DE1046696B - Anordnung zur gleichphasigen Erregung einer aus einer Vielzahl von Einzelstrahlern bestehenden Antennenanordnung - Google Patents
Anordnung zur gleichphasigen Erregung einer aus einer Vielzahl von Einzelstrahlern bestehenden AntennenanordnungInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/062—Two dimensional planar arrays using dipole aerials
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Description
Zur Herstellung einer stark gebündelten Richtstrahlung ist es üblich, Strahlergruppen zu verwenden,
die aus einer Anzahl von Strahlern, z. B. Dipolen, bestehen, die in Spalten und Zeilen in einer senkrecht
zur Strahlrichtung gelegenen Ebene angeordnet sind. Dabei werden die Wellenwiderstände der Endleitungen
des Speiseleitungssystems an die Fußpunktswiderstände der Einzelstrahler angepaßt. Auch
die Zuleitungen des Speiseleitungssystems müssen an die Verzweigungspunkte angepaßt sein. Es ist weiter
bekannt, bei solchen Anordnungen die Speiseleitungen gleicher Ordnung elektrisch gleich lang zu machen.
Zur Verstärkung der Energie in der Hauptstrahlrichtung und ihrer Unterdrückung in der Rückstrahlrichtung
ist dabei meistens eine Reflektoirwand in einer parallel zur S rahlerebene im bestimmten Abstand
liegenden Ebene als Reflektor angeordnet, der aus einer geschlossenen Fläche oder einzelnen abgestimmten
oder nicht abgestimmten Stäben bestehen kann. Es hat sich herausgestellt, daß es bei Antennenanordnungen
dieser Arten besonders schwierig ist, die Strahlerfläche gleichphasig zu erregen. Die Bedingung
der Gleichphasigkeit ist zur Erzeugung guter Richtstrahlung von großer Bedeutung. Sie ist aber
besonders schwer einzuhalten, wenn eine größere Strahlerfläche zum Zwecke stärkerer Bündelung benutzt
werden soll. Es hat sich nun gezeigt, daß die Schwierigkeit, die gleichphasige Erregung der Strahler
sicherzustellen, einmal durch stehende Wellen im System der Speiseleitung hervorgerufen wird. Zur
Vermeidung von Phasenänderungen infolge stehender Wellen ist es daher gebräuchlich, die Längen einzelner
Speiseleitungsabschnitte unter Zulassung von stehenden Wellen gleich dem Vielfachen einer halben
Wellenlänge zu machen. Diese Vorschrift hat aber zur Folge, daß das betreffende Speiseleitungssystem
frequenzabhängig wird und nur in einem verhältnismäßig kleinen Frequenzbereich zufriedenstellend
arbeitet, weil der phasenstörende Einfluß der stehenden Wellen im System der Speiseleitungen bei
Abweichungen von der Bauwelle recht groß und die Bedingung der gleichphasigen Speisung der Strahler
damit gestört wird. Ein weiterer Grund für die vorstehend genannte Schwierigkeit ist in dem störenden
Einfluß der diffusen Reflexion an den bisher verwendeten Reflelctorflächen zu suchen. Die aus einer
geschlossenen Fläche oder einer Fläche aus dicht beieinanderliegenden Gitterstäben bestehenden Reflektoren
sind gut geeignet, eine Reflexions wirkung dort in vollkommener Weise zu bewirken, wo bei großem
Abstand vom Strahlungszentrum bereits eine annähernd ebene Wellenfront vorhanden ist, sie verlieren
jedoch diese guten Reflexionseigenschaften, wenn sie im Abstand von etwa einer Viertelwellen-Anordmmg
zur gleichphasigen Erregung
einer aus einer Vielzahl von Einzelstrahlern
bestehenden Antennenanordnung
Anmelder:
Deutsche Bundespost,
vertreten durch den Präsidenten
des Fernmeldetechnischen Zentralamts,
Darmstadt, Rheinstr. 110
Dr.-Ing. Ernst Prokott, Darmstadt, und Heinz Kienow, Königslutter,
sind als Erfinder genannt worden
länge hinter einer Strahlerwand angebracht werden. Dies rührt daher, daß die Reflexionspunkte bzw.
-flächen unter derartig viel verschiedenen Einfallswinkeln verstreut liegen, daß eine diffuse Reflexion
eintritt. Man hat Reflektoren dieser Art aber immer wieder verwendet, weil die Rückstrahlung durch sie
stark unterdrückt wird. Bei guter Unterdrückung der Rückstrahlung wird aber die abgestrahlte Energie in
der Hauptstrahlrichtung infolge der diffusen Reflexion an einer geschlossenen Fläche oder einer
Fläche aus dicht beieinanderliegenden Gitterstäben wesentlich geschwächt, außerdem tritt, und das ist ein
viel schwerer wiegender Nachteil, eine Beeinflussung der Strahler über die Reflektoarwand ein. Infolge der
diffusen Reflexion sind nämlich die Einzelstrahler untereinander gekoppelt, wobei die reflektierte Energie
unter Zurücklegung verschiedener Weglängen von einem Strahler zum anderen gelangt. Dadurch ergibt
sich ein kompliziert gekoppeltes System, wobei die ursprünglichen Phasenbedingungen der Einzelstrahler
entsprechend der Strahlenkopplung über verschiedene Weglängen sich unkontrollierbar ändern, so daß keine
Phasengleichheit mehr gewährleistet ist.
Gemäß der Erfindung wird bei einer Anordnung zur gleichphasigen Erregung einer Vielzahl von mit
Reflektoren versehenen Einzelstrahlern mit Anpassung der End- und Zuleitungen des Speiseleitungssystems
an die Einzelstrahler und Verzweigungspunkte eine Phasenbeständigkeit der Strahlergruppe über einen
großen Wellenbereich dadurch; erreicht, daß die bekanntermaßen elektrisch gleich langen Leitungsabschnitte gleichen Wellenwiderstandes von dem Viel-
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fachen einer Viertelwellenlänge wesentlich verschieden
sind und der Reflektor so ausgebildet ist, daß eine Beeinflussung der Phasenbedingungen d,er Einzelstrahler
durch diffuse Reflexion vermieden ist.
Der Gegenstand der Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. In Abb. 1 ist
ein Ausschnitt eines Speiseleitungssystems mit den Strahlern 1-1 und dem Reflektor 0-0 dargestellt. An
den Dipolstrahler 1-1, beispielsweise eines Dipols von der Ausdehnung einer Wellenlänge mit dem Fußpunktswiderstand
Z1, ist die symmetrische Speiseleitung 2-2 mit dem Wellenwiderstand Z2 angeschlossen,
wobei Z1 = Z2 zu wählen ist. Am Verzweigungspunkt
V-V ist die Speiseleitung 3-3 angeschlossen. Entsprechend der Erhaltung der Anpassung
wird Z3 = 1IzZ2 gewählt usw., an jedem Verzweigungspunkt
im Übergang auf die speisende Leitung auf den halben Wellenwiderstand jeder der beiden zusammengefaßten Leitungen in der Art bemessen,
daß gemäß der Anordnung nach Abb. 1, Spaltet, die Wellenwiderstände beispielsweise folgende
Werte haben: Z2 = 1ZzZ3, Z3 = VaZ4, Z4 -1IzZ5
bzw. Z5 = VeZ2 = VeZ1. In ähnlicher Weise sind die
übrigen Spalten B, C und D und unter Umständen weitere Spalten der Dipolwände aufgebaut, wobei
alle Spalten elektrisch gleich sind. Zu diesem Zweck werden sie vorzugsweise auch in gleicher Weise
mechanisch so aufgebaut, daß alle Teillängen des Speiseleitungssystems, z. B. 2-2 und 3-3 sowie 4-4
usw., elektrisch gleiche Länge haben und eine fortlaufende Anpassung an den Wellenwiderstand gemäß
obiger Vorschrift aufweisen. Um gegenseitige Beeinflussung und infolgedessen zusätzliche Phasenstörungen
zu vermeiden, können alle Leitungen so geführt werden, daß sie gegenüber den Strahlern entkoppelt
sind, d. h. senkrecht zu diesen verlaufen.
An die Endleitungen 5-5, die im vorliegenden Beispiel den Wellenwiderstand Z5 aufweisen, können
Übergangsstücke herkömmlicher Art für den Übergang von Symmetrie auf Unsymmetrie so angebracht
werden, daß koaxiale Kabel gleicher Länge dort angeschlossen und mit Hilfe von Verteilköpfen üblicher
Bauart zu einer einzigen Speiseleitung zusammengefaßt werden können. Ein System vorstehend beschriebenen
Aufbaues zeigt die Eigenschaft vorzüglicher Phasenstarrheit.
Der Fußpunktswiderstand Z1 kann gemessen oder
berechnet werden. Die Bestimmung von Z1 ist für die richtige Wirkungsweise von ausschlaggebender
Bedeutung, insbesondere ist die Anwesenheit des Reflektors bei der Widerstandsbestimmung zu berücksichtigen.
Die Messung muß also im fertigen Aufbau der Antenne vorgenommen werden. Rechnerisch bestimmt
sich der Fußpunktswiderstand Z1 =ZS / 196,
wobei Zs = 60·In4·aid ist, wenn α den Abstand
zwischen Strahler und Reflektorfläche und d den Durchmesser des Strahlers bedeutet. Aus konstruktiven
Gründen wird der Reflektor aus einzelnen nicht abgestimmten Stäben aufgebaut. Es ist dann in der
Formel für Z5 zu berücksichtigen, daß die Kapazitätswirkung
des Reflektors nicht so groß ist wie die einer geschlossenen Fläche. Ein Teil der zugeführten
Leistung wird auch nach rückwärts abgestrahlt. Bezeichnet man mit N5 die Leistung in der Hauptstrahlrichtung
und mit NR die in der Rückstrahlrichtung,
dann ist die gesamte Leistung
Xges =NS+NR bzw. NR = p-Nees.
Unter der Annahme, daß das Verhältnis der Leistungen
wie das der Energien ist, wird für die geschlossene Fläche die Strahlungsenergie W = lhCP ■ u2,
wobei Cp die wirksame Kapazität des Strahlers gegenüber
der geschlossenen Fläche darstellt. Bezeichnet man die Kapazität des Strahlers gegenüber dem aus
Stäben aufgebauten Reflektor mit CR, so wird
^r = P'Cρ und der Wellenwiderstand des Strahlers
ZSE = 60 · 1 η 4 · aß ■ ΐ/^Ι — φ",
ίο wobei ZSR den Wellenwiderstand des Strahlers bei
Anwesenheit eines aus Stäben aufgebauten Reflektors bedeutet und α den Abstand zwischen Strahler und
Reflektorstab darstellt. Der Fußpunktswiderstand des Strahlers bei Anwesenheit einer aus Stäben bestehenden
Reflektorwand berechnet sich dann aus ZlR = ZSn 1196. In ähnlicher Weise könnte auch die
Veränderung der Induktivität des Strahlers bei Anwesenheit einer geschlossenen Fläche bzw. eines Stabreflektors
berücksichtigt werden. Dies ist aber bei der
ao Verwendung von Wellenlängendipolen praktisch nicht erforderlich, weil die Veränderung der Induktivität
nur eine geringe Rolle spielt.
Aus dem vorstehend beschriebenen Beispiel geht hervor, daß ein Reflektor verwendet wird, der aus
nicht abgestimmten Stäben aufgebaut ist, von denen je einer einer bestimmten Zeile von Strahlern zugeordnet
ist. Ein Reflektor dieser Art weist gegenüber Reflektoren, die durch eine geschlossene Fläche oder
eine größere Anzahl von Stäben dargestellt werden, den Vorteil auf, daß der störende Einfluß der diffusen
Reflexion, d. h. Schwächung der in der Hauptstrahlachse ausgestrahlten Energie und Beeinflussung der
Phasengleichheit der einzelnen Strahler, weitgehend vermieden wird. Die Stäbe sind, in bestimmtem Abstand
hinter den Strahlern jeweils in verschiedenen Ebenen parallel zur Hauptstrahlrichtung einerseits
und in einer gemeinsamen Ebene im bestimmten Abstand hinter der Strahlerwand andererseits angebracht,
wie es in Abb. 2 im Schnitt dargestellt ist.
Bei der Anordnung dieser Art fällt die Wirkung gegenüber den Nadhbarelementen praktisch nicht
mehr ins Gewicht. Infolgedessen stimmt das Diagramm in der Hauptstrahlrichtung fast genau mit
dem theoretisch gefundenen überein, wie in Abb. 3 dargestellt ist.
Bei einer Strahlerwand mit einzelnen Reflektoren bleibt zwar eine gewisse Rückstrahlung bestehen.
Diese Rückstrahlung ist aber nicht so stark, daß die Energie in der Hauptstrahlrichtung etwa geringer
würde als die Energie in der Hauptstrahlrichtung bei Verwendung einer geschlossenen Fläche, weil dort ein
großer Anteil an Energie diffus aus der Hauptstrahlrichtung wegreflektiert wird. Bei Verwendung einer
Strahlerwand mit einzelnen Reflektoren für jede Strahlerzeile kann die rückgestrahlte Energie unter
Beibehaltung des Vorteils von Phasengleichheit bezüglich der Hauptstrahlrichtung durch eine besondere,
in der Rückrichung angeordnete Strahlerwand abgefangen werden, die mit Ohmschen Widerständen
abgeschlossen ist. An Stelle dieser Strahlerwand kann auch ein anderes absorbierendes Material in der
Rückstrahlrichtung angebracht werden. Darüber hinaus kann die rückgestrahlte Energie dazu nutzbar
gemacht werden, eine Anzeige über die Strahlungsintensität zu betätigen. Eine derartige Signalisierung
ist z. B. bei vollautomatisch betriebenen Anlagen zweckmäßigerweise zu verwenden. Aus konstruktiven
oder elektrischen Gründen können selbstverständlich die Strahler auch über Transformationsglieder an das
Speiseleitungssystem angeschlossen oder innerhalb
des Speiseleitungssystems an Verteilpunkten Verteilköpfe, die gleichzeitig als Transformationsglieder
wirken, verwendet werden, es kommt nur darauf an, daß der übertragene Widerstand an die Strahler gut
angepaßt ist. Das vorstehend beschriebene System kann auch bei Strahlern anderer Art angewendet werden.
Es läßt sich überall dort benutzen, wo< mehrere Strahler phasengleich zwecks Erhöhung der Bündelung
parallel geschaltet werden sollen.
T-.
Claims (4)
1. Anordnung zur gleichphasigen Erregung einer Vielzahl von mit Reflektoren versehenen Einzelstrahlern
mit Anpassung der End- und Zuleitungen des Speiseleitungssystems an die Einzelstrahler
und Verzweigungspunkte, dadurch gekennzeichnet, daß die bekanntermaßen elektrisch
gleich langen Leitungsabschnitte gleichen Wellenwiderstandes von dem Vielfachen einer Viertel-
wellenlänge wesentlich verschieden sind und der Reflektor so ausgebildet ist, daß eine Beeinflussung
der Phasenbedingungen der Einzelstrahler durch diffuse Reflexion vermieden ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zeile von Strahlern nur
ein Reflektorstab zugeordnet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstrahlung durch eine
Absorptionsfläche unterdrückt wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgefangene
Energie der Rückstrahlung zu einer Anzeige der Strahlungsenergie und für Signalisierungszwecke
benutzt wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 940 910;
österreichische Patentschrift Nr. 113 125.
Deutsche Patentschrift Nr. 940 910;
österreichische Patentschrift Nr. 113 125.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 699/394 12.58
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DED19256A DE1046696B (de) | 1954-12-04 | 1954-12-04 | Anordnung zur gleichphasigen Erregung einer aus einer Vielzahl von Einzelstrahlern bestehenden Antennenanordnung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DED19256A DE1046696B (de) | 1954-12-04 | 1954-12-04 | Anordnung zur gleichphasigen Erregung einer aus einer Vielzahl von Einzelstrahlern bestehenden Antennenanordnung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1046696B true DE1046696B (de) | 1958-12-18 |
Family
ID=7036316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DED19256A Pending DE1046696B (de) | 1954-12-04 | 1954-12-04 | Anordnung zur gleichphasigen Erregung einer aus einer Vielzahl von Einzelstrahlern bestehenden Antennenanordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1046696B (de) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT113125B (de) * | 1927-03-17 | 1929-05-10 | Telefunken Gmbh | Hochfrequenzenergieleitung zur Speisung mehrerer Antennen von einem Sender bzw. eines Empfängers von mehreren Antennen. |
DE940910C (de) * | 1949-04-03 | 1956-03-29 | Lorenz C Ag | Richtantennen-Anordnung |
-
1954
- 1954-12-04 DE DED19256A patent/DE1046696B/de active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT113125B (de) * | 1927-03-17 | 1929-05-10 | Telefunken Gmbh | Hochfrequenzenergieleitung zur Speisung mehrerer Antennen von einem Sender bzw. eines Empfängers von mehreren Antennen. |
DE940910C (de) * | 1949-04-03 | 1956-03-29 | Lorenz C Ag | Richtantennen-Anordnung |
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