DE1062289B

DE1062289B - Directional antenna

Info

Publication number: DE1062289B
Application number: DET12933A
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Hasselbeck
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1956-11-30
Filing date: 1956-11-30
Publication date: 1959-07-30

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtantenne, welche aus mehreren im wesentlichen linearen, schlanken, elektrisch unterteilten Einzelstrahlen aufgebaut ist. Die Einzelstrahler können sämtlich unmittelbar oder über Zwischenglieder zur Einstellung der Amplitude und/oder Phasenlage des Stromes im Strahlerfußpunkt mit einer gemeinsamen Anschlußleitung verbunden und die Ströme der Einzelstrahler können auf gleiche oder ungleiche Amplitude und/oder Phase eingestellt sein. Anstatt sämtliche Einzelstrahler mit Anschlußleitungen zu versehen, können neben einer Anzahl von mit der Anschlußleitung verbundenen Einzelstrahlern auch solche Einzelstrahler vorhanden sein, die nicht mit Anschlußleitungen in Verbindung stehen und in denen Ströme im Falle der Verwendung als Sendeantenne lediglich durch ihre Kopplung mit den gespeisten Strahlern Zustandekommen und die dann in bekannter Weise als Reflektor oder Direktor wirken. Die Verwendung elektrisch unterteilter Einzelstrahler für derartige Richtantennen ist aus der deutschen Patentschrift 894 572 bekannt. Sie ergibt den Vorteil, daß die Zahl der Speiseleitungen reduziert werden kann, wenn man in Kauf nimmt, daß die Breite des Bandes, innerhalb dessen Richtdiagramm und Anpassung annähernd erhalten bleiben, etwas abnimmt. Dabei bestehen die elektrischen Verbindungsstücke, welche die Trennstellen zwischen den Enden der Teilstücke der Strahler überbrücken, aus reinen Blindwiderständen. Sie erfüllen die Aufgabe, an den Trennstellen Phasensprünge des Stromes auf dem Strahler hervorzurufen, ohne dabei Sende- oder Empfangsenergie zu verzehren.The invention relates to a directional antenna, which consists of several essentially linear, slim, electrically subdivided individual beams. The individual radiators can all be directly or via intermediate elements to adjust the amplitude and / or phase position of the current in the Radiator base connected to a common connection line and the currents of the individual radiators can be set to the same or different amplitude and / or phase. Instead of all individual radiators to be provided with connecting lines, in addition to a number of connected to the connecting line Individual radiators also such individual radiators are available that are not connected to connecting lines Are connected and in which currents in the case of use as a transmitting antenna only through their Coupling with the fed radiators come about and then in a known manner as a reflector or act as director. The use of electrically subdivided individual radiators for such directional antennas is known from German patent specification 894 572. It has the advantage that the number of feed lines can be reduced if one accepts that the width of the band is within its directional diagram and adaptation are approximately retained, somewhat decreases. There are electrical connectors, which bridge the separation points between the ends of the sections of the radiators pure reactances. They fulfill the task of phase jumps in the current at the separation points the emitter without consuming the transmitted or received energy.

Bei einer solchen bekannten Richtantenne besteht die große Schwierigkeit, den Fußpunktwiderstand eines Einzelstrahlers in einem weiteren Frequenzbereich nahe bei dem der Bemessung des Anpassungsnetzes zugrunde gelegten Wert zu halten. Dieses Problem kann praktisch nur für relativ kleine Bereiche gelöst werden. Darüber hinaus besteht weiter eine Schwierigkeit, die sich aus der gegenseitigen Beeinflussung der Einzelstrahler durch die Strahlungskopplung ergibt. Diese Kopplung bewirkt, daß in jedem Einzelstrahler von den Strömen aller übrigen Strahler Spannungen induziert werden, welche sich mit der im Sendefalle von der Anschlußleitung gelieferten Spannung vektoriell zusammensetzen und daher Amplituden- und Phasenabweichungen der Ströme der Einzelstrahler hervorbringen, welche Funktionen der gegenseitigen Abstände und der Frequenz sind. Gleichzeitig ändern sich die Fußpunktwiderstände der Einzelstrahler. Aus der Tatsache, daß bei einem Einzelstrahler der Fußpunktwiderstand über einen kleinen Frequenzbereich nahezu konstant ist, folgt aber nicht, daß für eine Antennenanordnung RichtantenneWith such a known directional antenna, there is the great difficulty of reducing the base point resistance of a single radiator in a wider frequency range close to the value on which the dimensioning of the adaptation network is based. This Problem can practically only be solved for relatively small areas. In addition, persists a difficulty resulting from the mutual influence of the individual radiators through the radiation coupling. This coupling has the effect that in Each individual radiator from the currents of all other radiator voltages are induced, which are combine vectorially with the voltage supplied by the connecting line in the transmission case and therefore produce amplitude and phase deviations in the currents of the individual radiators, which Are functions of mutual distances and frequency. At the same time, the base point resistances change the single emitter. From the fact that with a single radiator the base point resistance is almost constant over a small frequency range, but it does not follow that for an antenna arrangement Directional antenna

Anmelder:Applicant:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71Telefunken GmbH,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dr. Werner Hasselbeck, Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Werner Hasselbeck, Ulm / Danube,
has been named as the inventor

aus zwei oder mehr dicht nebeneinander liegenden Strahlern dasselbe gilt. Vielmehr ergeben sich im allgemeinen bei der Zusammenschaltung von Einzel-Strahlern zu einer Gruppe infolge der Strahlungskopplung wieder erhebliche Änderungen des resultierenden Fußpunktwiderstandes in Abhängigkeit von der Frequenz und natürlich auch von dem gegenseitigen Abstand der Strahler.the same applies to two or more radiators lying close to one another. Rather, it results in general When interconnecting individual radiators to form a group, the radiation coupling again causes considerable changes in the resulting Base point resistance as a function of the frequency and of course also on the mutual Distance between the radiators.

Der Zusammenbau einer Richtantenne aus Einzelstrahlern setzt daher selbst bei der Verwendung relativ breitbandiger Strahler — wie z. B. von Antennen mit geringem Schlankheitsgrad — eine mühevolle Entwicklungsarbeit voraus. Um das gewünschte Richtdiagramm und den erreichbaren Antennengewinn zu erhalten, muß die Speisung so erfolgen, daß trotz der geänderten Fußpunktwiderstände dieselben Ströme fließen, wie sie bei der Diagrammberechnung angenommen wurden.The assembly of a directional antenna from individual radiators therefore depends on its use relatively broadband radiator - such as B. of antennas with a low slenderness - a laborious one Development work ahead. About the desired directional diagram and the achievable antenna gain To obtain this, the supply must be carried out in such a way that the same currents despite the changed base point resistances flow as they were assumed in the diagram calculation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Schwierigkeiten bei der Zusammenstellung von Richtantennen zu überwinden. Dies wird bei einer Richtantenne erreicht, welche erfindungsgemäß aus einer Anzahl einander paralleler, im wesentlichen linearer, schlanker, elektrisch unterteilter Einzelstrahler besteht, deren Trennstellen durch elektrische Verbindungsstücke überbrückt sind, welche zwischen den Enden der Teilstücke eingeschaltete ohmsche Widerstände enthalten.The invention is based on the problem of the above-mentioned difficulties with the compilation to overcome by directional antennas. This is achieved with a directional antenna which, according to the invention from a number of parallel, essentially linear, slender, electrically subdivided individual radiators exists, the separation points are bridged by electrical connectors, which between Contain ohmic resistors switched on at the ends of the sections.

Es sei erwähnt, daß aus der deutschen Patentschrift 861 878 bereits eine einfache Rundstrahlantenne bekannt ist, welche aus einem einzigen im wesentlichen linearen, elektrisch unterteilten Einzelstrahler besteht, dessen Trennstellen durch elektrische Verbindungsstücke überbrückt sind, welche zwischen den Enden der Teilstücke eingeschaltete ohmsche Widerstände enthalten. Derartige Rundstrahlantennen sind jedoch noch nicht als Elemente für die Zusammenstellung von Richtantennen verwendet worden. Die ErfindungIt should be mentioned that a simple omnidirectional antenna is already known from German patent specification 861 878 which consists of a single, essentially linear, electrically subdivided individual radiator, whose separation points are bridged by electrical connectors, which are between the ends of the sections contain switched-on ohmic resistors. Such omnidirectional antennas are, however has not yet been used as elements for assembling directional antennas. The invention

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besteht demgegenüber in der Kombination mehrerer Geraden liegen. Die Trennstelle zwischen demon the other hand consists in the combination of several straight lines. The dividing point between the

derartiger bekannter Einzelstrahler als Richtantenne. schirmartigen Oberteil und dem Strahlerteil 2 istsuch known single radiator as a directional antenna. umbrella-like upper part and the radiator part 2 is

Bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Rieht- durch den ohmschen Widerstand 4 überbrückt, mit antenne ergab sich die überraschende Tatsache, daß dem eine Induktivität 6 in Reihe geschaltet sein kann, der bisher so störende Einfluß der Strahlungskopplung 5 Zwischen den Enden der Strahlerteile 2 und 3 liegt praktisch ausgeschaltet ist. Der Fußpunktwiderstand der ohmsche Widerstand 5 und parallel zu diesem die weist für eine beliebige Gruppe von Einzelstrahlern Induktivität 7. Zwischen dem Strahlerfußpunkt und im wesentlichen das gleiche Maß von Unabhängigkeit Erde ist die eine Wicklung des Breitband-Hochvon der Frequenz auf wie bei einem Einzelstrahler frequenztransformators 8 eingeschaltet, dessen andere und ist auch im wesentlichen unabhängig von den i° Wicklung mit den beiden Leitern der Anschlußgegenseitigen Abständen der Strahler. Das resultie- leitung 9 verbunden ist. Die Ausbildung des Strahlerrende Strahlungsdiagramm kann für eine solche Rieht- Oberteiles 1 in Form eines Schirmes ist in dem hier antenne ohne Berücksichtigung zusätzlicher, durch betrachteten Zusammenhang nicht von wesentlicher Strahlungskopplung verursachter Phasenverschiebun- Bedeutung. Dieser Teil könnte auch weggelassen gen der Strahlerströme durch einfache Superposition 15 werden oder durch einen linearen Strahlerteil nach der Einzelfeldstärken im Fernpunkt ermittelt werden. Art der Teile 2 und 3 ersetzt werden. Es ist ersicht-Diese Erscheinung hat umgekehrt zur Folge, daß aus lieh, daß bei tiefen Frequenzen die Induktivität 7 den solchen Einzelstrahiern eine breitbandige Richtantenne Widerstands nahezu kurzschließt. Dadurch wirken zusammengesetzt werden kann, ohne daß bei Berech- die Stralilerteile 2 und 3 wie ein einfacher, linearer nung der Richtdiagramme und damit auch der An- 20 Strahler, an dessen oberes Ende über den Widertennengewinne und bei der Anpassung an die An- stand 4 eine Dachkapazität angeschlossen ist, da bei Schlußleitung die Strahlungskopplung berücksichtigt d_en tiefen Frequenzen auch die Induktivität 6 keinen zu werden braucht. Dieser Vorteil ist für die Zu- wesentlichen Blindwiderstand bildet. Bei höheren sammenstellung von Richtantennen aus Einzel- Frequenzen wird der Widerstand 5 wirksam, weil der Strahlern von so großer Bedeutung, daß dafür ein ge- 25 Blindwiderstand der Induktivität 7 ansteigt. Gleichwisser Energieverlust in den die Trennstellen über- zeitig" wird der obere Strahlerteil 1 unwirksam, weil brückenden ohmschen Widerständen in Kauf genom- _aucn der Blindwiderstand der Serieninduktivität 6 men werden kann. Dieser Verlust kann bei den tiefe- _sj_ch erhöht. Bei geeigneter Bemessung der Widerren Frequenzen des Arbeitsfrequenzbereiches durch stände 4 und 5 sowie der Induktivitäten 6 und 7 kann parallel zu den ohmschen Widerständen eingeschal- 30 _man erreichen, daß der Fußpunktwiderstand einer tete, vorzugsweise in Spulenform ausgebildete Induk- solchen Antenne über einen sehr großen Frequenztivitäten verringert werden. bereich nahezu konstant bleibt. Gleichzeitig sind auchIn a device designed according to the invention bridged by the ohmic resistor 4, with antenna, the surprising fact arose that an inductance 6 can be connected in series, the previously so disruptive influence of the radiation coupling 5 between the ends of the radiator parts 2 and 3 is practically off. The base resistance is the ohmic resistance 5 and, parallel to this, has inductance 7 for any group of individual radiators. Between the radiator base and essentially the same degree of independence from earth there is one winding of the broadband high frequency transformer 8 switched on, the other and is also essentially independent of the i ° winding with the two conductors of the mutual spacing of the radiators. The result line 9 is connected. The design of the radiating radiation diagram can be important for such a directional upper part 1 in the form of a screen in the antenna here without taking into account additional phase shifts caused by the considered connection which are not of essential radiation coupling. This part could also be omitted for the radiator currents by simple superposition 15 or by a linear radiator part according to the individual field strengths at the far point. Type of parts 2 and 3 to be replaced. It can be seen that this phenomenon has the opposite consequence that at low frequencies the inductance 7 almost short-circuits a broadband directional antenna resistor to the such individual radiators. As a result, the radiation elements 2 and 3 can be put together without the need for a simple, linear calculation of the directional diagrams and thus also the radiator, at its upper end over the nominal gains and when adapting to the ratio 4 a roof capacitor is connected, as at circuit line coupling the radiation into account d _s low frequencies the inductor 6 does not need to be. This advantage is essential for the reactance. With a higher combination of directional antennas from individual frequencies, the resistor 5 becomes effective because the radiators are so important that a reactive resistance of the inductance 7 increases. DC Wisser energy loss in the separation points over- time "of the upper radiator Part 1 is ineffective because bridging ohmic resistances genome in buying the reactance of the series inductance 6 _AuCN men can be. This loss can be increased in the tiefe- _s j _c h. With appropriate dimensioning the Widerren frequencies of the operating frequency range by means of stands 4 and 5 and of the inductances 6 and 7 in parallel with the ohmic resistances eingeschal- 30 _to achieve that the base resistance of preparing, preferably formed in coil shape induction such an antenna can be reduced over a very wide frequency Tivi activities range remains almost constant

Die Richtantenne nach der Erfindung ist Vorzugs- j_m Vertikaldiagramm keine Nullstellen mehr nachweise für die Verwendung zu Empfangszwecken be- weisbar, obwohl in gewissen Frequenzbereichen die stimmt. Dabei machen sich die bei höheren Frequen- 35 räumliche Länge der Strahler größer als eine halbe zen durch die eingeschalteten Widerstände ent- Wellenlänge ist. Obwohl für die Erklärung dieser stehenden Verluste überhaupt nicht störend bemerkbar. Wirkungen noch keine theoretisch-rechnerische Dar-Das in der Atmosphäre vorhandene Rauschen im stellung zur Verfügung steht, kann doch angenom-Lang- und Kurzwellengebiet ist stets so groß, daß _men werden, daß auf der Antenne ein hoher Anteil trotz dieser Verluste der atmosphärische Störpegel 40 fortschreitender Wellen vorhanden und diese Tatsache weit über dem Eigenrauschen eines modernen Emp- für die Auffüllung der Nullstellen im Vertikalfängers bleibt. Die Richtantenne nach der Erfindung diagramm entscheidend ist.The directive antenna according to the invention is preferential j _m Vertical diagram no zeros more evidence supporting the use for reception purposes loading weisbar, although in certain frequency ranges the right. The spatial length of the radiators at higher frequencies is greater than half a zen due to the resistors being switched on. Although not at all disturbing the explanation of these standing losses. Effects no theoretical-computational Dar This is present in the atmosphere noise in the position available, but angenom-long and short-wave region can is always so great that _me n be that on the antenna, a high proportion in spite of these losses, the atmospheric Interference level 40 of advancing waves is present and this fact remains far above the inherent noise of a modern receiver for filling up the zeros in the vertical catcher. The directional antenna according to the invention is crucial.

kann aber auch wegen der angegebenen Vorteile bei Praktische Versuche haben nun die überraschendebut can also because of the stated advantages in practical experiments now have the surprising

ihrer Zusammenstellung und wegen ihres großen Tatsache ergeben, daß die Unveränderlichkeit destheir composition and because of their great fact that the immutability of the

Arbeitsfrequenzbereiches für Sendezwecke verwendet 45 Fußpunktwiderstandes in vollem Maße erhalten bleibt,Operating frequency range used for transmission purposes 45 base point resistance is fully preserved,

werden. Wegen dieser Vorteile ist es in vielen Fällen _wenn man eine derartige Antenne als Einzelstrahlerwill. Because of these advantages, it is in many cases _we nn to such an antenna as a single spotlight

durchaus lohnend, dafür einen gewissen Leistungs- für den Aufbau einer Richtantenne, etwa nach demQuite worthwhile, but a certain amount of power for the construction of a directional antenna, for example after the

verlust hinzunehmen. Schema der Fig. 2 verwendet. Dabei ergeben sich dieto accept loss. Scheme of Fig. 2 is used. This results in the

Es ist zu erwähnen, daß zur Verwendung innerhalb schon erwähnten Vorteile bei der Bestimmung des eines breiten Arbeitsfrequenzbereiches auch rund- 50 resultierenden Strahlungsdiagrammes und des Anstrahlende Einzelantennen bekannt sind, bei denen tennengewinnes. In Fig. 2 sind mit 10 bis 17 die Fußdie guten Breitbandeigenschaften im wesentlichen punkte einer entsprechenden Anzahl von einander durch Anwendung großer Strahlerquerschnitte im geometrisch parallelen Einzelstrahiern bezeichnet, von \^rerhältnis zur Strahlerlänge erzielt wurden. Solche denen jeder nach dem Schema der Fig. 1 aufgebaut Strahlerformen sind nach der deutschen Patentschrift 55 sein kann. Die Einzelstrahler sind an ihren Fuß-861 881 auch als Drahtreusen ausgebildet worden. Zur punkten durch die Breitband-Hochfrequenztransforweiteren Verbesserung ihrer Breitbandeigenschaften matoren 18 bis 25 zunächst paarweise zusammenhat man an ihrem freien Ende eine sogenannte Dach- gefaßt. Die weitere Zusammenfassung der Anschlußkapazität über einen ohmschen Widerstand ange- leitungen der Strahlergruppen erfolgt über die Transschlossen. Wegen der großen Dicke dieser Strahler ist So formatoren 26 bis 29 und schließlich über den Transihre Verwendung in Richtantennen jedoch nicht vor- formator 30. Die Übersetzungsverhältnisse der Transteilhaft. Der rein mechanische Aufwand ist für eine formatoren sind nach bekannten Grundsätzen so geAntenne mit vielen Einzelstrahiern sehr hoch. wählt, daß sich an der gemeinsamen Anschlußleitung In der Zeichnung ist in Fig. 1 eine aus einem 31 ein Anpassungswiderstand in der Größe des Einzelstrahler bestehende Rundstrahlantenne der aus 65 Wellenwiderstandes einer üblichen Hochfrequenzder deutschen Patentschrift 861878 bekannten Art leitung ergibt, beispielsweise 60 Ohm.
dargestellt. Der Strahler besteht aus einem schirm- Die auf diese Weise gebildete Richtantenne nach artigen Oberteil 1, welches wie eine Dachkapazität der Erfindung hat in der Horizontalebene bei richwirkt, und den im wesentlichen linearen Strahler- tiger Wahl der Strahlerabstände ein nach zwei Seiten teilen 2 und 3, deren Achsen auf einer gemeinsamen 7" weisendes lanzettartiges Diagramm. In jeder Vertikal-It should be mentioned that for use within the already mentioned advantages in the determination of the radiation diagram resulting from a wide operating frequency range and the radiating individual antennas are known, in which antenna gain. In FIG. 2, the Fußdie good broadband properties are essentially points to a corresponding number of one another by application of large radiator sections in parallel geometric Einzelstrahiern referred to were obtained from \ ^r erhältnis the radiator length with 10 to 17. Such radiator shapes, each of which is constructed according to the scheme of FIG. 1, can be according to German patent specification 55. The individual radiators are also designed as wire traps on their feet. In order to score points through the broadband high-frequency transformers to improve their broadband properties, initially in pairs, a so-called roof has been put together at their free end. The further combination of the connection capacitance via an ohmic resistance directed to the radiator groups takes place via the transclosures. Because of the great thickness of these radiators, so formators 26 to 29 and finally over the course of their use in directional antennas is not pre-formator 30. The transmission ratios of the line. The purely mechanical effort is very high for a formator, according to known principles, so geAntenne with many individual tractors. In the drawing, in Fig. 1, an omnidirectional antenna consisting of a 31 a matching resistor in the size of the individual radiator of the 65 wave impedance of a conventional high frequency of the German patent 861878 known type results, for example 60 ohms.
shown. The radiator consists of a shield The directional antenna formed in this way according to the type of upper part 1, which acts like a roof capacity of the invention in the horizontal plane at right, and the essentially linear radiator tiger choice of the radiator spacing divided into two sides 2 and 3 whose axes are on a common 7 "lanceolate diagram. In each vertical

Claims

The application of the invention is not restricted to individual rows of radiators. Rather, any spatial arrangements can be used. The in-phase supply of the radiators is also not a necessary feature of a directional antenna designed according to the invention. Instead of electrically subdivided asymmetrical radiators, corresponding symmetrical radiators can also be used. Patent claims: Publications taken into account:

1. Directional antenna, characterized in that 20 German patents No. 861 878, 861 881, they consist of a number of parallel ones, in 894 572.

2. Directional antenna according to claim 1, characterized in that the ohmic resistors (4, 5) reactances, preferably inductors (6, T), are connected in series or in parallel.

3. Directional antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the connecting lines the individual radiators (10 to 17) combined in groups via broadband transformers (18 to 30) and are connected to a common connection line (31).

1 sheet of drawings