DE1085928B

DE1085928B - Antenna arrangement, especially for very short electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1085928B
Application number: DES62232A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Meinke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-03-20
Filing date: 1959-03-20
Publication date: 1960-07-28

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung, insbesondere für sehr kurze elektromagnetische Wellen. Die Antennenanordnung kann entweder aus einem über einer leitenden Fläche angeordneten Halbdipol oder aus einem symmetrischen Dipol bestehen. Die Dipolhälften sollen vorzugsweise keulenförmige Gestalt haben, also als Breitbandstrahler ausgebildet sein.The invention relates to an antenna arrangement, in particular for very short electromagnetic Waves. The antenna arrangement can either consist of one arranged over a conductive surface Half dipole or consist of a symmetrical dipole. The dipole halves should preferably be club-shaped Have shape, so be designed as a broadband radiator.

Bei Antennenanordnungen der vorbezeichneten Art, die auch für den Bereich der kurzen Wellen, beispielsweise der Meterwellen, Anwendung finden, zeigt sich, daß bei Betrieb innerhalb eines größeren Frequenzbereiches das Strahlungsdiagramm stark frequenzabhängig ist. Beispielsweise tritt bei einer Antennenanordnung, die bei längeren Wellen das bekannte Rundstrahldiagramm hat, nach kürzeren Wellen hin eine störende Änderung des Strahlungsdiagramms ein. Besonders störend wirkt sich diese Eigenschaft dann aus, wenn die Antennenanordnung beispielsweise im Frequenzbereich einer Oktave und mehr Anwendung finden soll.In the case of antenna arrangements of the aforementioned type, which are also used in the field of short waves, for example the meter waves, find application, it is found that when operated within a larger frequency range the radiation diagram is strongly frequency dependent. For example, in the case of an antenna arrangement, which has the well-known omnidirectional pattern for longer waves, towards shorter waves a disturbing change in the radiation pattern. This property then has a particularly disruptive effect off when the antenna arrangement is used, for example, in the frequency range of an octave and more should find.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu weisen, auf dem es in einfacher Weise möglich ist, diesen Schwierigkeiten zu begegnen.The invention is based on the object of providing a way in which it is possible in a simple manner is to face these difficulties.

Diese Aufgabe wird bei einer Antennenanordnung, insbesondere für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem über einer leitenden Fläche angeordneten Halbdipol, vorzugsweise keulenförmiger Gestalt, gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß auf der dem Halbdipol zugewandten Seite der leitenden Fläche Verzögerungsmittel für die Wellen derart angeordnet sind, daß das Strahlungsdiagramm der Antennenanordnung in Abhängigkeit von der Frequenz einen vorgegebenen, insbesondere konstanten Verlauf hat.This task is performed with an antenna arrangement, especially for very short electromagnetic waves, consisting of a half-dipole, preferably lobe-shaped, arranged over a conductive surface Shape, solved according to the invention in such a way that on the side facing the half dipole of the conductive Surface retardation means for the waves are arranged in such a way that the radiation pattern of the Antenna arrangement depending on the frequency a predetermined, in particular constant Has course.

Bei einer Antennenanordnung, insbesondere für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einem Dipolstrahler mit keulenförmigen Halbdipolen, ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung vorteilhaft in der Weise lösbar, daß im Bereich der zur Dipolachse senkrechten Symmetrieebene Verzögerungsmittel für die Wellen derart angeordnet sind, daß das Strahlungsdiagramm der Antennenanordnung in Abhängigkeit von der Frequenz einen vorgegebenen, insbesondere konstanten Ver.lauf hat.In the case of an antenna arrangement, in particular for very short electromagnetic waves, consisting of a dipole radiator with club-shaped half-dipoles, this object is advantageous according to the invention in the way solvable that in the area of the plane of symmetry perpendicular to the dipole axis delay means for the waves are arranged such that the radiation pattern of the antenna arrangement as a function has a predetermined, in particular constant profile of the frequency.

Die Verzögerungsmittel bestehen vorteilhaft aus einem dielektrischen Körper, der ringförmig den Strahlerfußpunkt vorzugsweise in Abstand umschließt und der für, Frequenzunabhängigkeit des Strahlungsdiagramms derart hinsichtlich der Dielektrizitätskonstanten und der Querschnittsform bemessen ist, daß eine einheitliche Wellenform vom Strahlerfußpunkt bis zum Wellenablösungsbereicht gewahrt ist.The delay means advantageously consist of a dielectric body which is annular Emitter base preferably encloses at a distance and the frequency independence of the radiation diagram in such a way with regard to the dielectric constant and the cross-sectional shape is dimensioned to have a uniform waveform from the radiator base is maintained until the shaft separation area.

Es hat sich in manchen Fällen auch als zweckmäßigIt has also proven to be useful in some cases

Antennenanordnung, insbesondere für
sehr kurze elektromagnetische WellenAntenna arrangement, especially for
very short electromagnetic waves

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2Berlin and Munich,
Munich 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. Hans Meinke, Gauting bei München,
ist als Erfinder genannt wordenDr. Hans Meinke, Gauting near Munich,
has been named as the inventor

erwiesen, daß die Verzögerungsmittel aus einer induktiven Belastung bestehen, bei einem über einer leitenden Fläche angeordneten Halbdipol beispielsweise aus einer Riffelung der leitenden Fläche auf der dem Halbdipol zugewandten Seite, und daß für Frequenzunabhängigkeit des Strahlungsdiagramms die induktive Belastung derart bemessen ist, daß eine einheitliche Wellenform vom Strahler,fußpunkt bis zum Wellenablölungsbereich gewahrt ist.proved that the delay means consist of an inductive Load exist, in the case of a half-dipole arranged over a conductive surface, for example a corrugation of the conductive surface on the side facing the half dipole, and that for frequency independence of the radiation diagram, the inductive load is such that a uniform Wave shape from the radiator, base point to the wave deflection area is preserved.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Die Fig. 1 zeigt einen über einer leitenden Fläche 1 angeordneten Halbdipol 2 keulenförmiger Gestalt, dessen Fußpunkt in den Innenleiter 3 einer Koaxialleitung übergeht, deren Außenleiter 4 unter Bildung eines kontinuierlichen Übergangs 5 in die leitende Fläche 1 übergeht. Auf der dem Halbdipol 1 zugewandten Seite ist die leitende Fläche mit Wellenverzögerungsmitteln vergehen, die beim Ausführungsbeispiel aus einem den Strahlerfußpunkt ringförmig in Abstand umschließenden dielektrischen Körper 6 bestehen. Fig. 1 shows a half-dipole 2 arranged over a conductive surface 1, club-shaped, whose base merges into the inner conductor 3 of a coaxial line, the outer conductor 4 of which is formed a continuous transition 5 merges into the conductive surface 1. On the half dipole 1 facing Side is the conductive surface with wave delay means pass, which in the embodiment consist of a dielectric body 6 enclosing the radiator base in a ring shape at a distance.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung kann man sich wie folgt vorstellen. Solange eine Antenne für die Betriebswellen kürzer als λ/4 ist, hat sie unab-The mode of operation of this arrangement can be imagined as follows. As long as an antenna for the operating waves is shorter than λ / 4 , it has

+5 hängig von der Form das bekannte Strahlungsdiagramm in Kreisform. Bei höheren Frequenzen ändert sich das Diagramm und bekommt neue Strahlungskomponenten schräg nach oben, weil sich neben dem Grundtyp der Raumwelle auch Raumwellen höherer Ordnung ablösen. Eine Ablösung des Grundtyps der Raumwelle erfolgt nur in Bezirken, in denen die statischen elektrischen Feldlinien länger als A/2 sind. Die Ablösung des Typs w-ter Ordnung erfolgt nur in Bezirken, in denen die statischen Feldlinien länger als+5 depending on the shape, the well-known radiation diagram in circular shape. At higher frequencies the diagram changes and gets new radiation components diagonally upwards, because next to the Basic type of sky wave also replace sky waves of higher order. A replacement of the basic type of Space wave occurs only in areas in which the static electric field lines are longer than A / 2. the Replacement of the type w-th order only takes place in districts in which the static field lines are longer than

009 568/234009 568/234

η ■ λ/2 sind. Besonders störend ist die Welle W₂ für die n=2. Wie vom Erfinder in einer Veröffentlichung (NTZ, 10, S. 594 bis 601) gezeigt wurde, entsteht dieser Wellentyp W₂ aus einer bestimmten inhomogenen Eigenschaft des Feldes, die durch die dort definierte Funktion F₂ beschrieben ist. Das Dielektrikum 6 wird demnach erfindungsgemäß so geformt, daß beispielsweise für Frequenzunabhängigkeit des Strahlungsdiagramms diese spezielle inhomogene Eigenschaft verschwindet (F₂=O) und dadurch die Hauptursache für W₂ entfällt. Aus einer Messung des Strahlungsdiagramms einer Antenne läßt sich feststellen, bei welcher Frequenz f_x (Wellenlänge A₁) der Wellentyp W₂ erstmals auftritt. Dadurch wird eine weitere Vorschrift für die Bemessung des Dielektrikums 6 gewonnen, denn in Bezirken, deren statische Feldlinien langer als X₁ sind, tritt demnach der Wellentyp W₂ nicht auf, und in diesen Bezirken kann das Dielektrikum 6 bzw. ein entsprechend anderes Wellenverzögerungsmittel entfallen. η ■ λ / 2 . Wave W ₂ is particularly disruptive for n = 2. As the inventor has shown in a publication (NTZ, 10, pp. 594 to 601), this wave type W ₂ arises from a certain inhomogeneous property of the field, which is described by the function F ₂ defined there. The dielectric 6 is accordingly shaped according to the invention in such a way that, for example, for frequency independence of the radiation diagram, this special inhomogeneous property disappears (F ₂ = O) and thus the main cause of W _{2 is} eliminated. A measurement of the radiation diagram of an antenna can be used to determine the frequency f _x (wavelength A ₁ ) at which the wave type W ₂ occurs for the first time. This provides a further rule for the dimensioning of the dielectric 6, because in areas whose static field lines are longer than X ₁ , the wave type W ₂ does not occur, and in these areas the dielectric 6 or a correspondingly different wave delay means can be omitted .

Physikalisch betrachtet läßt sich der gesamte Vorgang auch so deuten, daß auf der Oberfläche des Halbdipols 2 die Feldlinien wesentlich stärker zusammengedrängt sind als auf der leitenden Fläche 3. Das bedeutet eine scheinbar größere Phasengeschwindigkeit der Welle über der leitenden Fläche 1 gegenüber der Oberfläche des Halbdipols 2. Diese Feldverzerrung bzw. die ungleichen Phasei?geschwindigkeiten sind die Ursache für die Bildung der störenden Wellentypen höherer Ordnung. Durch Annäherung der Phasengeschwindigkeit auf der leitenden Fläche 1 an die Phasengeschwindigkeit auf der Oberfläche des Halbdipols 2 werden diese Feldverzerrungen für Frequenzunabhängigkeit des Strahlungsdiagramms zumindest so weit reduziert, daß sie nicht mehr störend in Erscheinung treten. Durch abweichende Bemessung läßt sich auch eine vorgegebene Änderung der Form des Strahlungsdiagramms erreichen.From a physical point of view, the entire process can also be interpreted in such a way that on the surface of the half-dipole 2 the field lines are much more compressed than on the conductive surface 3. That means an apparently greater phase velocity of the wave over the conductive surface 1 compared to the Surface of the half dipole 2. This field distortion or the unequal phase velocities are the Reason for the formation of the disturbing wave types of higher order. By approximating the phase velocity on the conductive surface 1 to the phase velocity on the surface of the half dipole 2 these field distortions for frequency independence of the radiation diagram are at least reduced to such an extent that they no longer appear disturbing. By deviating dimensioning A predetermined change in the shape of the radiation diagram can also be achieved.

In der Fig. 2 ist die Anwendung der Lehre nach der Erfindung bei einem symmetrischen Dipol 2, 2' angedeutet. In der senkrecht zur gemeinsamen Achse der Halbdipole 2, 2' gelegenen Symmetrieebene 7 ist ein den Strahlerfußpunkt ringförmig umschließender Körper 6' angeordnet, der im wesentlichen nach den gleichen Gesichtspunkten dimensioniert ist wie der Körper 6 in der Anordnung nach der Fig. 1. Auch hier wirkt der Körper 6' einer scheinbaren Vergrößerung der Phasengeschwindigkeit entgegen, die im Bereich der Symmetrieebene 7 insoweit der leitenden Fläche 1 der Anordnung nach Fig. 1 entspricht.In FIG. 2, the application of the teaching according to the invention is indicated for a symmetrical dipole 2, 2 '. In the plane of symmetry 7, which is perpendicular to the common axis of the half-dipoles 2, 2 ', there is a body 6' which surrounds the radiator base in a ring shape and is dimensioned essentially according to the same criteria as the body 6 in the arrangement according to FIG. 1. Here too the body 6 'counteracts an apparent increase in the phase velocity, which in the area of the plane of symmetry 7 corresponds to the conductive surface 1 of the arrangement according to FIG. 1.

Als Verzögerungsmittel sind nicht nur dielektrische Körper geeignet, die zweckmäßig aus einem geschäumten Dielektrikum bestehen, sondern es existiert noch eine Reihe an sich bekannter Möglichkeiten. Die Fig. 3 bis 5 zeigen solche vorteilhafte Möglichkeiten, und zwar in Anwendung auf eine Anordnung nach der Fig. 1, von der sie nur einen Teil der leitenden Fläche 1 und die durch den Halbdipol 2 bestimmte Achse wiedergeben, die bei den drei Möglichkeiten als Zentrum der rotationssymmetrischen Ausbildungen dient.Not only dielectric bodies are suitable as retardants, which are expediently made of a foamed Dielectric exist, but there are still a number of known possibilities. Fig. 3 to 5 show such advantageous possibilities, specifically in application to an arrangement according to FIG Fig. 1, of which they show only part of the conductive surface 1 and the axis determined by the half-dipole 2, which serves as the center of the rotationally symmetrical training in the three possibilities.

Bei der Anordnung nach der Fig. 3 bestehen die Verzögerungsmittel aus im radialen Abstand aufeinanderfolgenden zentrischen Metallstreifen 8, deren gegenseitiger Abstand d und Tiefe α derart gewählt sind, daß an der offenen Seite 9 der so gebildeten Leitungen die geforderte Verzögerung sicherstellenden induktiven Belastungen auftreten.In the arrangement according to FIG. 3, the delay means consist of radial spaced centric metal strips 8, the mutual spacing d and depth α of which are selected such that inductive loads ensuring the required delay occur on the open side 9 of the lines thus formed.

Bei der Anordnung nach der Fig. 4 ist die gleiche Wirkung dadurch erzielt, daß die Leitungen nach der Fig. 3 in Form von Vertiefungen bzw. Rillen in die leitende Fläche verlegt sind.In the arrangement of FIG. 4, the same effect is achieved in that the lines according to the Fig. 3 are laid in the form of depressions or grooves in the conductive surface.

ίο Bei der Anordnung nach der Fig. 5 dienen als Verzögerungsmittel kurze leitende Stäbchen 11, die auf die leitende Fläche 1 aufgesetzt sind. Durch den Durchmesser und die Länge der einzelnen Stäbchen 11 sowie durch deren Häufigkeitsverteilung auf der leitenden Fläche läßt sich eine vorgegebene Verzögerung im vorerwähnten Sinne erzielen.ίο In the arrangement according to FIG. 5 serve as a delay means short conductive rods 11 which are placed on the conductive surface 1. Through the Diameter and length of the individual rods 11 and their frequency distribution on the conductive Surface, a predetermined delay can be achieved in the aforementioned sense.

Claims

Patent claims:

1. Antenna arrangement, especially for very short electromagnetic waves, consisting of a half-dipole, preferably lobe-shaped, arranged over a conductive surface, characterized in that on the side of the conductive surface facing the half-dipole, delay means for the waves are arranged in such a way that the radiation pattern of the antenna arrangement a predetermined, in particular constant, curve as a function of the frequency Has.

2. Antenna arrangement, especially for very short electromagnetic waves, consisting of a dipole radiator with club-shaped half-dipoles, characterized in that in the area the plane of symmetry perpendicular to the dipole axis delay means for the waves are arranged in this way are that the radiation pattern of the antenna arrangement as a function of the frequency has a predetermined, in particular constant, curve.

3. Antenna arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the delay means consist of a dielectric body, preferably ring-shaped the base of the radiator at a distance and that for frequency independence of the radiation diagram is dimensioned in terms of the dielectric constant and the cross-sectional shape that a uniform wave form from the radiator base to the wave separation area is maintained.

4. Antenna arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the delay means consist of an inductive load, with one arranged over a conductive surface Half-dipole, for example, from a corrugation of the conductive surface on the one facing the half-dipole Side, and that for frequency independence of the radiation diagram the inductive Load is dimensioned such that a uniform waveform from the base of the radiator to the Wave separation area is preserved.

1 sheet of drawings