DE1020692B

DE1020692B - Directional antenna for high frequency electrical waves

Info

Publication number: DE1020692B
Application number: DER20749A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Dr Rudolf Greif; Dipl-Ing Franz Reinhold Huber; Leonhard Thomanek
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1957-03-11
Filing date: 1957-03-11
Publication date: 1957-12-12

Description

DEUTSCHESGERMAN

Zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter elektrischer Wellen sind bereits Richtantennen bekannt, die aus zwei Dipolen bestehen. Die Strahler sind dabei in der Weise zueinander angeordnet, daß sich die Lage des einen durch eine Orthogonalprojektion der Lage des anderen, und zwar in der Hauptstrahlrichtung ergibt. Weiterhin weisen die Speiseleitungen zu den Strahlern einen Längenunterschied auf, der meist dem Abstand der beiden Strahler voneinander entspricht. Wird der Längenunterschied gleich einem ungradzahligen Vielfachen eines Viertels der Betriebswellenlänge gewählt, so ist die Anpassung der Antenne bekanntlich besonders günstig.Directional antennas are already known for sending and / or receiving high-frequency electrical waves, which consist of two dipoles. The radiators are arranged to one another in such a way that the position of the one by an orthogonal projection of the position of the other, namely in the Main beam direction results. Furthermore, the feed lines to the radiators differ in length which usually corresponds to the distance between the two radiators. Will the difference in length is chosen equal to an odd multiple of a quarter of the operating wavelength, then the adaptation is the antenna is known to be particularly cheap.

Durch die im vorstehenden geschilderte bekannte Anordnung zweier Dipole zueinander sowie durch die weiterhin angedeutete Art ihrer Speisung lassen sich also einerseits bereits Fehlanpassungsverluste vermeiden. Darüber hinaus wird bei derartigen bekannten Richtantennen die eingespeiste elektromagnetische Energie in bezug auf die Hauptstrahlrichtung auch noch ohne Interferenzverluste transformiert.By the above-described known arrangement of two dipoles to each other and by the The type of feeding that is still indicated can therefore already be avoided on the one hand by mismatching losses. In addition, in such known directional antennas, the electromagnetic Energy in relation to the main beam direction is also transformed without interference losses.

Fehlanpassungs- und Interferenzverluste zu vermeiden, sind jedoch nicht die einzigen Anforderungen, die gerade an Richtantennen gestellt werden. Bei diesen kommt es vielmehr ausschlaggebend auch noch auf die Erzielung eines besonders ausgeprägten Richteffektes an. Die im vorstehenden geschilderten bekannten Anordnungen haben dieses Erfordernis nur unzulänglich erfüllt.Avoiding mismatch and interference losses, however, are not the only requirements which are currently placed on directional antennas. With these, it is also decisive to achieve a particularly pronounced straightening effect. The known ones described above Arrangements have only inadequately met this requirement.

Dieser Mangel ist durch eine Richtantenne zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter elektrischer Wellen behoben, bei der wenigstens zwei derart gespeiste Strahler vorgesehen sind, daß sich die eingespeiste elektromagnetische Energie wenigstens annähernd ohne Fehlanpassungsverluste und in bezug auf die Hauptstrahlrichtung auch ohne Interferenzverluste transformiert, indem erfindungsgemäß Gangunterschiede der Strahlerwellen durch eine der Speisungsphase entsprechende räumliche Verlagerung der Strahler außerhalb der sich durch Orthogonalprojektionen des einen Strahlers in der Hauptstrahlrichtung ergebenden Lagen aufgehoben werden und/oder an oder in den Strahlern bzw. mit ihnen selbst solche Anordnungen getroffen sind, durch die die_Phase der Welle eine unterschiedliche Beeinflussung erfährt. Durch die beiden hier erwähnten Maßnahmen oder auch schon durch nur eine von ihnen wird ei» günstigerer Richteffekt infolge einer richtungsabhängigen Anhebung des Strahlungsdiagramms bewirkt, indem in der für die Ausstrahlung ausschlaggebenden Ebene eine stärkere Bündelung erzielt wird.This deficiency is due to a directional antenna for transmitting and / or receiving high frequency electrical Fixed waves in which at least two such fed radiators are provided that the injected electromagnetic energy at least approximately without mismatch losses and in relation to transformed to the main beam direction even without interference losses by using path differences according to the invention of the radiator waves through a spatial shift corresponding to the feed phase the emitter outside of the through orthogonal projections of one emitter in the main beam direction resulting layers are canceled and / or on or in the radiators or with them even such arrangements are made through which the phase of the wave has a different influence learns. The two measures mentioned here, or even just one of them, are more favorable Directional effect as a result of a direction-dependent increase in the radiation pattern caused by A stronger concentration is achieved at the level that is decisive for the broadcast.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung können die an den Strahlern vorgesehenen Anordnungen, aus ihnen in der Strahlungsrichtung vorgelagerten KörpernIn a particular embodiment of the invention, the arrangements provided on the radiators can be made from bodies upstream of them in the direction of radiation

Richtantenne für hochfrequente
elektrische WellenDirectional antenna for high frequency
electric waves

Anmelder:Applicant:

Rohde & Schwarz,Rohde & Schwarz,

München 9, Tassiloplatz 7Munich 9, Tassiloplatz 7

Dipl.-Phys. Dr. Rudolf Greif, München,Dipl.-Phys. Dr. Rudolf Greif, Munich,

Dipl.-Ing. Franz Reinhold Huber, München-Pasing,Dipl.-Ing. Franz Reinhold Huber, Munich-Pasing,

und Leonhard Thomanek, München,and Leonhard Thomanek, Munich,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

bestehen. Die in den Strahlern vorgesehenen Anordnungen können erfindungsgemäß als Wellenleiter ausgebildet sein. Es kommen hierfür alle Arten von Wellenleitern in Betracht; neben Stielstrahlern also auch Wendel-, Yagi- und Leitscheibensysteme.exist. The arrangements provided in the radiators can be designed as a waveguide according to the invention. All kinds of come for this Waveguides under consideration; In addition to stem emitters, there are also helical, yagi and guide disc systems.

' Weitere Merkmale der Erfindung sind in der Beschreibung an Hand der Zeichnung erläutert. Darin ist in'Further features of the invention are in the description explained on the basis of the drawing. Inside is in

Fig. 1 zunächst eine Richtantenne der einleitend geschilderten bekannten Art wiedergegeben; mit Hilfe der1 shows a directional antenna of the known type described in the introduction; with help the

Fig. 2 ist gezeigt, wie eine erfindungsgemäße Richtantenne aus der bekannten Anordnung nach Fig. 1 entstanden gedacht und beispielsweise ausgebildet sein kann;FIG. 2 shows how a directional antenna according to the invention from the known arrangement according to FIG. 1 originated thought and, for example, can be trained;

Fig. 3 zeigt ebenfalls eine Richtantenne nach der Erfindung in einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei an den Strahlern vorgesehene Anordnungen aus ihnen in der Strahlungsrichtung vorgelagerten Körpern bestehen;Fig. 3 also shows a directional antenna according to the invention in a further embodiment, arrangements made of them upstream in the radiation direction, provided on the radiators Bodies exist;

Fig. 4 schließlich zeigt eine ebenfalls beispielsweise Ausführung, bei der in den Strahlern vorgesehene Anordnungen als Wellenleiter ausgebildet sind.Finally, FIG. 4 shows an embodiment, likewise by way of example, in which arrangements provided in the radiators are designed as a waveguide.

Bei der bekannten Richtantenne zum Senden und/oder Empfangen hochfrequenter elektrischer Wellen, die in Fig. 1 im Grundriß schematisch gezeigt ist, sind die beiden als Dipole 1 und 2 ausgebildeten Strahler über die Leitungen 3 und 4 gespeist. Der Aufbau dieser Richtantenne kann als ein mit gespeistem Reflektor (2) versehener Dipol 1 aufgefaßt werden. Man kann sich das aus den Strahlern 1 und 2 bestehende System auch dadurch entstanden denken, daß die Lage des Strahlers 1 durch Orthogonalprojektion des Strahlers 2 in der Hauptstrahlrichtung H zu-In the known directional antenna for transmitting and / or receiving high-frequency electrical waves, which is shown schematically in plan in FIG. The structure of this directional antenna can be understood as a dipole 1 provided with a fed reflector (2). The system consisting of the radiators 1 and 2 can also be imagined that the position of the radiator 1 by orthogonal projection of the radiator 2 in the main beam direction H

709 809/245709 809/245

stände gebracht ist. Die Länge der Speiseleitung zwischen den Anschlußpunkten 5 und 6 bzw. 7 und 8 beträgt ein Viertel der Betriebswellenlänge. Hierdurch werden Fehlanpassungsverluste auf ein Minimum herabgesetzt. Interferenzverluste werden dabei ebenfalls durch den ein Viertel der Betriebswellenlänge betragenden Abstand der Dipole 1 und 2 voneinander vermieden.stands is brought. The length of the feed line between the connection points 5 and 6 or 7 and 8 is a quarter of the operating wavelength. Through this mismatch losses are reduced to a minimum. Interference losses are also included by the distance between dipoles 1 and 2, which is a quarter of the operating wavelength avoided.

Das nach der Fig. 2 ersichtliche Ausführungs-The embodiment shown in FIG. 2

Strahler 18 um ein Viertel der Betriebswellenlänge oder ein ungeradzahliges Vielfaches davon unterscheidet. Radiator 18 differs by a quarter of the operating wavelength or an odd multiple thereof.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird der die Phasengeschwindigkeit der vom Spiegel 20 reflektierten Wellen beeinflussende Körper 21 durch den Spiegel 20 selbst gehalten. Der Körper 21 vermittelt dadurch eine Abdeckung des im Zusammenwirken mit dem Spiegel 20 umschlossenen Raumes. Der KörperIn the exemplary embodiment according to FIG. 3, the phase velocity is that which is reflected by the mirror 20 Waves influencing body 21 held by the mirror 20 itself. The body 21 mediates as a result, the space enclosed in cooperation with the mirror 20 is covered. The body

beispiel einer Richtantenne nach der Erfindung kann, io 21 kann auch in anderer Weise abgestützt sein. Derexample of a directional antenna according to the invention can, io 21 can also be supported in other ways. Of the

wie schon erwähnt, dadurch als zustande gebracht ge- Körper kann dabei unabhängig von der Art seinerAs already mentioned, as a result of this, the body can be independent of the nature of its

dacht werden, daß der dem Dipol 1 nach der Fig. 2 Abstützung und unabhängig von den zur Anwendungbe thought that the dipole 1 according to FIG. 2 support and independent of the application

entsprechende Strahler 9 zwar zunächst wieder durch gelangten Baustoffkomponenten sphärische Begren-corresponding radiators 9, although initially spherical boundaries again through building material components

Orthogonalprojektion eines dem Strahler 2 ent- zungen aufweisen, durch die die Veränderung derOrthogonal projection of one of the radiator 2 have irritations through which the change in the

sprechenden gespeisten Reflektors 10' in der Haupt- 15 Phasengeschwindigkeit der ihn durchsetzenden elektro-speaking fed reflector 10 'in the main 15 phase velocity of the electric

strahlrichtung H angeordnet ist, der selbständige magnetischen Wellen den jeweiligen Erfordernissen Strahler 10' aber dann endgültig in die Lage 10 übergeführt wird, so daß sich der Strahler 9 umgekehrt
nunmehr außerhalb der sich durch Orthogonalprojektion des Strahlers 10 in der Hauptstrahlrichtung H er- 20
gebenden Lage befindet. Der Abstand der Strahler 9
und 10 in der Hauptstrahlrichtung H ist wieder so
gewählt, daß er ein Viertel der Betriebswellenlänge
beträgt. Es sind somit Interferenzverluste ebenfallsbeam direction H is arranged, the independent magnetic waves the respective requirements of the radiator 10 'but then finally transferred to the position 10, so that the radiator 9 is reversed
now outside the area by orthogonal projection of the radiator 10 in the main beam direction H er 20
giving location. The distance between the radiators 9
and 10 in the main beam direction H is like that again
chosen to be a quarter of the operating wavelength
amounts to. There are therefore also interference losses

vermieden. Da die Differenz der Anschlußleitungen 25 auch mit dem anderen Strahler zusammenwirkenden,avoided. Since the difference in the connecting lines 25 also interact with the other radiator,

zwischen der gemeinsamen Einspeisung 11, 12 und die Phasengeschwindigkeit der sie durchsetzendenbetween the common feed 11, 12 and the phase velocity of those passing through it

den Anschlüssen 13,14 am Strahler 9 einerseits sowie Wellen ändernden Körper sind durch die Wahl der siethe connections 13,14 on the radiator 9 on the one hand as well as waves changing bodies are due to the choice of them

den Anschlüssen 15 und 16 am Strahler 10 anderer- aufbauenden Komponenten und ihre Formgebungen sothe connections 15 and 16 on the radiator 10 of other constituent components and their shapes as follows

seits wieder ein Viertel der Betriebswellenlänge oder abzustimmen, daß das gewünschte Interferenzergebnison the other hand again a quarter of the operating wavelength or to tune that the desired interference result

ein ungeradzahliges Vielfaches davon ausmacht, ist 30 in den Aufpunkten, also insbesondere eine Verstärkungmakes up an odd multiple thereof, is 30 in the starting points, so in particular a gain

der Fehlanpassungsverlust des Strahlersystems 9,10 durch Interferenzwirkung erzielt wird, herabgesetzt. Die aus den Dipolen 9 und 10 be- Beim Auf treffen einer jeden Strahlung auf einthe mismatch loss of the radiator system 9, 10 is achieved by interference effects, degraded. Those from the dipoles 9 and 10 when each radiation hits

stehende Richtantenne zeichnet sich der aus Fig. 1 er- anderes optisches Medium im weitesten Sinne ergebenupright directional antenna is characterized by the other optical medium shown in FIG. 1 in the broadest sense

sichtlichen gegenüber dadurch aus, daß ihr Strahlungs- sich bekanntlich Reflexionen. Sie haben bei den hiervisible opposite from the fact that their radiation is known to be reflections. You have with the one here

diagramm, wie schon erwähnt, richtungsabhängig die 35 in Rede stehenden Antennensystemen Rückwirkungendiagram, as already mentioned, the 35 antenna systems in question are dependent on the direction

bewußte starke Bündelung aufweist. Eine Verbesse- auf die Anpassung des Primärstrahlers zur Folge. Umhas conscious strong bundling. An improvement on the adaptation of the primary radiator result. Around

bei der Ausrichtung der von dem System 17 und 18 abgestrahlten elektromagnetischen Energie angepaßt wird.adapted in the alignment of the electromagnetic energy radiated from the system 17 and 18 will.

Statt nur im Strahlengang des Primärstrahlers 18 einen Körper 21 vorzusehen, kann ein derartiger die Phasengeschwindigkeit der ihn durchsetzenden Welle beeinflussender Körper auch an dem Strahler 17 angebracht werden. Die dann sowohl mit dem einen wieInstead of only providing a body 21 in the beam path of the primary radiator 18, such a body can be used Phase velocity of the body influencing it penetrating wave is also attached to the radiator 17 will. Which then both with the one as

rung der Richtwirkung läßt sich durch die Anbringung von Reflektoren und/oder Direktoren zu jedem der Dipole 9 und 10 in den an sich bekannten Abständen herbeiführen.tion of the directivity can be achieved by attaching reflectors and / or directors to each of the Bring dipoles 9 and 10 at the distances known per se.

Die Strahler 9 und 10 nach Fig. 2 sind, was ausdrücklich hervorgehoben wurde, nur beispielsweise als Dipole ausgebildet. Sie können davon abweichend, jedoch unter Beibehaltung der räumlichen Lagen, auchThe radiators 9 and 10 according to FIG. 2 are, which has been expressly emphasized, only as an example Dipoles formed. You can deviate from this, but also while maintaining the spatial positions

solche Rückwirkungen zu vermeiden und somit im Sinne der Erfindungsaufgabe die Anpassungsverhältnisse weiter zu verbessern, können innerhalb der die Phasengeschwindigkeit beeinflussenden Körper Schichten derart verschiedener physikalischer Eigenschaften in einem solchen Abstand, d. h. vorwiegend in einer Entfernung von einem Viertel der Betriebswellenlänge bzw. einem ungeradzahligen Vielfachen to avoid such repercussions and thus the adaptation relationships in the sense of the task of the invention Further improvements can be made within the body influencing the phase velocity Layers of such different physical properties at such a distance, i. H. predominantly at a distance of a quarter of the operating wavelength or an odd multiple

als andersartige, an sich bekannte Strahler ausgeführt 45 von ihr vorgesehen werden, daß sich die an den Tren-designed as a different type of radiator known per se 45 are provided by her that the at the dividing

nungsflächen der erwähnten Körper reflektierten Strahlungen wieder auslöschen und somit keine Anpassungsverschlechterung des Strahlersystems verursachen können.surfaces of the bodies mentioned cancel out reflected radiations and thus no deterioration in adaptation of the emitter system.

Die Anordnung der die Phasengeschwindigkeit beeinflussenden Körper braucht nicht wie in den vorbeschriebenen Fällen stets ausschließlich im Zuge der Sekundärstrahlung vorgesehen zu sein. Wird nämlich einem besonderen erfinderischen Merkmal entsprechendThe arrangement of the bodies influencing the phase velocity does not need to be as described above Cases to be provided exclusively in the course of the secondary radiation. Namely will corresponding to a particular inventive feature

sein, also Wendelstrahler oder Parabolstrahler darstellen. be, i.e. represent helical radiators or parabolic radiators.

Nach Fig. 3 erfahren die von den PrimärstrahlernAccording to Fig. 3, learn from the primary radiators

17 und 18 ausgehenden elektromagnetischen Wellen nach Reflektion an den Parabolspiegeln 19 und 20 eine Phasenverschiebung zueinander dadurch, daß die Phasengeschwindigkeit der von dem Spiegel 20 ausgehenden Sekundärstrahlung durch den dem Strahler17 and 18 outgoing electromagnetic waves after reflection on the parabolic mirrors 19 and 20 a Phase shift relative to one another by the fact that the phase velocity of the emanating from the mirror 20 Secondary radiation through the emitter

18 vorgelagerten, die Phasengeschwindigkeit beeinflussenden Körper 21 verändert wird. Durch geeignete 55 der betreffende Werkstoff zur Auskleidung des ReWahl des Werkstoffs für den Körper 21, und zwar flektors 20 oder beider Reflektoren 19 und 20 verentweder als dielektrisches oder elektrisch leitendes wendet und werden dabei die übrigen Bedingungen Material bzw. Kombinationen dieser Baustoffe, läßt für den Aufbau und die Gestaltung des Körpers ersieh eine solche Beeinflussung der Phasengeschwindig- füllt, so läßt sich deren Schichtdicke herabsetzen, weil keit der vom Spiegel 20 reflektierten Sekundär- 60 nunmehr sowohl die Primär- als auch die Sekundärstrahlung bei ihrem Durchlaufen des Körpers 21 er- strahlung durch den Körper hindurchtritt und hinzielen, daß im Zusammenwirken der aus diesem sichtlich ihrer Phasengeschwindigkeit jeweils die beKörper austretenden Wellen mit den vom Spiegel 19 treffende Beeinflussung erfährt. Die Spiegel 19 und 20 reflektierten Interferenzverluste in der Hauptstrahl- oder nur einer von ihnen können bei Auskleidung mit richtung vermieden werden. Eine Unterdrückung von 65 dem betreffenden dielektrischen Werkstoff gleichzeitig Fehlanpassungen ist durch die unsymmetrische ge- als Träger dafür dienen.18 upstream body 21 influencing the phase velocity is changed. By suitable 55 the material in question for lining the ReWahl of the material for the body 21, namely flexors 20 or both reflectors 19 and 20 verentweder as dielectric or electrically conductive turns and are thereby the other conditions Material or combinations of these building materials can be seen for the structure and design of the body If the phase velocity is influenced in this way, its layer thickness can be reduced because speed of the secondary 60 reflected by the mirror 20, now both the primary and the secondary radiation as it passes through the body 21 radiation passes through the body and aims at it, that in the co-operation of these, visibly their phase velocity, the respective beBodies exiting waves with the impact from the mirror 19 is influenced. The mirrors 19 and 20 reflected interference losses in the main beam or just one of them may be when lining with direction to be avoided. A suppression of 65 of the dielectric material in question at the same time Mismatching is due to the unsymmetrical ge as a carrier for it.

meinsame Einspeisung 22 zu den Primärstrahlern 17 Xach Fig. 4 bestehen die beiden die RichtantennenCommon feed 22 to the primary radiators 17. According to FIG. 4, there are two directional antennas

und 18 gewährleistet, indem sich die Leitungslänge vermittelnden Strahler aus den zu je einer Einheit zwischen dem Anschluß 23 und dem Strahler 17 von zusammengefügten Dipolen 24, ihren Wellenleitern 25 derjenigen zwischen dem Anschluß 23 und dem 70 und den Reflektoren 26 bzw. den entsprechenden Be-and 18 ensured by the radiators, which mediate the line length, from the one unit each between the connection 23 and the radiator 17 of joined dipoles 24, their waveguides 25 that between the connection 23 and the 70 and the reflectors 26 or the corresponding

standteilen 27, 28 und 29. Die Wellenleiter 25 bzw. 28 sind dabei aus einem synthetischen Kunststoff, insbesondere einem Polymerisationsprodukt von Styrol, hergestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die Körper 25 und 28 stielförmig gestaltet. Durch ihre verschiedene Länge ergibt sich hier der Gangunterschied der jeweils abgestrahlten Wellen als Folge der unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten der Wellen in den Einzelstrahlern. Statt eine verschiedene Form der Wellenleiter 25 und 28 vorzusehen, können diese auch völlig gleich gestaltet sein, jedoch aus Werkstoffen mit unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften aufgebaut sein. Die Einspeisung 30 in die Strahlersysteme 24, 25, 26 bzw. 27, 28, 29 erfolgt wie in den vorherbeschriebenen Fällen wiederum unsymmetrisch. constituents 27, 28 and 29. The waveguides 25 and 28 are made of a synthetic plastic, in particular a polymerization product of styrene. In the embodiment according to FIG the bodies 25 and 28 are designed in the shape of a handle. The path difference results from their different lengths of the waves emitted in each case as a result of the different phase velocities of the Waves in the individual radiators. Instead of providing a different shape for the waveguides 25 and 28, can these can also be designed in exactly the same way, but made of materials with different dielectric Properties to be built up. The feed 30 into the radiator systems 24, 25, 26 or 27, 28, 29 takes place as in the cases described above, again asymmetrically.

Claims

Patent claims

1. Directional antenna for sending and / or receiving high-frequency electrical waves in which at least two such fed radiators are provided that the fed electromagnetic Energy at least approximately without mismatch losses and with respect to the main beam direction also transformed without interference losses, characterized by the cancellation of path differences of the radiator waves by a Relocation of the radiators outside of the area corresponding to the feeding phase Orthogonal projections of the positions resulting from a radiator in the main beam direction and / or by such arrangements on or in the radiators or the radiators themselves, through which the phase the waves experience a different influence.

2. Directional antenna according to claim 1, characterized in that the provided on the radiators Arrangements consist of bodies upstream of them in the direction of radiation.

3. Directional antenna according to claim 1, characterized in that the provided in the radiators Arrangements are designed as a waveguide.

4. Directional antenna according to one of claims 1 to 3, characterized in that the radiator with Reflectors and / or directors are provided.

5. Directional antenna according to claim 2 in conjunction with claim 4, characterized in that the upstream bodies are held by the reflectors or line them.

6. Directional antenna according to claim 2 or 5, characterized by the spherical limitation of the upstream body.

1 sheet of drawings