DE1116283B

DE1116283B - Antenna arrangement for very short electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1116283B
Application number: DES68332A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Giswald V Trentini
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-05-03
Filing date: 1960-05-03
Publication date: 1961-11-02

Description

Antennenanordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einer zwischen einem Primärstrahler und einem Reflektor angeordneten wellenführenden Struktur.Antenna arrangement for very short electromagnetic waves The invention refers to an antenna arrangement for very short electromagnetic waves, consisting of one arranged between a primary radiator and a reflector wave-guiding structure.

Als wellenführende Strukturen sind beispielsweise bei sogenannten Yagi-Antennen die Leitdipole bekannt, die sich vom erregenden Dipol dadurch unterscheiden, daß sie durch kürzere Baulänge bei der Betriebsfrequenz kapazitiv sind und derart räumlich aufeinanderfolgen, daß sich eine etwas geringere Phasengeschwindigkeit für die geführte Welle ergibt als die Geschwindigkeit, mit der sich die elektromagnetischen Wellen im freien Raum ausbreiten. Weitere wellenführende Strukturen sind beispielsweise Leitscheiben, Leitringe, Leitdrähte, dielektrische Stäbe usw. Eine Zusammenstellung derartiger Strukturen und auch die Anregung derartiger Strukturen ist beispielsweise in der »Nachrichtentechnischen Zeitschrift«, 1959, Heft 10, auf S. 501ff. gegeben. Zur Erhöhung des mit derartigen Antennen erzielbaren Antennengewinns ist es fernerhin bekannt, in Richtung vom Primärstrahler aus betrachtet hinter der wellenführenden Struktur eine Reflektorplatte vorzusehen, die eine möglichst totale Reflexion des mit der Struktur geführten Wellenbündels und damit für dieses ein zweimaliges Durchlaufen der Struktur zur Folge hat. Die Antenne strahlt dann nach der Richtung, die vom Primärstrahler aus betrachtet entgegengesetzt zur wellenführenden Struktur liegt, und wird aus diesem Grunde auch als Backfire-Antenne bezeichnet. Bei-o spielsweise sind derartige Antennen in der Zeitschrift »Proc. IRE«, Januar 1960, behandelt, und zwar in dem Abschnitt »Letter to the Editor«. Nachteilig an derartigen Anordnungen ist jedoch die mit in dem feststehenden Reflektor begründete relativ geringe Bandbreite.The leading dipoles are known as wave-guiding structures in so-called Yagi antennas, for example, which differ from the exciting dipole in that they are capacitive at the operating frequency due to their shorter overall length and spatially follow one another in such a way that a slightly lower phase velocity results for the guided wave than the The speed at which the electromagnetic waves propagate in free space. Other wave-guiding structures are, for example, guide disks, guide rings, guide wires, dielectric rods, etc. A compilation of such structures and also the stimulation of such structures is, for example, in the "Nachrichtenentechnische Zeitschrift", 1959, issue 10, on p. 501ff. given. To increase the antenna gain that can be achieved with antennas of this type, it is also known to provide a reflector plate behind the wave-guiding structure, viewed in the direction of the primary radiator, which results in the most total possible reflection of the wave bundle guided by the structure and thus a double passage through the structure . The antenna then radiates in the direction that, viewed from the primary radiator, is opposite to the wave-guiding structure, and for this reason is also referred to as a backfire antenna. For example, such antennas are in the magazine »Proc. IRE ”, January 1960, in the section“ Letter to the Editor ”. However, the disadvantage of such arrangements is the relatively low bandwidth due to the fixed reflector.

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

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Antennenanordnung für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einer zwischen einem Primärstrahler und einem Reflektor angeordneten wellenführenden Struktur, gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß der Reflektor ein Teil der wellenführenden Struktur ist.This task is, starting from an antenna arrangement for very short electromagnetic waves consisting of one between a primary radiator and a reflector arranged wave-guiding structure, according to the invention in FIG solved the way that the reflector is part of the wave-guiding structure.

Hierbei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die wellenführende Struktur in Richtung zum reflektierenden Strukturteil hin derart in ihren Abmessungen zunehmend ausgebildet ist, daß eine von der Betriebswellenlänge im Abstand vom Primärstrahler abhängige Reflexionszone gegeben ist. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Ausbildung so zu treffen, daß die Größenzunahme derart gewählt ist, daß sich ein konstanter Abstand LIZ ergibt, worin L der geometrische Abstand zwischen Reflexionszone und Primärstrahler und A die Betriebswellenlänge in Luft ist.It has been found to be expedient here for the wave-guiding structure to be designed so that its dimensions increase in the direction of the reflective structural part in such a way that a reflection zone is provided which is dependent on the operating wavelength at a distance from the primary radiator. Furthermore, it is advantageous to make the design so that the increase in size is chosen such that a constant distance LIZ results, where L is the geometric distance between the reflection zone and the primary radiator and A is the operating wavelength in air.

Außerdem empfiehlt es sich, daß weitere wellenführende Strukturen benachbart angeordnet sind. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Ausbildung derart getroffen ist, daß die wellenführenden Strukturen in der Richtung von der Reflexionszone zum Primärstrahler zueinander laufen.It is also recommended that further wave-guiding structures are arranged adjacent. It is advantageous if the training is such is taken that the wave-guiding structures in the direction of the reflection zone run to the primary radiator towards each other.

Die Erfindung wird an Hand von Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail by means of examples.

Die Fig. 1 zeigt eine Antennenanordnung, beispielsweise für den Bereich der Dezimeterwellen, bestehend aus einem als DipoI 1 ausgebildeten Primärstrahler, der eine wellenführende Struktur 2 aus einer Vielzahl von Leitdipolen speist. Diese Leitdipole sind in ihrer Länge derart mit dem Abstand vom Speisungsdipol 1 aus zunehmend ausgebildet, daß sie von einer bestimmten Länge Lf -als Reflektoren wirken, weil sie die Resonanzlänge überschritten haben. In diesem Bereich ergibt sich eine virtuelle reflektierende Ebene R. Der hinter dieser Ebene liegende Teil L., wirkt als sperrende Struktur, der davorliegende Teil als führende Struktur. Ändert sich die Betriebswellenlänge gegenüber dem angenommenen Fall, beispielsweise nach größeren Wellenlängen hin, so wandert die reflektierende Zone weiter vom Primärstrahler 1 ab, die Entfernung Lf nimmt somit geometrisch zu. Durch entsprechende Wahl der Dipolabmessungen läßt sich vorteilhaft erreichen, daß dabei die Größe Lfl# (A = Betriebswellenlänge in Luft) wenigstens näherungsweise konstant bleibt, d. h. frequenzunabhängig wird. In diesem Fall läßt sich die Einstellung vorteilhaft auch so treffen, daß der vom Primärstrahler ausgehende Strahlungsanteil A, der an der virtuellen Ebene reflektiert, als A' zurückgeworfen wird, sich gleichphasig mit dem unmittelbar vom Primärstrahler 1 abgestrahlten Wellenanteil B überlagert. Zur Verbesserung der Bündelung bzw. zur Verminderung der Rückstrahlung eignen sich vor allem bei längeren Systemen mehrere neben und/oder übereinander angeordnete Strukturen, deren Elemente in geeigneter Weise zum Ende hin stetig vergrößert werden. Mehrere derartige wellenführende Strukturen können vorteilhaft auch so, wie in der Fig. 2 gezeigt, angeordnet werden, d. h. daß sie in der Richtung zum Primärstrahler 1 hin zusammenlaufen. Die beiden Seitenstrukturen 3 und 4 können dabei ähnlich ausgebildet sein wie die Hauptstruktur 2. Auch andere Kombinationen sind möglich, wobei die Abstände der Strukturen voneinander unterschiedlich sind und an die jeweilige Lage der virtuellen Reflexionsebene angepaßt werden müssen. 1 shows an antenna arrangement, for example for the decimeter wave range, consisting of a primary radiator designed as a dipole 1 , which feeds a wave-guiding structure 2 made up of a plurality of guide dipoles. These guide dipoles are designed so that their length increases with the distance from the feed dipole 1 that they act as reflectors from a certain length Lf, because they have exceeded the resonance length. In this area there is a virtual reflecting plane R. The part L lying behind this plane acts as a blocking structure, the part in front of it as a guiding structure. If the operating wavelength changes compared to the assumed case, for example towards larger wavelengths, the reflective zone migrates further away from the primary radiator 1 , and the distance Lf thus increases geometrically. By appropriate choice of the dipole dimensions, it can advantageously be achieved that the quantity Lfl # (A = operating wavelength in air) remains at least approximately constant, ie. H. becomes frequency independent. In this case, the setting can also advantageously be made so that the radiation component A emanating from the primary radiator, which is reflected at the virtual plane, is reflected back as A ' , superimposed in phase with the wave component B radiated directly from the primary radiator 1. In the case of longer systems in particular, several structures arranged next to and / or one above the other, the elements of which are continuously enlarged towards the end, are suitable for improving the bundling or for reducing the reflection. Several such wave-guiding structures can advantageously also be arranged as shown in FIG . H. that they converge in the direction of the primary radiator 1. The two side structures 3 and 4 can be designed similarly to the main structure 2. Other combinations are also possible, the distances between the structures being different and having to be adapted to the respective position of the virtual reflection plane.

Beim Ausführungsbeispiel können als Primärstrahler Breitbanddipole verwendet werden. Bei einem beschränkteren Frequenzbereich empfiehlt es sich, unter Umständen auch einen oder mehrere, vorzugsweise drei Stabreflektoren zur Verminderung von Seitenstrahlungen bei dem Primärstrahler vorzusehen. Es ist indes auch mit Vorteil möglich, die Anregung einer wellenführenden Struktur durch eine Lecherleitung, die der wellenführenden Struktur entlanggeführt und kontinuierlich aufgespreizt ist, vorzunehmen, wie es beispielsweise in der vorerwähnten Arbeit in der »Nachrichtentechnischen Zeitschrift« beschrieben ist. Für zirkulare Polarisation eignet sich beispielsweise eine kleine Wendelantenne als Primärstrahler.In the exemplary embodiment, broadband dipoles can be used as the primary radiator be used. If the frequency range is more limited, it is advisable to use below Under certain circumstances, one or more, preferably three rod reflectors for reduction of side radiation to be provided at the primary radiator. However, it is also beneficial possible, the excitation of a wave-guiding structure by a Lecher line that is guided along the wave-guiding structure and continuously expanded, to undertake, for example, in the aforementioned work in the »Telecommunications Magazine «is described. For example, circular polarization is suitable a small helical antenna as the primary radiator.

Gegenüber der Backfire-Antenne wird nicht nur der Vorteil größerer Bandbreite, sondern auch der Vorteil geringerer geometrischer Abmessungen erhalten, weil die Reflektorplatte entfällt. Weiterhin kann auch eine Frequenzunabhängigkeit des Strahlungsdiagramms erreicht werden, weil unterschiedlich zur bekannten Backfire-Antenne die einzelnen Teile der Leitstruktur in Größe und gegenseitigem Abstand (Fig. 1) zunehmen können. Das ermöglicht, die für das Strahlungsdiagramm maßgebende Länge Lf konstant zu halten. Das läßt sich besonders gut erfüllen, wenn die erwähnte Speisung mit einer gespreizten Lecherleitung vorgesehen wird, weil dann auch eine gute Speisung für die dem Primärstrahler benachbarten Teile der Struktur erreicht ist.Compared to the backfire antenna, not only the advantage of a larger bandwidth, but also the advantage of smaller geometric dimensions is obtained because the reflector plate is omitted. Furthermore, a frequency independence of the radiation diagram can be achieved because, unlike the known backfire antenna, the individual parts of the guide structure can increase in size and mutual distance (FIG. 1) . This enables the length Lf, which is decisive for the radiation diagram, to be kept constant. This can be achieved particularly well if the aforementioned feed is provided with a spread Lecher line, because then a good feed is also achieved for the parts of the structure adjacent to the primary radiator.

Als wellenführende Struktur eignen sich alle bekannten wellenführenden Strukturen, vor allem auch Leitringe, wozu zur Vermeidung von Wiederholungen auf die erwähnte Arbeit in der NTZ verwiesen wird.All known wave-guiding structures are suitable as wave-guiding structures Structures, especially guide rings, for which purpose to avoid repetitions the mentioned work is referenced in the NTZ.

Claims

PATENT CLAIMS '. 1. Antenna arrangement for very short electromagnetic waves, consisting of a wave-guiding structure arranged between a primary radiator and a reflector, characterized in that the reflector is part of the wave-guiding structure.

2. Antenna arrangement according to claim 1, characterized in that the wave-guiding structure in the direction of the reflective structural part is designed increasingly in its dimensions that a reflection zone dependent on the operating wavelength at a distance from the primary radiator is given. 3. Antenna arrangement according to claim 2, characterized in that the increase in size is chosen such that there is frequency independence for the size LIA, where L is the geometric distance between the reflection zone and the primary radiator and A is the operating wavelength in air. 4. Antenna arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that further wave-guiding structures are arranged adjacent. 5. Antenna arrangement according to claim 4, characterized in that the wave-guiding structures run to one another in the direction from the reflection zone to the primary radiator. 6. Antenna arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the primary radiator is replaced by a Lecher line which penetrates the wave-guiding structure and thereby spreads it out.