DE1244253B - Antenna arrangement consisting of several radiators or radiator groups - Google Patents
Antenna arrangement consisting of several radiators or radiator groupsInfo
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Description
DEUTSCHES MfTWi- PATENTAMT DeutscheKl.: 21 a4-64/01GERMAN MfTWi- PATENT OFFICE DeutscheKl .: 21 a4-64 / 01
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Nummer: 1244 253Number: 1244 253
Aktenzeichen: S 80969IX d/21 a4 1 244 253 Anmeldetag: 17.August 1962File number: S 80969IX d / 21 a4 1 244 253 Filing date: August 17, 1962
Auslegetag: 1.3. Juli 1967Display day: 1.3. July 1967
Es ist bekannt, Antennenanordnungen in einem Isolierstoffhohlkörper unterzubringen und dadurch die einzelnen Strahler der Antenne vor Witterungseinflüssen zu schützen. Es ist ferner bekannt, diese Isolierstoffhohlkörper auch als mechanische Halterungen für die Antennenelemente zu verwenden, wodurch ein zusätzlicher Träger, z. B. in Form eines Gittermastes, entfallen kann. Bei derartigen Antennenanordnungen ergibt sich die Schwierigkeit, daß die durch die Isolierstoffhohlkörper hervorgerufenen Rückwirkungen auf die Strahler das elektrische Verhalten der Antennenanordnung beeinträchtigen. Derartige störende Einwirkungen der Isolierstoffhohlkörper ergeben sich besonders dann, wenn die Dielektrizitätskonstante des Isoliermaterials den Wert eins wesentlich übersteigt oder wenn aus mechanischen Gründen besonders starkwandige Isolierstoffhohlkörper erforderlich sind.It is known to accommodate antenna arrangements in a hollow insulating body and thereby to protect the individual radiators of the antenna from the weather. It is also known this Hollow insulating bodies can also be used as mechanical brackets for the antenna elements, whereby an additional carrier, e.g. B. in the form of a lattice mast, can be omitted. With such antenna arrangements the difficulty arises that the hollow bodies caused by the insulating material Effects on the radiators affect the electrical behavior of the antenna arrangement. Such disruptive effects of the insulating hollow bodies arise particularly when the dielectric constant of the insulating material significantly exceeds the value one or if made of mechanical Reasons particularly thick-walled insulating hollow bodies are required.
Es ist bekannt, bei aus Isolierstoff bestehenden Schutzabdeckungen den Strahlern besondere Kompensationskörper vorzulagern, die von der Strahlung durchsetzt werden. Dies bringt jedoch gegenüber den üblichen Antennenanordnungen einen zusätzlichen Aufwand mit sich.It is known to have special compensation bodies for the radiators in protective covers made of insulating material to be stored in front, which are penetrated by the radiation. However, this brings against the usual antenna arrangements with an additional effort.
Es ist auch bekannt, bei im Inneren eines Isolierstoffhohlkörpers angeordneten Strahlern als erste Kompensationsmaßnahme eine Änderung des Radius des Isolierstoffhohlkörpers in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ vorzunehmen. Für verschiedene Wellenlängen werden demgemäß verschiedene Änderungen des Radius und damit auch verschiedene Durchmesser für die Isolierstoffhohlkörper erforderlich. Außerdem wird dabei eine zweite Kompensationsmaßnahme benutzt, durch die eine Amplitude geändert wird. Die Einstellung dieser zweiten Größe erfolgt so, daß die Dicke und die Dielektrizitätskonstante des Isolierstoffhohlkörpers entsprechend gewählt werden. Neben der Notwendigkeit, Isolierstoffhohlkörper mit unterschiedlichem Durchmesser herzustellen, wird damit zusätzlich noch die Schwierigkeit auftreten, daß auch in ihrer Wandstärke und in ihrer Dielektrizitätskonstante verschiedene Typen von Isolierstoffhohlkörpern erforderlich werden.It is also known to undertake a change in the radius of the insulating hollow body as a function of the wavelength λ in the case of radiators arranged inside a hollow insulating body as a first compensation measure. For different wavelengths, different changes in the radius and thus also different diameters for the insulating hollow bodies are accordingly required. In addition, a second compensation measure is used, by means of which an amplitude is changed. This second variable is set so that the thickness and the dielectric constant of the insulating hollow body are selected accordingly. In addition to the need to produce insulating hollow bodies with different diameters, the problem will also arise that different types of insulating hollow bodies are required in terms of their wall thickness and dielectric constant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile weitgehend zu vermeiden und die durch die
Isolierstoffhohlkörper verursachten Schwierigkeiten in einfacher Weise zu beheben. Gemäß der Erfindung,
welche sich auf eine aus mehreren Strahlern oder Strahlergruppen bestehende Antennenanordnung, die
im Inneren eines Isolierstoffhohlkörpers angeordnet ist, bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß die räumliche
Zuordnung der Strahler und/oder Strahlergrup-Aus mehreren Strahlern oder Strahlergruppen
bestehende AntennenanordnungThe invention is based on the object of largely avoiding these disadvantages and of eliminating the difficulties caused by the hollow insulating bodies in a simple manner. According to the invention, which relates to an antenna arrangement consisting of several radiators or radiator groups, which is arranged inside a hollow insulating body, this is achieved in that the spatial assignment of the radiators and / or radiator groups consists of several radiators or radiator groups
existing antenna arrangement
Anmelder:Applicant:
Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, Munich 2, Wittelsbacherplatz 2
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dipl.-Ing. Walter Stöhr, MünchenDipl.-Ing. Walter Stöhr, Munich
pen zu der Wandung des Isolierstoffhohlkörpers in der Weise mit unterschiedlichen Abständen vorgenommen
ist, daß die durch die Wandung hervorgerufenen Rückwirkungen auf die Strahler bzw. Strahlergruppen
sich an den zugehörigen ZusammenschaItstellen weitgehend gegenseitig kompensieren. Während
bei den bekannten Anordnungen bisher die Rückwirkungen der Isolierstoffhohlkörper auf die
Strahlungseigenschaften der Antennen nur durch komplizierte Änderungen an der Wandstärke und
dem Durchmesser der Isolierstoffhohlkörper zu erreichen war, zeigt die Erfindung, daß bereits durch
eine bestimmte räumliche Zuordnung von Strahler und Isolierstoffhohlkörper eine Kompensation der
Rückwirkungen der Isolierstoffhohlkörper möglich ist. Dies ist insbesondere bei aus Fiberglaszylindern
aufgebauten Antennenanordnungen von großer Bedeutung, bei denen gleichzeitig der Isolierstoffhohlkörper
als tragendes Konstruktionselement dient, weil auch bei größeren Wandstärken deren Rückwirkungen
auf die Strahleranordnung ausgeglichen werden können und Wandstärke sowie Durchmesser der Isolierstoffhohlkörper
in erster Linie nach den mechanischen Forderungen ausgewählt werden können.
Für die Durchführung der erfindungsgemäßen Kompensationsmaßnahmen ergeben sich verschiedene
Ausfuhrungsformen, wobei entweder durch geeigneten Aufbau des Isolierstoffhohlkörpers oder durch
entsprechende Anordnung der Strahler in bezug auf den Isolierstoffhohlkörper oder die Kombination beider
Maßnahmen eine Kompensation erreichbar ist. In besonders vorteilhafter Weise kann die Kompensation
dadurch vorgenommen werden, daß die Abstände zwischen den Strahlern und dem Isolierstoffhohlkörper
derart gewählt sind, daß durch Erzeugung gegenphasiger Rückwirkungen zumindest für einen
Teil der Strahler eine gegenseitige Kompensation der Reflexionen an den Zusammenschaltstellen der Strah-pen to the wall of the insulating hollow body is made in such a way with different distances that the effects on the radiators or radiator groups caused by the wall largely compensate each other at the associated interconnection points. While in the known arrangements the repercussions of the insulating hollow bodies on the radiation properties of the antennas could only be achieved by complicated changes to the wall thickness and the diameter of the insulating hollow bodies, the invention shows that compensation for the repercussions is already possible through a specific spatial assignment of the radiator and the insulating hollow body the insulating hollow body is possible. This is particularly important for antenna arrangements made up of fiberglass cylinders, in which the hollow insulating body also serves as a load-bearing structural element, because the effects on the radiator arrangement can be compensated for even with larger wall thicknesses and the wall thickness and diameter of the hollow insulating body are primarily selected according to the mechanical requirements can.
There are various embodiments for carrying out the compensation measures according to the invention, compensation being achieved either by suitable construction of the insulating hollow body or by appropriate arrangement of the radiators in relation to the insulating hollow body or a combination of both measures. In a particularly advantageous manner, the compensation can be carried out in that the distances between the radiators and the insulating hollow body are selected in such a way that by generating counter-phase feedback, at least for some of the radiators, mutual compensation of the reflections at the interconnection points of the beam
709 610/180709 610/180
I 244 253I 244 253
Ier oder Strahlergruppen eintritt. Erreicht wird dies in einfacher Weise dadurch, daß die Strahler in einer ebenen Anordnung angebracht werden, während der Isolierstoffhohlkörper die Strahler in einer gewölbten Anordnung umschließt und sich dadurch jeweils verschiedene Abstände zwischen den Strahlern und dem. Isolierstoffhohlkörper ergeben, die bei entsprechender Abstimmung eine Kompensation ermöglichen. Dabei wird zweckmäßig die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Abstand von dem Isolierstoffhohlkörper zwischen zwei Einzelstrahlern oder den Strahlern einer Strahlergruppe (Dipolfeld) zu mindestens einer Viertelwellenlänge, bezogen auf die mittlere zu übertragende Frequenz, gewählt.Iers or groups of emitters enters. This is achieved in a simple manner in that the radiators in one be attached flat arrangement, while the insulating hollow body the radiator in a curved Arrangement encloses and thereby each different distances between the radiators and the. Insulating hollow bodies result which, with appropriate coordination, allow compensation. In this case, the difference between the largest and the smallest distance from the insulating hollow body is expedient between two individual radiators or the radiators of a radiator group (dipole field) at least a quarter wavelength, based on the average frequency to be transmitted, selected.
Während bei den bisher beschriebenen Anordnungen der äußere Isolierstoffhohlkörper längs seiner Achse mit unterschiedlichen Querabmessungen ausgestaltet wurde, kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Wandung des Isolierstoffhohlkörpers parallel zu ihrer eigenen Längsachse verlaufen, d. h., die Isolierstoffhohlkörper sind mit konstantem Durchmesser ausgeführt, während durch geeignete Anordnung der Strahler oder Strahlergruppen die Kompensationswirkung herbeigeführt wird. Eine weitere Möglichkeit für die Kompensation der durch den Isolierstoffhohlkörper hervorgerufenen Rückwirkungen besteht darin, daß bei zur Erzeugung eines Rundstrahldiagramms in einem Vieleck angeordneten Strahlern bzw. Strahlergruppen die Längsachse des durch die Strahler bzw. Strahlergruppen gebildeten Vielecks und die des Isolierstoffhohlkörpers exzentrisch zueinander liegen.While in the arrangements described so far, the outer insulating hollow body along its Axis was designed with different transverse dimensions, can according to a further advantageous Embodiment of the invention, the wall of the insulating hollow body parallel to its own Extend longitudinally, d. h., The insulating hollow bodies are designed with a constant diameter, while the compensation effect is brought about by suitable arrangement of the radiators or radiator groups will. Another possibility for the compensation of the caused by the insulating hollow body Reactions are that when generating an omnidirectional diagram in one Polygon arranged radiators or radiator groups the longitudinal axis of the through the radiators or radiator groups formed polygon and those of the insulating hollow body are eccentric to each other.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, bei denen aus verschiedenen Baueinheiten zusammengesetzte Antennenanordnungen für den Meter- und Dezimeterwellenbereich dargestellt sind, wie sie insbesondere zur Abstrahlung von Fernsehprogrammen verwendet werden.Further details of the invention are explained in more detail using exemplary embodiments in which Antenna arrangements composed of various structural units for the meter and decimeter wave range are shown as they are used in particular for broadcasting television programs will.
F i g. 1 zeigt in Seitenansicht einen Schnitt durch eine Antennenanordnung, die aus zwei Baueinheiten 1 und 2 aufgebaut ist. Die Wandungen dieser Baueinheiten bestehen aus Isolierstoff, insbesondere aus Glasfaser-Gewebebahnen, die durch ein Bindemittel zusammengehalten sind. Die beiden Baueinheiten 1 und 2 sind stockwerkartig aufeinandergesetzt und an der Verbindungsstelle 3 durch Schrauben, Niete od. dgl. verbunden. Jeweils acht Dipole sind mit einem gemeinsamen Reflektor zu einem eine feste Baueinheit bildenden Dipolfeld 4 und 5 zusammengefaßt. Bei Rundstrahlantennen sind mehrere Felder in einer Vieleckanordnung im Inneren des Isolierstoffhohlkörpers angeordnet. Die Dipole liegen in einer Ebene, die parallel zur Mastachse verläuft. Bei Verwendung abgewinkelter Strahler liegen die einander entsprechenden Punkte, z. B. die Speisestellen in einer Ebene. Da der Durchmesser infolge der faß- oder tonnenförmigen Ausbildung des Isolierstoffhohlkörpers sich ändert, ergeben sich unterschiedliche Abstände zwischen den Dipolen und dem Isoliermaterial, wodurch bei geeigneter Wahl der Abstände gegenphasige Rückwirkungen auftreten, die sich weitgehend gegenseitig aufheben. Der Unterschied zwischen dem kleinsten Durchmesser und dem größten Durchmesser der Baueinheiten 1 und 2 beträgt mindestens etwa eine halbe Wellenlänge bezogen auf die mittlere zu übertragende Frequenz. Dabei ist die Anordnung der Strahler etwa so gewählt, daß die Differenz zwischen dem kleinstenF i g. 1 shows a side view of a section through an antenna arrangement which consists of two structural units 1 and 2 is constructed. The walls of these units are made of insulating material, in particular Fiberglass fabric webs that are held together by a binding agent. The two structural units 1 and 2 are stacked on top of each other like a storey and at the connection point 3 by screws, rivets or the like. Connected. Eight dipoles each form a fixed structural unit with a common reflector forming dipole fields 4 and 5 combined. With omnidirectional antennas there are several fields in one Polygonal arrangement arranged in the interior of the insulating hollow body. The dipoles are in one plane, which runs parallel to the mast axis. When using angled spotlights, the corresponding ones are located Points, e.g. B. the dining outlets on one level. Because the diameter as a result of the barrel-shaped or barrel-shaped Training of the insulating hollow body changes, there are different distances between the dipoles and the insulating material, which, with a suitable choice of the spacing, result in antiphase reactions occur that largely cancel each other out. The difference between the smallest Diameter and the largest diameter of the structural units 1 and 2 is at least about half Wavelength based on the average frequency to be transmitted. The arrangement of the radiators is about chosen so that the difference between the smallest
und dem größten Abstand eines der Strahler der Dipolfelder 4 bzw. 5 von der Wandung 6 mindestens etwa eine Viertelwellenlänge beträgt.and the greatest distance of one of the radiators of the dipole fields 4 or 5 from the wall 6 at least is about a quarter wavelength.
In F i g. 2 ist zur Erläuterung das Speiseschema eines Dipolfeldes zusammen mit einem Teil der Wandung 6 der Isolierstoff hohlkörper dargestellt. Die Dipole 7 bis 14 sind untereinander gleichphasig gespeist und jeweils in Paaren nach dem System fortgesetzter Anpassung auf die gemeinsame Leitung 16 zusammengeschaltet, die von einer hochfrequenten Spannungsquelle 17 über entsprechende Zwischenglieder in Form von Verteilern usw. gespeist wird. Bei einem Abstandsunterschied von λ/4 zwischen den Strahlern 7 bzw. 10 und der Wandung 6 ergeben sich an der Zusammenschaltstelle 15 gegenphasige Reflexionen. Die von den Strahlern 8 und 9 an der Wandung 6 reflektierten Energieanteile sind zwar an der Stelle 15 nicht genau gegenphasig; jedoch ergibt sich auch für sie infolge des Phasenunterschiedes gegenüber gleich-In Fig. 2 shows the feed scheme of a dipole field together with part of the wall 6 of the insulating material hollow body. The dipoles 7 to 14 are fed in phase with one another and are each connected in pairs according to the system of continued adaptation to the common line 16, which is fed from a high-frequency voltage source 17 via corresponding intermediate elements in the form of distributors, etc. In the case of a distance difference of λ / 4 between the radiators 7 or 10 and the wall 6, reflections in antiphase are produced at the interconnection point 15. The energy components reflected by the radiators 8 and 9 on the wall 6 are not exactly in phase opposition at the point 15; however, due to the phase difference compared to the same
ao phasigen Reflexionen eine Verbesserung. Bei Übertragung breiter Frequenzbänder kann für die größeren Wellenlängen eine Kompensation in der vorstehend beschriebenen Weise für die Strahler 7 und 10 vorgenommen werden, während sich bei kleineren ao phased reflections an improvement. When transmitting broad frequency bands, a compensation can be made for the larger wavelengths in the manner described above for the radiators 7 and 10, while smaller
as Wellenlängen die reflektierten Anteile der Strahler 8 und 9 aufheben, weil hier geringere Wegunterschiede auftreten. Eine weitere günstige Möglichkeit zur Reflexionskompensation besteht darin, daß die Strahler 8 und 10 einerseits und die Strahler 7 und 9 andererseits an der Zusammenschaltstelle 15 gegenphasige Reflexionsanteile liefern.The wavelengths cancel out the reflected components of the radiators 8 and 9 because there are fewer path differences appear. Another favorable possibility for reflection compensation is that the radiator 8 and 10 on the one hand and the radiators 7 and 9 on the other hand at the interconnection point 15 in antiphase Deliver reflection components.
Dies läßt sich bei Außenflächen erreichen, wie sie in F i g. 3 dargestellt sind und wo der Isolierstoffhohlkörper 20 aus zwei Kegelstumpfen 21 und 22 zusammengesetzt ist. Unter der Annahme, daß auch hier eine Speisungsart wie in F i g. 2 angewandt ist, kann der Abstand der Strahler 7 und 9 gleichzeitig auch der Strahler8 und 10 von der den Kegelstumpf 21 bildenden Wandung so gewählt werden, daß die Wegdifferenz für die reflektierten Wellen insgesamt Λ/2 ergibt. Erreicht ist dies dann, wenn der Wandabstand des Strahlers 7 gegenüber dem des Strahlers 9 um //4 unterschiedlich ist. Dabei wird angenommen, daß die Reflexion ohne Phasensprünge vor sich geht. Ergeben sich dagegen bei den reflektierten Wellen zusätzliche Phasenkomponenten, so sind die Wandabstände in entsprechender Weise zu korrigieren. Für die unteren Dipole 11 bis 14 ergeben sich die gleichen Verhältnisse, so daß hierauf nicht eigens eingegangen werden muß. Die beschriebene Speisungsart dient nur der Erläuterung und läßt sich in vielfältiger Weise abwandeln. An Stelle von Dipolfeldern können auch Einzelstrahler verwendet werden. Die Abstandsunterschiede zwischen Strahlern und der Wandung können auch k ·λΙ2Λ-114 betragen, wenn größere Wandabstände bei sehr kurzen Wellenlängen verwendet werden, wobei k eine ganze Zahl ist oder den Wert Null hat. Die Anordnungen nach Fig. 1 und 3 haben außerdem den Vorteil, daß der Isolierstoffhohlkörper gegen mechanische Banspruchungen widerstandsfähiger sind als glatte zylindrische Körper.This can be achieved with external surfaces as shown in FIG. 3 and where the insulating hollow body 20 is composed of two truncated cones 21 and 22. Assuming that a type of supply as in FIG. 2 is applied, the distance of the radiators 7 and 9 at the same time also the radiators 8 and 10 from the wall forming the truncated cone 21 can be selected so that the path difference for the reflected waves results in a total of Λ / 2. This is achieved when the distance from the wall of the radiator 7 is different from that of the radiator 9 by // 4. It is assumed that the reflection takes place without phase jumps. If, on the other hand, there are additional phase components in the reflected waves, the wall distances must be corrected accordingly. The same conditions result for the lower dipoles 11 to 14, so that this need not be discussed separately. The type of supply described is only for explanation and can be modified in many ways. Instead of dipole fields, individual radiators can also be used. The differences in distance between radiators and the wall can also be k · λΙ2Λ-114 if larger wall distances are used for very short wavelengths, where k is an integer or has the value zero. The arrangements according to FIGS. 1 and 3 also have the advantage that the insulating hollow bodies are more resistant to mechanical stresses than smooth cylindrical bodies.
F i g. 4 zeigt in Seitenansicht vier Baueinheiten 24 bis 27, bei denen die Isolierstoffhohlkörper einen glatten, gerade durchlaufenden Isolierstoffzylinder bilden, während die für die Kompensation notwendigen unterschiedlichen Abstände der Strahler von der Wandung durch schräg zur Mastachse verlaufende Dipolfeder 30 bis 37 erreicht wird. Diese bestehenF i g. 4 shows a side view of four structural units 24 to 27, in which the insulating hollow bodies have a smooth, straight through insulating cylinder form, while the necessary for the compensation different distances of the spotlights from the wall by inclined to the mast axis Dipole spring 30 to 37 is reached. These exist
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