DE1118280B

DE1118280B - Antenna for very short electromagnetic waves

Info

Publication number: DE1118280B
Application number: DES68954A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Giswalt V Trentini
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-06-15
Filing date: 1960-06-15
Publication date: 1961-11-30

Description

Antenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus wenigstens einem vor einer leitenden Fläche angeordneten Leiter, der wenigstens näherungsweise längs einer periodischen Wellenlinie zur leitenden Fläche etwa parallel geführt ist und am einen Ende in den einen Leiter einer Speiseleitung übergeht, deren anderer Leiter in dieser Querschnittsebene mit der leitenden Fläche verbunden ist.Antenna for very short electromagnetic waves The invention relates focus on an antenna for very short electromagnetic waves, consisting of at least a conductor arranged in front of a conductive surface, which is at least approximately guided along a periodic wavy line approximately parallel to the conductive surface is and at one end merges into one conductor of a feed line, the other Head is connected to the conductive surface in this cross-sectional plane.

Antennen der vorbezeichneten Art werden als Richtantennen im Gebiet hoher Frequenzen verwendet, Die Wirkungsweise dieser Antennen kann man sich wie folgt vorstellen: Auf einem geradegeführten Leiter, der mehrere Wellenlängen lang ist und an einem Ende gespeist wird, bildet sich eine stehende Wellenverteilung aus. Der Leiter wirkt dabei als Resonanzantenne. Mit zunehmender Dicke des Leiters verändert sich der Wellenwiderstand der Antenne, und die Strahlungsdämpfung pro Längeneinheit der Antenne nimmt zu. Bei hinreichender Länge des Leiters wird der Anteil der am anderen Ende reflektierten Welle klein. Es entsteht eine fortschreitende Welle längs des Leiters, und die Antenne erhält Breitbandcharakter. Eine ähnliche Steigerung der Strahlungsdämpfung pro Längeneinheit läßt sich auch durch die periodische Biegung des Leiters erreichen. Beispielsweise wird diese Art der Erhöhung der Strahlungsdämpfung bei der axialstrahlenden Wendelantenne angewendet, wobei die Phasengeschwindigkeit der fortschreitenden Welle durch die Wechselwirkung des Feldes mit den Leitungsströmen verringert wird und eine strahlungsgedämpfte Oberflächenwelle auftritt.Antennas of the aforementioned type are used as directional antennas in the area High frequencies are used, the mode of action of these antennas can be thought of as Imagine as follows: On a straight conductor that is several wavelengths long and is fed at one end, a standing wave distribution is formed the end. The conductor acts as a resonance antenna. With increasing thickness of the conductor changes the wave resistance of the antenna, and the radiation attenuation pro The unit of length of the antenna increases. If the length of the conductor is sufficient, the Part of the wave reflected at the other end is small. There is a progressive one Wave along the conductor, and the antenna takes on a broadband character. A similar Increasing the radiation attenuation per unit length can also be achieved by the periodic Reach the bend in the conductor. For example, this will increase the radiation attenuation applied to the axially radiating helical antenna, the phase velocity the advancing wave through the interaction of the field with the line currents is reduced and a radiation-damped surface wave occurs.

Bei der hier betrachteten Flachantenne wird der Leiter nur in einer Ebene vorzugsweise gleichmäßig periodisch gebogen, die Strahlungsdämpfung nimmt dabei mit der Biegungsamplitude und dem Leiterdurchmesser zu, und bei entsprechender Ausbildung bilde. sich längs des Leiters eine angenähert fortschreitende Welle mit exponentiellem Feldstärkeabfall aus. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art, die , in der Arbeit von Guittet: Antennes plaquees pour ondes decimetriques, L'Onde Electrique, 38. Armee, Nr. 376 ter, Supplement sp6cial, Vol. II, S. 843, abgedruckt ist, wird ein in extrem geringem Abstand vor der leitenden Fläche rnäanderförmig geführter Bandleiter angewendet, der absichtlich so ausgebildet ist, daß sich starke Reflexionsstellen an den Knickstellen ergeben. Dabei wurde von der Vorstellung ausgegangen, daß diese Knickstellen im wesentlichen strahlen sollen und die übrigen Leitungsteile möglichst wenig zur Strahlung beitragen. Diese Art einer periodisch gebogenen Antenne ist indes wenig vorteilhaft, weil sie wegen der Vielzahl der Reflexionsstellen vor allem in einem breiten Frequenzgebiet ungünstig ist. Statt einer Mäanderform läst sich auch- eine Trapezform oder eine Zickzackform verwenden. Die Zickzackform ist der bekannten Chireix-Mesny-Antenne sehr ähnlich. Bei dieser werden aber zwei dünne in einer Ebene liegende und gegeneinander erregte Zickzackdrähte mit 1/2-Teillängen in Resonanz verwendet.In the case of the flat antenna considered here, the conductor is only in one The plane is preferably evenly curved periodically, which decreases radiation attenuation with the bending amplitude and the conductor diameter, and with the corresponding Education educate. an approximately advancing wave along the conductor exponential drop in field strength. In a known arrangement of this type, the , in the work of Guittet: Antennes plaquees pour ondes decimetriques, L'Onde Electrique, 38th Army, No. 376 ter, Supplement special, Vol. II, p. 843, reprinted an extremely small distance in front of the conductive surface becomes meander-shaped guided strip conductor applied, which is intentionally designed so that strong Reflection points at the kinks result. It was assumed that that these kinks should radiate essentially and the other parts of the line contribute as little as possible to radiation. This type of periodically curved antenna is, however, not very advantageous because it is due to the large number of reflection points is particularly unfavorable in a wide frequency range. Instead of a meander shape You can also use a trapezoidal shape or a zigzag shape. The zigzag shape is very similar to the well-known Chireix-Mesny antenna. In this case, however, two are thin Zigzag wires with 1/2 partial lengths lying in one plane and excited against each other used in response.

Zur Berechnung der Abstrahlrichtung- können die Teilstücke des periodisch gebogenen Leiters als Einzelstrahler aufgefaßt werden. Diese Strahler mit den Abständen s sind über Leitungsstücke der Länge Z verbunden und ändern außerdem alternierend ihre Richtung. Durch diese Serienspeisung wird der Phasenwinkel der fortschreitenden Welle von Strahler zu Strahler und- für das Strahlersystem wird unter Berücksichtigung der Wegunterschiede s - sin a die relative Phase der Abstrahlung im Fernfeld wenn z die Wellenlänge im freien Raum, IH die R'ellenlänge auf der Leitung und a der Abstrahlwinkel gegen die Richtung senkrecht zur Systemachse ist. Die Strahlungsmaxima entstehen bei y = 2nn, und die Richtung des Hauptstrahlers ergibt sich für n = -1 zu Die Strahlrichtung ist also von der Frequenz abhängig. Die Bedingungen für die ausgezeichnete Strahlrichtung können daraus einfach abgeleitet werden: Die Querstrahlung mit x, = 0° ergibt sich bei und da angenähert Ag-A ist, gilt 1 -- A/2: (3) Eine Querstrahlung wird damit also unabhängig von der Größe s erreicht.To calculate the direction of radiation, the sections of the periodically curved conductor can be interpreted as individual radiators. These radiators with the spacing s are connected via line pieces of length Z and also change their direction alternately. This series feed changes the phase angle of the advancing wave from emitter to emitter and the relative phase of the radiation in the far field is used for the radiator system, taking into account the path differences s - sin a if z is the wavelength in free space, IH is the wavelength on the line and a is the angle of radiation against the direction perpendicular to the system axis. The radiation maxima arise at y = 2nn, and the direction of the main radiator results for n = -1 The direction of the beam is therefore dependent on the frequency. The conditions for the marked direction of the beam can be easily derived from this: The cross beam with x, = 0 ° results at and since it is approximately Ag-A, 1 - A / 2 applies: (3) A transverse radiation is thus achieved regardless of the size s.

Die Längsstrahlung mit xo = 90° ergibt sich bei oder angenähert Bei kleinem Abstand s wird daher der Größenunterschied von 1 für Längs- bzw. Querstrahlung gering, und bei einer Frequenzänderung wird sich die Strahlrichtung sehr schnell ändern. Für eine langsame Strahlbewegung ist es also vorteilhaft, s größer zu wählen. Soll andererseits die Polarisation linear und transversal gerichtet sein, so müssen sich die longitudinalen Komponenten weitgehend aufheben, und der Winkel zwischen den aufeinanderfolgenden Teillängen des Leiters darf nicht zu groß werden. Dies führt zu einer gewissen Beschränkung, da außer den Längen Z und s vor allem auch die Biegungsamplitude a und damit die Strahlungsdämpfung nicht mehr beliebig wählbar ist.The longitudinal radiation with xo = 90 ° results at or approximated If the distance s is small, the size difference of 1 for longitudinal and transverse radiation is therefore small, and if the frequency changes, the beam direction will change very quickly. For a slow jet movement it is therefore advantageous to choose s larger. If, on the other hand, the polarization is to be linear and transversely directed, the longitudinal components must largely cancel each other out, and the angle between the successive partial lengths of the conductor must not become too large. This leads to a certain restriction since, in addition to the lengths Z and s, above all the bending amplitude a and thus the radiation attenuation can no longer be selected arbitrarily.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei beschränkten Anpassungsforderungen die obenerwähnte Beschränkung der Strahlungsdämpfung zu vermeiden und vor allem auch sicherzustellen, daß eine fortschreitende Welle längs des periodisch gebogenen Leiters erreicht werden kann. In einer bekannten Arbeit von Rotmann und Karas: »Printed Circuit Radiators, The Sandwich Wire Antenna«, Microwave Journal, August 1959, S.59, ist eine Antenne mit leicht periodisch geführtem Leiter, der einen Abstand von einer Viertelwellenlänge von der reflektierenden Fläche hat, beschrieben, die jedoch auf Grund der dort gegebenen Lehre für die Erzielung einer fortschreitenden Welle erfordert, daß ein gesonderter Abschlußwiderstand an dem der Speiseleitung abgewandten Ende des periodisch gebogenen Leiters gegen die leitende Fläche hin angeschaltet wird, abgesehen von weiteren wesentlichen Unterschieden, wie die geringe Biegungsamplitude des Leiters.The invention is based on the object with limited adaptation requirements to avoid the above-mentioned restriction of radiation attenuation and above all also ensure that a progressive wave is along the periodically curved Head can be reached. In a well-known work by Rotmann and Karas: »Printed Circuit Radiators, The Sandwich Wire Antenna ", Microwave Journal, August 1959, p.59, is an antenna with a slightly periodic conductor spaced from a Quarter wavelength from the reflective surface has been described, however, on Reason of the teaching given there for the achievement of a progressive wave requires, that a separate terminating resistor at the end facing away from the feed line of the periodically bent conductor is switched on towards the conductive surface, apart from other important differences, such as the low bending amplitude of the head.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Antenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus wenigstens einem vor einer leitenden Fläche angeordneten Leiter, der wenigstens näherungsweise längs einer periodischen Wellenlinie in einer zur leitenden Fläche parallelen oder auch leicht geneigten Ebene geführt ist und am einen Ende in den einen Leiter einer Speiseleitung übergeht, deren anderer Leiter in dieser Querschnittsebene mit der leitenden Fläche verbunden ist, gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß der Abstand zwischen dem periodisch geführten Leiter und der leitenden Fläche in der Größenordnung von einem Zehntel der Betriebswellenlänge, bezogen auf den freien Raum, beträgt. Für eine konstante Strahlrichtung empfiehlt es sich, wenn, von derVerbindungsstelle der Speiseleitung aus betrachtet, ein weiterer periodisch geführter Leiter nach der dem ersten Leiter abgewandten Seite geführt ist.This task is, starting from an antenna for very short electromagnetic Waves, consisting of at least one conductor arranged in front of a conductive surface, at least approximately along a periodic wavy line in a to conductive surface is guided parallel or slightly inclined plane and on one end merges into one conductor of a feed line, the other conductor of which is connected in this cross-sectional plane to the conductive surface, according to the invention solved in such a way that the distance between the periodically guided conductor and the conductive area in the order of one tenth of the operating wavelength, based on the free space. Recommended for a constant jet direction if, viewed from the junction of the feed line, another periodically guided conductor led to the side facing away from the first conductor is.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Länge des periodisch geführten Leiters in Abhängigkeit von der Biegungsamplitude und dem Abstand von der leitenden Fläche und dem Leiterquerschnitt derart groß gewählt ist, daß sich im Falle der Speisung über die Speiseleitung durch die Strahlungsdämpfung praktisch eine fortschreitende Welle, zwischen dem Leiter und der Fläche ergibt.It is also advantageous if the length of the periodically guided Conductor as a function of the bending amplitude and the distance from the conductive one Area and the conductor cross-section is chosen so large that in the case of Feeding over the feed line by the radiation attenuation practically a progressive one Wave, between the conductor and the surface results.

Es lassen sich durch die erfindungsgemäße Ausbildung auch lange Flachantennen mit hauptsächlich transversaler Polarisation, guter Richtwirkung, kleinen Nebenzipfeln und großem Antennengewinn erreichen.Long flat antennas can also be used as a result of the design according to the invention with mainly transverse polarization, good directivity, small side lobes and achieve a large antenna gain.

Durch eine Arbeit in der Zeitschrift »British Communications and Electronics«, November 1959, S. 784: 1000 ft. TV Mast at Mendlesham, ist eine Antenne bekannt, die ebenfalls eine gewisse Ähnlichkeit mit der erfindungsgemäßen Antenne hat. Bei dieser bekannten Antenne ist jedoch ein konstanter A/4-Abstand von einer Reflektorwand gegeben. Ebenso sind A/4 lange Metallstützen vorgesehen. Im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand bildet dort offenbar die jeweils nachfolgende Antenne die Abschlußlast für die vorausgehende, und die einzelne Antenne besteht nur aus wenigen Perioden, so daß noch Resonanzerscheinungen möglich sind. Zusätzlich ist eine Art symmetrische Speisung, ähnlich der Chireix-Mesny-Antenne, angewendet, die eine andere Feldverteilung als beim Erfindungsgegenstand ergibt.Through a work in the magazine "British Communications and Electronics", November 1959, p. 784: 1000 ft. TV mast at Mendlesham, an antenna is known which also has a certain similarity to the antenna according to the invention. at however, this known antenna is a constant 1/4 distance from a reflector wall given. A / 4 long metal supports are also provided. In contrast to the subject of the invention Apparently the following antenna forms the final load for the preceding one. and the individual antenna consists of only a few periods, so that there are still resonance phenomena possible are. In addition, there is a kind of symmetrical feed, similar to the Chireix-Mesny antenna, applied, which results in a different field distribution than the subject of the invention.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described in greater detail below with the aid of exemplary embodiments explained.

In den Fig. 1 und 2 ist in Aufsicht und Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne wiedergegeben. Der Leiter besteht aus einem etwa sinusförmig ausgeschnittenen Kupferband der Breite b = 0,16 A, und der Dicke 0,012 A,, der vor einer großen ebenen Metallwand im Abstand h angeordnet ist. Der Bandleiter hat N = 6 Perioden mit der Länge 2s = 12, einer Abmessung Z = 0,68A,; a = 0,35A, und einer Gesamtlänge L = N - 2s = 6Ao. Der Bandleiter geht durch ein kurzes Übergangsstück in den Innenleiter einer Koaxialleitung über, deren Außenleiter mit der Metallwand verbunden ist. Zur Stützung des Bandleiters kann ein Dielektrikum relativ geringer Dielektrizitätskonstante, beispielsweise ein geschäumtes Dielektrikum mit einer nur wenig größeren relativen Dielektrizitätskonstante als 1, verwendet werden. Dieses Material kann auch in Form von einzelnen Stützen vorgesehen werden.In Figs. 1 and 2, an embodiment of an antenna according to the invention is shown in plan view and side view. The conductor consists of an approximately sinusoidal cut copper band with a width of b = 0.16 A and a thickness of 0.012 A, which is arranged in front of a large flat metal wall at a distance h. The strip conductor has N = 6 periods with the length 2s = 12, a dimension Z = 0.68A; a = 0.35A, and a total length L = N - 2s = 6Ao. The strip conductor goes through a short transition piece into the inner conductor of a coaxial line, the outer conductor of which is connected to the metal wall. A dielectric with a relatively low dielectric constant, for example a foamed dielectric with a relative dielectric constant that is only slightly greater than 1, can be used to support the strip conductor. This material can also be provided in the form of individual supports.

Ohne Reflektorwand wäre bei einer solchen Bandantenne die Strahlungsdämpfung sehr groß, beispielsweise in der Größenordnung von 10 Dezibel auf eine Wellenlänge der Gesamtlänge der Antenne. Schon nach wenigen Perioden wäre daher der Strom auf den Leiter so gering, daß die entfernteren Leiterteile keinen nennenswerten Beitrag zur Antennenstrahlung liefern. Wird die Metallwand genähert, so sinkt der Wellenwiderstand ab. Gleichzeitig wird aber auch die Strahlungsdämpfung kleiner. Durch das Spiegelbild in der leitenden Wand mit entgegengesetzten Strömen entsteht gewissermaßen eine Parallelbandleitung. Je kleiner der Abstand h des leitenden Bandes von der leitenden Fläche wird, desto stärker tritt der Leitungscharakter hervor, und der Strom in den entfernteren Leitungsteilen nimmt entsprechend zu. Der Abstand wird demgemäß so gewählt, daß am Ende des periodisch gebogenen Leiters nur noch ein geringer Energieanteil vorhanden ist, denn ein größerer Anteil würde sich als störende Reflexion bemerkbar machen. Die nahe liegende Reflektorwand begrenzt allerdings die Hauptstrahlrichtung der Antenne. Zusätzlich werden für eine Hauptstrahlrichtung, die unter einem größeren Winkel a. als 60° liegt, die Nebenmaxima sehr groß, und der Antennengewinn geht nennenswert zurück.Without a reflector wall, there would be radiation attenuation with such a ribbon antenna very large, for example on the order of 10 decibels on one wavelength the total length of the antenna. The electricity would therefore be on after just a few periods the ladder so small that the more distant parts of the ladder make no appreciable contribution to deliver antenna radiation. If the metal wall is approached, the wave resistance decreases away. At the same time, however, the radiation attenuation is also smaller. Through the reflection in the conducting wall with opposing currents one arises, as it were Parallel ribbon line. The smaller the distance h of the conductive tape from the conductive one Area, the stronger the conduction character and the current in the more distant Line parts increases accordingly. The distance is accordingly chosen so that at the end of the periodically bent conductor only there is a lower proportion of energy because a larger proportion would turn out to be make disturbing reflections noticeable. However, the nearby reflector wall is limited the main beam direction of the antenna. In addition, for a main beam direction, which at a larger angle a. than 60 °, the secondary maxima are very large, and the antenna gain decreases significantly.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist die Hauptstrahlrichtung unter einem Winkel a von etwa 18' mit einer weitgehend transversal gerichteten Polarisation. Der hierbei erzielbare Antennengewinn ist in Dezibel als Funktion des Wandabstandes h in der Fig: 3 (Kurve 1) angegeben. Der optimale Gewinn wird für h = A0/16 erreicht, wobei die Strahlungsdämpfung längs des Leiters etwa 1,5 Dezibel/A ist. Der Energieabfall bis zum Leiterende beträgt beim Ausführungsbeispiel demzufolge etwa 12 Dezibel. Der Anteil der reflektierten Energie ist in einem derart gelagerten Fall nicht mehr vernachlässigbar, so daß durch die rücklaufende Welle bei einer Abstrahlrichtung von -x0 = -18° ein Nebenmaximum im Richtdiagramm mit einem Wert von etwa -10 Dezibel entsteht. Dieses Nebenmaximum wird bei kleineren Wandabständen noch größer. Da dann auch der Eingangswiderstand der Flachantenne stärker frequenzabhängig wird, ist ein etwas größerer Abstand von etwa h = A0/10 vorteilhaft; der bei einer geringen Gewinnabnahme nur ein Nebenmaximum von etwa -15 Dezibel aufzuweisen hat.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the main beam direction is at an angle α of approximately 18 ' with a largely transversely directed polarization. The antenna gain that can be achieved here is given in decibels as a function of the wall distance h in FIG. 3 (curve 1) . The optimum gain is achieved for h = A0 / 16, the radiation attenuation along the conductor being around 1.5 decibels / A. The drop in energy up to the end of the conductor is accordingly about 12 decibels in the exemplary embodiment. The proportion of the reflected energy is no longer negligible in such a case, so that a secondary maximum in the directional diagram with a value of about -10 decibels arises due to the returning wave with a radiation direction of -x0 = -18 °. This secondary maximum becomes even larger with smaller wall clearances. Since the input resistance of the planar antenna then also becomes more dependent on frequency, a somewhat larger distance of approximately h = A0 / 10 is advantageous; which only has a secondary maximum of around -15 decibels with a small decrease in profit.

Ähnliche Ergebnisse werden auch mit anderen Formen erhalten, beispielsweise also einer Mäanderform oder einer Zickzackform usw. Bei geringerer Periodenzahl N bzw. kleinerer Amplitude a oder kleinerer Breite b verschiebt sich der Optimalabstand zu etwas größeren Werten, und der Kurvenverlauf wird flacher.Similar results are also obtained with other shapes, for example a meander shape or a zigzag shape, etc. With a smaller number of periods N or smaller amplitude a or smaller width b, the optimum distance shifts to somewhat larger values and the curve becomes flatter.

Als Beispiel hierfür ist in der Fig. 3 als Kurve 2 auch der relative Gewinnverlauf einer Zickzackantenne aus Kupferdraht mit einem Durchmesser von einem Fünfzigstel der Betriebswellenlänge, bezogen auf den freien Raum, wiedergegeben mit den Werten N = 6; 2s = 1,06 A0; I = 0,78 A0; a = 0,575 A0 und L = 6,35 A0. Die Unstetigkeitsstellen an den Knickpunkten verursachen hier etwas größere reflektierte Teilwellen, welche sich; ähnlich wie bei einer Wendelantenne, dem exponentiellen Stromverlauf überlagern. Die Strahlungsdämpfung pro Wellenlänge beträgt daher etwa 2 Dezibel bei einem Wandabstand h von 0,11 A0. Für eine längere Antenne müssen die Strahlungsdämpfung und der Wandabstand kleiner sein, beispielsweise ist für N = 12 ein Optimalwert . h = 0;09 1, gegeben. Eine solche Anordnung hat in der Ebene des magnetischen Wechselfeldes (H-Ebene) eine Halbwertsbreite von 4,8° mit Nebenmaximum von -12 Dezibel und einem im Vergleich zum Kugelstrahler gemessenen Antennengewinn von etwa 19 Dezibel.As an example of this, curve 2 in FIG. 3 also shows the relative gain curve of a zigzag antenna made of copper wire with a diameter of one fiftieth of the operating wavelength, based on the free space, with the values N = 6; 2s = 1.06 A0; I = 0.78 A0; a = 0.575 A0 and L = 6.35 A0. The points of discontinuity at the kinking points cause slightly larger reflected partial waves here, which are; similar to a helical antenna, superimpose the exponential current curve. The radiation attenuation per wavelength is therefore around 2 decibels with a wall distance h of 0.11 A0. For a longer antenna, the radiation attenuation and the wall distance must be smaller; for example, N = 12 is an optimal value. h = 0; 09 1, given. Such an arrangement has a half width of 4.8 ° in the plane of the alternating magnetic field (H plane) with a secondary maximum of -12 decibels and an antenna gain of about 19 decibels compared to the spherical radiator.

Eine bessere Kontrolle der Energieverteilung längs der Antenne und damit der Richtcharakteristik gelingt durch einen unterschiedlichen Wandabstand. Da für eine angepaßte Leitung mit kleinen Abständen die abgestrahlte Energie proportional (h/A)a ist, genügen zur Energieabstufung bereits geringe Abstandsänderungen. Schon mit einer nur etwas geneigten leitenden Fläche bzw. Wand, deren Abstand h zum Leiterende hin kontinuierlich zunimmt, kann die Strahlungsdämpfung gegen das Leiterende hin vergrößert werden.Better control of the energy distribution along the antenna and so that the directional characteristic is achieved through a different distance to the wall. Since for an adapted line with small distances, the radiated energy is proportional (h / A) a, even small changes in distance are sufficient to graduate the energy. Nice with an only slightly inclined conductive surface or wall, the distance h from the end of the conductor increases continuously, the radiation attenuation can towards the end of the conductor be enlarged.

Bei einem Ausführungsbeispiel mit einem zickzackförmigen Bandleiter und den Größen h = 0,09 2, bis 0,11 A0; b = A0/6; N = 5; 2s =1,03 A0; I = 0,72 A0 und L = 5,12 A0 ergaben sich z. B. ein Gewinn von annähernd 15 Dezibel, eine Halbwertsbreite von 13,5 bzw. 42° und ein größtes Nebenmaximum von -22 bzw. -20 Dezibel. Der Anschluß der als Koaxialleitung ausgebildeten Speiseleitung erfolgt dabei in der Weise, daß von der freien Seite der leitenden Fläche die Koaxialleitung an die leitende Fläche bzw. Wand herangeführt ist, dort der Außenleiter der Koaxialleitung in die leitende Fläche übergeht, während der Innenleiter der Koaxialleitung nahezu senkrecht zur leitenden Wand weitergeführt und in Form eines kurzen Verbindungsstückes an den Anfang des periodisch gebogenen Leiters angeschaltet ist. In der Fig.4 sind die Richtdiagramme für die Frequenzen f = f0 (Kurve 1) und f = 0;935 - f0 (Kurve 2) in den beiden-Hauptebenen angegeben. Durch die Frequenzänderung verschiebt sich die Hauptstrahlrichtung von rx0 = 22 auf 19°, und die Nebenmaxima in der H-Ebene werden etwas größer. Die Anpassung an einen Kabelwellenwiderstand Z0 = 100 SZ ist für eine relative Bandbreite von 15 0/0 mit einer Welligkeit m < 1,4 möglich. Durch Kompensationsmittel, z. B. in die Wand eingesetzte Metallstifte, -können die Reflexionen der Knickstellen teilweise kompensiert und die Widerstände transformiert werden. Mit neun Stiften vom Durchmesser 0,1A0 und von der Höhe 0,06 A0, welche jeweils in einem Abstand von 0,22.10 vor den Knickstellen und unterhalb des Bandleiters angeordnet sind, ist die Anpassung an 7_.0 = 70 S2 für eine relative Bandbreite von 200/0 mit einer Welligkeit m < 1,2 möglich.In an embodiment with a zigzag-shaped strip conductor and the sizes h = 0.09 2 to 0.11 A0; b = A0 / 6; N = 5; 2s = 1.03 A0; I = 0.72 A0 and L = 5.12 A0 resulted e.g. B. a gain of approximately 15 decibels, a half width of 13.5 or 42 ° and a largest secondary maximum of -22 or -20 decibels. The connection of the feed line designed as a coaxial line takes place in such a way that the coaxial line is led from the free side of the conductive surface to the conductive surface or wall, there the outer conductor of the coaxial line merges into the conductive surface, while the inner conductor of the coaxial line almost passes is continued perpendicular to the conductive wall and connected in the form of a short connector to the beginning of the periodically curved conductor. 4 shows the directional diagrams for the frequencies f = f0 (curve 1) and f = 0; 935 - f0 (curve 2) in the two main planes. The change in frequency shifts the main beam direction from rx0 = 22 to 19 °, and the secondary maxima in the H-plane become somewhat larger. The adaptation to a cable impedance Z0 = 100 SZ is possible for a relative bandwidth of 15 0/0 with a ripple m <1.4. By compensation means, e.g. B. metal pins inserted into the wall, the reflections of the kinks can be partially compensated and the resistances transformed. With nine pins with a diameter of 0.1A0 and a height of 0.06 A0, which are each arranged at a distance of 0.22.10 in front of the kinks and below the strip conductor, the adjustment to 7_.0 = 70 S2 for a relative bandwidth of 200/0 with a waviness m <1.2 possible.

Bei den vorausgehenden Ausführungsbeispielen sind die Flachantennen einseitig gespeist, und die Hauptstrahlrichtung ändert sich mit der Betriebsfrequenz. Dieser Veränderung der Hauptstrahlrichtung kann in einem gewissen Frequenzbereich durch ein symmetrisch aufgebautes System begegnet werden. Für ein solches gleichphasig gespeistes Antennenpaar mit übereinstimmender Hauptstrahlrichtung bleibt diese Richtung im gemeinsamen Diagramm auch bei etwas geänderten Frequenzen erhalten, da die Teilstrahlungen der einzelnen Antennen in entgegengesetzten Richtungen auswandern. In der Fig. 5 sind fünf derartige Paare mit konstanter Querstrahlung schematisch angegeben, wobei die eingezeichnete Strahlrichtung für eine zunehmende Frequenz gilt und auch unterschiedliche räumliche Anordnung bzw. Form sowie unterschiedliche Speisung gegeben ist. Im einzelnen wird hierzu auf die Fig. 5 verwiesen.In the previous exemplary embodiments, the flat antennas are fed from one side, and the main beam direction changes with the operating frequency. This change in the main beam direction can occur in a certain frequency range can be countered by a symmetrically structured system. In phase for one fed antenna pair with the same main beam direction remains this direction obtained in the common diagram even with slightly changed frequencies, since the partial radiation of the individual antennas migrate in opposite directions. In FIG. 5 five such pairs with constant transverse radiation are indicated schematically, where the beam direction drawn applies to an increasing frequency and also to different ones spatial arrangement or shape as well as different feed is given. In detail reference is made to FIG. 5 in this regard.

Außer Antennen mit zwei Einspeisungen können vorteilhaft gemeinsam gespeiste Antennen benutzt werden (vgl. zum Beispiel rechtes Beispiel der Fig. 5). Ein solches System verwendet im Grunde genommen einen durchgehenden periodisch gebogenen Leiter, welcher in der Mitte mit dem Innenleiter der von der Rückseite an die leitende Wand herangeführten Koaxialleitung verbunden ist.In addition to antennas with two feeds, it is advantageous to jointly fed antennas are used (see, for example, right example of FIG. 5). Such a system basically uses a continuous periodically curved one Conductor, which is in the middle with the inner conductor from the back to the conductive one Wall brought coaxial line is connected.

Ein Ausführungsbeispiel, das dem in der Fig.5 rechts gezeigten entspricht und mit Mittelspeisung, ebener leitender Fläche und zickzackförmig geführtem Draht versehen ist, hatte folgende Abmessungen:- 2s = 0,73 20; 1= 0,515 20; Drahtdurchmesser 20/50; I. ist von 0,08 bis 0,1 2,_ zunehmend nach den ungespeisten Enden hin. Für N = 2 - 4 und eine Gesamtlänge 2L = 5,84 20 wird ein Antennengewinn von etwa 16 Dezibel bei einem größten Nebenmaximum von -17 Dezibel und Halbwertsbreiten von 9 bzw. 55° in beiden Hauptebenen erhalten. Für N = 2 - 8 und 2L = 11,7 20 beträgt der Gewinn 18,5 Dezibel, und die Nebenmaxima liegen unter -20 Dezibel. Dabei fällt die Halbwertsbreite in der H-Ebene auf 5° ab. Die Hauptstrahlrichtung bleibt auch bei einer Frequenzänderung konstant auf a0 = 0°. Die Nebenmaxima nehmen allerdings mit zunehmender Frequenzabweichung zu, und die Hauptstrahlbasis wird breiter. y Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang, daß die Halbwertsbreite in der E-Ebene mit abnehmender Breite der leitenden Fläche nur wenig größer wird und beispielsweise bei einer Breite von 12, der ebenen Fläche 57° und bei einer Breite von 0,6 20 etwa 60° beträgt. Die Nebenmaxima erreichen dabei -22 bzw. -16 Dezibel. Als Regel kann aufgestellt werden, daß bei kleineren Breiten der Wand die Nebenmaxima und die Rückstrahlung ansteigen, der Gewinn abnimmt.An exemplary embodiment which corresponds to that shown on the right in FIG. 5 and is provided with a central feed, a flat conductive surface and a wire guided in a zigzag shape had the following dimensions: 2s = 0.73 20; 1 = 0.515 20; Wire diameter 20/50; I. is from 0.08 to 0.1 2, _ increasing towards the unpowered ends. For N = 2-4 and a total length 2L = 5.84 20 an antenna gain of about 16 decibels is obtained with a largest secondary maximum of -17 decibels and half-widths of 9 or 55 ° in both main planes. For N = 2 - 8 and 2L = 11.7 20 the gain is 18.5 decibels and the secondary maxima are below -20 decibels. The width at half maximum in the H plane drops to 5 °. The main beam direction remains constant at a0 = 0 ° even if the frequency changes. However, the secondary maxima increase with increasing frequency deviation, and the main ray base becomes wider. y It is important in this context that the half-width in the E-plane increases only slightly as the width of the conductive surface decreases and, for example, with a width of 12, the flat surface 57 ° and with a width of 0.6 20 approximately 60 ° is. The secondary maxima reach -22 and -16 decibels. As a rule it can be established that with smaller widths of the wall the secondary maxima and the reflection increase, the profit decreases.

Soll die Bündelung in der E-Ebene gesteigert werden, so sind mehrere Leiter nebeneinander anzuordnen. Als Beispiel ist in der Fig. 6 eine querstrahlende Flachantenne mit zwei gleichphasig gespeisten Zickzackdrähten gezeigt, für die N = 2 - 8 und bei ebener Reflektorwand h = 0,1 20 ist. Mit den zwei gleichphasig gespeisten Zickzackdrähten wird der optimale Gewinn bei 0,85 20 Abstand erreicht. Der Abstand wird dabei von der in Richtung des einzelnen Leiters verlaufenden Symmetrielinie gerechnet. Die Halbwertsbreite in der E-Ebene beträgt 30° und das größte Nebenmaximum -14 Dezibel. Kleinere Nebenmaxima werden bei schmäleren Anordnungen erbalten, und für 0,75 2 Abstand (Fig. 6) beträgt z. B. die Halbwertsbreite 32 bzw. 5° in der H-Ebene und das Nebenmakimum -17 Dezibel bei 21 Dezibel Gewinn. Mit vier in diesen Abständen nebeneinander angeordneten Zickzackdrähten ist die Halbwertsbreite dann 18 °. Solche Bündelungen lassen sich statt mit einer Gruppe auch durch zwei schräge Seitenwände erreichen, die ähnlich wie bei einem Winkelreflektor entlang der Rückwand angesetzt sind.If the bundling in the E-level is to be increased, there are several Arrange ladder side by side. As an example, FIG. 6 shows a cross-radiating Flat antenna shown with two zigzag wires fed in phase, for the N. = 2 - 8 and with a flat reflector wall h = 0.1 20. With the two fed in phase Zigzag wires, the optimum gain is achieved at 0.85 20 spacing. The distance is determined by the line of symmetry running in the direction of the individual conductor expected. The half-width in the E-plane is 30 ° and the largest secondary maximum -14 decibels. Smaller secondary maxima are inherited in narrower arrangements, and for 0.75 2 distance (Fig. 6) is z. B. the half width 32 or 5 ° in the H-level and the secondary maximum -17 decibels with a gain of 21 decibels. With four in these The half-width is then the spacing between zigzag wires arranged next to one another 18 °. Such bundles can also be made with two slanted groups instead of one group Reach side walls that are similar to a corner reflector along the back wall are set.

Wenn die Bandbreite der querstrahlenden Antenne größer sein soll, muß die Antennenlänge kleiner gewählt und ein Bandleiter mit niederem Wellenwiderstand verwendet werden.If the bandwidth of the transversely radiating antenna is to be larger, the antenna length must be smaller and a ribbon conductor with low wave impedance be used.

So besitzt eine in der Mitte gespeiste Zickzack-Bandantenne mit b = 20/6;N = 2 - 3; 2s = 0,75 20; 1= 0,53 20; 2L = 4,5 20; h = 0,1 20 eine relative Bandbreite von etwa 18 0%. Für die Mittelfrequenz beträgt der Gewinn angenähert 12,5 Dezibel, die Halbwertsbreite ist 15,5°, und das größteNebenmaximum ist -20 Dezibel. Bei höheren Frequenzen nimmt die Bündelung zu, und die Nebenmaxima wachsen etwas an. Bei tieferen Frequenzen nimmt die Bündelung ab, und die Nebenmaxima, bleiben klein.For example, a zigzag ribbon antenna fed in the middle with b = 20/6; N = 2-3; 2s = 0.75 20; 1 = 0.53 20; 2L = 4.5 20; h = 0.1 20 a relative bandwidth of about 18 0%. For the middle frequency, the gain is approximately 12.5 decibels, the half-width is 15.5 °, and the largest secondary maximum is -20 decibels. At higher frequencies the bundling increases and the secondary maxima increase somewhat. At lower frequencies the bundling decreases and the secondary maxima remain small.

Eine gewisse Steigerung der Bündelung bei gleicher Bandbreite ist mit größeren abgewinkelten Anordnungen nach der Fig. 4 möglich, da die Strahlbewegungen und die Veränderungen des Eingangswiderstandes als Funktion der Frequenz mit zunehmenden Längen 1 kleiner werden. Für große Gewinne sind allerdings parallel gespeiste Antennengruppen notwendig. Durch entsprechend zusammengesetzte Flachantennen können auch andere Diagrammformen erreicht werden. Beispielsweise geben vier gleichphasig gespeiste Antennen, welche im Viereck längs eines Mastes angeordnet sind, eine angenäherte Rundstrahlung in der E-Ebene. Zu einem Ausführungsbeispiel sind nach obigen Angaben vier Zickzackdraht antennen N = 2 - 4 oder 2 - 8 mit je einer Reflektorwand von 0,63 20 Breite symmetrisch verteilt um einen Rohrmast mit 0,8 20 Durchmesser herum angeordnet und an diesem befestigt. Ihre Horizontaldiagramme (E-Ebene) sind für zwei Frequenzen f = 0;975 f0 (Kurve 1) und 1,025 f0 (Kurve 2) in der Fig. 7 angegeben. Innerhalb einer Bandbreite von etwa 6 0/0 werden Rundstrahldiagramme mit Schwankungen unterhalb -4- 2 Dezibel erhalten. Die Vertikaldiagramme (H-Ebene) entsprechen angenähert den Diagrammen in der Fig. B. Allerdings steigen in der Nähe der Diagonalrichtungen die Nebenmaxima etwas an.A certain increase in the bundling with the same bandwidth is possible with larger angled arrangements according to FIG. 4, since the beam movements and the changes in the input resistance as a function of the frequency become smaller with increasing lengths 1. For large gains, however, antenna groups fed in parallel are necessary. Other diagram shapes can also be achieved by means of correspondingly assembled flat antennas. For example, four antennas fed in phase, which are arranged in a square along a mast, give an approximate omnidirectional radiation in the E-plane. For one embodiment, four zigzag wire antennas N = 2-4 or 2-8, each with a reflector wall of 0.63 20 width, are arranged symmetrically distributed around a tubular mast with 0.8 20 diameter and attached to it. Their horizontal diagrams (E plane) are given in FIG. 7 for two frequencies f = 0; 975 f0 (curve 1) and 1.025 f0 (curve 2). Within a bandwidth of about 6 0/0, omnidirectional diagrams with fluctuations below -4-2 decibels are obtained. The vertical diagrams (H-plane) correspond approximately to the diagrams in FIG. B. However, the secondary maxima increase somewhat in the vicinity of the diagonal directions.

Gegenüber Dipolgruppen und ähnlichen Richtantennen haben diese Flachantennen den Vorteil eines einfachen Aufbaues, eines geringen Wandabstandes und einer einzigen Speisestelle ohne Zusatzleitungen. Die konstruktive Gestaltung wird sich nach dem Verwendungszweck und der Betriebsfrequenz richten. Während bei Meterwellen ein frei tragender oder ausgespannter Leiter durch einzelne Isolatoren gehaltert werden kann, sind bei Dezimeterwellen Isolierstoff stangen oder -platten mit geringen Verlusten zur durchgehenden Halterung möglich. Schließlich kann vor allem bei Zentimeterwellen der Leiter und eventuell auch die Reflektorwand aus Metallfolien aufgebaut sein, welche auf einer leichten Schaumstofplatte angeordnet oder darin eingebettet sind.Compared to dipole groups and similar directional antennas, these have flat antennas the advantage of a simple structure, a small distance from the wall and a single Feeding point without additional lines. The structural design will vary according to the Intended use and operating frequency. While in meter waves a free load-bearing or tensioned conductor can be supported by individual insulators, are insulating rods or plates with low losses for decimeter waves for continuous mounting possible. After all, especially with centimeter waves the conductor and possibly also the reflector wall be made of metal foils, which are arranged on or embedded in a lightweight foam sheet.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Antenna for very short electromagnetic waves, consisting of at least one conductor arranged in front of a conductive surface, which is at least approximately parallel to the conductive surface along a periodic wavy line and merges at one end into one conductor of a feed line and the other Conductor is connected to the conductive surface in this cross-sectional plane, characterized in that the distance between the periodically guided conductor and the conductive surface is in the order of magnitude of a tenth of the operating wavelength, based on the free space.

2. Antenna according to claim 1, characterized in that that the conductor opposite the conductive surface after facing away from the feed line Towards the end continuously and / or in sections slightly increasing at a distance is.

3. Antenna according to claim 1 or 2, characterized in that, from the junction Looking at the feed line, another periodically guided conductor follows the side facing away from the first conductor is performed.

4. antenna according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the length of the periodically guided conductor as a function of the bending amplitude and the distance from the conductive surface and the conductor cross-section is selected to be so large that in the case of the supply practically a progressive one via the feed line through the radiation attenuation Wave between the conductor and the surface results.

5. Antenna after one of claims 1 to 4, characterized in that the conductor is a strip conductor is trained.

6. Antenna according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the line section formed by the conductor and the surface with compensation and transformation means is provided.

7. Antenna according to one of claims 1 to 6, characterized by their use in the form of compilations of larger ones Units (e.g. Figures 6 and 7).