DE1291803B

DE1291803B - Logarithmic-periodic dipole antenna

Info

Publication number: DE1291803B
Application number: DE1965V0027496
Authority: DE
Inventors: Spindler Eberhard
Original assignee: BLANKENBURG ANTENNEN
Current assignee: BLANKENBURG ANTENNEN
Priority date: 1965-01-04
Filing date: 1965-01-04
Publication date: 1969-04-03

Description

Die Erfindung betrifft eine logarithmisch-periodische Dipolantenne, deren Dipole als Querwiderstände in eine durchgehende, zwischen jeweils benachbarten Dipolen überkreuzte Verbindungsleitung eingeschaltet sind.The invention relates to a logarithmic-periodic dipole antenna, their dipoles as transverse resistances in a continuous, between each adjacent one Dipole crossed connecting line are switched on.

Solche Antennen sind bereits bekannt. Sie werden von allgemeinen logarithmischen Strukturen abgeleitet und stellen einen Spezialfall der logarithmischperiodischen Antenne dar.Such antennas are already known. They are of general logarithmic Structures are derived and represent a special case of the logarithmic periodic Antenna.

Diese bekannten Dipolantennen weisen als strahlende Elemente gestreckte Halbwellendipole auf, die durch eine nach jedem Dipol gekreuzte Verbindungsleitung erregt werden. Entsprechend dem Aufbau solcher Antennen aus etwa eine halbe Wellenlänge langen Dipolen ist aber der Nennwert des Antenneneingangswiderstandes relativ niedrig, z. B. etwa 60 bis 75 Ohm; er kann zwar durch entsprechende Wahl des Wellenwiderstandes der die Elemente speisenden und zur Antenne gehörenden Verbindungsleitung beeinfiußt werden, aber nur in beschränkten Grenzen, da der dann erforderliche Wellenwiderstand zu groß ist, um ihn so zu realisieren. Die Anpassung solcher Antennen an höhere Widerstände kann dann nur mit zusätzlichen Transformatoren erfolgen, die jedoch bei großen Bandbreiten nicht oder nur mit hohem Aufwand realisierbar sind und entsprechende Gewinnverluste durch ihre Dämpfung bedingen.These known dipole antennas have elongated radiating elements Half-wave dipoles, which are crossed by a connecting line after each dipole get excited. Corresponding to the structure of such antennas from about half a wavelength long dipoles, the nominal value of the antenna input resistance is relatively low, z. B. about 60 to 75 ohms; it can by choosing the wave resistance accordingly the connecting line feeding the elements and belonging to the antenna , but only within limited limits, as the wave resistance then required is too big to be realized in this way. The adaptation of such antennas to higher ones Resistance can then only be done with additional transformers, however in the case of large bandwidths, they cannot be implemented or can only be implemented with great effort and corresponding Loss of profits due to their damping.

Diese bekannten logarithmisch-periodischen Dipolantennen sind also nicht ohne weiteres für relativ hohe, geforderte Nennwerte des Eingangswiderstandes anwendbar. Die Ursache dieses Umstandes ist die Verwendung von gestreckten, etwa eine halbe Wellenlänge langen Dipolen als Strahler.These known logarithmic-periodic dipole antennas are so not without further ado for relatively high, required nominal values of the input resistance applicable. The cause of this circumstance is the use of stretched, approximately half a wavelength long dipoles as radiators.

Es sind auch logarithmisch-periodische Dipolantennen bekanntgeworden, die einen hohen Eingangswiderstand aufweisen (britische Patentschrift 953 805 und »IEEE spectrum«, April 1964, S. 69 bis 71). Als Dipole werden dort Halbwellenfaltdipole verwendet, die jedoch nicht als Querwiderstände in die Verbindungsleitung eingeschaltet sind. Vielmehr ist jeweils die eine U-förmige Hälfte eines Faltdipols mit ihren offenen Enden als Längswiderstand in den einen zu diesem Zweck aufgetrennten Leiter der Verbindungsleitung, die andere Hälfte des Faltdipols in gleicher Weise an der gegenüberliegenden Stelle in den anderen Leiter der Verbindungsleitung eingefügt. Dies bringt aber mehrere unangenehme Folgeerscheinungen mit sich.Logarithmic-periodic dipole antennas have also become known, which have a high input resistance (British patent specification 953 805 and "IEEE spectrum", April 1964, pp. 69 to 71). Half-wave folded dipoles are used as dipoles used, but not switched on as cross resistances in the connection line are. Rather, each is a U-shaped half of a folded dipole with their open ends as series resistance in one of the conductors separated for this purpose the connecting line, the other half of the folding dipole in the same way on the opposite point inserted into the other conductor of the connection line. However, this has several unpleasant consequences.

Für eine bestimmte Empfangsfrequenz ist der von der Speisestelle aus gesehen - hinter der Resonanzregion gelegene Antennenbereich nicht unbeachtlich, da er als Widerstand in den sonst offenen, in Resonanz befindlichen Faltdipol einbezogen ist. Insofern ist der Antennenteil hinter jeder Resonanzregion anders. Das ist der Hauptgrund f"ür die Frequenzabhängigkeit des Eingangswiderstandes solcher aus Induktivitätsschleifen bestehender, logarithmisch-periodischer Gebilde.For a certain reception frequency it is from the feed point seen - antenna area located behind the resonance region is not negligible, because it is included as a resistor in the otherwise open, resonant folded dipole is. In this respect, the antenna part behind each resonance region is different. That's the Main reason for the frequency dependence of the input resistance of those from inductance loops existing, logarithmic-periodic structures.

Zum anderen sind diese Antennen praktisch schwer zu realisieren, weil die einander benachbarten Enden der U-förmigen Faltdipolhälften unterschiedliche Potentiale haben, so daß einerseits hoher Isolationsaufwand getrieben werden muß und zum anderen nach längerer Benutzung durch Verschmutzung Kriechstrecken zwischen den Fußpunkten der Elemente auftreten können, die wiederum den Antenneneingangswiderstand verändern. Zweck der Erfindung ist es, bei logarithmischperiodischen Dipolantennen über einen großen Frequenzbereich, z. B. Hör- und Fernsehrundfunkbereich, ohne zusätzliche Transformationsglieder einen hohen Nennwert des Antenneneingangswiderstandes, z. B. 240 bis 300 Ohm, zu realisieren.On the other hand, these antennas are difficult to implement in practice because the adjacent ends of the U-shaped folded dipole halves are different Have potentials, so that, on the one hand, a high level of isolation must be carried out and on the other hand, after a long period of use due to pollution, creepage distances between the base points of the elements can occur, which in turn increases the antenna input resistance change. The purpose of the invention is to use logarithmic periodic dipole antennas over a wide frequency range, e.g. B. radio and television broadcasting, without additional Transformation elements have a high nominal value of the antenna input resistance, e.g. B. 240 to 300 ohms to realize.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen geforderten hohen Nennwert der Eingangsimpedanz durch entsprechenden Aufbau und Dimensionierung der Antenne zu erreichen.The invention is based on the object of this required high Nominal value of the input impedance through appropriate structure and dimensioning of the To reach antenna.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einer logarithmisch-periodischen Dipolantenne der eingangs genannten Art die Dipole als Halbwellenfaltdipole oder als Ganzwellendipole ausgebildet sind und daß die Verbindungsleitung einen geeignet hohen Wellenwiderstand hat.According to the invention, this is achieved in that, in the case of a logarithmic-periodic Dipole antenna of the type mentioned above, the dipoles as half-wave folding dipoles or are designed as full-wave dipoles and that the connecting line is suitable has high wave resistance.

Eine derartige Maßnahme wurde zwar bereits in der Zeitschrift »IEEE spectrum«, April 1964, S.69, diskutiert, dort aber als unbrauchbar abgelehnt, weil bei einer derartigen Ausgestaltung die kurzen Dipole am Eingang der Antenne bei tiefen Frequenzen eine sehr niedrige Impedanz darstellen und dann die zur strahlenden Region der Antenne führende Verbindungsleitung an dieser Stelle kurzschließen würden.Such a measure was already published in the journal »IEEE spectrum ”, April 1964, p.69, but rejected there as unusable because in such a configuration, the short dipoles at the entrance of the antenna low frequencies represent a very low impedance and then those to the radiating Would short-circuit the connecting line carrying the antenna at this point.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß dies nur für eine unendlich große logarithmischperiodische Dipolantenne aus als Querwiderstand aufgesetzten Halbwellenfaltdipolen voll zutrifft. Praktisch ist diese Wirkung noch zu spüren, wenn der zu empfangende oder zu sendende Frequenzbereich etwa 1 : 10 ist. In vielen Gebieten der Technik sind aber derartig große Verhältnisse der empfangenen Frequenz gar nicht erforderlich. Bei Rundfunk- und Fernsehempfang genügen z. B. Frequenzverhältnisse von 1 : 2 zur Dimensionierung der logarithmischperiodischen Dipolantennen. Dann ist aber überhaupt keine kurzschließende Wirkung des kürzesten Faltdipols mehr zu spüren.The invention is based on the knowledge that this is only for an infinitely large logarithmic periodic dipole antenna as a transverse resistance applied half-wave folding dipoles fully applies. This effect is still practical to be felt when the frequency range to be received or transmitted is about 1: 10 is. In many areas of technology, however, such large ratios are received Frequency not required at all. For radio and television reception, z. B. Frequency ratios of 1: 2 for dimensioning the logarithmic periodic Dipole antennas. But then there is absolutely no short-circuiting effect of the shortest Folding dipole felt more.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen, logarithmisch-periodischen Dipolantenne besteht darin, daß die Halbwellenfaltdipole Mehrfachfaltdipole sind.Another embodiment of the logarithmic-periodic according to the invention Dipole antenna consists in that the half-wave folding dipoles are multiple folding dipoles.

In der Zeichnung ist in F i g. 1 der bekannte prinzipielle Aufbau logarithmisch-periodischer Dipolantennen, in F i g. 2 eine bekannte Ausführung der Verbindungsleitung dargestellt, und es sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Antenne in F i g. 3 und 4 angegeben.In the drawing, FIG. 1 the known basic structure logarithmic-periodic dipole antennas, in FIG. 2 a known embodiment of the Connection line shown, and there are two embodiments of the invention Antenna in FIG. 3 and 4 indicated.

F i g. 1 zeigt das bekannte Aufbauprinzip einer logarithmisch-periodischen Dipolantenne. Dabei sind gestreckte Halbwellendipole 1 so dimensioniert und angeordnet, daß die Verbindung ihrer Endpunkte eine Gerade ergibt, die mit der Symmetrieachse der Antenne den Winkel a einschließt. Dieser Winkel ist ein Dimensionierungsparameter der Antenne.F i g. 1 shows the known construction principle of a logarithmic-periodic Dipole antenna. Stretched half-wave dipoles 1 are dimensioned and arranged in such a way that that the connection of their end points results in a straight line with the axis of symmetry the antenna encloses the angle a. This angle is a dimensioning parameter the antenna.

Ein weiterer Parameter ist das Verhältnis benachbarter gleichartiger Abmessungen.Another parameter is the ratio neighboring dimensions of the same type.

Im Sendefall erfolgt die in F i g. 1 durch den Pfeil B angedeutete Einspeisung der zugeführten Energie am kürzesten Dipol der Antenne. Alle anderen Dipole sind mit der Einspeisungsstelle durch eine Verbindungsleitung 2 verbunden, die zwischen jedem Dipol umgepolt ist. Dadurch ei#gibt sich die in F i g. 1 durch den Pfeil A angegebene Hauptstrahlrichtung. F i g. 2 zeigt eine bekannte praktische Ausführung dieser Verbindungsleitung 2. In solcher Ausführung dient sie gleichzeitig als tragende mechanische Konstruktion der Antenne. Dabei sind die Dipolhälften 1 wechselseitig an diese Verbindungsleitung angeschlossen, wodurch sich die Umpolung der Verbindungsleitung 2 zwischen jedem Dipolanschluß ergibt. Die Speisung erfolgt dabei direkt über Koaxialkabel niedrigen Wellenwiderstandes, meist durch einen als Rohr ausgebildeten Leiter der Verbindungsleitung 2.In the case of transmission, the in FIG. 1, indicated by the arrow B, feed of the supplied energy at the shortest dipole of the antenna. All other dipoles are connected to the feed point by a connecting line 2, the polarity of which is reversed between each dipole. This gives the in FIG. 1 indicated by the arrow A main beam direction. F i g. 2 shows a known practical embodiment of this connecting line 2. In such an embodiment, it also serves as a supporting mechanical structure for the antenna. The dipole halves 1 are alternately connected to this connecting line, which results in the polarity reversal of the connecting line 2 between each dipole connection. The supply takes place directly via coaxial cable with a low characteristic impedance, usually via a conductor of the connecting line 2 in the form of a tube.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne. Als Dipole werden hierbei Halbwellenfaltdipole 3 verwendet. Der übrige Aufbau entspricht dem Aufbauprinzip logarithmischperiodischer Dipolantennen. Die Energiezuführung erfolgt am kürzesten Dipol, hier jedoch direkt mit symmetrischer Hochfrequenzleitung relativ hohen Wellenwiderstandes.F i g. 3 shows an embodiment of an antenna according to the invention. Half-wave folded dipoles 3 are used as dipoles. The rest of the structure is the same the construction principle of logarithmic period dipole antennas. The energy supply takes place at the shortest dipole, but here directly with a symmetrical high-frequency line relatively high wave resistance.

Die Verbindungsleitung 2 ist hierbei eine Zweidrahtleitung mit Luftdielektrikum oder ein handelsübliches Kabel oder eine handelsübliche Leitung mit anderem Dielektrikum. Diese Verbindungsleitung 2 hat hier nur eine elektrische Funktion, nämlich die Energiezuführung zu den Dipolen zu erfüllen.The connecting line 2 is a two-wire line with an air dielectric or a commercially available cable or a commercially available line with a different dielectric. This connecting line 2 has only one electrical function here, namely the energy supply to meet the dipoles.

F i g. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne. Als Dipole werden dabei Ganzwellendipole 4 verwendet, die in dieser Form als Doppel-V- oder X-Dipole bezeichnet werden. Der übrige Aufbau entspricht dem Aufbauprinzip logarithmisch-periodischer Dipolantennen.F i g. 4 shows a further embodiment of an inventive Antenna. Whole-wave dipoles 4 are used as dipoles, in this form referred to as double V or X dipoles. The rest of the structure corresponds to that Construction principle of logarithmic-periodic dipole antennas.

Durch die Erfindung ist die Dimensionierung von logarithmisch-periodischen Dipolantennen mit relativ hohem Nennwert des Eingangswiderstandes und eine Verwendung als Sende- oder Empfangsantenne für Hör- und Fernsehrundfunk ohne weiteres möglich. Es werden keine Anpassungstransformatoren benötigt.The invention makes the dimensioning of logarithmic-periodic Dipole antennas with a relatively high nominal value of the input resistance and one use easily possible as a transmitting or receiving antenna for radio and television broadcasting. No matching transformers are required.

Als weiterer Vorteil ergibt sich auf Grund der Eigenschaften der erfindungsgemäß vorgesehenen Dipole ein kontinuierlicher Frequenzgang der elektrischen Kennwerte einer erfindungsgemäßen logarithmisch-periodischen Dipolantenne. Dadurch ist es möglich, die Periodizität bei vorgegebenen Schwankungen der Kennwerte zu verkleinern gegenüber bekannten Ausführungen. Durch die erfindungsgemäße Verbindungsleitung ergibt sich eine vereinfachte Technologie.Another advantage arises due to the properties of the invention provided dipoles a continuous frequency response of the electrical parameters a log-periodic dipole antenna according to the invention. This is how it is possible to reduce the periodicity with given fluctuations in the characteristic values compared to known designs. Through the connection line according to the invention the result is a simplified technology.

Bei einer erfindungsgemäßen logarithmisch-periodischen Dipolantenne aus Faltdipolen, die als Querwiderstände auf der Verbindungsleitung der Antenne angeordnet sind, bleibt außerdem der Teil der Antenne hinter der Resonanzregion außer Betracht, und es findet eine echte Impedanztransformation in den Antenneneingang statt, so daß für jede Empfangsfrequenz ein definierter Eingangswiderstand der vorgegebenen Größe vorliegt.In the case of a logarithmic-periodic dipole antenna according to the invention made of folded dipoles, which act as transverse resistances on the connecting cable of the antenna are arranged, the part of the antenna remains behind the resonance region out of consideration, and it finds a real impedance transformation in the antenna input instead, so that a defined input resistance of the specified for each receive frequency Size is present.

Claims

Claims: 1. Logarithmic - periodic dipole antenna, whose Dipoles as transverse resistances in a continuous, between respectively neighboring dipoles crossed connecting line are switched on, characterized in that the Dipoles are designed as half-wave folded dipoles (3) or as full-wave dipoles (4) and the connecting line (2) has a suitably high characteristic impedance.

2. Logarithmic periodic dipole antenna according to Claim 1, characterized in that that the half-wave folding dipoles are multiple-fold dipoles.