DE1069707B - Richtantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtantenne, insbesondere für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Primärstrahler und wenigstens einer damit strahlungsgekoppelten Sekundärstrahlerstruktur.

Eine Richtantenne der vorbezeichneten Art ist z. B. die unter dem Fachausdruck Yagi-Antenne bekannte Richtantenne. Das Grundkonzept dieser Antenne (vgl. Fig. 1) besteht darin, daß einem mit einer Hochfrequenzleitunig verbundenen Dipol eine aus einer Reihe von Dipolen bestehende, strahlungsgekoppelte Sekundärstrahlerstruktur in der Hauptstrahlrichtung der Richtantenne vorgesetzt wird. Eine andere Sekundärstrahlerstruktur für Richtantennen der einleitend beschriebenen Art ist der bekannte dielektrische Stabstrahler, dessen Grundform in der Fig. 2 dargestellt ist und >der eine Verteilung des elektrischen Feldes aufweist, wie sie durch die gestrichelt eingezeichneten elektrischen Feldlinien angedeutet ist. Eine ähnliche Feld verteilung läßt sich auch durch die bekannte SekundärstraWerstruiktur nach Fig. 3 erreichen, die aus einem quer zur Ausbreitungsrichtung der Wellen verlaufende Rillen aufweisenden Metallblock besteht, die als wellenführende Struktur betrachtet werden kann. An allen diesen Sekundärstrahlerstrukturen ist der relativ große, vor allem räumliche Aufwand nachteilig, der vor allem dann in Erscheinung tritt, wenn es auf eine gute Bündelung der vom Primärstrahler ausgehenden oder von diesem aufzunehmenden Strahlung mittels der Sekundärstrahlerstruktur ankommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Richtantenne der einleitend beschriebenen Art unter anderem gerade hinsichtlich dieser Schwierigkeiten wesentlich zu verbessern.

DieseÄi^fetanterme wird bei einer Richtantenne, insbesondere für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Primärstrahler und wenigstens einer damit strahlungsgekoppelten Sekundärstrahlerstruktur, gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß die Sekundärstrahlerstruktur aus wenigstens einem Leitdraht oder Leitblech besteht und, zumindest angenähert in der Hauptstrahlungsrichtung der Richtantenne sich erstreckend, vor der Apertur des Primärstrahlers angeordnet ist. Zweckmäßig erhäJt die Sekundärstrahlerstruktur bei Ausbildung als Leitdraht die Form eines wenigstens angenähert in Richtung des elektrischen Feldvektors zickzackförmig geführten Drahtes. Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, der Sekundärstrahlerstruktur bei Ausbildung als Leitdraht die Form einer Flachwendel zu geben. Vor allem bei Ausbildung der SekundärstrahleräStruktur als Leitdraht ist es auch zweckmäßig, die Sekundärstrahlerstruktur mit einem vorzugsweise in der Längssymmetrieachse der Struktur verlaufend angeordneten Stütz-Richtantenne
für sehr kurze elektromagnetische Wellen

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Giswalt v. Trentini, München-Solln,
ist als Erfinder genannt worden

stab ziu versehen, der zur Erhöhung der Stabilität aus Metall bestehen kann. Bei Ausbildung der Sekundärstrahlerstruktur als Leitblech empfiehlt es sich, dieses mit alternierend aufeinanderfolgenden Erweiterungen und Einschnürungen in der Breitenabmessung zu versehen. In manchen Fällen hat es sich auch als zweckmäßig erwiesen, die Leitdrähte ader Leitbleche in einem dielektrischen Stützkörper mit geringen Verlusten einzuschließen, der insbesondere aus einem geschäumten Dielektrikum, vorzugsweise mit einer relativen Dielektrizitätskonstante, die nur unwesentlich von Eins verschieden ist, besteht. Eine ebenfalls vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in der Weise möglich, daß der die Sekundärstrahlerstruktur bildende Leitdraht oder das entsprechende Leitblech auf einen dielektrischen Träger in Form einer dünnen leitenden Schicht aufgebracht wird, beispielsweise durch Aufdampfen oder Aufsprühen. Die Sekundärstrahlerstruktur kann vor allem dann, wenn es auf eine starke Bündelung bei geringer Erstreckung des Sekundärstrahlers in Hauptstrahlungsrichtung ankommt, vorteilhaft aus Leitdrähten oder Leitblechen bestehen, die zueinander parallel oder unter einem Winkel verlaufend angeordnet sind.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 4 bis 26 der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert.

In der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, das die Anwendung der Sekundänstrahlerstruktur bei einer Richtantenne für den UKW-Bereich zeigt. Der Primärstrahler besteht aus einem an sich bekannten Dipolstrahler 1, der mit einer Hochfrequenzleitung 2 verbunden ist und einen Reflektor 3 hat. In Hauptstrahlungsrichtung des Dipols

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ist eine aus einem zickzackförmig geführten Leitdraht 4 bestehende Sekundärstrahlerstruktur vorgeordnet. In der Ebene des zickzackförmig geführten Leitdrahtes liegt der Dipol 1 mit seinem Reflektor 3. Bei der in der Fig. 5 gezeigten Richtantenne besteht der Primärstrahler aus einem Hornstrahler Y mit quadratischer Apertur, der über einen Hohlleiter 2', beispielsweise rechteckförmigen Querschnitts, mit einem Hochfrequenzgerät, beispielsweise einem Sender oder einem Empfänger, in an sich bekannter Weise verbunden ist. Im Hornstrahler 1' beginnt eine in der Hauptstrahlrichtung desselben — das ist beim Ausführungsbeispiel die Längsachse des Hornstrahler ■— sich erstreckende Sekundärstrahlerstruktur, die aus einem Leitdraht besteht, der zickzackförmig geführt ist und abgeflachte Spitzen hat.

Die Sekundärstrahlerstruktur hat die Wirkung, daß sie das Strahlungsdiagramm des Primärstrahlers, in dessen Nahfeld sie sich befindet, wesentlich beeinflußt. Durch die Sekundärstrahlerstruktur, d. h. durch deren Abmessungen, Form und Anordnung bezüglich der Apertur des Primärstrahlers läßt sich das Strahlungsdiagramm der aus Primärstrahler und Sekundärstrahler bestehenden Richtantenne in relativ weiten Grenzen beliebig variieren und vorgegebenen Forderungen anpassen. Die Wirkungsweise eines Leitdrahtes, wie er als Sekundärstrahlerstruktur, z. B. bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 und 5, verwendet wird, läßt sich etwa wie folgt erklären. Ein dünner Leiter, der in Ausbreitungsrichtung der von der Primärstrahlerapertur ausgehenden elektromagnetischen Welle angeordnet ist, beeinflußt diese Welle praktisch nicht. Wird dieser Leiter jedoch, in Ausbreitungsrichtung der Wellen betrachtet, periodisch gebogen, so tritt der Leiter mit dem elektromagnetischen Feld der Wellen in Wechselwirkung. In dem Leiter werden Ströme induziert, wodurch sekundäre Wellen von den einzelnen Leiterstellen ausgehen. Durch entsprechende Bemessung der Form des Leitdrahtes ist erreichbar, daß sowohl eine Phasenverzögerung als auch eine Komponente des elektrischen Feldes in Ausbreitungsrichtung der Wellen vorhanden sind und eine Führung der Welle längs der Struktur eintritt. Mit zunehmender Länge werden damit die Bündelung und der Antennengewinn der Antennenanordnung größer.

Der zickzackförmig gebogene Leitdraht oder der periodisch abgebogene Leitdraht bietet nun als Sekundärstrahlerstruktur eine außerordentlich einfache Möglichkeit zur Strahlungsdiagrammformung bei einer Richtantenne. Bei Verwendung als Sekundärstrählerstruktur ist es nämlich möglich, einen einfach zu speisenden Primärstrahler zu nehmen, der hinsichtlich der Speisung und einer gewissen Grundform des vorgegebenen Strahlungsdiagrarnms leicht realisierbar ist und die Feinstruktur des Strahlungisdiagramms in beliebigem Maße mittels des Sekundärstrahlers, der sich dann relativ einfach gestaltet, mit den vorgegebenen Forderungen in Einklang zu bringen.

Als Primärstrahler kommen demnach für sehr kurze elektromagnetische Wellen vor allem Hohlleiteröffnungen, kleine Hornstrahler und Schlitzantennen in Frage. Bei erdungssymmetrischer Speisung oder erdsymmetrischer Speisung, vor allem im Bereich längerer Wellen, können als Primärstrahler auch Dipolgruppen verwendet werden. Außerdem sind als geeignete Primärstrahler auch Wendelantennen oder Wellendrahtantennen, wie der zickzackförmig geführte Antennenleiter, verwendbar, und sogar die Anwendung von Langdrahtantennen oder Rhombus-Antennen als Primärstrahler ist möglich.

Da die Sekundärstrahlerstruktur außerordentlich einfach im Aufbau gehalten werden kann und Probleme hinsichtlich der Speisung, wie sie bei der Verwendung als Primärstrahler auftreten würden, nicht gegeben sind, sind die erfindungsgemäßen Sekundärstrahler auch im Bereich längerer Wellen zur Verbesserung der Richtcharakteristik von Richtantennen mit Vorteil anwendbar. So ist es denkbar, einen Sekundärstrahler nach der Lehre der Erfindung im Strahlungsfeld einer

ίο Rhombus-Antenne, die Wellen im Mittel- oder Kurzwellenbereich abstrahlt, anzuordnen. Der erforderliche Aufwand ist in diesem Fall nämlich außerordentlich gering, weil es lediglich darauf anikommt, einen entsprechenden Leitdraht beispielsweise zickzackförmig im Strahlungsfeld des Primärstrahler« anzuordnen. Bei Mittelwellen oder Kurzwellen kann dies in der Weise geschehen, daß für horizontale Polarisation zwei Reihen in Ausbreitungsrichtung gegenseitig versetzter Antennenmaste vorgesehen werden, zwischen denen ein Leitdraht gegen die Maste isoliert zickzackförmig oder in einer der sonstigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen aufgespannt wird. Auch für vertikale Polarisation ist dies mit unterschiedlich hohen Masten realisierbar. Wichtig ist dabei nur, daß der Sekundärstrahler sich wenigstens angenähert in die Hauptstrahlrichtung der gesamten Richtantenne erstreckt.

In den Fig. 6 bis 12 sind weitere Ausführungsformen für die Sekundärstrahlerstruktur dargestellt. Der eigentliche zickzackförmige Leitdraht ist in der Fig. 6 stark ausgezogen dargestellt. In dieser Figur ist gestrichelt noch ein weiterer Leitdraht mit angedeutet, der ebenfalls zickzackförmig ausgebildet ist und gegenüber dem stark ausgezogen dargestellten Leitdraht in Ausbreitungsrichtung der Wellen versetzt ist. Bei der Anordnung nach FJg₄J? ist an den Spitzen des zickzackförmigen Leitdrahtes ein haarnadelförmig gebogenes Stück angesetzt, um eine etwa induktiv wirkende Belastung innerhalb der Sekundärstrahlerstruktür zu erzwingen. Die Fig. 8 zeigt einen etwa nach einer Sinuskurve verlaufenden Sekundärstrahler, der jedoch durch einen leitenden Stab 5 derart durchdrungen wird, daß von aufeinanderfolgenden Flanken der Sinuskurve jeweils die erste auf der einen Seite des Mctallstabes 5 liegt und die darauffolgende Flanke auf der anderen Seite. Das Gesamtbild entspricht dann etwa dem einer Flachwendel. Der Stab 5 hat zugleich den Vorteil, daß er als Träger für den Leitdraht dienen kann, indem z. B. die Seitenflanken der einzelnen Sinuskurventeile an ihren Anliegestellen an dem Stab 5 angelötet werden. Ein derartiger Stab 5 kann auch bei allen anderen dargestellten Ausführungsformen von Sekundärstrahlerstrukturen angewendet werden. Grundsätzlich kann dabei dieser Stab 5 in der geschilderten Weise die Sekundärstrahlerstruktur durchdringen, in manchen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, ihn nur auf einer der Seiten der Sekundärstrahlerstruktur anliegen zu lassen und gegebenenfalls einen weiteren derartigen Stab 5 auf der anderen Seite in gleichartiger Weise vorzusehen. Man erhält hierdurch eine relativ sehr einfache Möglichkeit, die Sekundärstrahleristruktur in sich stabil zu gestalten.

Die Anwendung des Stabes 5 ist beim Sekundärstrahler im Gegensatz zur Verwendung der jeweiligen Struktur als Primärstrahler deshalb möglich, weil beim Primärstrahler die Speisung durch den Stab kurzgeschlossen würde. Beim Sekundärstrahler stört dagegen der Stab wegen der dauernden Wechselwirkung mit dem sich ausbreitenden Feld praktisch nicht, jedoch ist sein Einfluß auf die jeweils optimale Be-

messung der Sekundärstrahlerstruktur zu berücksichtigen.

In der Fiff. 9 ist die Anwendung von zwei etwa sinusförmig verlaufenden Leitdrähten als Sekundärstrahler (dargestellt, während die Fig. 10 ein Leitblech zeigt, da-s in der Gesamtform etwa dem zickzackförmig geführten Leitdraht entspricht. Den in der Fig. 6 dargestellten zwei zickzackförmig geführten Leitdrähten entspricht in etwa die Leitblechanordnung nach Fig. 11, die ebenso wie die Leitblechanordnung nach Fig. 12 alternierend in Auisbreitungsrichtung der Sekundärstrahlerstruktur aufeinanderfolgende Erweiterungen und Verringerungen der Breitenabmessung des Leitbleches hat.

Zu den dargestellten Sckundärstrahlerstrukturen ist hinsichtlich der Ausbildung und Bemessung noch folgendes zu berücksichtigen.

Bei einem Leitdraht, der in der Grundform etwa dem nach den Fig. 4 bis 8 entspricht, ist für die Beeinflussung des Strahkmgsdiagramms der Richtantenne vor allem die Länge der jeweils etwa geradegeführten Teile des Leitdrahtes wesentlich. Diese Länge wird zweckmäßig in der Größenordnung von einem Drittel der Betriebswellenlänge, gemessen in Luft, gewählt. Die Wirksamkeit des einzelnen Abschnittes nimmt bei Verringerung dieser Längen nur relativ wenig ab, jedoch bei größeren Längen relativ schnell. Der Einfluß der übrigen Parameter der Leitdrahtbemessung ist geringer. Es existiert im wesentlichen nur der Zusammenhang, daß mit abnehmender Drahtstärke bzw. Drahtlänge auch die Axiallänge eines periodischen Abschnittes kleiner zu wählen ist. Für diese Länge existiert je nach den vorgegebenen Strahlungsdiagrammforderungen ein Optimalwert, der beispielsweise empirisch bestimmt werden kann.

In der Fig. 13 ist eine Richtantenne dargestellt, die einen Leitdraht entsprechend Fig. 4 als Sekundärstrahlerstruktur verwendet. Der Primärstrahler ist ein Hornstrahler, in dessen durch die Komponente des elektrischen Feldes bestimmter Ebene die Sekundärstrahlerstrulktur Hegt, die sich in das Innere des Hornstrahlers hinein in der dargestellten Weise erstreckt. Die aus einem zickzackförmig geführten Leitdraht bestehende Sekundärstrahlerstruktur kann mittels Stützen auis geschäumtem Dielektrikum in der dargestellten Lage gehalten werden.

In der Fig^l3 ist die Länge des jewejls etwageradegeführtenTeTTes des Leitdrahtes mit^bezeichnet und die axiale Erstreckung einer Periodizität mit s. Die absolute Breite der Sekundärstrahlerstruktur ist mit H bezeichnet. Der vor dem Hornstrahler liegende Teil der Sekundärstrahlerstruktur hat die Länge L, die Gesamtlänge der Sekundärstrahlerstruktur ist Lo.

In der Fig._14 ist das mit einer derartigen Richtantenne ohne Schwierigkeiten erreichbare Strahlungsdiagramm dargestellt. Diesem Strahlungsdiagramm, das beispielsweise bei einer Betriebswellenlänge 2 von 3,2 cm gemessen wurde, lagen folgende Abmessungen zugrunde. Die Öffnung des Hornstrahlers hatte die Abmessungen 0,662-0,721, während //λ = 0,328, s/λ = = 0,313, Lo/2 = 5,46, !./2 = 4,85, #72 = 0,288 betrugen. Die Sekundärstrahlerstruktur hatte soweit etwa achtzehn periodische Abschnitte s, von denen drei im Hornstrahler und fünfzehn davor lagen. Die in der Fig. 14 angegebenen Werte in Dezibel (db) geben das Strahlungsdiagramm der Richtantenne. Die Gewinnzunahme durch die vorgesetzte Sekundärstrahlerstruktur beträgt in der Hauptstrahlrichtung 6,5 db. Um den absoluten Gewinn der Richtantenne zu erhalten, muß der Gewinn des Hornstrahlers gegenüber einem Kugelstrahler mit etwa 8 bis 9 db hinzugerechnet werden. Der Leitdraht selbst bestand bei dieser Anordnung aus einem versilberten Kupferdraht mit etwa 0,2 2 Durchmesser. Die Halbwertsbreite des Strahlungsdiagramms betrug, wie aus der Fig. 14 entnehmbar, etwa 27°.

In der Fig. 15 sind für diese Richtantenne die Halbwertsbreite und die Größe der dem Hauptmaximum des Strahlungsdiagramms unmittelbar benachbarten Nebenmaxima in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt. Aus der Fig. 15 ist erkennbar, daß nach höheren Frequenzen hin die Größe der Nebenmaxima zunimmt, d. h. daß die Wirkung als Leitdraht für die Sekundärstrahlerstruktur verlorengeht. Es entspricht dies dem vorstehend erwähnten Fall, daß die Abmessung / nennenswert größer als ein Drittel der Betriebswellenlänge im freien Raum wird. Der Einfluß der Sekundärstrahlerstruktur auf die Anpassung des Primärstrahlers ist an sich gering, zeigt jedoch nach der oberen Frequenzgrenze hin eine Verschlechterung.

Wie an Hand der Fig. 6 bereits erläutert, können an Stelle eines einzigen langen Leitdrahtes auch zwei oder mehr kürzere Leitdrähte verwendet werden, wobei diese Leitdrähte auch unter einem bestimmten Winkel zueinander verlaufen können. In der Fig. 16 ist eine derartige Richtantenne dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau entspricht dabei etwa dem nach Fig. 13. Die beiden Sekundärstrahler, die aus etwa sinusförmig geführten Leitdrähten bestehen, schließen zwischen sich einen Winkel α von etwa 15° ein. Für /// = 0,313, sll = 0,318, LoJl = 2,34, LIl =2,12, HIl = 0,244 und somit etwa 7¹It Perioden eines jeden Leitdrahtes ergab sich für eine derartige Anordnung ein Strahlungsdiagramm, wie es in der Fig. 17 dargestellt ist. Aus diesem Strahlungsdiagramm ist erkennbar, daß die dem Hauptmaximum des Strahlungsdiagramms unmittelbar benachbarten Maxima wesentlich kleiner sind als bei der Anordnung nach Fig. 13. Der Gewinnzuwachs beträgt etwa 5 db. Bei dieser Anordnung ergibt sich eine wirksame Strukturlänge von L/l = etwa 2,13, wenn mit 2 die Betriebswellenlänge im freien Raum bezeichnet wird.

Werden die beiden Leitdrähte unter einem größeren Winkel vor dem Hornstrahler angeordnet, so ergibt sich ein stark verbreitertes Strahlungsdiagramm mit etwa sektorförmiger Gestalt. In der Fig. 18 ist eine derartige Anordnung dargestellt, wobei bei sonst gleichen Abmessungen der beiden Leitdrähte im Vergleich zu Fig. 16 der Winkel α = 50° beträgt und die Leitdrähte in der dargestellten Weise in einem Abstand α von etwa 0,22 I vor der Hornstrahleröffnung beginnen. Wie aus dem Diagramm der Fig. 19 erkennbar, bleiben die Schwankungen innerhalb eines Bereiches von etwa 80° unterhalb von 1 db. Die Halbwertsbreite des Hauptmaximums des Strahlungsdiagramms ist gegenüber der Anordnung nach Fig. 16 mehr als verdoppelt. Der Abfall der Flanken ist relativ steil. Zum Vergleich mit dem Strahlungsdiagramm des Hornstrahlers und um die Verbreiterung des Diagramme stärker herauszustellen, ist gestrichelt in der Fig. 19 das Strahlungsdiagramm des Hornstrahlers für sich noch mit eingetragen.

Die bündelnde und wellenführende Wirkung der Sekundärstrahlerstruktur läßt sich jedoch durch größere Länge der Struktur noch wesentlich gegenüber der Wirkung, wie sie bei den vorausgehenden Ausführungsbeispielen auftritt, anheben.

Beispielsweise bei einer längeren Flachwendel — worauf es wesentlich darauf ankommt, daß es sich wirklich um eine Flachwendel handelt — bei einer Höhe von 0,2982, einer Breite von 0,094 2 und einer wirk-

samen Länge von etwa 4,85 X ergab sich eine Halbwertsbreite von 22°. Schematisch ist eine derartige Richtantenne in der Fig. 20 dargestellt. Die Periodizität betrug unter den angegebenen Abmessungen 0,169 2 und Ua = 4,85/. Das Strahlungsdiagramm dieser Anordnung ist in der Fig. 21 als gestrichelte Kurve dargestellt. Die im Hauptmaximum des Strahlungsdiagramms unmittelbar benachbarten Nebenmaxima ließen sich in vorteilhaft einfacher Weise durch kurze am Ende des langen Sekundärstrahlers angekoppelte weitere Sekundärstrahlerstrukturen wesentlich herabsetzen. In der Fig. 20 sind zwei derartige zusätzliche Sekundärstrahlerstrukturen, die ebenfalls als Leitdrähte ausgebildet sind, mit dargestellt. Für die Periodizität von s/k = 0,328, einer wirksamen Länge jeder der beiden strahlungsgekoppelten Sekundärstrahlerstrukturen von 2,34 X, entsprechend einer Periodenzahl von je 7,5 und einem gegenseitigen Abstand der beiden strahlungsgekoppelten Sekundärstrahlerstrukturen von 1,31 λ ließ sich ein Strahlungsdiagramm von der Form erreichen, wie es in der Fig. 21 als stark ausgezogene Kurve dargestellt ist. Der Verlauf des Hauptmaximums im Strahlungsdiagramm ist praktisch unverändert geblieben, jedoch sind die Nebenmaxima wesentlich in ihrem Wert zurückgegangen. Durch Anwendung von vier solchen zusätzlichen Sekundärstrahlern war es möglich, die Nebenmaxima im Strahlungsdiagramm weiter zu reduzieren.

Ähnlich gute Bündelungen lassen sich auch mit Flachwendeln aus sehr dünnen Drähten erreichen. Unter sehr dünn wird hierbei beispielsweise ein Drahtdurchmesser von etwa 0,03 X bis 0,06 X verstanden. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität der Sekundärstrahlerstruktur empfiehlt es sich in diesem Fall, in der Längssymmetrieachse der Flachwendel einen Steg \'orzusehen, wie er an Hand der Fig. 8 vorstehend erläutert wurde. Der Steg kann hierbei aus Metall oder aus Dielektrikum bestehen. Als günstige Bemessung hat sich in diesem Fall folgende Dirnensionierung erwiesen: H// = 0,322, Bl λ = 0,0625, 1/2 = 0,35 und s/2 = 0,072.

Eine andere Variante ist die Verwendung eines Leitbleches mit Sägezähnen nach der ,FJJgJJ· Hier sind die Flächen zwischen den als Leitdrahte aufzufassenden äußeren Begrenzungen des Sägezahnblattes ausgefüllt. Aian kann dies auch so betrachten, daß man von einer Yagi-Antenne ausgeht, bei der die einzelnen Leitdipole zu einem in Ausbreitungsrichtung sich erstreckenden Dreieck entartet sind. Wesentlich ist die Höhe der einzelnen Zähne, und es hat sich gezeigt, daß bei entsprechender Bemessung die mit Leitdipolen, Flach- oder Stegwendeln angegebenen Werte sehr gut erreicht werden können. Eine Verkleinerung der Zähne an dem dem Primärstrahler benachbarten Ende bewirkt in vielen Fällen ebenso wie bei der Verringerung der Abmessung // einer Anordnung nach Fig. 13 eine Verbesserung der Anpassung an den Primärstrahler bzw. beim Ausführungsbeispiel den Hornstrahler. Durch eine entsprechende Verkleinerung am anderen Ende des Sekundärstrahlers wird die Größe der Nebenmaxima in der Weise günstig beeinflußt, daß diese geringer werden.

In den Fig, 22 und 23 sind die aus umfangreichen Untersuchungen erhaltenen Größen für die Halbwertsbreite und den Gewinn als Funktion der auf die Betriebswellenlänge X bezogenen Strukturlänge L wiedergegeben. Wie aus der Fig. 23 erkennbar ist, nimmt der Antennengewinn mit zunehmender Strukturlänge nicht mehr proportional zu. Das beruht darauf, daß der Einfluß der Struktur auf das Feld nach seinem dem Primärstrahler abgewandten Ende hin immer weniger wird. Aus dem gleichen Grunde verläuft auch die Abnahme der Halbwertsbreite nicht linear.

Wie eingang bereits erwähnt, kann an Stelle eines Hornstrahler auch ein anderer Primärstrahler Anwendung finden. Beispielsweise ist hierfür vor allem im Dezimeterwellenbereich auch eine Wellendrahtantenne geeignet. Eine Wellendrahtantenne — die sich in der Bemessung von einem Sekundärstrahler nach der Erfindung wesentlich unterscheidet — besteht, wie in der Figi.24 dargestellt, aus einem in der elektrischen Ebene periodisch gebogenen Draht, der jedoch ähnlich einer Wendelantenne in den Innenleiter einer Koaxialleitung übergeht, die zur Verbinidung des Primärstrahlers mit einem Sender ader einem Empfänger dient. Eine Metallplatte dient als Gegenpol für diesen Primärstrahler und wird zu diesem Zweck mit dem Außenmantel der Koaxialleitung verbunden. In Hauptstrahlungsrichtung vor diesem Primärstrahler liegt eine Sekundärstrahlerstruktur, die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 24 ebenfalls aus einem Wellendraht besteht. Für die Abmessung der Metallplatte von 4,68 X · 6,25 X und den Primärstrahlerabmessungen UX = 0,313, slX = 0,234, HIl = 0,296, einer Periodizität von 3,75 und LIX = 0,91 ergabt sich bei Sekundärstrahlerabmessungen von LIX = 2,35 und einer Periodizität ω von 7,5 sowie einem Abstand von 0,0625 X zwischen dem Ende des Primärstrahlers und dem benachbarten Ende der Sekundärstrahlerstruktur eine Halbwertsbreite von 31,5° und sehr geringe dem Hauptmaximum im Stiahlungsdiagramm unmittelbar benachbarte Nebenmaxima. Der geringe Abstand zwischen dem Primärstrahler und dem Sekundärstrahler hat sich als unbedingt erforderlich erwiesen, weil bei einer direkten Verbindung eine wesentliche Reduzierung des Antennengewinns eintreten würde. Das Strahlungsdiagramm einer Anordnung der in Fig. 24 dargestellten Richtantenne ist in der .Fig_j2iL.wiedergegeben. Aus dem Diagramm lassen sich die vorstehend erwähnten Werte im einzelnen entnehmen.

In der Fig. 26 ist die gleiche Primärstrahlerstruktur noch im Zusammenbau mit einem Sägezahnleitblech mit einer wirksamen Länge von 5,48 λ dargestellt. Die Abmessungen des Leitbleches, das beispielsweise aus einem versilberten Messingblech von 0,0625 X Stärke besteht, sind als Dimensionierungsrichtlmie in der Fig. 26 eingetragen. Der erwähnte Abstand zwischen Primärstrahler undSekundär.strahler beträgt in diesem Fall etwa 0,156 X. Das zugehörige Strahlungsdiagramm entspricht etwa dem in der Fig. 25 wiedergegebenen, nur ist die Halbwertsbreite mit 21° geringer. Die Nebenmaxima, die im Strahlungsdiagramm dem Hauptmaxima benachbart sind, lassen sich mit weiteren etwa parallel verlaufenden Sekundärstrahlerstrukturen wesentlich \-erringern.

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, läßt sich durch die als Sekundärstrahler dienenden Leitdrahtoder Leitblechstrukturen eine wellenführende Wirkung erzielen, die zu einer Steigerung der Strahlungsbündelung durch die Richtantenne und damit des Antennengewinns eines an sich nicht sonderlich stark bündelnden Primärstrahlers mit Vorteil verwendet werden können. Dies ist vor allem deshalb leicht möglich, weil die Sekundärstrahlerstrukturen eng benachbart zueinander angeordnet werden können und wenig Raum beanspruchen. Weiterhin zeigt sich, daß diese SekundärstrahlerstrUikturen in außerordentlich einfacher Weise auch die Realisierung sonst nur schwierig zu erzielender besonderer Strahlungsdiagramme von

Claims (8)

Richtantennen, wie ein sektorförmiges Strahlungsdiagramm, zu realisieren gestatten. In Verbindung mit einem eine Rundetrahlcharakteristik oder nur eine sch'wach gebündelte Charakteristik aufweisenden Primärstrahler sind durch die sternartige Anordnung von zwei oder mehr Sekundärstrahlerstrukturen Vorzugsrichtungen in der Gesamtcharakterißtik zu erzielen. Vor allem auch die Reduzierung starker Neibenmaxima im Strahlungsdiagramm ist in einfacher Weise möglich. Die Anwendung der Sekundärstrahler ist, wie bereits erwähnt, nicht auf Mikrowellen beschränkt, sondern kann auch im Gebiet der längeren Wellen, beispielsweise der Meterwellen, erfolgen. Hierfür ist beispielsweise ein frei tragend gebogener Metallstab mit einem dielektrischen oder metallischen Mittelsteg sehr gut brauchbar. Auch im Gebiet der noch längeren Wellen ist die Lehre nach der Erfindung mit Vorteil anwendbar, indem z. B. ein als lötdraht dienender Draht in der erläuterten Weise zwischen isolierten Stangen oder Säulen ausgespannt wird. Bei Mikrowellen kann der Leitdraht oder das Leitblech mittels einer dielektrischen Platte aus möglichst verlustfreiem dielektrischem Material gehaltert werden oder beispielsweise in eine Platte aus geschäumtem Dielektrikum, wie geschäumtem Polystyrol, eingebettet werden. Auch die bereits erwähnten Metallbeläge auf Platten aus entsprechendem dielektrischem Material, die vorteilhaft nach der Technik der gedruckten Schaltungen hergestellt werden können, sind mit Vorteil anwendbar. · Pat IiXTA N si· u ecu K.

1. Richtantenne, insbesondere für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Primärstrahler und wenigstens einer damit strahlungsgekoppelten Sekundärstrahlerstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärstrahlerstruktur aus wenigstens einem Leitdraht oder Leitblech besteht und, zumindest angenähert in der Hauptstrahlungsrichtung der Richtantenne sich erstreckend, vor der Apertur des Primärstrahlers angeordnet ist.

2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Sekundärstrahlerstruktur als Leitdraht dieser die Form eines wenigstens angenähert in Richtung des elektrischen Feldvektors zickzackförmig geführten Drahtes hat.

3. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Sekundär-,strahlerstruktur als Leitdraht dieser die Form einer Flachwendel hat.

4. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärstrahlerstruktur mit einem vorzugsweise in der Längssymmetrieachse verlaufend angeordneten Stützstab versehen ist, der insbesondere aus Metall besteht.

5. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Sekundärstrahlerstruktur als Leitblech dieses alternierend aufeinanderfolgende Erweiterungen und Einschnürungen in der Breitenabmessung hat.

6. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Leitdrähte oder Leitbleche in einem dielektrischen Stützkörper eingeschlossen sind, der insbesondere aus einem geschäumten Dielektrikum besteht.

7. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Sekundärstrahlerstruktur bildende Leitdraht oder das entsprechende Leitblech auf einem dielektrischen Träger in Form einer dünnen leitenden Schicht aufgebracht, beispielsweise aufgedampft oder aufgesprüht ist.

8. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärstrahlerstru'ktur aus mehreren wenigstens angenähert zueinander parallel angeordneten oder unter einem Winkel zueinander verlaufenden Leitdrähten oder Leitblechen besteht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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