DE1027741B - Omnidirectional antenna - Google Patents

Omnidirectional antenna

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Publication number
DE1027741B
DE1027741B DEC11318A DEC0011318A DE1027741B DE 1027741 B DE1027741 B DE 1027741B DE C11318 A DEC11318 A DE C11318A DE C0011318 A DEC0011318 A DE C0011318A DE 1027741 B DE1027741 B DE 1027741B
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DE
Germany
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disks
axis
rod
antenna
metal
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Pending
Application number
DEC11318A
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German (de)
Inventor
Jean Claude Simon
Georges Weill
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/28—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave comprising elements constituting electric discontinuities and spaced in direction of wave propagation, e.g. dielectric elements or conductive elements forming artificial dielectric
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Antenne für kurze und ultrakurze elektromagnetische Wellen mit im wesentlichen allseitiger Abstrahlung und horizontal polarisiertem elektrischem Feld.The invention relates to an antenna for short and ultra-short electromagnetic waves with substantially all-round radiation and horizontally polarized electric field.

In der französischen Patentschrift 1 081 196 sind Antennen beschrieben, deren strahlende Elemente aus einer Reihe von parallelen Scheiben oder anderen Metallteilen bestehen, die längs einer Achse angeordnet sind. Das Ganze stellt ein Medium dar, das als »künstliches Dielektrikum« bekannt ist und in dem sich eine ebene Welle fortpflanzt, die entlang der Achse von einem Ende der Antenne ausgestrahlt wird. Das andere Ende wird mittels eines Wellenleiters über eine Anpassungsvorrichtung erregt. Die Wirkung derartiger Antennen kann dadurch verbessert werden, daß entweder der Durchmesser oder der Abstand aufeinanderfolgender Scheiben oder beides verändert wird. Die Kurve, die die Abhängigkeit dieser Parameter vom Abstand auf der Achse darstellt, weist eine Folge von Maxima und Minima auf. Diese Struktur ergibt eine Veränderung des Brechungsindex des fortpflanzenden Mediums längs der Achse.In the French patent 1 081 196 antennas are described whose radiating elements consist of a series of parallel discs or other metal parts arranged along an axis are. The whole represents a medium known as an "artificial dielectric" and in which a plane wave propagates along the axis from one end of the antenna will. The other end is excited by means of a waveguide through a matching device. the Effect of such antennas can be improved by either the diameter or the distance between successive slices or both is changed. The curve that the dependency This parameter represents the distance on the axis, has a sequence of maxima and minima on. This structure results in a longitudinal change in the index of refraction of the propagating medium the axis.

Avisgehend von diesem Stand der Technik liegt das Ziel der Erfindung in der Schaffung einer Antenne, die aus einem künstlichen dielektrischen Medium besteht, die aber in einer Ebene senkrecht zur vertikalen Antennenachse strahlt, wobei die Ausstrahlung in allen Richtungen dieser Ebene gleichmäßig erfolgt und das elektrische Höchstfrequenzfeld horizontal polarisiert ist.Based on this prior art, the aim of the invention is to create an antenna, which consists of an artificial dielectric medium, but which is in a plane perpendicular to the vertical The antenna axis radiates, with the radiation taking place uniformly in all directions of this plane and the high frequency electric field is horizontally polarized.

Bei dem Versuch, Rundstrahlantennen mit Strahlungsrichtung senkrecht zur Achse nach dem Prinzip der erwähnten Patentschrift herzustellen, ergab es sich, daß es nicht ausreicht, wenn man eine beliebige Strahleranordnung aus Metallscheiben gemäß dieser Patentschrift mit einem zirkulär polarisierten Feld anregt. Es wurde gefunden, daß es zur Erzeugung einer Rundstrahlcharakteristik außerdem erforderlich ist, den Scheibendurchmesser zwischen X/2 + KX und X + Kl zu wählen, wobei K eine ganze Zahl und X die Vakuumlängenwelle der ausgestrahlten Energie ist. Weiter wurde gefunden, daß die Leistung einer solchen Rundstrahlantenne stark verbessert wird, wenn man zwischen der so gewählten Strahler anordnung und der Anregungsanordnung eine Anpassungsvorrichtung von gleicher Art wie die Strahleranordnung einfügt, wobei aber die Scheiben dieser Anpassungsvorrichtung Durchmesser zwischen KX und X/2 + KX aufweisen.In the attempt to produce omnidirectional antennas with radiation direction perpendicular to the axis according to the principle of the patent mentioned, it was found that it is not sufficient if one excites any radiator arrangement made of metal disks according to this patent with a circularly polarized field. It has been found that, in order to generate an omnidirectional beam characteristic, it is also necessary to choose the disk diameter between X / 2 + KX and X + Kl , where K is an integer and X is the vacuum wavelength of the emitted energy. It has also been found that the performance of such an omnidirectional antenna is greatly improved if an adapter of the same type as the antenna assembly is inserted between the antenna arrangement selected in this way and the excitation arrangement, but with the disks of this adapter diameter between KX and X / 2 + KX exhibit.

Die erfindungsgemäße Antenne ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Scheiben zwischen λ/2 +KX und XhKX liegen, wobei λ die Vakuumwellenlänge der auszustrahlenden Welle undThe antenna according to the invention is accordingly characterized in that the diameter of the disks is between λ / 2 + KX and XhKX , where λ is the vacuum wavelength of the wave to be emitted and

Anmelder:Applicant:

Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, ParisCompagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 aRepresentative: Dipl.-Ing. E. Prinz, patent attorney,
Munich-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 28. Mai 1954Claimed priority:
France from May 28, 1954

Jean Claude Simon und Georges Weill, Paris,
ist als Erfinder genannt wordenJean Claude Simon and Georges Weill, Paris,
has been named as the inventor

K eine ganze Zahl ist, daß der axiale Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Scheiben von der Größenordnung X ist, daß eine Vorrichtung zur Erregung eines zirkulär polarisierten Hochfrequenzfeldes vorgesehen ist, dessen Polarisationsachse mit der Achse des Stabes zusammenfällt, und daß zwischen der erwähnten Erregungsvorrichtung und dem die Scheiben tragenden Stab zur Verhinderung merklicher Reflexionen eine Anpassungsvorrichtung eingefügt ist, so daß die Antenne eine ebenpolarisierte Hochfrequenzwelle in einer senkrecht zur Achse des Metallstabes liegenden Ebene nach allen Richtungen gleichmäßig abstrahlt. K is an integer that the axial distance between successive disks is of the order of magnitude X , that a device for exciting a circularly polarized high-frequency field is provided, the polarization axis of which coincides with the axis of the rod, and that between the mentioned excitation device and the disks In order to prevent noticeable reflections, an adapter device is inserted into the supporting rod, so that the antenna radiates a plane-polarized high-frequency wave uniformly in all directions in a plane perpendicular to the axis of the metal rod.

Eine beispielsweise Ausführung der erfindungsgemäßen Antenne ist in der Zeichnung in perspektivischer Ansicht dargestellt.An example embodiment of the antenna according to the invention is shown in perspective in the drawing View shown.

Bei dem dargestellten Beispiel besteht das brechende oder strahlende Element aus fünf aufeinanderfolgenden Metallscheiben Cl1... d5, deren Durchmesser zwischen 2/2 und X liegen, und die zueinander parallel an einem zentralen Metallstab T befestigt sind. Die Abstände der Scheiben sind von der Größenordnung X. In the illustrated example, there is the breaking or radiating element of five successive metal discs Cl 1 ... d 5, whose diameter is between 2/2 and X, and each other are attached in parallel to a central metal rod T. The distances between the disks are of the order of magnitude X.

Wenn I1, I2, If I 1 , I 2 ,

die Abstände zwischen den Scheiben Cl1-(I2, (I2-(I31 d.i — di bzw. di — d5 sind, so sind die Abstände in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel derart gewählt, daß I1 <.I2 </3 < /4 ist.If the distances between the disks are Cl 1 - (I 2 , (I 2 - (I 31 d. i - d i or d i - d 5) , the distances in the illustrated embodiment are selected such that I 1 <. I is 2 </ 3 </ 4 .

Das Anregungssystem kann aus einer Koaxialleitung G mit einem trichterförmigen Ende K und einer Wendel H bestehen. Diese Anordnung liefert eine Welle mit zirkulär polarisiertem elektrischem Feld. Diese Welle wird übertragen auf das Übertragungs- und Anpassungssystem, das aus den Scheiben av a2, a3 besteht. Der Durchmesser der letzterenThe excitation system can consist of a coaxial line G with a funnel-shaped end K and a helix H. This arrangement provides a wave with a circularly polarized electric field. This wave is transmitted to the transmission and adaptation system, which consists of the disks a v a 2 , a 3 . The diameter of the latter

709 959/295709 959/295

ist kleiner als λ/2, und ihre gegenseitigen Abstände mv m2 sind nicht größer als Xl3. Sie sind im allgemeinen von der Größenordnung /t/5.is smaller than λ / 2, and their mutual distances m v m 2 are not greater than Xl 3 . They are generally of the order of / t / 5.

Eine Metallscheibe R wirkt als Reflektor. Stäbe S1, ^2, S3, Si; S5 und Se bilden einen Rahmen, der die Antenne trägt.A metal disk R acts as a reflector. Bars S 1 , ^ 2 , S 3 , S i; S 5 and S e form a frame that supports the antenna.

Das oben beschriebene Anregungssystem ist bekannt und könnte durch irgendein anderes bekanntes System, das ein zirkulär polarisiertes Feld erzeugt, ersetzt werden. Das Übertragungs- und Anpassungssystem vermeidet Reflexion der Wellen, die von der Anregungsanordnung ausgesandt werden, da eine derartige Reflexion Unregelmäßigkeiten im Strahlungsdiagramm der Antenne verursachen würde.The excitation system described above is known and could be any other known System that generates a circularly polarized field can be replaced. The transmission and adaptation system avoids reflection of the waves that are emitted by the excitation arrangement, as such Reflection would cause irregularities in the radiation pattern of the antenna.

Es wird betont, daß der Durchmesser der Scheiben O1, a.2, a3 kleiner als 2/2 ist , während derjenige der Scheiben dx. . . d5 zwischen 2/2 und λ liegt. Die Theorie zeigt und das Experiment bestätigt, daß eine Folge von Scheiben, die die erste Bedingung <Z<C2/2 erfüllen, wobei d der Scheibendurchmesser ist, die Welle entlang der Achse ohne seitliche Abstrahlung weiterleitet, während eine Folge von Scheiben, die die zweite Bedingung (2/2<d<C2) erfüllen, eine seitliche Abstrahlung der Welle hervorruft. Diese Wirkung ist im vorliegenden Fall für das brechende Element erforderlich.It is emphasized that the diameter of the disks O 1 , a. 2 , a 3 is smaller than 2/2, while that of the disks d x . . . d 5 is between 2/2 and λ . The theory shows and the experiment confirms that a series of disks which satisfy the first condition <Z <C2 / 2, where d is the disk diameter, transmits the wave along the axis without lateral radiation, while a series of disks which the Fulfill the second condition (2/2 <d <C2), causes a lateral radiation of the wave. In the present case, this effect is required for the refractive element.

Die Länge der gesamten Antenne liegt etwa zwischen 5 λ und 10 λ. The length of the entire antenna is approximately between 5 λ and 10 λ.

Es wurde eine Antenne mit den folgenden Daten gebaut:An antenna was built with the following data:

λ = 9,3 cm im Vakuum λ = 9.3 cm in a vacuum

1. Strahlungsteil: Z1 = I1st radiation part: Z 1 = I

I2 = I3 = 0,90 2 I 2 = I 3 = 0.90 2

Z4 = 0,97 2Z 4 = 0.97 2

Durchmesser der Scheiben dv d2, d3, o*4, d5 im wesentlichen gleich 32/4;Diameter of the disks d v d 2 , d 3 , o * 4 , d 5 essentially equal to 32/4;

2. Anpassungsteil: mx = W2 = 0,2 22nd adaptation part: m x = W 2 = 0.2 2

Durchmesser der Scheiben av a2, a3 im wesentliehen gleich 2/4;Diameter of the disks a v a 2 , a 3 essentially equal to 2/4;

3. Anregungsteil: Länge der Wendel H = 1,87 2, Länge der gesamten Antenne = 6,73 2.3rd excitation part: length of the helix H = 1.87 2, length of the entire antenna = 6.73 2.

Diese Antenne ergab die folgenden Leistungen: Gewinn: Von der Größenordnung 9 db. Strahlungsdiagramm: In allen Richtungen innerhalb 1 db.This antenna gave the following performances: Gain: Of the order of 9 db. Radiation diagram: In all directions within 1 db.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Rundstrahlantenne mit einer Anzahl von Metallscheiben, die koaxial an einem Metallstab befestigt sind und deren Durchmesser bzw. Abstände längs der Achse zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert schwanken, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmesser der Scheiben zwischen 2/2 + KX und X-hKX liegen, wobei 2 die Vakuumwellenlänge der auszustrahlenden Welle und A' eine ganze Zahl ist, daß der axiale Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Scheiben von der Größenordnung 2 ist, daß eine Vorrichtung zur Erregung eines zirkulär polarisierten Hochfrequenzfeldes vorgesehen ist, dessen Polarisationsachse mit der Achse des Stabes zusammenfällt, und daß zwischen der erwähnten Erregungsvorrichtung und dem die Scheiben tragenden Stab zur Verhinderung merklicher Reflexionen eine Anpassungsvorrichtung eingefügt ist, so daß die Antenne eine ebenpolarisier te Hochfrequenzwelle in einer senkrecht zu der Achse des Metallstabes liegenden Ebene nach allen Richtungen gleichmäßig abstrahlt.1. Omnidirectional antenna with a number of metal disks which are attached coaxially to a metal rod and whose diameter or distances along the axis vary between a maximum and a minimum value, characterized in that the diameter of the disks between 2/2 + KX and X. -hKX , where 2 is the vacuum wavelength of the wave to be emitted and A 'is an integer, that the axial distance between successive disks is of the order of 2, that a device for exciting a circularly polarized high-frequency field is provided, the polarization axis of which coincides with the axis of Rod coincides, and that between the excitation device mentioned and the rod carrying the discs to prevent noticeable reflections, an adapter is inserted so that the antenna radiates a plane-polarized high-frequency wave in a plane perpendicular to the axis of the metal rod in all directions evenly. 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassungsvorrichtungen eine zweite Folge von Scheiben enthalten, die zentrisch an dem erwähnten Stab angebracht sind und zwischen der ersten Folge von Scheiben und dem Anreguiigsteil liegen, wobei die Scheiben einen Durchmesser von weniger als 2/2 und gegenseitige Abstände von der Größenordnung 2/10 aufweisen.2. Antenna according to claim 1, characterized in that the adaptation devices a contain a second series of discs attached centrally to said rod and between of the first series of disks and the stimulating part, the disks having a Have diameters of less than 2/2 and mutual spacings of the order of 2/10. 3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anregungsteil eine Metallwendel enthält, die sich um die erwähnte Achse windet.3. Antenna according to claim 2, characterized in that the excitation part is a metal helix contains, which winds around the axis mentioned. In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 081 196;
USA.-Patentschrift Nr. 2 588 610.Considered publications:
French Patent No. 1,081,196;
U.S. Patent No. 2,588,610. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 709 959/299 4.58© 709 959/299 4.58
DEC11318A 1954-05-28 1955-05-27 Omnidirectional antenna Pending DE1027741B (en)

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