DE1166297B - Axially radiating helical antenna - Google Patents
Axially radiating helical antennaInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. Kl.: H04dBoarding school Class: H04d
Deutsche Kl.: 21 a4 - 46/05German class: 21 a4 - 46/05
Nummer: 1166 297Number: 1166 297
Aktenzeichen: P 28110 IX d / 21 a4File number: P 28110 IX d / 21 a4
Arrmeldetag: 27. Oktober 1961Date of registration: October 27, 1961
Auslegetag: 26. März 1964Opening day: March 26, 1964
Die Erfindung betrifft eine axial strahlende Wendelantenne. The invention relates to an axially radiating helical antenna.
Wendelantennen, welche die elektromagnetische Energie vorwiegend in axialer Richtung ausstrahlen, sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Drahtwendel, deren Anfang mit der Speiseleitung, beispielsweise dem Innenleiter einer koaxialen Leitung, verbunden ist. In der Nähe der Verbindungsstelle der Speiseleitung mit der Wendel ist meist eine senkrecht zur Wendelachse stehende Reflektorscheibe vorgesehen, durch welche der Innenleiter der Speiseleitung geführt ist und an welche der Außenleiter angeschlossen ist. Die Abstrahlung erfolgt axial vom Speisepunkt aus in Richtung der Wendel (Vorwärtsrichtung), wobei die Strahlung vorwiegend zirkulär polarisiert ist.Helical antennas, which radiate the electromagnetic energy mainly in the axial direction, are known in numerous embodiments. They essentially consist of a wire helix, the beginning of which is connected to the feed line, for example the inner conductor of a coaxial line is. In the vicinity of the junction of the feed line with the helix there is usually one perpendicular to the Helical axis standing reflector disk is provided through which the inner conductor of the feed line is passed and to which the outer conductor is connected. The radiation takes place axially from the feed point out in the direction of the helix (forward direction), the radiation predominantly being circularly polarized is.
Die Abmessungen einer derartigen Wendelantenne sind wegen ihrer großen Bandbreite weitgehend unkritisch. Damit die Erregung im sogenannten Axial-Feldtyp erfolgt und nicht im Grund-Feldtyp, welcher eine seitliche Strahlung ergäbe, soll der mittlere Wendeldurchmesser zwischen λ/3 und 1/4 liegen (λ = Betriebswellenlänge im freien Raum). Ferner soll der Steigungswinkel der Wendel innerhalb bestimmter Grenzen, beispielsweise 10 bis 15° liegen. Die Reflektorscheibe, ohne welche die Strahlung diffus, d. h. stark elliptisch polarisiert und sowohl vorwärts als auch rückwärts gerichtet ist, soll einen Durchmesser von etwa einer Wellenlänge aufweisen. Auf alle Fälle muß der Durchmesser der Reflektorscheibe größer als λ/2 sein, damit die Abstrahlung der Energie genügend gebündelt in Vorwärtsrichtung erfolgt.The dimensions of such a helical antenna are largely uncritical because of its large bandwidth. So that the excitation takes place in the so-called axial field type and not in the basic field type, which would result in lateral radiation, the mean helix diameter should be between λ / 3 and 1/4 (λ = operating wavelength in free space). Furthermore, the helix angle should be within certain limits, for example 10 to 15 °. The reflector disk, without which the radiation is diffuse, ie strongly elliptically polarized and directed both forwards and backwards, should have a diameter of approximately one wavelength. In any case, the diameter of the reflector disk must be greater than λ / 2 so that the radiation of the energy is sufficiently bundled in the forward direction.
Die Bündelung der von einer mit einem Reflektor versehenen Wendelantenne abgestrahlten Energie kann ferner durch die Zahl der Windungen der Wendel wie auch durch den Windungsabstand beeinflußt werden. Es ist ferner bekannt, den Windungsabstand und/oder den Windungsdurchmesser längs der Wendel ungleichmäßig zu wählen. Es ist auch bekannt, zur Verbesserung der Strahlungseigenschaften zwei Wendeln ineinander anzuordnen. Werden zwei Wendeln gegenläufig hintereinander angeordnet, so ist die Strahlung linear polarisiert.The bundling of the energy emitted by a helical antenna fitted with a reflector can also be influenced by the number of turns of the helix as well as by the distance between the turns will. It is also known to measure the winding spacing and / or the winding diameter longitudinally to choose the helix unevenly. It is also known to improve radiation properties to arrange two coils one inside the other. If two coils are arranged one behind the other in opposite directions, so the radiation is linearly polarized.
Für verschiedene Zwecke, wie beispielsweise als Primärstrahler in Parabolantennen, werden Antennen benötigt, deren axiales Strahlungsfeld gegen die Öffnung des Parabolspiegels gerichtet ist. Es ist bekannt, für derartige Zwecke bei einer vorwärts strahlenden Wendelantenne die koaxiale Speiseleitung vom freien Ende her axial durch die Wendel hindurch Axial strahlende WendelantenneAntennas are used for various purposes, for example as primary radiators in parabolic antennas required whose axial radiation field is directed towards the opening of the parabolic mirror. It is known, for such purposes with a forward radiating helical antenna the coaxial feed line From the free end axially radiating helix antenna through the helix
Anmelder:
»PATELHOLD«Applicant:
»PATELHOLD«
Patentverwertungs- & Elektro-Holding A. G.,
Glarus (Schweiz)Patent utilization & electrical holding AG,
Glarus (Switzerland)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6Dr.-Ing. E. Sommerfeld, patent attorney,
Munich 23, Dunantstr. 6th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
El.-Ing. Alfred Käch, Nussbaumen, Baden
(Schweiz)El.-Ing. Alfred Käch, Nussbaumen, Baden
(Switzerland)
Beanspruchte Priorität:
ao Schweiz vom 6. Oktober 1961 (11 600)Claimed priority:
Extraordinary Switzerland of October 6, 1961 (11 600)
zu der bei der Reflektorscheibe liegenden Ein-Speisungsstelle zu führen, ohne daß dadurch das Strahlungsverhalten der Wendelantenne wesentlich verändert wird.to the feed-in point located at the reflector disc, without this The radiation behavior of the helical antenna is changed significantly.
Diese Antennenanordnung weist aber mehrere Nachteile auf. Wendelantennen mit Reflektoren erhalten im tieferen Frequenzgebiet von beispielsweise 100 bis 300 MHz beträchtliche Abmessungen, so daß dort ihre Verwendung vielfach nicht möglich ist. Zudem schattet die Reflektorscheibe einen beträchtlichen Teil der Spiegelfläche ab und vermindert dadurch den Wirkungsgrad der Antenne. Ferner ist es wünschenswert, die mechanische Halterung der Wendel und des Reflektors mittels der in der Wendelachse liegenden koaxialen Speiseleitung vorzunehmen. Da aber für eine ungestörte Strahlung der Außendurchmesser der Koaxialleitung bekanntlich nur etwa 20% des Wendeldurchmessers betragen sollte, wird er insbesondere bei hohen Frequenzen dermaßen klein, daß die erforderliche mechanische Festigkeit nicht mehr gewährleistet ist. Diese ist um so mehr der Fall, als noch unkontrollierbare Einflüsse wie Schnee- und Winddruck auf die Reflektorscheibe, an der üblicherweise noch eine die Wendel umschließende Schutzhülle befestigt ist, hinzukommen können. Wenn beispielsweise bei einer Wendelantenne für das Frequenzgebiet um 7000 MHz der mittlere Wendeldurchmesser 12 mm beträgt, so erhält man für den günstigsten Außendurchmesser derHowever, this antenna arrangement has several disadvantages. Get helical antennas with reflectors in the lower frequency range of, for example, 100 to 300 MHz, considerable dimensions, so that their use is often not possible there. In addition, the reflector disc shadows a considerable amount Part of the mirror surface and thereby reduces the efficiency of the antenna. Furthermore it is desirable the mechanical mounting of the coil and the reflector by means of the in the coil axis lying coaxial feed line. But there is the outer diameter for undisturbed radiation As is well known, the coaxial line should only be about 20% of the coil diameter it is so small, especially at high frequencies, that it has the required mechanical strength is no longer guaranteed. This is all the more the case as there are still uncontrollable influences such as Snow and wind pressure on the reflector disc, on which usually another one enclosing the helix Protective cover is attached, can be added. If, for example, with a helical antenna for the frequency range around 7000 MHz the mean helix diameter is 12 mm one for the cheapest outer diameter of the
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insbesondere zwischen den Werten 2/3 und 2/4, zu wählen. Scheibe und Wendel müssen jedoch keineswegs exakt den gleichen Durchmesser aufweisen. Im erwähnten Durchmesserbereich kann der Durch-5 messer der Scheibe an der oberen und derjenige der Wendel an der unteren Grenze liegen, und umgekehrt. Sehr günstige Abstrahlungsverhältnisse ergeben sich, wenn beide Durchmesser gleich groß sind und 0,3 2 betragen.in particular to choose between the values 2/3 and 2/4. However, the disc and helix do not have to be have exactly the same diameter. In the diameter range mentioned, the diameter 5 The diameter of the disk is at the upper limit and that of the helix is at the lower limit, and vice versa. Very favorable radiation conditions result when both diameters are the same and are 0.3 2.
Der mittlere Windungsabstand ist ebenfalls unkritisch und kann zwischen 2/3 und 2/15 liegen. Bei kleinerem Windungsabstand ist der Richtstrahl etwas enger gebündelt. Mit Vorteil wird der mittlere Windungsabstand zu 2/5 gewählt. Für den WindungsThe mean distance between turns is also not critical and can be between 2/3 and 2/15. at The directional beam is more closely bundled with a smaller winding spacing. The mean distance between turns is advantageous elected to 2/5. For the meander
koaxialen Speiseleitung bloß 2,4 mm, während die Reflektorscheibe einen Durchmesser von etwa 40 mm aufweist. Zudem bietet die Verwirklichung einer Koaxialleitung mit derart kleinen Abmessungen, beispielsweise für einen Wellenwiderstand von 50 Ohm, auch aus elektrischen Gründen erhebliche Schwierigkeiten. Es zeigt sich auch, daß die mit einer Refiektorscheibe versehene Wendelantenne ein in vielen Fällen ungenügendes Verhältnis der Vor- zur Rückwärtsstrahlung aufweist, das ohne wesentliche Ver- io größerung der Reflektorscheibe nicht verbessert werden kann.coaxial feed line is a mere 2.4 mm, while the reflector disc has a diameter of about 40 mm having. In addition, the implementation of a coaxial line with such small dimensions, for example for a characteristic impedance of 50 ohms, considerable difficulties, also for electrical reasons. It also turns out that the helical antenna provided with a reflector disk is one of many In some cases, the ratio of the forward to the backward radiation is inadequate, without any significant loss enlargement of the reflector disk cannot be improved.
Zweck der Erfindung ist es, eine Wendelantennenanordnung aufzuzeigen, deren Strahlung vorwiegendThe purpose of the invention is to show a helical antenna arrangement whose radiation predominantly
in der axialen Rückwärtsrichtung erfolgt, d. h. ent- 15 abstand besteht sowohl ein unterer wie auch ein gegen der vom Speisepunkt aus in Richtung der oberer Grenzwert, bei welchem die Strahlung nicht Wendel weisenden Vorwärtsrichtung und welche die mehr axial gerichtet ist. Bei sehr geringem Winerwähnten Nachteile nicht aufweist. dungsabstand verhält sich die Wendel wie einoccurs in the axially rearward direction, d. H. 15 distance consists of both a lower and a against that from the feed point towards the upper limit at which the radiation does not Helix pointing forward direction and which one is directed more axially. With very little wine mentioned Does not have any disadvantages. distance, the helix behaves like a
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß homogener Metallzylinder. Der Grenzwert, bei bei einer Verkleinerung des üblichen Reflektordurch- 20 welchem noch bzw. schon eine ausgeprägte Richtmessers einer Wendelantenne die Strahlung anfänglich strahlung festgestellt werden kann, liegt angenähert diffus wird, bei einer weiteren Verkleinerung des bei 2/6 α. Dieser Grenzfall ist daran zu erkennen, Reflektors aber in eine axial rückwärts gerichtete daß das freie Wendelende nicht mehr entkoppelt ist, Strahlung übergeht und die Scheibe deshalb nicht wobei sich beispielsweise in Funktion der Frequenz mehr als Reflektor, sondern als Direktor wirkt. Die 25 die Fußpunktimpedanz der Antenne stark ändert, axial strahlende Wendelantenne, an deren einem mit Bei zu großem Windungsabstand nähern sich dieThe invention is based on the knowledge that a homogeneous metal cylinder. The limit value at which the radiation can initially be determined when the usual reflector diameter is reduced, or when the directional knife of a helical antenna is already pronounced, is approximately diffuse, at a further reduction at 2/6 α. This borderline case can be recognized by the reflector in an axially rearward-facing direction, in that the free end of the helix is no longer decoupled, radiation passes over and the disk therefore does not act more as a reflector but as a director, for example as a function of the frequency. The 25 changes the base impedance of the antenna strongly, axially radiating helical antenna
Strahlungseigenschaften der Wendel denjenigen eines gestreckten Drahtes, so daß die rückwärts gerichtete Strahlung ebenfalls verschwindet.Radiation properties of the helix those of a straight wire, so that the backward Radiation also disappears.
30 Von geringem Einfluß ist auch der Drahtdurchmesser der Wendel. Der günstigste Wert liegt zwischen λ/100 und /./20, wobei der kleinere Wert mit Vorteil für größere Wellenlängen gewählt wird. In Fig. 1 besteht die Wendel aus Draht mit zylin-Anfang mit der Speiseleitung, nämlich mit dem 35 drischem Querschnitt. Statt dessen kann aber auch Innenleiter 2 einer koaxialen Leitung verbunden ist. ein bandförmiger Leiter verwendet werden, welcher30 The wire diameter is also of little influence the helix. The most favorable value is between λ / 100 and /./20, the smaller value being with Advantage is chosen for longer wavelengths. In Fig. 1, the coil consists of wire with a cylinder beginning with the feed line, namely with the 35 drical cross-section. Instead, however, can also Inner conductor 2 is connected to a coaxial line. a ribbon-shaped conductor can be used, which
beispielsweise in gedruckter Schaltung auf einem Isolierstoffkern oder auf der Innenseite einer die Wendel umschließenden Schutzhülle aus Isolierstoff 40 an^bracht ist. Ferner kann die Wendel in einen i solit rstoffkern eingepreßt oder eingegossen sein.for example in a printed circuit on an insulating core or on the inside of a die Helix enclosing protective sheath made of insulating material 40 is attached. Furthermore, the coil can be in a i should be pressed in or cast into the core.
In 7ig. 1 ist das radiale Verbindungsstück 6 vom Innenkiter der koaxialen Speiseleitung zur Wendel unter aem Anstiegswinkel η eingezeichnet. Dieser artigen Wendelantenne erfolgt die Abstrahlung der 45 muß bekanntlich bei der Wendelantenne mit Reflek-Energie axial gebündelt in Rückwärtsrichtung, d. h. torscheibe etwa K) bis 15- betragen, damit man in von der Einspeisungsstelle aus gesehen in der zur der Vorwärtsrichtung optimale Strahlungsverhält-Wendel entgegengesetzten, mit einem Pfeil an- nisse erhält. Auch" bei der erfindungsgemäßen gedeuteten Richtung. Wird der Durchmesser der Wendelantenne ist insbesondere für eine gute Direktorscheibe wesentlich größer als λ/2 gewählt 50 Rotationssymmetrie des Strahlungsfeldes bezüglich (/. = Betriebswellenlänge im freien Raum), so geht der Wendelachse die Anordnung des Wendeldrahtes mit zunehmendem Scheibendurchmesser die rück- in der Umgebung der Einspeisungsstelle und der wärts gerichtete Strahlung über eine diffuse Strah- Direktorscheibe von Bedeutung. Ein besonders günlung in die bekannte vorwärts gerichtete Strahlung stiges Verhalten ergibt sich, wenn das radiale Verder Wendelantenne mit Reflektorscheibe über. Bei 55 bindungsstück vom Innenleiter der Speiseleitung zu: der rückwärts strählenden Wendelantenne wirkt die Wendel und wenigstens ein Teil der ersten Windung bei dem mit der Speiseleitung verbundenen Wendel- in einer zur Direktorscheibe parallelen Ebene liegen, anfang angebrachte Scheibe demnach nicht als so daß insbesondere der Anstiegswinkel des Wendel-Reflektor, sondern als Direktor der elektromagne- anfangs Null ist. Mit Vorteil verläuft hierbei der tischen Energie. Wenn der Durchmesser der Direktor- 60 übergang von dem in einer zur Direktorscheibe scheibe kleiner als etwa 2/10 ist oder überhaupt parallelen Ebene liegenden Teil der Wendel zum keine Scheibe vorhanden ist, so ist die Strahlung ansteigenden Teil stetig. In F i g. 2 ist eine derartige ebenfalls diffus. Wendelantenne gezeigt. Das mit dem Innenleiter 2In 7 ig. 1 shows the radial connection piece 6 from the inner kiter of the coaxial feed line to the helix at aem angle of increase η . With this type of helical antenna, the radiation of the 45 must, as is well known, be axially bundled in the rearward direction, i.e. about K) to 15- in the helical antenna with reflective energy, so that one sees from the feed point in the optimal radiation ratio helix opposite to the forward direction , receives annisse with an arrow. If the diameter of the helical antenna is selected to be significantly larger than λ / 2 , especially for a good director disk, the helical axis follows the arrangement of the helical wire with respect to rotational symmetry of the radiation field (/. = Operating wavelength in free space) increasing disc diameter, the back in the vicinity of the feed point and the downward radiation via a diffuse beam director disc of importance. A special improvement in the well-known forward radiation constant behavior results when the radial Verder helical antenna with reflector disc over. At 55 connection piece from the inner conductor of the feed line to: the backward-radiating helical antenna, the helix and at least part of the first turn of the helix connected to the feed line lie in a plane parallel to the director's disc, so the disc attached at the beginning does not act as a precaution angle of deflection of the helical reflector, rather than the director of the electromagnetic initially zero. The table energy is advantageous here. If the diameter of the director transition from that part of the helix lying in a plane parallel to the director disk to no disk is less than about 2/10 or at all, the radiation increasing part is constant. In Fig. 2 is also a diffuse one. Helical antenna shown. The one with the inner conductor 2
Es ist vorteilhaft, zur Erreichung einer ausgegliche- verbundene radiale Verbindungsstück 6 zum Anfang nen Strahlungscharakteristik und eines günstigen 65 der Wendel 1 sowie ungefähr ein Viertel bis die Verhältnisses der Rück- zur Vorwärtsstrahlung den Hälfte der ersten Windung der Wendel liegen Durchmesser der Direktorscheibe mindestens an- parallel zur Direktorscheibe 3, wobei der parallel zur genähert gleich dem mittleren Wendeldurchmesser, Direktorscheibe liegende Teil der Wendel stetig inIt is advantageous to achieve a balanced-connected radial connector 6 at the beginning nen radiation pattern and a favorable 65 of the filament 1 and about a quarter to the Ratio of the back to the forward radiation lie half of the first turn of the helix Diameter of the director disk at least parallel to the director disk 3, the parallel to the approximated equal to the mean helix diameter, part of the helix lying in the director disc steadily in
der Speiseleitung verbundenem Ende eine Scheibe angebracht ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibendurchmesser kleiner als die halbe Betriebswellenränge im freien Raum ist (Direktorscheibe).a disk is attached to the end connected to the feed line, is characterized in that the Pulley diameter is smaller than half the operating shaft length in free space (director pulley).
An Hand der Zeichnungen von Ausführungsbeispielen soll im folgenden die Erfindung näher beschrieben werden.The invention is to be described in more detail below with reference to the drawings of exemplary embodiments to be discribed.
In Fig. 1 ist mit 1 die Wendel bezeichnet, derenIn Fig. 1, 1 denotes the coil whose
Bei dem mit der Speiseleitung verbundenen Wendelanfang ist eine Direktorscheibe 3 angebracht, dui Ί welche der Innenleiter geführt ist und die mit de Außenleiter 4 der koaxialen Speiseleitung verbünde, ist. Mit 5 ist die Isolation zwischen Innen- und Außenleiter bezeichnet. Der Durchmesser der Direktorscheibe ist erfindungsgemäß kleiner als die halbe Betriebswellenlänge im freien Raum. Bei einer der-At the beginning of the spiral connected to the feed line, a director disk 3 is attached, dui Ί which the inner conductor is routed and which connects to the outer conductor 4 of the coaxial feed line, is. 5 denotes the insulation between the inner and outer conductors. The diameter of the director's disk is according to the invention smaller than half the operating wavelength in free space. At one of the
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den mit konstantem Windungsabstand ansteigenden bleibt hierbei für jeden Azimutalwinkel innerhalb Teil übergeht. Der Abstand des in einer Ebene eines Frequenzbereiches mit dem genannten Verparallel zur Direktorscheibe liegenden Drahtstückes hältnis von 1,5 erhalten. Dagegen ist das Verhältnis von der Direktorscheibe ist von der Größenordnung der Rück- zur Vorwärtsstrahlung frequenzabhängig, der Drahtstärke der Wendel. Das radiale Ver- 5 da für die Größe der restlichen Vorwärtsstrahlung bindungsstück 6 läßt sich ferner in bekannter Weise auch noch der Windungsabstand, der Wendeldurchals Transformationsleitung zur Anpassung des messer und in geringem Maß auch der Abstand des Strahlungswiderstandes der Antenne an den Wellen- Wendelanfangs von der Direktorscheibe von Einfluß widerstand der Speiseleitung einrichten. sind. Für das genannte Frequenzverhältnis von 1,5that which increases with constant winding spacing remains within for each azimuthal angle Part passes. The distance of the in a plane of a frequency range with the said parallel to the director's disc lying wire piece ratio of 1.5 obtained. The relationship is against it of the director disk is frequency dependent on the magnitude of the back to the forward radiation, the wire size of the helix. The radial ver 5 da for the size of the remaining forward radiation Binding piece 6 can also be used in a known manner, the winding distance, the helix diameter Transformation line for adapting the knife and, to a lesser extent, the distance of the Radiation resistance of the antenna at the beginning of the wave helix of the director disk is of influence set up resistance of the feed line. are. For the mentioned frequency ratio of 1.5
Die weiteren, in den Fig. 3 bis 5 dargestellten io läßt sich ein Verhältnis der Rück- zur Vorwärts-Ausführungsformen
unterscheiden sich lediglich in strahlung von 15 bis 20 db an den Bereichsgrenzen
der Ausbildung der Direktorscheibe. In F i g. 3 wird und, im Gegensatz zu den bekannten vorwärts strahdie
Direktorscheibe unmittelbar durch die Stirn- lenden Wendelantennen mit Reflektor, ein Verhältnis
fläche des Außenleiters 4 gebildet. Die Außenleiter von mehr als 30 db in der Bereichsmitte erzielen. Der
erhält dadurch eine besonders große Wandstärke, so 15 Antennengewinn beträgt je nach Abstand der Windaß
die Speiseleitung mechanisch stabil ist und als düngen der Wendel 6 bis 9 db, bezogen auf einen
tragendes Element der Wendelantenne dienen kann. isotropen Strahler. Der Strahlungswiderstand der
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist zwischen Antenne liegt zwischen 100 und 150 0hm wie bei
dem Außenmantel der Speiseleitung und der Direktor- den bekannten Antennen mit Reflektorscheibe. Eine
scheibe eine Mantelwellensperre 7 angebracht. Im 20 rückwärts strahlende Wendelantenne mit den geBeispiel
nach Fig. 5 verjüngt sich der Außendurch- nannten Eigenschaften weist für den Frequenzbereich
messer der Speiseleitung konisch zur Direktor- von 6000 bis 9000 MHz beispielsweise die folgenden
scheibe hin. Die Ausbildungsform der Speiseleitung Abmessungen auf: in der Nähe der Direktorscheibe hat vor allem auf
das Verhältnis der Rück- zur Vorwärtsstrahlung einen 25 Außendurchmesser der Wendel .. 13,5 mmThe other, shown in FIGS. 3 to 5, a ratio of the back to the forward embodiments differ only in radiation of 15 to 20 dB at the area boundaries of the formation of the director disk. In Fig. 3 and, in contrast to the known forward beam director disk, a ratio area of the outer conductor 4 is formed directly by the end of the helical antennae with reflector. Achieve the outer conductors of more than 30 db in the middle of the area. This gives it a particularly large wall thickness, so the antenna gain is 15 depending on the distance between the wind and the feed line is mechanically stable and can be used to fertilize the helix 6 to 9 db, based on a load-bearing element of the helical antenna. isotropic radiator. In the embodiment according to FIG. 4, the radiation resistance of the antenna is between 100 and 150 ohms, as is the case with the outer jacket of the feed line and the antenna with a reflector disk. A disk a standing wave barrier 7 is attached. In the backward radiating helical antenna with the example according to FIG. 5, the outside diameter tapers for the frequency range meter of the feed line conically to the director from 6000 to 9000 MHz, for example the following disk. The training form of the feed line dimensions on: in the vicinity of the director disk has mainly on
the ratio of the back to the forward radiation has an outer diameter of the filament. 13.5 mm
Einfluß, wobei die Ausführung nach Fig. 5 be- Wndungsabstand 8mmInfluence, whereby the embodiment according to FIG. 5 has a distance of 8 mm between the walls
sonders günstig ist. Auch mit der Dicke der Direktor- „. , . , , , „. , , , _is particularly cheap. Even with the thickness of the director- “. ,. ,,, ". ,,, _
scheibe kann innerhalb gewisser Grenzen die rest- Drahtdurchmesser der Wendel .. 1,5 mmdisk can, within certain limits, the remaining wire diameter of the helix .. 1.5 mm
liehe Vorwärtsstrahlung beeinflußt werden, indem Windungszahl 5 mmBorrowed forward radiation can be influenced by the number of turns 5 mm
sowohl für sehr dünne wie auch sehr dicke Scheiben 30 Durchmesser der Direktorscheibe 12 mm die Vorwärtsstrahlung wieder zunimmt. In bekannterFor both very thin and very thick disks 30, the diameter of the director disk is 12 mm the forward radiation increases again. In well-known
Weise kann die Scheibe auch Löcher enthalten oder Dicke der Direktorscheibe 1,7 mmThe disk can also contain holes or the thickness of the director disk 1.7 mm
aus einem Drahtgitter bestehen.consist of a wire mesh.
Die rückwärts strahlende Wendelantenne gemäß Die Einspeisung kann auch durch die WendelThe backward radiating helical antenna according to The feed can also be through the helix
der Erfindung ist breitbandig. Es kann mit ihr ohne 35 hindurch von der offenen Wendelseite her erfolgen, weiteres ein Frequenzband mit einem Frequenz- Dabei darf der Außendurchmesser der Speiseleitung verhältnis von 1,5 überstrichen werden, ohne daß bis zur Hälfte des Wendelinnendurchmessers besieh die Strahlungscharakteristik oder der Strah- tragen, ohne daß die Strahlungseigenschaften der Anlungswiderstand wesentlich verändern. Dabei wird tenne nennenswert beeinträchtigt werden. In Fig. 6 praktisch die volle Energie bereits durch die erste, der 40 ist eine derartige Anordnung gezeigt. Mit 1 ist wieder Direktorscheibe am nächsten liegende Windung der die Wendel bezeichnet, deren Anfang mit dem Innen-Wendel abgestrahlt. Die nachfolgenden Windungen leiter 2 der koaxialen Speiseleitung verbunden ist, vermindern vorwiegend die restliche, in Vorwärts- die in der Achse durch die Wendel hindurchgeführt richtung abgestrahlte Energie. Mehr als fünf Windun- ist. Mit 4 ist der rohrförmige Außenleiter bezeichnet, gen sind nur bei extrem kleinem Windungsabstand 45 in welchem mittels des Isoliermaterials 5 der Innenerforderlich. Beträgt der mittlere Windungsabstand leiter eingebettet ist. Der Außenleiter ist mit der nahe mehr als λ/8, so sind alle weiteren Windungen am der Einspeisungsstelle angebrachten Direktorscheibe 3 Strahlungsprozeß nicht mehr beteiligt. Der Strom verbunden, die den gleichen Durchmesser hat wie die auf der Wendel nimmt vom Speisepunkt an an- Wendel. Über der Wendel und der Direktorscheibe genähert exponentiell ab, so daß schon nach der 50 ist eine Isolierhülle 8 angeordnet, die gleichzeitig zur dritten Windung alle weiteren prakisch entkoppelt Halterung der Wendel und als Witterungsschutz der sind. Durch diese Windungen findet lediglich noch Antenne dient. Die Abstrahlung erfolgt in der durch eine geringe Beeinflussung des Feldes in der Vor- den Pfeil angegebenen Richtung. In dem dargestellwärtsrichtung statt, die von etwa der sechsten Win- ten Ausführungsbeispiel weist die Direktorscheibe dung an ebenfalls verschwindet. Die rückwärts 55 auf der Innenseite eine Aussparung 9 auf. Diese Maßstrahlende Wendelantenne weist demnach den Vor- nähme bewirkt ebenfalls eine Verminderung der teil auf, daß bereits bei kleiner Windungszahl der restlichen Vorwärtsstrahlung der Antenne. Wendel die optimale Richtcharakteristik erreicht Im Vergleich zu den bekannten Wendelantennenthe invention is broadband. It can be done with it without 35 from the open helix side, Another frequency band with a frequency where the outside diameter of the feed line is allowed ratio of 1.5 can be swept over without being up to half of the inner diameter of the helix the radiation characteristics or the radiation without affecting the radiation characteristics of the application resistance change significantly. In doing so, tenne will be significantly impaired. In Fig. 6 practically the full energy already through the first, the 40 such an arrangement is shown. With 1 is again Director's disc closest turn which denotes the coil, the beginning of which with the inner coil radiated. The following turns conductor 2 is connected to the coaxial feed line, mainly reduce the remaining ones, in the forward direction, those in the axis passed through the helix direction of radiated energy. More than five turns. The tubular outer conductor is denoted by 4, gene are only required with an extremely small winding spacing 45 in which by means of the insulating material 5 the inside is required. The mean distance between turns is the conductor is embedded. The outer conductor is close with the more than λ / 8, all further turns are on the director disk 3 attached to the feed point Radiation process no longer involved. The stream connected that has the same diameter as that on the helix takes on from the feed point on helix. Above the helix and the director's disc approximated exponentially, so that already after 50 an insulating sleeve 8 is arranged, which is simultaneously to third turn all further practically decoupled the holder of the coil and as a weather protection are. Through these windings only the antenna is used. The radiation takes place in the through a slight influence on the field in the direction indicated in front of the arrow. In the downward direction instead, the one from about the sixth winter embodiment has the director disc application also disappears. The rear 55 has a recess 9 on the inside. This radiant end Helical antenna accordingly has the effect of also reducing the part on that even with a small number of turns of the remaining forward radiation of the antenna. Helical achieves the optimal directional characteristic in comparison to the known helical antennas
wird. Dabei können die Abmessungen wesentlich ge- hat die rückwärts strahlende Wendelantenne gemäß ringer gehalten werden, als dies bei der vorwärts 60 Fig. 6 den Vorteil, daß der Außendurchmesser der strahlenden Wendelantenne der Fall ist. durch die Wendel geführten Speiseleitung groß seinwill. The dimensions of the backward radiating helical antenna according to FIG be held ringer than in the forward 60 Fig. 6 the advantage that the outer diameter of the radiating helical antenna is the case. be large through the helical feed line
Trotz der unsymmetrischen Speisung der Antenne kann, beispielsweise 40% des Innendurchmessers kann eine vollkommene Rotationssymmetrie des der Wendel, ohne daß sich nachteilige Auswirkungen Strahlungsfeldes bezüglich der Wendelachse erhalten auf die Strahlungscharakteristik ergeben. Ferner sind werden, wenn der Übergang von dem Teil der ersten 65 die äußeren Abmessungen der Antenne kleiner, da Windung, welcher gemäß Fig. 2 in einer zur eine große Reflektorscheibe entfällt und zur Er-Direktorscheibe parallelen Ebene liegt, zu den reichung optimaler Strahlungsverhältnisse weniger weiteren Windungen stetig erfolgt. Die Feldsymmetrie Windungen der Wendel nötig sind.Despite the asymmetrical feeding of the antenna, for example 40% of the inner diameter can achieve perfect rotational symmetry of the helix without any adverse effects The radiation field obtained with respect to the helix axis results in the radiation characteristics. Furthermore are when the transition from the part of the first 65 the external dimensions of the antenna become smaller, since Winding which, according to FIG. 2, is omitted in a large reflector disc and in relation to the Er-director disc parallel plane, to the reaching of optimal radiation conditions less further turns takes place continuously. The field symmetry turns of the helix are necessary.
In Fig. 7 ist die Anordnung einer rückwärts strahlenden Wendelantenne als Primärstrahler im Brennpunkt eines Parabolspiegels dargesellt. Die Bezugszeichen der im Schnitt gezeigten Wendelantenne sind dieselben wie in Fig. 1 und 6. Die Wendelantenne ist durch den Außenleiter der Speiseleitung im Scheitel des nur teilweise eingezeichneten Parabolspiegels 10 gehaltert und kann mittels der Klemmvorrichtung 11 in den Brennpunkt des Spiegels geschoben werden. Besonders vorteilhaft wirkt sich die rückwärts strahlende Wendelantenne als Primärstrahler in einem Parabolspiegel wegen ihrer geringen Vorwärts- und Seitenstrahlung aus. Auch ist der abgeschattete Teil der Spiegelfläche wesentlich geringer als bei der Wendelantenne mit Reflektor.In Fig. 7 the arrangement is a reverse radiating helical antenna as a primary radiator in the focal point of a parabolic mirror. The reference signs the helical antenna shown in section are the same as in FIGS. 1 and 6. The helical antenna is through the outer conductor of the feed line in the apex of the only partially drawn Parabolic mirror 10 supported and can by means of the clamping device 11 in the focal point of the mirror be pushed. The backward radiating helical antenna is particularly advantageous Primary radiators in a parabolic mirror because of their low forward and side radiation. Even the shaded part of the mirror surface is much smaller than with the helical antenna with reflector.
Rückwärts strahlende Wendelantennen lassen sich zur Erzielung besonders gearteter Strahlungsfelder mit vorwärts strahlenden Wendelantennen kombinieren, wenn dafür Sorge getragen wird, daß die beiden Strahlungserzeuger genügend entkoppelt sind und nicht die eine der beiden Antennen als Empfangsantenne für die von der anderen Antenne ausgestrahlten Energie wirken kann. Da das Strahlungsfeld beider Antennenarten zirkulär polarisiert ist, müssen demnach die Richtung des Energieflusses und der Drehsinn der ausgestrahlten Wellen beachtet werden. Auch ist durch entsprechende Wahl der Polarisationsrichtungen und/oder der Phasenlagen an den Einspeisungsstellen darauf zu achten, daß im resultierenden Strahlungsfeld keine Feldauslöschungen auftreten.Backward radiating helical antennas can be used to achieve special radiation fields combine with forward radiating helical antennas if care is taken to ensure that the both radiation generators are sufficiently decoupled and not one of the two antennas as a receiving antenna can act on the energy radiated by the other antenna. Because the radiation field Both antenna types are circularly polarized, therefore the direction of the energy flow must and the direction of rotation of the waves emitted must be observed. The appropriate choice of Polarization directions and / or the phase positions at the feed points ensure that in resulting radiation field no field extinctions occur.
In F i g. 8 ist eine Anordnung zur Erzeugung eines axial gerichteten, linear polarisierten Strahlungsfeldes schematisch dargestellt. Bei dem einen Ende der Wendel 12 befindet sich die Direktorscheibe 13, während beim anderen Ende der Wendel die Reflektorscheibe 14 angebracht ist. Der Innenleiter der Speiseleitung 15 ist mit beiden Wendelenden verbunden. Die Wendel 12 stellt zusammen mit der Direktorscheibe 13 eine rückwärts strahlende Wendelantenne dar, deren Energieflußrichtung durch den Pfeil angegeben ist. Zusammen mit der Reflektorscheibe 14 bildet die Wendel aber auch eine vorwärts strahlende Wendelantenne mit der gleichen Energieflußrichtung. Da die Antenne mit Direktorscheibe für die von der Reflektorscheibe her einfallende Welle nicht empfindlich ist, besteht eine nahezu vollständige Entkopplung zwischen den beiden Systemen. Bei gleichem Energiefluß zu den beiden Wendelenden ergibt sich eine linear polarisierte Schwingung, deren Polarisationsrichtung vom jeweiligen Phasenunterschied zwischen den Einspeisungen der Wendel und der Laufzeit der von der Antenne mit Reflektorscheibe herrührenden Welle längs der Wendel abhängt. Die Einspeisung kann auch über eine Doppelleitung erfolgen.In Fig. 8 is an arrangement for generating an axially directed, linearly polarized radiation field shown schematically. At one end of the helix 12 is the director disc 13, while the reflector disk 14 is attached to the other end of the helix. The inner conductor of the Feed line 15 is connected to both helical ends. The coil 12 is together with the Director disk 13 is a backward radiating helical antenna, the direction of energy flow through the Arrow is indicated. However, together with the reflector disk 14, the helix also forms a forward direction radiating helical antenna with the same direction of energy flow. As the antenna with the director's disc is not sensitive to the wave incident from the reflector disk, there is a almost complete decoupling between the two systems. With the same flow of energy to the Both ends of the filament result in a linearly polarized oscillation, the polarization direction of which is from respective phase difference between the feeds of the helix and the running time of the Antenna with reflector disk originating wave depends along the helix. The feed can can also be done via a double line.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kombination einer rückwärts strahlenden mit einer vorwärts strahlenden Antenne ist in F i g. 9 gezeigt. Die Antennenanordnung mit einem Parabolspiegel erzeugt ein grobgebündeltes und ein feingebündeltes Strahlungsfeld. Im Brennpunkt des Parabolspiegels 16 ist die vorwärts strahlende Wendelantenne als Primärstrahler angeordnet. Sie besteht aus der Wendel 12, die an die Speiseleitung 15 angeschlossen ist, und aus der Reflektorscheibe 14. Das von dieser Anordnung durch den Parabolspiegel reflektierte und ausgestrahlte Feld ist feingebündelt.Another embodiment of the combination of a backward radiating with a forward radiating Antenna is in FIG. 9 shown. The antenna arrangement with a parabolic mirror produces a coarsely bundled one and a finely focused radiation field. At the focal point of the parabolic mirror 16 is the forward radiating helical antenna arranged as a primary radiator. It consists of the helix 12, which is attached to the Feed line 15 is connected, and from the reflector plate 14. That from this arrangement through The field reflected and emitted by the parabolic mirror is finely focused.
In der gleichen Achse liegt auf der der Reflektorscheibe abgewendeten Seite die Wendel 12', die ebenfalls an die Speisleitung 15 angeschlossen ist und bei der Einspeisungsstelle die Direktorscheibe 13. Das von dieser Antenne ausgestrahlte Feld ist im Vergleich zum Feld des Parabolspiegels grobgebündelt. Der Drehsinn der Strahlung der Antenne 12', 13 ist, bezogen auf die Richtung des Energieflusses, bei gleichem Wicklungssinn der Wendel entgegengesetzt dem Drehsinn der Antenne 12, 14. Da aber die Richtung des Energieflusses der Antenne 12, 14 am Parabolspiegel umgekehrt wird, haben die beiden ausgestrählten Wellen die gleiche Zirkulationsrichtung. Auch sind die beiden Antennnen entkoppelt, da die Grobbündelantenne 12', 13 in der Abschattung der Reflektorscheibe 14 liegt und außerdem auf die vom Spiegel her einfallende Strahlung nicht empfindlich ist.The helix 12 ', the is also connected to the feed line 15 and the director disk 13 at the feed point. The field emitted by this antenna is roughly bundled compared to the field of the parabolic mirror. The direction of rotation of the radiation from the antenna 12 ', 13 is opposite in relation to the direction of the energy flow, with the same winding direction of the helix the direction of rotation of the antenna 12, 14. But since the direction of the energy flow of the antenna 12, 14 is reversed on the parabolic mirror, the two radiated waves have the same direction of circulation. The two antennas are also decoupled, since the coarse bundle antenna 12 ', 13 is in the shadow of the reflector plate 14 and also on the radiation incident from the mirror is not sensitive.
Ein aus Grobbündel und Feinbündel zusammengesetztes Feld läßt sich auch gemäß Fig. 10 mit zwei rückwärts strahlenden Wendelantennen erzielen. Hier erzeugt die Antenne 12, 13 als Primärstrahler im Brennpunkt des Parabolspiegels 16 ein feingebündeltes Strahlungsfeld, während die Antenne 12', 13 als Direktstrahler die Energie grobgebündelt ausstrahlt. Der Wicklungssinn der Wendel 12 und 12 muß hierbei gegenläufig sein, damit die beiden ausgestrahlten Wellen die gleiche Zirkulationsrichtung haben, so daß die Wendeln entkoppelt sind.A field composed of a coarse bundle and a fine bundle can also be shown in FIG. 10 with two Achieve backward radiating helical antennas. Here the antenna 12, 13 generates as a primary radiator a finely focused radiation field at the focal point of the parabolic mirror 16, while the antenna 12 ', 13 as a direct emitter that radiates energy in a coarse bundle. The direction of winding of the helix 12 and 12 must be in opposite directions so that the two waves emitted have the same direction of circulation have so that the coils are decoupled.
Anordnungen mit höheren Antennenwirkungsgraden lassen sich auch dadurch gewinnen, daß mehrere rückwärts strahlende Wendelantennen hintereinander oder nebeneinander zu Mehrfachantennen oder Antennengruppen zusammengebaut werden. Ein Beispiel hierfür ist in F i g. 11 dargestellt. Zwei Antennen mit gleichsinnig gewundenen Wendeln sind im Abstand A nebeneinander angeordnet. Die Einspeisung erfolgt gegenphasig über eine Doppelleitung 17. Damit sich eine axial rückwärts gerichtete Strahlung einstellt, d. h., die zirkulär polarisierten Felder der beiden Antennen sich phasenrichtig überlagern, sind die Wendelanschlüsse um 180° gegeneinander versetzt. Der Abstand A kann zwischen λ/2 und λ liegen. Die beiden Antennen sind dann wegen der geringen Vorwärts- und Seitenstrahlung genügend entkoppelt. Die Zuleitungen liegen nur teilweise in den Wendelachsen und sind anschließend zwischen den Windungen der Wendeln hindurch zur gemeinsamen Speiseleitung geführt.Arrangements with higher antenna efficiencies can also be obtained by assembling several backward radiating helical antennas one behind the other or next to one another to form multiple antennas or antenna groups. An example of this is shown in FIG. 11 shown. Two antennas with coils wound in the same direction are arranged next to one another at a distance A. The feed takes place in phase opposition via a double line 17. So that an axially backward directed radiation occurs, that is, the circularly polarized fields of the two antennas are superimposed in the correct phase, the helical connections are offset from one another by 180 °. The distance A can be between λ / 2 and λ . The two antennas are then sufficiently decoupled because of the low forward and side radiation. The feed lines are only partially located in the helix axes and are then passed between the turns of the helixes to the common feed line.
Claims (13)
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