DE1269202B - Antennenanordnung zur Erzeugung eines sektorfoermigen oder kreisfoermigen Strahlungsdiagramms, bestehend aus mindestens zwei Strahlern - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

HOIq

Deutsche Kl.: 21 a4- 46/01

Nummer: 1269 202

Aktenzeichen: P 12 69 202.3-35

Anmeldetag: 23. November 1961

Auslegetag: 30. Mai 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung zur Erzielung eines im Versorgungsbereich gleichmäßigen sektorförmigen oder kreisförmigen Strahlungsdiagramms, bestehend aus mindestens zwei bei einer Bezugsfrequenz mit einem Soll-Phasenunterschied gespeisten Strahlern, deren Hauptstrahlungsrichtungen einen Winkel einschließen und deren räumliche Anordnung so gewählt ist, daß bei einer bestimmten Frequenz in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrahlungsrichtungen benachbarter Strahler eine etwa gleichphasige Überlagerung der Strahlungen der einzelnen Strahler eintritt, und die derart gespeist sind, daß der Soll-Phasenunterschied der Speisespannungen und die gleichphasige Überlagerung der Strahlung längs der Winkelhalbierenden mindestens bei einem aus benachbarten Strahlern bestehendem Strahlerpaar nur in einem Teil des Betriebsfrequenzbereiches 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 Anordnung 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 räumlich so angeordnet werden, daß längs der Winkelhalbierenden zwischen zwei benachbarten Strahlern eine gleichphasige Überlagerung der Strahlungen eintritt (deutsche Auslegeschrift 1 024 587).

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 zugleich die Überlagerung der Strahlung längs der Winkelhalbierenden bei von der Bezugsfrequenz abweichenden Frequenzen nicht mehr gleichphasig erfolgt.

Aufgabe der Erfindung, welche sich auf eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art bezieht, Antennenanordnung zur Erzeugung
eines sektorförmigen oder kreisförmigen
Strahlungsdiagramms, bestehend aus
mindestens zwei Strahlern

Anmelder:

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

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

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 unter Annahme des Soll-Phasenunterschiedes der Speisespannungen die gleichphasige Überlagerung der Teilstrahlungen in Richtung der Winkelhalbierenren ergebende Frequenz höher ist als die Bezugsfrequenz/m, bei der der Soll-Phasenunterschied der Speisespannungen erreicht wird.

Damit läßt sich bei konstanter Bandbreite eine kleinere Unrundheit des Strahlungsdiagramms erzielen, während bei gegebener Unrundheit ein größeres Frequenzband übertragen werden kann. Auf diese Weise können dann z. B. Antennenanordnungen für die Ausstrahlung von Fernsehprogrammen für eine größere Anzahl von Kanälen verwendet werden, ohne daß die vorgegebene Unrundheit des Strahlungsdiagramms überschritten wird. Bei Kanalwechsel ist dann ohne Änderung des räumlichen Aufbaus der Antenne ein ausreichend gleichförmiges Strahlungsdiagramm erzielbar.

Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß die zur Erzielung einer gleichphasigen Überlagerung längs der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrahlungsrichtungen zweier benachbarter Strahler vorzunehmende räumiche Verschiebung der Strahler aus der von ihnen bei gleichphasiger Speisung eingenommenen Lage entsprechend geringer wird als bei Strahleranordnungen, bei denen diese gleichphasige Überlagerung bei der die Soll-Phasenbeziehung ergebenden Bezugsfrequenz eintritt. Dadurch kann besonders bei kleinen Mastquerschnitten erreicht werden, daß

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die Strahler nicht oder nicht so weit über diese hin- Strahler mit unterschiedlicher Phase zur Verbesseausragen, rung der Anpassung ergibt sich gegenüber einer

Die Erfindung ermöglicht besonders eine Verbes- gleichphasigen Speisung ein geändertes Strahlungsdiaserung des Strahlungsdiagramms für im Drehfeld gramm, das sich insbesondere durch eine andere gespeiste Antennen. Bei einer gebräuchlichen Rund- 5 Hauptstrahlungsrichtung von einer gleichphasig gestrahlantenne dieser Art, die aus vier rings um einen speisten Anordnung unterscheidet, deren Haupt-Mast angeordneten Strahlern besteht und deren Strahlungsrichtung etwa in der mit H bezeichneten Phasenwinkel von einem Strahlerfeld zum anderen Richtung liegt.

um 90° zunimmt, ergibt sich für eine von der Bezugs- In F i g. 2 ist die Antennenanordnung nach F i g. 1

frequenz abweichende Betriebsfrequenz zwischen io so abgewandelt, daß auch bei Speisung mit unterdem mit der Phase 0° und dem mit der Soll-Phase schiedlicher Phase das Strahlungsdiagramm im we-270° gespeisten Strahler die größte Änderung gegen- sentlichen dem einer gleichphasig gespeisten Strahlerüber dem Soll-Phasenunterschied, weshalb das Strah- anordnung nach F i g. 1 entspricht. Dabei ist angelungsdiagramm zwischen diesen beiden Strahlern bei nommen, daß der Strahler 2 mit voreilender Phase diesen Frequenzen einen besonders tiefen Einbruch 15 gegenüber dem Strahler 3 gespeist wird. Zum Ausaufweist. Dabei ist angenommen, daß die Phasen- gleich dieses Phasenunterschiedes wird in bekannter unterschiede nur durch unterschiedlich lange Zulei- Weise eine räumliche Versetzung der Strahler aus der tungen zu den einzelnen Strahlern eingestellt werden. in F i g. 1 gezeigten Lage in der Art vorgenommen,

An Stelle eines einzigen tiefen Einbruchs lassen daß der mit d bezeichnete Abstand der Strahlungssich zwei symmetrische, dafür aber weniger tiefe Ein- 20 Schwerpunkte in der mit H bezeichneten Richtung brüche erzielen, wenn die Zuleitungen zu den mit der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrah-180° und 270° Soll-Phase gespeisten Strahlern zu- lungsrichtungen der Strahler 2 und 3 so groß ist, daß sätzlich umgepolt werden. Dem Strahler mit der Soll- in dieser Richtung die vom Strahler 3 ausgehende -Phase 0° ist dabei die Leitungslänge Z zugeordnet, Strahlung gleichphasig mit der Strahlung des mit vordem Strahler mit der Soll-Phase 90° die Leitungs- 25 eilender Phase gespeisten Strahlers 2 überlagert wird, länge I-λ/4, dem Strahler mit der Soll-Phase 180° Werden die beiden Strahler 2 und 3 mit 90° Phasendie Leitungslänge / und eine zusätzliche Umpolung unterschied gespeist, so beträgt diese räumliche Ver- und schließlich dem Strahler mit der Soll-Phase 270° Setzung d = λ/4. Wenn dabei das Maß D, das die die Leitungslänge Ι—λ/4 und eine zusätzliche Um- Summe der Abstände der Strahlungsschwerpunkte 6 polung. 30 und 7 von der Winkelhalbierenden H darstellt, bei-

Die Erfindung ermöglicht in beiden Fällen, d. h. behalten wird, hat diese Antennenanordnung die sowohl bei nur über unterschiedliche Leitungslängen gleiche »Basisbreite« wie die Anordnung nach Fig. 1 als auch bei über Leitungslängen mit zusätzlicher Um- und ergibt deshalb im wesentlichen auch das gleiche polung phasenverschoben gespeisten Strahleranord- Strahlungsdiagramm, sofern man von geringfügigen nungen, eine Verbesserung des Strahlungsdiagramms 35 Änderungen in den Seitenzipfeln der Strahlung absieht, zu erzielen. Bei Übertragung eines größeren Frequenzbandes

Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei der letztgenann- wurde bisher der Abstand d der Strahlungsschwerten Antennenanordnung die Anwendung der Erfin- punkte so gewählt, daß bei einer mittleren Frequenz dung besonders wirkungsvoll ist. die Phasenverschiebung zwischen den Strahlern durch

Die Bezugsfrequenz, für welche zwischen den ein- 40 die räumliche Versetzung aufgehoben wurde, weil für zelnen Strahlern genau die gewünschten Soll-Phasen- diese Frequenz auch der Soll-Phasenunterschied erunterschiede auftreten, ist meist das arithmetische reicht war. Demgegenüber sieht die Erfindung eine Mittel aus der obersten und der untersten zu übertra- räumliche Versetzung in der Weise vor, daß der Abgenden Frequenz. In manchen Fällen kann hierfür stand d auf eine Frequenz abgestellt wird, die oberauch das geometrische Mittel dieser Frequenzen ge- 45 halb der die Soll-Phasenunterschiede ergebenden wählt werden. Bezugsfrequenz liegt. Längenmäßig ausgedrückt be-

Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen deutet dies, daß der Abstand d kleiner zu wählen ist näher erläutert, wobei in Fig. 1 und 2 Antennen- als bei Zugrundelegung der Bezugsfrequenz,
anordnungen mit einem sektorförmigen Strahlungs- In Fig. 3 ist eine zur Rundstrahlung verwendete

diagramm dargestellt sind, während die Antennen- 50 Antennenanordnung mit den zugehörigen Strahlungsanordnung nach F i g. 3 zur Erzeugung eines Rund- diagrammen für verschiedene Frequenzen dargestellt. Strahldiagramms dient. Für den Aufbau dieser Antennenanordnung sind ver-

F i g. 1 zeigt eine an zwei Seiten eines quadra- kürzte Ganzwellendipol mit einem Schlankheitsgrad tischen Mastes 1 angeordnete Antenne, die aus zwei von etwa 15 verwendet, wobei die Dipole etwa Strahlern 2 und 3 besteht, die im vorliegenden Fall 55 0,28 ?._m vor einem Flächenreflektor angeordnet sind, als Ganzwellendipole ausgebildet und vor einer Re- Der Abstand D zwischen den Strahlungsschwerpunkfiektorwand 4 und 5 angeordnet sind. Die Strahlungs- ten 10, 11, 12, 13 der Ganzwellendipolfelder 14, 15, Schwerpunkte der dargestellten Strahler sind mit 6 16 und 17 entspricht etwa der Wellenlänge λ_η der und 7 bezeichnet und liegen symmetrisch zur Mast- Bezugsfrequenz fm. Die Speisung der Dipolfeder 14 achse im Bereich zwischen den Anschlußstellen und 60 bis 17 erfolgt dabei in der Weise, daß dem Feld 14 der Reflektorwand 4 bzw. 5. Der Strahlungsschwer- die Phase 0°, dem Feld 15 die Phase 90°, dem Feld punkt kann für Richtstrahler so ermittelt werden, daß 16 die Phase 180° und dem Feld 17 die Phase 270° im Bereich der Hauptkeule der Mittelpunkt des zugeordnet ist. Allgemein gilt bei «Feldern für den Krümmungskreises für die Fläche konstanter Phase Phasenschritt Αφ von einem Strahler zum anderen die des Fernfeldes aufgesucht wird. Antennenanordnun- 65 Beziehung Δ φ = 360/„ Grad.

gen nach F i g. 1 sind bekannt und werden besonders Zur Erzeugung der Phasenschritte werden den

dann verwendet, wenn die Speisung der einzelnen Dipolfeldern 14 und 16 Speisekabel gleicher Länge Strahler mit gleicher Phase erfolgt. Bei Speisung der zugeordnet und dabei die Anschlußstellen am Feld

16 umgepolt (entsprechend 180° Phasenunterschied). Die Zuleitung zum Feld 15 ist ebenso wie die des Feldes 17 um XJA kürzer als die der Felder 14 und 16, wobei die Anschlüsse für das Feld 17 zusätzlich umgepolt sind. Diese Längen sind auf die Bezugsfrequenz fm bezogen. Bei Verschiebung der Strahlungsschwerpunkte in der Weise, daß zum Ausgleich dieser Phasenunterschiede bei der Bezugsfrequenz fm die Versetzung in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen Hauptstrahlungsrichtungen benachbarter Strahler XJA beträgt, ergibt sich ein Strahlungsdiagramm, dessen Grenzwerte zwischen den Werten &Emax — l'° ^und E/E_max = 0,5 liegen. Die angegebenen Werte gelten unter der Annahme, daß der übertragene Frequenzbereich zwischen / = 0,85 fm und / = 1,18 fm liegt, wobei fm die Bezugsfrequenz ist und aus dem geometrischen Mittel der obersten und untersten Frequenz des zu übertragenden Frequenzbereiches gebildet wird. Wenn an Stelle der beschriebenen Speisungsart Kabelstücke von XJA, X_m/2 und 3 XJA zur Erzeugung der Phasenverschiebungen verwendet werden, d. h. wenn ohne Umpolung gearbeitet wird, ergeben die tiefsten Einbrüche im Strahlungsdiagramm sogar Werte, die bis zu EIE_max = 0,4 herunterreichen.

Die dargestellten Strahlungsdiagramme zeigen dagegen den Verlauf der Feldstärke, wenn die Dipolfelder nur um das 0,77fache desjenigen Wertes verschoben werden, der einer auf die Bezugsfrequenz fm bezogenen Verschiebung entspricht. Dies bedeutet, daß die Frequenz, auf die die räumliche Versetzung zurückgeführt wird, den Wert /m/0,77 = 1,3 fm hat. Die räumliche Versetzung der Strahler ist demnach bei der dargestellten Antennenanordnung auf eine Frequenz bezogen, die sogar außerhalb des zu übertragenden Frequenzbereiches liegt, der im vorliegenden Fall bei / = 1,18 fm seine obere Grenze erreicht. Bei den dargestellten Strahlungsdiagrammen entspricht die ausgezogene Linie 18 dem Diagramm bei der Frequenz / = 0,85 fm, während sich für f — fm die gestrichelte Kurve 19 und für /=l,18/m die strichpunktierte Kurve 20 ergibt. Die maximalen Einbrüche dieser Antennenanordnung liegen demnach über dem Wert von E/E_max— 0,5, der sich bei sonst gleicher Speisungsart für eine auf die Bezugsfrequenz fm bezogene Versetzung als tiefster Einbruch ergibt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Antennenanordnung zur Erzielung eines im Versorgungsbereich gleichmäßigen sektorförmigen oder kreisförmigen Strahlungsdiagramms, bestehend aus mindestens zwei bei einer Bezugsfrequenz mit einem Soll-Phasenunterschied gespeisten Strahlern, deren Hauptstrahlungsrichtungen einen Winkel einschließen und deren räumliche Anordnung so gewählt ist, daß bei einer bestimmten Frequenz in Richtung der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrahlungsrichtungen benachbarter Strahler eine etwa gleichphasige Überlagerung der Strahlungen der einzelnen Strahler eintritt, und die derart gespeist sind, daß der Soll-Phasenunterschied der Speisespannungen und die gleichphasige Überlagerung der Strahlung längs der Winkelhalbierenden mindestens bei einem aus benachbarten Strahlern bestehenden Strahlerpaar nur in einem Teil des Betriebsfrequenzbereiches eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Annahme des Soll-Phasenunterschiedes der Speisespannungen die gleichphasige Überlagerung der Teilstrahlungen in Richtung der Winkelhalbierenden ergebende Frequenz höher ist als die Bezugsfrequenz fm, bei der der Soll-Phasenunterschied der Speisespannungen erreicht wird.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Speisephasenunterschiedes von mehr als 180° zwischen einem Strahler und einem Bezugsstrahler mit 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.

4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem von 0,85 bis 1,18 fm reichenden Übertragungsfrequenzband die für die gleichphasige Überlagerung der Teilstrahlungen längs der Winkelhalbierenden zweier benachbarter Strahler maßgebende Frequenz gleich 1,3 fm ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 024 587;
USA.-Patentschrift Nr. 2 688 082.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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