DE1068314B

DE1068314B - Halbwellenlängenantenne aus einer metallischen Zylinderfläche

Info

Publication number: DE1068314B
Application number: DENDAT1068314D
Authority: DE
Inventors: St. Leu-la-Foret Seine-et-Oise und Albert Weissfloch Le Plessis-Robinson Seine Jean Choquer (Frankreich)
Original assignee: Societe Technique dAppl'ication et de Recherche Electronique S.T.A.R.E.C., Nogent-sur-Marne, Seine (Frankreich)
Priority date: 1956-05-22
Publication date: 1959-11-05
Also published as: FR1150932A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbwellenlängenantenne aus einer metallischen Zylinderfläche, die durch einen oder mehrere Schlitze zur Strahlung angeregt wird.

Es sind bereits Antennen bekannt, bei denen ein oder mehrere Schlitze in der metallischen Zylinderfläche so angeordnet sind, daß sich eine lotrecht zur Zylinderachse gerichtete Polarisation, also eine horizontale Polarisation, ergibt. Hierzu ist die Hauptausdehnung jedes Schlitzes parallel zur Antennenachse, und die Länge von der einen Kante des Schlitzes zur anderen muß in der Größenordnung λ/2 sein.

Antennen mit einer Polarisation lotrecht zur Zylinderachse können aber für bestimmte Zwecke, z. B. für A^erkehrsverbindungen und Bodenbordverkehr, nicht verwendet werden, da sie schlechte Ergebnisse liefern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine »Schlitz-Antenne« zu schaffen, bei der die Schlitze so geformt sind, daß sich eine parallel zur Zylinderachse gerichtete Polarisation, demnach eine vertikale Polarisation ergibt.

Dies wird durch die Erfindung dadurch erreicht, daß der oder die Schlitze eine solche Form haben, daß die Verbindungslinie der Punkte größter Potentialdifferenz über dem Schlitz parallel zur Zylinderachse verläuft.

Die in der Zylinderwand angebrachten Schlitze können verschiedene Formen haben, je nachdem welche Impedanz und welches Strahlungsdiagramm gewünscht wird. Beispielsweise hat der Schlitz die Form von zwei gleichschenkligen, krummlinigen Dreiecken, die sich mit der Spitze gegenüberstehen, oder aber er besitzt die Form eines H, wobei die Schenkel des H parallel zur Achse des Zylinders verlaufen.

Die Antenne gemäß der Erfindung kann in einem Antennensystem, das aus mehreren Antennen und ihren Anregungssystemen besteht, verwendet werden. In einem solchen System ist eine gewisse Anzahl von Antennen mit ihren Anregungssystemen längs einer gemeinsamen Achse in einem Rohr aus Isoliermaterial übereinander angeordnet, wobei die Einzelantennen durch Isolierstützen voneinander getrennt sind.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer üblichen Dipolantenne mit zugehöriger Speiseleitung,

Fig. 2 und 3 Ansichten eines metallischen Hohlzylinders, der durch Schlitze zur Strahlung angeregt wird,

Fig. 4 ein rechtwinkliges Koordinatensystem zur Erklärung des Strahlendiagramms der Antenne,

Fig. 5 ein Strahlungsdiagramm eines Hohlzylinders Halbwellenlängenantenne
aus einer metallischen Zylinderfläche

Anmelder:

Societe Technique d'Application
et de Recherche Electronique

S. T. A. R. E. C₁
Nogent-sur-Marne, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Lehmann

und Dipl.-Ing. E. Eder, Patentanwälte,

München 23, Ohmstr. 16

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 22. Mai 1956

Jean Choquer, St. Leu-la-Foret, Seine-et-Oise,
und Albert Weissfloch, Le Plessis-Robinson, Seine

(Frankreich),
sind als Erfinder genannt worden

mit einem Schlitz in der zur Zylinderachse senkrechten Ebene,

Fig. 6 ein Strahlungsdiagramm in der zur Zylinderachse senkrechten Ebene, wenn der Hohlzylinder mit zwei zueinander symmetrischen Schlitzen versehen ist,

Fig. 7 A und 7 B um 90° versetzte Ansichten eines durch Schlitze zur Strahlung angeregten Hohlzylinders mit Speiseleitung,

Fig. 8 und 9 in vergrößertem Maßstab zwei Varianten der Speiseleitung und ihrer Verbindung mit dem Hohlzylinder,

Fig. 10 ein von vier Hohlzylindern A₁, A₂, A₃, A_i gebildetes Antennensystem.

Bekanntlich wird eine zylindrische Halbwellen-Dipolantenne, wie in Fig. 1 dargestellt, im allgemeinen symmetrisch gespeist. Die beiden Teile A und B sind voneinander isoliert und sind mit den beiden Leitern des Speisekabels / verbunden.

Die beiden voneinander isolierten Zylinder A und B sind durch einen einzigen metallischen Hohlzylinder D ersetzt, der durch Schlitze in der Zylinderwand so zur Strahlung angeregt wird, daß sich hinsichtlich Polarisation und Strahlungsdiagramm im wesentlichen die

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gleiche Strahlung ergibt, d. h. insbesondere eine Polarisation parallel zur Zylinderachse.

Die Anregung von Zylinderflächen zur Strahlung mittels Schlitzen ist bekannt (vgl. z. B. die deutsche Patentschrift 884 972); aber in den bekannten Fällen ist bei einem Zylinderumfang, der klein im Vergleich zur halbenWellenlänge ist, die Polarisation der abgestrahlten j/^elle nicht parallel, sondern senkrecht zur Zylinderachse gerichtet.

Um einen ausreichenden Strahlungswiderstand, insbesondere für Breitbandanpassung, zu erreichen, muß der äußere Umfang eines Schlitzes in einer Metallfläche sich der Größenordnung einer Wellenlänge nähern. Fig. 11 stellt einen einfachen strahlenden Schlitz in einer Metallfläche dar. Den genannten Bedingungen gemäß ist seine Länge ungefähr gleich λ/2 (2 == Wellenlänge). Bei einem solchen Schlitz bildet sich die größte Potentialdifferenz zwischen den Mitten M₁ und M₂ der beiden Gegenseiten aus, und die abgestrahlte Welle hat daher eine Polarisation, die parallel der Verbindungslinie M₁-M₂, also senkrecht zur Hauptausdehnung des Schlitzes gerichtet ist.

Ein strahlender Schlitz auf einer Zylinderfläche, deren Umfang klein im Vergleich zur halben Wellenlänge ist, muß demnach seine Hauptausdehnung parallel zur Zylinderachse haben, und die abgestrahlte Welle ist im allgemeinen senkrecht zur Zylinderachse polarisiert.

Jedoch ist es erfindungsgemäß möglich, den strahlenden Schlitzen eine solche Form zu geben, daß die Polarisation der abgestoßen Welle parallel zur Zylinderachse gerichtet ist.

Die Form der Schlitze kann z. B. die zweier krummliniger Dreiecke .S₁ sein, deren Spitzen sich gegenüberstehen und ineinander übergehen ('Fig. 2.L oder aber kann Η-Form haben (Fig.^ usw.

Die Anordnung und die Zahl der Schlitze bestimmen das Strahlungsdiagramm. Ein einziger Schlitz S₃ (Fig. 5) gibt z. B. in der Ebene x, y ein gerichtetes Diagramm. Andererseits geben zwei symmetrisch zueinander angebrachte Schlitze S₃ und .S₄ (Fig. 6) in der Ebene x, y nahezu ein Runddiagramm. Im letzteren Fall muß allerdings der Durchmesser des Zylinders sehr klein im Vergleich zur Wellenlänge λ sein, z. B. von der Größenordnung 0,15 λ, wobei λ eine Wellenlänge des Bereiches ist, für den die Antenne bestimmt ist. Man erkennt hier z. B. einen wesentlichen Unterschied zu einer bekannten Antenne, denn dort müssen im Gegenteil im zur Achse senkrechten Querschnitt die metallischen Flächen durch Verformen künstlich verlängert werden.

In einer durch die Zylinderachse verlaufenden Ebene ist das Strahlungsdiagramm dem einer Halbwellen-Dipolantenne ähnlich, solange die Länge des Hohlzylinders von der Größenordnung einer halben Wellenlänge ist.

Die Anpassung einer solchen Antenne an den Wellenwiderstand ihres Speisekabels wird durch die Form der Schlitze und die Art der Verbindung zwischen dem Kabel und dem Hohlzylinder bestimmt.

Für die vorgeschlagene Antenne ist ein Anregungssystem günstig, bei dem zwei Schlitze in Η-Form >S₅, .S₆ symmetrisch in der Wand des Rotationszylinders angebracht sind (Fig. 7 A und 7B), wobei die Schenkel des H parallel zur Zylinderachse verlaufen.

Die zur Zylinderachse senkrechten Kanten des Schlitzes A, Ä und B, B' sind durch zwei parallele, zur Zylinderachse senkrecht stehende Platten 1 und 2 (Figjä^- miteinander verbunden, die eine Leitung hohen 'Wellenwiderstandes darstellen.

Der Außenleiter des koaxialen Speisekabels ist mit der Platte 2 und der Innenleiter mit der Platte 1 verbunden.

Durch Einfügen einer Serienreaktanz im Innenleiter in Punkt C, z. B. eines Leitungsstückes (Fig. 9), kann die Impedanzkurve der Antenne verbessert werden.

Auf diese Weise ist es möglich, eine Antenne (Fig. 7 A und 7B) mit der Länge L und einem Außendurchmesser des Zylinders 0,24 L für einen Wellenlängenbereich zwischen 1,5 und 3 L an ein Speisekabel des Wellenwiderstandes Z = 100 Ohm mit einem maximalen Fehlanpassungsmaß U_maxJU_min = 2 anzupassen.

Durch die Erfindung wird es möglich, auf einfache Weise und mit geringen äußeren Abmessungen eine Breitbandantenne herzustellen. Andererseits können mehrere derartige Antennen fluchtend übereinander zu einem Antennensystem angeordnet werden, wobei die Speiseleitungen der oberen Antennen durch das Innere der unteren Halbzylinder verlaufen und sich dabei nur eine geringe elektrische Kopplung zwischen den einzelnen Antennen ergibt. Insbesondere kann in dieser Weise durch Zusammenschaltung mit geeigneten Leitungslängen eine Antenne mit großer Strahlungskonzentration in der zur Zylinderachse senkrechten Ebene geschaffen werden.

FJg₁₁IQ zeigt eine beispielsweise Ausführungsform eines Äntennensystems, das aus mehreren erfindungsgemäßen Antennen aufgebaut ist. Das schematisch dargestellte System besteht aus vier gleichen Hohlzylinderantennen A₁, A₂, A₃, A_it wie an Hand von Fig. 7A, 7B, 8, 9 mit ihrem Anregungssystem beschrieben. Diese Hohlzylinder sind im Innern eines Rohres V aus Isoliermaterial befestigt. El, E2, EZ sind Isolierstützen, die die einzelnen Antennen voneinander trennen. Das Rohr V schützt die Gesamtanordnung und gibt dem Ganzen eine solide, geschlossene einfache Form. Am oberen Ende ist das Rohr mit einem transparenten Abschluß versehen, der ein Warnlicht enthalten kann.

Jede Einzelantenne A₁, A₂, A₃, A_A ist an ein koaxiales Kabel vom Wellenwiderstand 100 Ohm angepaßt. Je zwei dieser Kabel sind parallel geschaltet und mit 50-Ohm-Kabel C₁ und C₂ verbunden. Schließlich sind diese bei R wieder parallel geschaltet, und die sich ergebende Impedanz von 25 Ohm wird durch ein Breitband-Transformationsglied T in den Wellenwiderstandswert, z. B. 50 Ohm, eines üblichen Kabels zurücktransformiert.

Eine in dieser Weise gebaute Antenne ergibt für den Frequenzbereich von 225 bis 400 MHz bei gleichphasiger Speisung der Einzelantennen (gleiche Kabellängen) eine starke Richtwirkung in der zur An-tennenachse senkrechten Ebene. Das Diagramm ist in dieser Ebene nahezu kreisförmig.

Es ist offensichtlich, daß man analoge Antennen bei proportionaler Vergrößerung oder Verkleinerung aller Dimensionen für längere oder kürzere Wellenlängen herstellen kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Halbwellenlängenantenne aus einer metallischen Zylinderfläche, die durch einen oder mehrere Schlitze zur Strahlung angeregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Schlitze eine solche Form haben, daß die Verbindungslinie der Punkte (M₁, M₂) größter Potentialdifferenz über den Schlitz parallel zur Zylinderachse verläuft.

2. Halbwellenlängenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß des Schlitzes bezüglich einer Erzeugenden des Zylinders symmetrisch verläuft.

3. Halbwellenlängenantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß des Schlitzes symmetrisch zur Ebene verläuft, die den Zylinder in seiner Mitte senkrecht schneidet.

4. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz die Form von zwei gleichschenkligen, krummlinigen Dreiecken hat, die sich mit der Spitze gegenüberstehen.

5. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (S₂) die Form eines H hat, wobei die zwei Schenkel des H parallel zur Achse des Zylinders verlaufen.

6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleiche Schlitze (S₃, S^) angebracht sind, die symmetrisch zur Achse des Zylinders liegen, und daß der Durchmesser des Zylinders sehr klein im Verhältnis zur Wellenlänge ist.

7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Zylinders kleiner als 2/4 ist, wobei λ die kürzeste Wellenlänge des Arbeitsbereiches der Antenne ist.

8. Anordnung, bestehend aus einer Antenne gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und ihrem Anregungssystem mit Speisekabel, dadurch gekennzeichnet, daß das Anregungssystem aus zwei leitenden parallelen Platten (1, 2) besteht, die transversal im Innern des Zylinders angebracht und mit den zur Zylinderachse senkrechten Kanten der Schlitze (A, Ä und B, B') verbunden sind, und daß der Außenleiter (4) des koaxialen Speisekabels (3) mit der unteren Platte (2) und der Innenleiter (5) mit der oberen Platte (1) verbunden ist.

9. Anordnung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Innenleiter (5) des Speisekabels (3) und der oberen Platte (1) eine Reaktanz Zwischengeschäft ist.

10. Anordnung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (5) des Speisekabels (3) über die obere Platte (1) hinaus durch ein Leitungsstück verlängert ist, das mit dem Innenleiter in Serie geschaltet ist.

11. Antennensystem, bestehend aus mehreren Antennen und ihrem Anregungssystem gemäß einem der Ansprüche 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine gewisse Anzahl von Antennen (A₁, A₂, A₃, A_t) mit ihren Anregungssystemen längs einer gemeinsamen Achse in einem Rohr (V) aus Isoliermaterial übereinander angeordnet sind und die Einzelantennen durch Isolierstützen (E₁, E₂, E₃) voneinander getrennt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 884 972;
Funk und Ton, 1954; Nr. 6, S. 288 bis 293.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

909 647/276 10.