DE1069708B - Anordnung zur Verbindung eines Hochfrequenzgerätes mit einer, vorzugsweise geraden, Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen einer Antenne - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verbindung eines Hochfrequenzgerätes mit einer vorzugsweise geraden Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen einer Antenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen, insbesondere des Dezimeter- und Zentimeterwellenbereiches, unter Verwendung einer gemeinsamen Hochfrequenzleitung zur Verbindung mit dem Hochfrequenzgerät.

Beispielsweise zur Übertragung von Fernsehprogrammen im Bereich der Dezimeterwellen ist es zur gleichmäßigen Versorgung des Empfangsgebietes üblich, die Dezimeterwellen über eine Drehfeldantenne abzustrahlen. Eine Drehfeldantenne erfordert bei Turn-Stile-Ausbildung (zwei gekreuzte Dipole) zumindest eine Verzweigung, die die getrennte Verbindung der beiden Strahler der Turn-Stile-Antenne mit der gemeinsamen Hochfrequenzleitung ermöglicht. Im allgemeinen wird diese Aufgabe in der Weise gelöst, daß über eine Koaxialleitung hinreichender Stärke die Senderenergie zu einem in der Nähe der Antennen gelegenen Verteiler in Koaxialbauweise geführt und dort auf die einzelnen Antennen verzweigt wird. Diese Ausbildung ist jedoch außerordentlich sperrig und gestattet zudem eine nur unzureichende reflexionsfreie Übertragung der Hochfrequenzenergie vom Sender zu dem Strahler der Antenne. Ein ähnliches Problem besteht auch dann, wenn beispielsweise zwei oder mehr Drehfeld- oder Richtantennen über- oder nebeneinander angeordnet und gemeinsam gespeist werden sollen. Hierbei tritt noch die zusätzliche Forderung auf, im Bedarfsfalle den Sender auf nur eine der Antennen oder auf beide der Antennen gleichzeitig arbeiten zu lassen. Dies erfordert jedoch, daß zwei getrennte Speiseleitungen in Koaxialbauweise von dem Sender zu den Antennen geführt werden. Auch hierdurch ergeben sich dann die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, auf dem es in überraschend einfacher Weise möglich ist, diesen Schwierigkeiten zu beregnen.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der einleitend beschriebenen Art gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß die gemeinsame Hochfrequenzleitung als Hohlleitung für die gleichzeitige Übertragung gegenseitig polarisationsentkoppelter Wellen des einen Hochfrequenzgerätes ausgebildet und am geräteseitigen Ende mit Kopplungsvorrichtungen für diese Polarisationen versehen ist und daß am antennenseitigen Ende die Strahler bzw. Strahlergruppen in vorgegebener Verteilung mit je einer dieser Polarisationen verkoppelt sind.

Vorzugsweise soll die gemeinsame Hohlleitung zugleich als Träger für die Antenne dienen, der in für Anordnung
zur Verbindung eines Hochfrequenzgerätes

mit einer, vorzugsweise geraden,
Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen einer Antenne

Anmelder:

Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Walter Stöhr und Dipl.-Ing. Helmut Laub,

München,
sind als Erfinder genannt worden

Antennenmasten üblicher Weise abgespannt und abgestützt sein kann.

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine gemäß der Erfindung ausgebildete Anordnung zur Verbindung eines Hochfrequenzsenders 1 mit zwei als Dipolantennen ausgebildeten Richtantennen 2 und 3. Zu diesem Zweck wird die Energie des Hochfrequenzsenders 1, der beispielsweise bei Frequenzen des Bereiches kürzerer Meterwellen oder längerer Dezimeterwellen arbeitet, über zwei Verbindungskabel 4, 5 in eine vorzugsweise zugleich als Antennenmast dienende Hohlleitung 6 quadratischen Querschnitts derart einge-

4.0 speist, daß die Polarisationsebenen der durch die Koppelsonden 7, 8 in der Hohlleitung 6 angeregten Wellen senkrecht aufeinander stehen. Dabei soll der Übergang zwischen den Koppelsonden 7 bzw. 8 und der Hohlleitung jeweils reflexionsfrei ausgebildet sein.

Am antennenseitigenEnde der Hohlleitung 6 sind zwei weitere Koppel son den 7' und 8' vorgesehen, welche die Anteile der Senderenergie entsprechend dem. Ankoppiungsverhältnis der" Sonden 7 und 8 den Richtantennen 2, 3 über Verbindungsleitungen 9, 10 zuführen. Durch diese Ausbildung wird zweierlei erreicht. Einerseits entfällt das Erfordernis nach Hochführen zweier Speisungskabel zu den Antennen 2^3 vom gemeinsamen Sender 1 aus. Andererseits steht jede der Antennen getrennt am Fußpunkt des Mastes

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erreichbar zur Verfügung. Letzterem kommt insofern besondere Bedeutung zu, weil nämlich in diesem Fall durch Anordnung weiterer Kupplungsmittel 7" bzw. 8" durch einfaches Umstecken z. B. der Leitung 4 nach dem Anschluß 7" die gesamte Senderenergie, beispielsweise bei Ausfall der Antenne 3, der Antenne 2 zugeführt werden kann und umgekehrt. An Stelle eines Umsteckens kann auch ein an sich bekannter Antennenwahlschalter am Fußpunkt bzw. geräteseitigen Ende der Hohlleitung 6 mit den einzelnen Anschlüssen verbunden werden. Gleichartig zu den Kopplungsvorrichtungen 7, 8 empfiehlt sich auch für die Kopplungsvorrichtungen 7', 8' eine Ausbildung, die sicherstellt, daß der Übergang von der Hohlleitung 6 auf jede der Kopplungssonden praktisch reflexionsfrei erfolgt. Zu diesem Zweck hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Abstand der Deckfläche 11 der Hohlleitung 6 von der Querschnittsebene, in der sich die Kopplungssonden 7, 8 befinden, und in ähnlicher Weise auch den Abstand des geräteseitigen Hohlleitungsverschlusses von den zugehörigen Kopplungssonden elektrisch zu einem Viertel der Betriebswelienlänge zu wählen.

Die erfindungsgemäße Ausbildung gestattet außerdem eine außerordentliche einfache Speisung von Drehfeldantennen, was an Hand der Fig. 2 gezeigt werden soll. Gleichartige Teile zur Anordnung nach Fig. 1 sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Hs ist fernerhin angenommen, daß die Kopplungssonden 7, 8 in einer Querschnittsebene der Hohlleitung 6 liegen und gleichphasig von der Quelle 1 ge- >[x'ist werden. Die Drehfeldantenne 12 besteht aus vier Dipolen, die nach Art eines Quadrats angeordnet und deren Eingang ülx-r untereinander gleich lange Verbiiidungsleitungen 13 mit in besonderer Weise am Hohlleiterende angeordneten vier Koppelsonden verbunden sind. Die Koppelsonde 14 ist in einer elektrischen Entfernung von 180° von der Abschlußplatte 11 der Hohlleitung 6 entfernt angeordnet und mit dem Dipol 15 verbunden. Elektrisch um 90° gegenüber diesem Anschluß versetzt ist auf die hierzu senkrechte Polarisation in der Hohlleitung 6 entsprechend die Kopplungssonde 16 vorgesehen, welche den Dipol 17 speist. Wiederum in der 180°-0uerschnittsebene, jedoch für die entsprechende Polarisation auf der gegenüberliegenden Hohlleiterseite ist die Kopplungssonde 19 für den Dipol 20 vorgesehen, und in der gleichen Ouerschnittsebene wie die Kopplungssonde 16, jedoch auf der gegenüberliegenden Hohlleiterseite liegt die Kopplungssonde 21 für den Dipol 22.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung kann man sich etwa wie folgt vorstellen: Unter Annahme, daß die Sonde 14 als Bezugspunkt die Phase 0° zugeordnet erhält, hat die Sonde 16 in ihrem Ausgang die Phase +90°. die Kopplungssonde 19 die Phase + 180° und die Kopplungssonde 21 die Phase + 270°. Durch die entsprechende Verbindung mit den Dipolen 15, 17, 20, 22 der Drehfeldantenne 12 über gleich lange Verbindungsleitungen 13 wird diese Phasenverteilung auch in den Anschlußpunkten der Dipole erzwungen und somit das Verhalten einer Drehfeldantenne erzielt. Geringe Phasenkorrekturen zwischen den einzelnen Strahlern lassen sich in der Weise erreichen, daß entweder die einzelnen Leitungen 13 entsprechend geändert werden und/oder daß die Querschnittsantennen, in denen sich die einzelnen Kopplungssonden 14, 16, 19, 21 befinden, in Achsrichtung der Hohlleitung entsprechend verschoben werden. Wird eine Verschiebung der Phase im gleichen Sinne für zwei gegenüberliegende Kopplungssonden gefordert, so läßt sich dies darüber hinaus noch durch A^erschieben der Kopplungssonden 7 oder 8 am senderseitigen Ende des Hohlleiters 6, und zwar in dessen Achsrichtung in vorteilhaft einfacher Weise erreichen. Auch hier kann alternativ oder zusätzlich hierzu eine der Speiseleitungen länger als die andere gemacht werden.

Die Drehfeldauskopplung ist auch noch in der Weise möglich, daß so. wie in Fig. 3 schematisch gezeigt, ausgehend von nur einer Polarisation, das Drehfeld gewonnen wird. Zu diesem Zweck sind an der gegenüberliegenden Seite der Hohlleitung 6 zwei Paare 23, 23' und 24, 24' von Kopplungssonden angeordnet. Die zur Übertragung in der Hohlleitung benutzte Wellenform habe dabei eine Spannungsverteilung, wie sie durch die gestrichelt eingezeichnete Kurve 25 angedeutet ist. Die Sonden 23, 23', 24, 24' sollen alle in einer Ouerschnittsebene der Hohlleitung angeordnet sein, die im Schnitt in der Fig. 3 wiedergegeben ist. Fernerhin sind die Sonden derart außerhalb der Mitte der Hohlleitung angeordnet, daß sie jeweils gleiche Energieanteile aus der Hohlleitung 6 aufnehmen. Die Kopplungssonden 23, 24 haben dann um 180° gegeneinander phasenverschobene Anteile, ebenso wie die Kopplungssonden 23' und 24'. Durch Einschalten einer Umwegleitung, deren elektrische Länge 90° beträgt, in die Zuleitung zu den Dipolen 17 und 22 wird dann eine Phasenverteilung an den Anschlußpunkten der einzelnen Dipole erzielt, die der an Hand der Fig. 2 erläuterten Phasenverteilung unmittelbar entspricht.

Die Umwegleitungen, deren elektrische Länge 90° beträgt, lassen sich in einfacher Weise auch umgehen, und zwar indem die Kopplungssonden 23 und 24', in Ausbreitungsrichtung der Wellen betrachtet, um 90° versetzt gegenüber den Kopplungssonden 23' und 24 an den Hohlleiter angeschaltet werden.

Alternativ hierzu kann, wie Fig. 4 zeigt, auch derart vorgegangen werden, daß nur eine Kopplungssonde auf jeder der beiden gegenüberliegenden Hohlleiterseiten vorgesehen wird und durchAnschluß eines Zweifachverteilers, dessen einer Leitungsarm elektrisch um 90° länger ist als der andere, die einzelnen Antennen 15, 17, 20 und 22 gespeist werden.

Es hat sich fernerhin als vorteilhaft für den Ernndungsgegenstand herausgestellt, bei in unterschiedlichen Ouerscbnittsebenen liegenden, auf zueinander senkrechten Polarisationen ansprechenden Kopplungssonden zwischen diesen in an sich bekannter Weise Polarisationsblenden vorzusehen, da diese einerseits zur Erhöhung der Entkopplung beitragen und andererseits eine einfache Anpassung der einzelnen Kopplungssonden an die Hohlleitung ermöglichen.

Fernerhin hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die einzelnen Kopplungsvorrichtungen der Hohlleitung 6 einstellbar, also z. B. in der Eintauchtiefe veränderbar l)zw. bei einer Kopplungsschleife schwenkbar auszubilden und insbesondere die Kopplungssonden axial und/oder seitlich verschiebbar anzuordnen. Letztere Möglichkeiten ergeben, wie bereits erwähnt, ein besonders einfaches Mittel zur Phasenkorrektur und Leistungsverteilungseinstellung. In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde der Erfindungsgegenstand im wesentlichen an Hand von Sendeantennen näher erläutert. In gleichartiger Weise sind die dort geschilderten Antennen jedoch auch als Empfangsantennen verwendbar, in welchem Fall lediglich an die Stelle des Senders 1 ein Empfänger tritt. Der Sender 1 kann im übrigen auch aus einem Sender bestehen, der für die Einspeisung gegenseitig

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polarisationsentkoppelter Wellen zwei gegenseitig entkoppelte Ausgänge hat. Der Sender kann außerdem auch aus zwei Einzelsendern bestehen, deren einer für den anderen sozusagen die Steuerstufe darstellt, d. h. zwei Sender, die zwar selbständig auf der gleichen Frequenz arbeiten, die aber durch eine Phasennachregelung sozusagen zu einem Sender \-ereinigt sind. Die Hohlleitung kann auch von der Form eines Quadrates oder länglichen Rechteckes abweichenden Querschnitt, beispielsweise einen kreisförmigen Quer- ίο schnitt oder den Querschnitt eines Vieleckes haben. Außerdem kann es in manchen Fällen von besonderem Vorteil sein, die Hohlleitung in an sich bekannter Weise durch Längsstege kapazitiv zu belasten. Zu diesem Zweck können beispielsweise bei einem Hohlleiter quadratischen Querschnitts an zwei gegenüberliegenden Seiten symmetrisch Querstege angebracht werden. Bei Benutzung der Hohlleitung zur Übertragung zweier senkrecht zueinander polarisierter Wellen empfiehlt es sich, gegebenenfalls für jede der Polarisationen eine Belastung des Hohlleiters durch einen oder zwei Längsstege vorzusehen. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Hohlleiter zugleich als Antennenmast zu benutzen, da dieser in dem Frequenzbereich der längeren Dezimeter- und kürzeren Meterwellen beträchtliche Querabmessungen besitzt. Die Außenfläche des Hohlleiters kann hierbei gegebenenfalls zugleich als Träger und/oder Reflektor für die einzelnen Antennenelemente dienen. Patentansprüche: 30

1. Anordnung zur Verbindung eines Hochfrequenzgerätes (Sender oder Empfänger) mit einer vorzugsweise geraden Anzahl von Strahlern oder Strahlergruppen einer Antenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen, insbesondere des Dezimeter- und Zentimeterwellenbereiches, unter Verwendung einer gemeinsamen Hochfrequenzleitung zur Verbindung mit dem Hochfrequenzgerät, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Hochfrequenzleitung als Hohlleitung für die gleichzeitige Übertragung gegenseitig polarisationsentkoppelter Wellen des einen Hochfrequenzgerätes ausgebildet und am geräteseitigen Ende mit Kopplungsvorrichtungen für diese Polarisationen versehen ist und daß am antennenseitigen Ende die Strahler bzw. Strahlergruppen in vorgegebener Verteilung mit je einer dieser Polarisationen verkoppelt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hochfrequenzgerät und dem geräteseitigen Ende der Hohlleitung Mittel zur wahlweisen Anschaltung des Hochfrequenzgerätes auf eine oder beide Polarisationen vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einer der Anzahl der möglichen Polarisationen entsprechenden Anzahl von Kopplungsvorrichtungen für Polarisationen bestehen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus einem Antennenwahlschalter bestehen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am antennenseitigen Ende der Hohlleiter für jede der Polarisationen mit Drehfeldauskopplungen versehen ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeldauskopplung aus vier Koppelsonden besteht, die paarweise an zwei gegenüberliegenden Hohlleiterseiten angeordnet sind und von denen zwei der gegenüberliegenden einen 90°-Phasenschieber zugeschaltet haben.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeldauskopplung aus zwei an gegenüberliegenden Hohlleiterseiteil angeordneten Koppelsonden besteht, deren jede in einen Verteiler übergeht.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelvorrichtungen unterschiedlicher Polarisation in verschiedenen Querschnittsebenen der Hohlleitung angeordnet sind, gegebenenfalls unter Zwischenfügung von Polarisationsgittern.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Querschnittsebenen wenigstens angenähert einem ungeraden Vielfachen eines Viertels der Hohlleiterwellenlänge entspricht.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die geräteseitigen und/oder antennenseitigen Kopp el vor richtungen der Hohlleitung einstellbar, insbesondere auch axial und/oder seitlich verschiebbar ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 759099.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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