DE1268223B - Antennenanordnung, bestehend aus mindestens drei mit unterschiedlicher Phase gespeisten Strahlern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIq

Deutsche Kl.: 21 a4-46/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 68 223.4-35
23. November 1961
16. Mai 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung zur Erzielung eines im Versorgungsbereich gleichmäßigen sektorförmigen oder kreisförmigen Strahlungsdiagramms, unter Verwendung von mindestens drei in ihrer Grundanordnung in gleichen Abständen angeordneten und mit unterschiedlicher Phase gespeisten Strahlern, deren räumliche Anordnung so gewählt ist, daß bei einer bestimmten Frequenz in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrahlungsrichtungen benachbarter Strahler eine gleichphasige Überlagerung der Strahlungen der einzelnen Strahler auftritt, und bei denen zwischen den Strahlern mindestens eines aus benachbarten Strahlern bestehenden Strahlerpaares bei einer Änderung der Frequenz eine Vergrößerung und zwischen den Strahlern mindestens eines anderen aus benachbarten Strahlern bestehenden Strahlerpaares bei der gleichen Frequenzänderung eine Verkleinerung der Differenz der Speisephasen eintritt.

Es ist bekannt, mehrere Verbraucher mit unterschiedlichen Phasen derart zu speisen, daß an der Zusammenschaltstelle der zu den jeweiligen Verbrauchern führenden Leitungen die reflektierten Energieanteile sich in Richtung zur Energiequelle weitgehend gegenseitig aufheben. Durch diese An-Ordnung wird bei entsprechender Dimensionierung der zu den einzelnen Verbrauchern führenden Speiseleitungen somit eine Verbesserung der Anpassung an die gemeinsame Speiseleitung erreicht.

Bei Antennenanordnungen ergibt sich bei Speisung der Strahler in der geschilderten Weise der Nachteil, daß durch die mit unterschiedlicher Phase abgestrahlten Energieanteile eine Verzerrung des Strahlungsdiagramms auftritt. Diese läßt sich in bekannter Weise dadurch kompensieren, daß die Strahler räumlieh so angeordnet werden, daß längs der Winkelhalbierenden zwischen zwei benachbarten Strahlern eine gleichphasige Überlagerung der Strahlungen eintritt (deutsche Auslegeschrift 1024 587).

Bei Übertragung eines größeren Frequenzbandes treten bei derartigen Antennenanordnungen stärkere Einbrüche im Strahlungsdiagramm auf, die dadurch verursacht sind, daß die zur Erzeugung der unterschiedlichen Speisephasen dienenden Mittel, z. B. Kabel bestimmter Länge, jeweils nur bei einer Bezugsfrequenz, jedoch nicht mehr für andere Frequenzen die gewünschten Phasen an den Einspeisungsstellen der Strahler ergeben, und daß bei einer Frequenzänderung zwischen den Strahlern mindestens eines aus benachbarten Strahlern bestehenden Strahlerpaares eine Vergrößerung, zwischen den Strahlern eines anderen solchen Strahlerpaares bei der gleichen Antennenanordnung, bestehend aus mindestens
drei mit unterschiedlicher Phase gespeisten
Strahlern

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Helmut Laub,
Claus Hoyer, 8000 München

Frequenzänderung jedoch eine Verkleinerung der Differenz der Speisephasen eintritt.

Aufgabe der Erfindung, welche sich auf eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art bezieht, ist es, diese durch die oben angegebene Art der Abweichung von den Soll-Phasenunterschieden zwischen zwei Strahlern bedingten Einbrüche im Strahlungsdiagramm zu verringern.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Grundanordnung der Strahler in der Weise variiert ist, daß der Abstand zwischen den Strahlungsschwerpunkten der einzelnen Strahler solcher Strahlerpaare, bei denen die Differenz der Speisephasen mit steigender Frequenz zunimmt, größer gewählt ist als der entsprechende Abstand bei solchen Strahlerpaaren, bei denen die Differenz der Speisephasen mit steigender Frequenz abnimmt.

Bei den bekannten Antennenanordnungen der eingangs geschilderten Art sind die gegenseitigen Abstände der Strahlungsschwerpunkte einander gleich. Infolge der ungleichen Abstände der Strahlungsschwerpunkte ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Antennenanordnung über einen größeren Frequenzbereich gleichmäßigere Strahlungsdiagramme, wodurch bei konstanter Bandbreite eine kleinere Unrundheit des Strahlungsdiagramms erzielt werden kann, während bei gegebener Unrundheit der übertragbare Frequenzbereich größer wird. Bei Sendeantennen, z. B. für die Abstrahlung von Fernsehprogrammen, hat dies vielfach den Vorteil, daß bei einem Kanalwechsel innerhalb eines Bandes eine erneute räumliche Umgruppierung der Strahler nicht erforderlich ist.

Eine zusätzliche breitbandige Verbesserung der Gleichmäßigkeit des Strahlungsdiagramms kann da-

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durch herbeigeführt werden, daß die unter Annahme des Soll-Phasenunterschiedes der Speisespannungen die gleichphasige Überlagerung der Teilstrahlungen längs der Winkelhalbierenden ergebende Frequenz höher ist als die Bezugsfrequenz, bei der der Soll-Phasenunterschied der Speisespannungen erreicht wird.

In den meisten Fällen ist die Bezugsfrequenz gleich dem geometrischen oder dem arithmetischen Mittel aus der oberen und der unteren Grenzfrequenz des zu übertragenden Frequenzbandes.

Es ist zweckmäßig, daß zur Erzielung eines Speisephasenunterschiedes von 180° zwischen einem Strahler und einem Bezugsstrahler mit der Phase φ = 0° die zu diesen Strahlern führenden Speiseleitungen gleich lang gewählt sind und eine dieser Leitungen umgepolt ist.

Ferner ist es vorteilhaft, daß zur Erzielung eines Speisephasenunterschiedes von mehr als 180° zwischen einem Strahler und einem Bezugsstrahler mit a& der Phase φ = 0° eine der zugehörigen Speiseleitungen zur Erzielung eines Speisephasenunterschiedes von 180° umgepolt und die dann noch fehlende Phasenverschiebung durch die Wahl unterschiedlich langer Speiseleitungen eingestellt ist.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, bei dem eine zur Erzeugung eines Rundstrahldiagramms dienende Antennenanordnung mit vier an den Seiten eines quadratischen Mastes angeordneten Strahlern und die zugehörigen Strahlungsdiagramme dargestellt sind.

In der Figur sind an den Seiten eines quadratischen Mastes 1 die Strahler 2, 3, 4 und 5 in Form von Dipolfeldern angeordnet, die aus vor einer Reflektorwand angebrachten Ganzwellendipolen bestehen. Die Strahlungsschwerpunkte der Strahler sind mit 6 bis 9 bezeichnet. Der Strahlungsschwerpunkt kann für Richtstrahler so ermittelt werden, daß im Bereich der Hauptkeule der Mittelpunkt des Krümmungskreises für die Fläche konstanter Phase des Fern- feldes aufgesucht wird. Bei den dargestellten Strahleranordnungen liegt dementsprechend der Strahlungsschwerpunkt symmetrisch zu den Strahlerhälften und zwischen den Strahlern und der Reflektorwand.

Bei einer derartigen Antennenanordnung mit vier an den Seiten eines quadratischen Mastes angeordneten Strahlern wird normalerweise von der Drehfeldspeisung Gebrauch gemacht, d. h., zwischen den einzelnen Strahlern ist jeweils ein Soll-Phasenunterschied von 90° vorgesehen. Allgemein ist bei η in einer Ebene rings um einen Mast angeordneten Strahlern der Phasenunterschied zwischen benachbarten Strahlern 360/n°. Zum Ausgleich der durch diese unterschiedlichen Phasen bedingten Einbrüche im Strahlungsdiagramm werden die Strahler in bekannter Weise längs der Mastseiten aus der bei der gleichphasigen Speisung angewendeten Mastseiten-Mittenlage derart verschoben, daß sich die Strahlungen der benachbarten Strahler in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrahlungsrichtungen gleichphasig überlagern. Bei einer gleichmäßigen Verschiebung ergibt sich bei der dargestellten Anordnung längs der Mastseiten eine Verschiebung von Xm/(4·γΣ) für jeden Strahler. Die Wellenlänge Xm entspricht dabei der Bezugsfrequenz fm, für die die Differenz der Speisephasen zwischen benachbarten Strahlern genau 360/n^ö beträgt. Dabei bleiben bei den bekannten Anordnungen auch nach der Verschiebung die Abstände der Strahlungsschwerpunkte untereinander gleich. Die Lage der Strahlungsschwerpunkte bei gleichphasiger Speisung ist mit 6, 10, 8 und 11 bezeichnet, wobei die Verbindungslinien der Strahlungsschwerpunkte 6, 10, 8 und 11 ein Quadrat ergeben.

Bei der vorliegenden Antennenanordnung erfolgt die Speisung in der Weise, daß bei der Bezugsfrequenz dem Strahler 2 die Phase 0°, dem Strahler 3 die Phase 90° und dem Strahler 4 die Phase 180° und dem Strahler 5 die Phase 270° zugeordnet ist. Dabei ist angenommen, daß die Speisephase von 180° für den Strahler 4 durch Umpolen der Anschlußleitung erzeugt ist und die Strahler 2 und 4 gleich lange Anschlußleitungen erhalten. Die Speiseleitungen für die Strahler 3 und 5 sind demgegenüber um λ m/4 kürzer gewählt, wobei die Anschlußleitung des Strahlers 5 umgepolt ist. Daraus ergibt sich, daß bei einer größeren Frequenz als der Bezugsfrequenz/m, für die diese Leitungslängen ausgelegt sind, der Phasenunterschied zwischen den Strahlern 2 und 3 größer wird als 90°, während der Phasenunterschied zwischen dem Strahler 3 und dem Strahler 4 dementsprechend kleinere Werte annimmt, weil der Phasenwinkel von 180° für den Strahler 4 durch Umpolen erzeugt wird und deshalb frequenzunabhängig ist. Der Phasenunterschied zwischen dem Strahler 4 und dem Strahler 5 wird bei wachsender Frequenz ebenfalls größer als 90°, während umgekehrt der Phasenunterschied zwischen dem Strahler 5 und dem Strahler 2 entsprechend kleiner wird als 90°.

Wenn die Anordnung dieser Strahler in der bisher üblichen Weise vorgenommen wird, ergeben sich unter der Voraussetzung eines Schwerpunktabstandes von etwa Am Einbrüche des Strahlungsdiagramms, die im Bereich von 0,85 bis 1,18 fm bis auf den Wert E/E_max = 0,5 herunterreichen. Dadurch, daß die Grundanordnung der Strahler in der Weise variiert ist, daß der Abstand zwischen den Strahlungsschwerpunkten der einzelnen Strahler solcher Strahlerpaare, bei denen die Differenz der Speisephasen mit steigender Frequenz zunimmt, größer gewählt ist als der Abstand der einzelnen Strahler solcher Strahlerpaare, bei denen die Differenz der Speisephasen mit steigender Frequenz abnimmt, ergeben sich die dargestellten Strahlungsdiagramme, deren maximale Einbrüche bei dem gleichen Frequenzbereich nur bis auf die Werte E/E_maX = 0,56 gehen. Die Summe d_t der Abstände der Strahlungsschwerpunkte 6 und 7 bzw. der Strahlungsschwerpunkte 8 und 9 von der Winkelhalbierenden zwischen den jeweiligen Hauptstrahlungsrichtungen beträgt bei der dargestellten Anordnung vorteilhaft etwa 1,25 Xm, während die entsprechende Summe d_z für die Punkte 7 und 8 bzw. 9 und 6 nur zu 0,75 Xm gewählt ist. Der Verlauf des Strahlungsdiagramms ist dabei für die verschiedenen Frequenzen aufgetragen, wobei die Kurve 14 den Verlauf bei / = fm, die gestrichelte Kurve 12 den Verlauf bei / = 0,85 fm und die strichpunktierte Kurve 13 den Verlauf bei / = 1,18 fm zeigt, Die Veränderung der Lage der Strahler kann in verschiedener Weise vorgenommen werden; z. B. können beide benachbarten Strahler oder es kann nur einer verschoben werden.

Die gesamte Versetzung der Strahlungsschwerpunkte beträgt für das dargestellte Strahlungsdiagramm in der Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrahlungsrichtungen etwa Xm/A,

wobei Xm von der Bezugsfrequenz fm abgeleitet ist. Es ergibt sich eine weitere Verbesserung der Gleichförmigkeit des Strahlungsdiagramms, wenn diese Versetzung kleiner gewählt wird als X m/4. Anders ausgedrückt heißt dies, daß die Versetzung auf eine Frequenz bezogen wird, die größer ist als die die Soll-Phasenunterschiede ergebende Bezugsfrequenz fm.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Antennenanordnung zur Erzielung eines im Versorgungsbereich gleichmäßigen sektorf örmigen oder kreisförmigen Strahlungsdiagramms unter Verwendung von mindestens drei in ihrer Grundanordnung in gleichen Abständen angeordneten und mit unterschiedlicher Phase gespeisten Strahlern, deren räumliche Anordnung so gewählt ist, daß bei einer bestimmten Frequenz in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den Haupt-Strahlungsrichtungen benachbarter Strahler eine gleichphasige Überlagerung der Strahlungen der einzelnen Strahler auftritt, und bei denen zwischen den Strahlern mindestens eines aus benachbarten Strahlern bestehenden Strahlerpaares bei einer Änderung der Frequenz eine Vergrößerung und zwischen den Strahlern mindestens eines anderen aus benachbarten Strahlern bestehenden Strahlerpaares bei der gleichen Frequenzänderung eine Verkleinerung der Differenz der Speisephasen eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundanordnung der Strahler in der Weise variiert ist, daß der Abstand zwischen den Strahlungsschwerpunkten der einzelnen Strahler solcher Strahlerpaare, bei denen die Differenz der Speisephasen mit steigender Frequenz zunimmt, größer gewählt ist als der entsprechende Abstand bei solchen Strahlerpaaren, bei denen die Differenz der Speisephasen mit steigender Frequenz abnimmt.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Annahme

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40 des Soll-Phasenunterschiedes der Speisespannungen die gleichphasige Überlagerung der Teilstrahlungen längs der Winkelhalbierenden ergebende Frequenz höher ist als die Bezugsfrequenz, bei der der Soll-Phasenunterschied der Speisespannungen erreicht wird.

3. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Speisephasendifferenz von 180° zwischen einem Strahler und einem Bezugsstrahler mit der Phase φ = 0° die zu diesen Strahlern führenden Speiseleitungen gleich lang gewählt sind und eine dieser Leitungen umgepolt ist.

4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Speisephasendifferenz von mehr als 180° zwischen einem Strahler und einem Bezugsstrahler mit der Phase φ = 0° eine der zugehörigen Speiseleitungen zur Erzielung einer Speisephasendifferenz von 180° umgepolt und die dann noch fehlende Phasenverschiebung durch die Wahl unterschiedlich langer Speiseleitungen eingestellt ist.

5. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit vier an den Seiten eines quadratischen Mastes angeordneten und im Drehfeld gespeisten Strahlern und einem gegenseitigen Abstand der Strahlungsschwerpunkte benachbarter Strahler gleich Xm (Xm = Bezugswellenlänge) vor der Variation, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Variation bei aus benachbarten Strahlern bestehenden Strahlerpaaren die Summe der Abstände der Strahlungsschwerpunkte von der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrahlungsrichtungen etwa gleich 1,25 Xm bzw. gleich 0,75 Xm ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1024 587;
Rohde & Schwarz-Mitteilungen, H. 13, 1960,
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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