit einem Viertel des vollständigen Ellipsoiden.A particularly advantageous section of the three-axis ellipsoid is obtained when the three-axis ellipsoid is cut out by a first cut surface and a second cut surface arranged approximately perpendicular thereto. The first cut surface and second cut surface used do not necessarily have to be flat surfaces. However, it is particularly advantageous to use a flat first surface and a flat second surface and to make the cuts in two of the planes of symmetry of the ellipsoid. The resulting radiant body thus corresponds to a quarter of the complete ellipsoid.
Der erste Strahlkörper wird hinsichtlich des Reflektors bevorzugt so angeordnet, dass die erste Schnittfläche, die sich entlang der längsten Halbachse erstreckt, parallel zu der Reflektoroberfläche angeordnet ist.With regard to the reflector, the first radiating body is preferably arranged in such a way that the first cut surface, which extends along the longest semi-axis, is arranged parallel to the reflector surface.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Strahlelement ein Dipolstrahler. Der Dipolstrahler umfasst dabei neben dem ersten Strahlkörper einen zweiten Strahlkörper, der ebenfalls ein Ausschnitt eines dreiachsigen Ellipsoiden ist. Insbesondere entsprechen sich die ellipsoiden Geometrien, d. h. die drei Halbachsen des ersten Strahlkörpers und die entsprechenden Halbachsen des zweiten Strahlkörpers sind paarweise gleich.According to a further particularly preferred embodiment, the radiating element is a dipole radiator. In addition to the first radiator, the dipole radiator comprises a second radiator which is also a section of a three-axis ellipsoid. In particular, the ellipsoidal geometries correspond to one another, i. H. the three semi-axes of the first jet body and the corresponding semi-axes of the second jet body are identical in pairs.
Zueinander werden die beiden Strahlkörper des Dipolstrahlers bevorzugt so angeordnet, dass eine Halbachse des ersten Strahlkörpers und die entsprechende Halbachse des zweiten Strahlkörpers sowie die Flächennormale des Reflektors in einer gemeinsamen ersten Ebene liegen. Dabei können diese Halbachse des ersten Strahlkörpers und die entsprechende Halbachse des zweiten Strahlkörpers auch einen von 0° abweichenden Winkel einschließen.The two radiating bodies of the dipole radiator are preferably arranged relative to one another in such a way that a semiaxis of the first radiating element and the corresponding semiaxis of the second radiating element and the surface normal of the reflector are in one common first level. This semiaxis of the first jet body and the corresponding semiaxis of the second jet body can also enclose an angle other than 0 °.
Der erste Strahlkörper und der zweite Strahlkörper sind weiterhin bezüglich einer zweiten Ebene symmetrisch angeordnet. Die zweite Ebene steht senkrecht auf der ersten Ebene und der Reflektoroberfläche. Dabei sind jeweils die geschlossenen Enden der Strahlkörper in Richtung auf die zweite Ebene hin orientiert.The first radiant body and the second radiant body are furthermore arranged symmetrically with respect to a second plane. The second plane is perpendicular to the first plane and the reflector surface. The closed ends of the radiant bodies are each oriented in the direction of the second plane.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bildet der Reflektor eine um eine Reflektorachse geschlossene Oberfläche aus, wobei entlang des Umfangs der geschlossenen Reflektoroberfläche mehrere Dipolstrahler angeordnet sind. Die Reflektorachse fällt z. B. mit einer Achse eines Antennenturms auf einem Schiff zusammen, so dass um diesen Antennenturm herum eine Mehrzahl von Dipolstrahlern angeordnet ist. Die mehreren Dipolstrahler sind dabei vorzugsweise mit ihrer Längsachse parallel zur Reflektorachse angeordnet. In axialer Richtung bezüglich der Reflektorachse sind die Dipolstrahler identisch positioniert, so dass die jeweils gleich ausgebildeten Dipolstrahler auf einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnet sind. Für einen Durchmesser von etwa 60 cm bis 110 cm ergeben sich bei einem geforderten Frequenzbereich von etwa 180 MHz bis 600 MHz besonders gute Eigenschaften für acht Dipolstrahler.According to a further preferred embodiment, the reflector forms a surface that is closed about a reflector axis, with several dipole radiators being arranged along the circumference of the closed reflector surface. The reflector axis falls z. B. with an axis of an antenna tower on a ship, so that a plurality of dipole radiators is arranged around this antenna tower. The multiple dipole radiators are preferably arranged with their longitudinal axis parallel to the reflector axis. In the axial direction with respect to the reflector axis, the dipole radiators are positioned identically, so that the dipole radiators, each of the same design, are arranged on a common horizontal plane. For a diameter of about 60 cm to 110 cm, with a required frequency range of about 180 MHz to 600 MHz, particularly good properties for eight dipole radiators result.
Entlang des Umfangs der Reflektoroberfläche weisen die Dipolstrahler zu ihren benachbarten Dipolstrahlern jeweils einen Abstand auf. In zumindest einem Teil dieser Abstände ist zwischen den Dipolstrahlern ein Trennblech angeordnet, welches sich in axialer Richtung erstreckt und von dem Reflektor radial nach außen gerichtet ist.The dipole radiators are spaced apart from their neighboring dipole radiators along the circumference of the reflector surface. In at least some of these distances, a separating plate is arranged between the dipole radiators, which sheet metal extends in the axial direction and is directed radially outward from the reflector.
Üblicherweise erstreckt sich die Reflektorachse in vertikaler Richtung. Bei dieser Anordnung ist es besonders vorteilhaft, in axialer Richtung beabstandet von den Dipolstrahlern ein sich horizontal erstreckendes Dachblech vorzusehen. Das Dachblech erstreckt sich von dem Reflektor in radialer Richtung nach außen. Besonders vorteilhaft ist es dabei, zusätzlich zu diesem Dachblech ein Fußblech vorzusehen, welches auf der von dem Dachblech abgewandten Seite der Dipolstrahler und ebenfalls beabstandet zu diesen ausgebildet ist und sich dort in radialer Richtung nach außen von dem Reflektor erstreckt. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Dachblech sowie das Fußblech eine identische Geometrie aufweisen und sich somit eine zu einer horizontalen Ebene symmetrische Antenne ergibt.The reflector axis usually extends in the vertical direction. With this arrangement it is particularly advantageous to provide a horizontally extending roof plate at a distance from the dipole radiators in the axial direction. The roof plate extends outwardly from the reflector in the radial direction. It is particularly advantageous to provide a footplate in addition to this roof plate, which is formed on the side of the dipole radiators facing away from the roof plate and also at a distance from them and extends there in the radial direction outward from the reflector. It is particularly advantageous if the roof plate and the toe plate have an identical geometry and thus an antenna that is symmetrical to a horizontal plane results.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Antenne sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Antenne mit mehreren Dipolstrahlern in perspektivischer Darstellung; -
2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der dreiachsigen ellipsoiden Grundform der Strahlkörper; -
3 einen Schnitt durch die Antenne der1 ; -
4 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antenne in perspektivischer Darstellung; -
5 einen Schnitt durch die Antenne der4 ; -
6 eine Seitenansicht der bevorzugten Geometrie der Dipolstrahler des zweiten Ausführungsbeispiels; -
7 eine Draufsicht eines Strahlkörpers des Dipolstrahlers aus6 ; -
8 eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antenne; -
9 ein Verlauf des „Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)“ in dem bevorzugten Frequenzband; -
10 ein Messdiagramm des Antennengewinns in Abhängigkeit von der Frequenz; -
11 eine Auswahl von Vertikaldiagrammen bei verschiedenen Frequenzen und -
12 eine Auswahl von Horizontaldiagrammen bei verschiedenen Frequenzen.
-
1 a first embodiment of an antenna with several dipole radiators in a perspective view; -
2 a schematic representation to illustrate the three-axis ellipsoidal basic shape of the radiant body; -
3 a section through the antenna of the1 ; -
4th a second embodiment of the antenna according to the invention in a perspective view; -
5 a section through the antenna of the4th ; -
6th a side view of the preferred geometry of the dipole radiator of the second embodiment; -
7th a plan view of a radiator of the dipole radiator6th ; -
8th a side view of the second embodiment of an antenna according to the invention; -
9 a curve of the “Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)” in the preferred frequency band; -
10 a measurement diagram of the antenna gain as a function of the frequency; -
11 a selection of vertical diagrams at different frequencies and -
12 a selection of horizontal diagrams at different frequencies.
In der
Die Grundform eines solchen dreiachsigen Ellipsoids ist in der
Der in der
Der erste Strahlkörper
Der so als Ausschnitt eines dreiachsigen Ellipsoiden erhaltene erste Strahlkörper
Während die zweite Halbachse
Wie es bereits erläutert wurde, sind die Strahlelemente der erfindungsgemäßen Antenne
Auch die erste Halbachse
Wie es bereits erläutert wurde, sind gleichmäßig um den Antennenturm
Von dem Antennenturm
Auf der von dem Dachblech
Bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind sowohl das Dachblech
Die einzelnen Dipolstrahler sind in Umfangsrichtung des Antennenturms
In der
In der
In der
Als weiterer Unterschied erstrecken sich die Trennbleche nicht über den vollen Abstand zwischen Dachblech
Die Erstreckung in axialer Richtung ist dabei vorzugsweise kleiner als der erste Abstand
In der
In der
Die zweite Halbachse
Die erste Schnittfläche
In der
In der
Gleichzeitig wird ein Antennengewinn g erreicht, wie er in dem Diagramm der
In der
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere können Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.The invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, features of the individual exemplary embodiments can be combined with one another in any way.
Claims (19)
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