DE1297167B

DE1297167B - Antennenanordnung fuer kurze und sehr kurze elektromagnetische Wellen

Info

Publication number: DE1297167B
Application number: DES62718A
Authority: DE
Inventors: Prof Dr Hans; Meinke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-12-10
Filing date: 1959-04-23
Publication date: 1969-06-12
Also published as: FR1242647A; DE1290991B; US3364491A; DE1109748B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung für kurze und sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einem ellipsoidförmigen Dipolstrahler von nennenswerter Dicke im Vergleich zur Strahlerlänge, bei dem die einzelne Dipolhälfte bei der niedrigsten Betriebsfrequenz eine Länge von etwa einer Viertelwellenlänge hat und bei der die Dipolhälfte die Form eines in der Strahlerachse sich erstreckenden Ellipsoids mit einem Achsenverhältnis a!b zwischen 0,6 und 1,7, vorzugsweise a/b etwa 1,5 hat (wobei a die Ellipsoidachse quer zur Dipolachse und b die mit der Dipolachse zusammenfallende Ellipsoidachse bedeutet) und bei der bei einem symmetrischen Dipol der Abstand der benachbarten Enden der Dipolhälften, bei einem unsymmetrischen Dipol der Abstand zwischen einer leitenden Gegengewichtsfläche und der benachbarten Dipolhälfte derart gewählt ist, daß bereits bei der niedrigsten Betriebsfrequenz die zwischen den zueinander am nächsten liegenden Stellen auftretende Impedanz etwa zwischen 50 und 60 52 liegt, bei der weiterhin bei einem symmetrischen Dipol die einander benachbarten Enden der Dipolhälften bzw. bei einem unsymmetrischen Dipol die leitende Gegengewichtsfläche und die ihr benachbarte Dipolhälfte eine Radialleitung bilden, nach Patent 1109 748, und bei der schließlich die zueinander benachbarten Flächen der Dipolhälften bzw. die zueinander benachbarten Flächen der einen Dipolhälfte und der Gegengewichtsfläche derart geformt ist, daß der in Umfangsrichtung für einen beliebigen Radius gemittelte Wert des Wellenwiderstandes der sich in Radialrichtung von der Anschlußstelle bis zum Ablösungsbereich der Wellen erstreckenden Radialleitung gleich dem Wellenwiderstand an der Anschlußstelle ist, nach Patentanmeldung P 12 90 991.0-35 (deutsche Auslegeschrift 1290 991), bei der an der Anschlußstelle der Außenleiter der speisenden Koaxialleitung stetig in einer Übergangszone in die Gegengewichtsfläche übergeht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare und elektrisch günstige Radialleitung anzugeben.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer Dipolantenne der einleitend beschriebenen Art, gemäß der Erfindung in der Weise gelöst, daß bei gegenüber dem Durchmesser der Dipolhälfte geringem Durchmesser der Übergangszone die Radialleitung eine Konusleitung ist, bei der die den Konus bildende Kegelfläche tangential in die Dipolhälfte übergeht.
Aus den »Mitteilungen aus dem Institut für Hochfrequenztechnik an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich, Nr. 15« ist z. B. den Seiten 12 und 13 und der Abb. 11 auf S. 32 entnehmbar, daß die Konusleitung eine einfache Radialleitung konstanten Wellenwiderstandes ist. Ferner ist dort erläutert, daß der Wellenwiderstand der Speiseleitung einer Antenne gleich dem der Konusleitung sein soll. Jedoch ist dort die Konusleitung im Zusammenhang mit einer gänzlich anderen Antennenform als der hier vorliegenden verwendet.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt einen unsymmetrischen Dipol, bestehend aus der kugelförmigen Dipolhälfte 1, die über einem als ebenflächig angenommenen Gegengewicht 2 angeordnet ist. Auf der der Dipolhälfte 1 abgewandten Seite des Gegengewichts 2 ist eine koaxiale Speiseleitung an die Dipolhälfte herangeführt. Der Außenleiter 3 dieser Koaxialleitung geht kontinuierlich in die das Gegengewicht 2 bildende leitende Fläche über, während der Innenleiter 4 der Koaxial-Leitung erfindungsgemäß in einen Konus 5 ausläuft, der sich tangential an die Kugel l anschmiegt. Der Winkel 0 des Konus 5 ist derart gewählt, daß der Wellenwiderstand der durch den Konus 5 und das Gegengewicht 2 gebildeten Radialleitung in Radialrichtung gleich dem Wellenwiderstand der Speiseleitung 3, 4 ist. Für einen Wellenwiderstand der Speiseleitung 3,4 von z. B. 50 52 beträgt der Winkel 0 unter der Voraussetzung eines praktisch ebenflächigen Gegengewichts 2 etwa 47°. Für einen Wellenwiderstand von 60 S2 beträgt der Winkel 0 etwa 41°.
Wie im Patent 1109 748 ausführlich erläutert, hat eine Dipolantenne, deren Dipolhälfte eine Form, wie sie im Ausführungsbeispiel dargestellt ist, aufweist, etwa das Verhalten eines Hochpasses. Das Strahlungsdiagramm und die Fußpunktimpedanz bleiben ab einer bestimmten Wellenlänge nach kürzeren Wellen hin wenigstens nahezu konstant. Diese Wellenlänge ist durch die axiale Erstreckung der Dipolhälfte bestimmt und beträgt etwa das Vierfache derselben. Damit die Antenne im gesamten Betriebsbereich benutzt werden kann, ist es erforderlich, daß die Antenne an ihr Speisekabel angepaßt ist. Das heißt mit anderen Worten, daß der Radialleitungsvierpol zwischen dem Speisekabel 3, 4 und dem Strahler 1, 2 als Vierpol den gleichen Wellenwiderstand wie das Speisekabel 3, 4 haben muß und dieser Wellenwiderstand gleich der Fußpunktimpedanz des Strahlers sein soll. Je größer der Frequenzbereich der Antenne ist, desto mehr muß sich dieser übergangsvierpol dem Aussehen einer Leitung konstanten Widerstandes annähern (Zusatzpatent P 1416 261.9 zu Patent 1. 109 748). Für sehr breitbandige Antennen, bei denen der Durchmesser des Speisekabels (darunter wird im vorliegenden Fall der Durchmesser des Außenleiters 3 verstanden) klein gegen den Durchmesser der Antenne ist, soll gemäß der Erfindung der übergangsvierpol die Form einer Konusleitung haben. Die Konusleitung erstreckt sich dabei in Radialrichtung etwa bis zu dem Ablösungsbereich hin, der dort beginnt, wo die elektrische Länge der Feldlinien etwa eine halbe Wellenlänge im Vakuum erreicht. Wichtig ist, daß die den Konus 5 bildende Kegelfläche tangential in die Dipolhälfte 1 übergeht, die die Form eines Ellipsoids mit den im Patent 1109 748 angegebenen Abmessungen hat. Da in der Praxis der Durchmesser des Innenleiters 4 nicht vernachlässigbar gering ist und somit der Konus 5 mit endlicher Breite beginnt, empfiehlt es sich, an der Spitze des Konus ein Auslaufen in den Innenleiter 4 vorzusehen. Aus Anpassungsgründen ist es dann notwendig, so wie in der Zeichnung dargestellt, den Außenleiter 3 der Koaxialleitung langsam und stetig, jedoch innerhalb eines gegenüber dem Antennendurchmesser vernachlässigbar geringen Bereiches in das Gegengewicht 2 übergehen zu lassen. Mit diesen Maßnahmen läßt sich nämlich sicherstellen, daß ein einheitlicher Wellenwiderstand von der Speiseleitung 3, 4 bis zum äußersten Ende der durch den Konus 5 und das Gegengewicht 2 gebildeten Radialleitung gewährleistet ist.
Unter einem gegen den Antennendurchmesser kleinen Übergang von der Anschlußstelle in die Speiseleitung wird verstanden, daß der Innendurchmesser des Außenleiters 3 in der durch das Gegengewicht 2 bestimmten Ebene nicht wesentlich mehr als ein Zehntel des Durchmessers der Dipolhälfte beträgt. Die Abmessung des Innendurchmessers des Außenleiters 3 legt zugleich eine obere Grenze für den Betriebsbereich der Antenne fest. Wenn nämlich der erwähnte übergang nicht mehr vernachlässigbar klein ist, so muß er, wie im Patent 1109 748, F i g. 4, gezeigt ist, ausgebildet werden, damit der zwischen der Anschlußstelle der Speiseleitung und dem Wellenablösungsbereich liegende Vierpol einen konstanten und dem Speisekabel entsprechenden Wellenwiderstand hat. Es ergibt sich dann ein Leitungsstück mit krummliniger Berandung. Gegenüber dem Leitungsstück mit krummliniger Berandung hat die bei der vorliegenden Erfindung angewendete Konusleitung den Vorteil wesentlich einfacherer Herstellung und besserer elektrischer Reproduzierbarkeit.

Claims

Patentanspruch: Antennenanordnung für kurze und sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einem ellipsoidförmigen Dipolstrahler von nennenswerter Dicke im Vergleich zur Strahlerlänge, bei dem die einzelne Dipolhälfte bei der niedrigsten Betriebsfrequenz eine Länge von etwa einer Viertelwellenlänge hat und bei der die Dipolhälfte die Form eines in der Strahlerachse sich erstreckenden Ellipsoids mit einem Achsenverhältnis a/b zwischen 0,6 und 1,7, vorzugsweise a/b etwa 1,5 hat (wobei a die Ellipsoidachse quer zur Dipolachse und b die mit der Dipolachse zusammenfallende Ellipsoidachse bedeutet) und bei der bei einem symmetrischen Dipol der Abstand der benachbarten Enden der Dipolhälften, bei einem unsymmetrischen Dipol der Abstand zwischen einer leitenden Gegengewichtsfläche und der benachbarten Dipolhälfte derart gewählt ist, daß bereits bei der niedrigsten Betriebsfrequenz die zwischen den zueinander am nächsten liegenden Stellen auftretende Impedanz etwa zwischen 50 und 60 62 liegt, bei der weiterhin bei einem symmetrischen Dipol die einander benachbarten Enden der Dipolhälften bzw. bei einem umsymmetrischen Dipol die leitende Gegengewichtsfläche und die ihr benachbarte Dipolhälfte eine Radialleitung bilden, nach Patent 1109 748, und bei der schließlich die zueinander benachbarten Flächen die Dipolhälften bzw. die zueinander benachbarten Flächen der einen Dipolhälfte und der Gegengewichtsfläche derart geformt sind, daß der in Umfangsrichtung für einen beliebigen Radius gemittelte Wert des Wellenwiderstandes der sich in Radialrichtung von der Anschlußstelle bis zum Ablösungsbereich der Wellen erstreckenden Radialleitung gleich dem Wellenwiderstand an der Anschlußstelle ist, nach Patentanmeldung P 12 90 991.0-35 (deutsche Auslegeschrift 1290991), bei der an der Anschlußstelle der Außenleiter der speisenden Koaxialleitung stetig in einer übergangszone in die Gegengewichtsfläche übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegenüber dem Durchmesser der Dipolhälfte (1) geringem Durchmesser der Übergangszone die Radialleitung eine Konusleitung ist, bei der die den Konus (5) bildende Kegelfläche tangential in die Dipolhälfte (1) übergeht.