DE1298585B

DE1298585B - Arrangement for switching the direction of rotation of the polarization of a circularly polarized logarithmic-periodic antenna

Info

Publication number: DE1298585B
Application number: DE1964R0038200
Authority: DE
Inventors: Greif; Dipl-Phys Dr-Ing Rudolf
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1964-06-24
Filing date: 1964-06-24
Publication date: 1969-07-03

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Umschalten des Drehsinnes der Polarisation einer zirkular polarisierten logarithmisch-periodischen Antenne; die aus zwei in zueinander senkrechten Ebenen angeordneten linear polarisierten logarithmisch-periodischen Einzelantennen besteht, die jeweils eine eigene, die Strahlungselemente der betreffenden Einzelantenne versorgende Speiseleitung aufweisen und die bei wenigstens annähernd gemeinsamer Spitze der beiden Antennenstrukturen derart unterschiedlich sich verjüngende Antennenstrukturen aufweisen, daß bei gleichphasiger und gegenphasiger Speisung der beiden Einzelantennen die Strahlung der einen Einzelantenne eine Phasenverschiebung von 90° gegenüber der Strahlung der anderen Einzelantenne besitzt und bei der Mittel vorgesehen sind, um zur Umschaltung des Drehsinnes der Polarisation die beiden Einzelantennen wahlweise gleichphasig bzw. gegenphasig zu speisen.The invention relates to an arrangement for switching the direction of rotation the polarization of a circularly polarized log-periodic antenna; which are linearly polarized from two mutually perpendicular planes logarithmic-periodic individual antennas, each with its own, the Have radiation elements of the relevant individual antenna supplying feed line and the at least approximately common tip of the two antenna structures such differently tapering antenna structures that with in-phase and antiphase feeding of the two individual antennas, the radiation from one individual antenna a phase shift of 90 ° compared to the radiation from the other individual antenna has and are provided with the means to switch the direction of rotation of the Polarization of the two individual antennas either in phase or out of phase Food.

Es ist bekannt, zwei gleiche ebene logarithmischperiodische, linear polarisierte Richtstrahlantennen in zwei zueinander senkrechten Ebenen anzuordnen und die beiden Antennen über zwei getrennte Zuleitungen einzuspeisen. Wenn die Struktur der beiden Antennen identisch ist, so muß zur Erzeugung eines zirkular polarisierten Feldes durch Einfügen eines Phasengliedes in eine der beiden Zuleitungen die Phase einer Antenne um 90° gegenüber der Phase der anderen Antenne vorlaufen oder nachlaufen. In dem einen Fall entsteht ein rechtsdrehendes, im anderen Fall ein linksdrehendes zirkular polarisiertes Feld. Da es nicht möglich ist, ein frequenzunabhängiges Phasenglied herzustellen, das eine 90°-Phasenverschiebung zu erzeugen imstande ist, muß bei dieser Anordnung das Phasenglied frequenzabhängig verstellt werden.It is known to have two equal plane logarithmic-periodic, linear to arrange polarized directional antennae in two mutually perpendicular planes and feed the two antennas via two separate feed lines. If the structure of the two antennas is identical, it must be used to generate a circularly polarized one Field by inserting a phase element in one of the two supply lines the phase one antenna lead or lag behind the phase of the other antenna by 90 °. In one case a clockwise rotation occurs, in the other a counterclockwise rotation circularly polarized field. Since it is not possible to use a frequency-independent phase element to produce that is capable of producing a 90 ° phase shift must be at this arrangement, the phase element can be adjusted as a function of frequency.

Werden zwei selbständige, logarithmisch-periodische Antennen, von denen eine durch die Entfernungen x1 bis x" und die anderen durch die Entfernungen x1 - -r bis x" - V--r der Dipole von der . Antennenspitze gekennzeichnet ist, in zwei zueinander senkrechten Ebenen so .angeordnet, daß . sie eine annähernd gemeinsame Antennenspitze aufweisen, wobei die Strahler der einen Ebene in den Zwischenräumen der Strahler der anderen Ebene angeordnet sind, so ergibt sich ebenfalls eine für zirkulare Polarisation geeignete Anordnung: Man hat nun schon versucht, unmittelbar an der Antennenspitze derartiger zirkular polarisierter Antennen in den Speiseleitungszüg zier symmetrischen Leitung einer der Antennen einen Umschalter anzuordnen, durch welchen die Speiseleitung dieser Antenne und damit deren Phase umgepolt werden kann, so daß hierdurch eine Drehsinnumschaltung möglich ist. Diese bekannte Antennenanordnung ermöglicht zwar' eine frequenzunabhängige Drehsinnumschaltung, erfordert jedoch die Anordnung von störenden Umschalteinrichtungen unmittelbar an der Speisestelle der Antenne, und zwar an einer Stelle, an der noch eine symmetrische Spannungsverteilung der Speiseleitung gegeben ist. Dies bedingt spezielle Antennenkonstruktionen und erlaubt nicht die Verwendung von üblichen bereits vorhandenen linear polarisierten logarithmisch-periodischen Antennen, bei welchen bereits Symmetrieranordnungen zum Übergang von der symmetrischen Speiseleitung auf eine störungsunempfindliche unsymmetrische Zuleitung unmittelbar an der Speisestelle der Antenne vorhanden sind. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum Umschalten des Drehsinnes der Polarisation einer zirkular polarisierten logarithmisch-periodischen Antenne zu schaffen; welche auf einfache Weise aus bereits vorhandenen, entsprechend bemessenen und mit einer Speiseleitung versehenen linear polarisierten logarithmisch-periodischen Antennen aufgebaut werden kann.Become two independent, log-periodic antennas, from one by the distances x1 to x "and the other by the distances x1 - -r to x "- V - r of the dipoles marked by the antenna tip, in two mutually perpendicular planes arranged so that. they are approximately common Have antenna tip, the radiators of one level in the spaces the radiators of the other level are arranged, so there is also one for Circular polarization suitable arrangement: One has already tried immediately at the antenna tip of such circularly polarized antennas in the feeder line ornamental symmetrical line of one of the antennas to arrange a switch by which the feed line of this antenna and thus its phase can be reversed, so that it is possible to switch the direction of rotation. This known antenna arrangement allows' a frequency-independent change of direction of rotation, but requires the arrangement of disruptive switching devices directly at the feed point of the antenna, namely at a point where there is still a symmetrical voltage distribution the feed line is given. This requires special antenna constructions and does not allow the use of conventional already existing linearly polarized logarithmic-periodic antennas, which already have symmetry arrangements for Transition from the symmetrical feed line to an interference-insensitive asymmetrical one Supply line are available directly at the feed point of the antenna. It's a job of the invention, an arrangement for switching the direction of rotation of the polarization of a to create circularly polarized log-periodic antenna; which on simple way from already existing, appropriately sized and with a feed line provided linearly polarized logarithmic-periodic antennas can.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß, ausgehend von einer Anordnung der eingangs erwähnten Art, dadurch gelöst, daß von den beiden Einzelantennen getrennte .Zuleitungen weggeführt sind, die mittels Umschalter wahlweise entweder zur gleichphasigen Speisung der beiden Einzelantennen an die beiden Ausgänge eines breitbandigen Verteilers oder zur gegenphasigen Speisung der beiden Einzelantennen an die beiden, gegenphasige Spannungen führenden Ausgänge eines breitbandigen Symmetrierübertragers gelegt werden können, und daß mittels eines weiteren Umschalters entweder der Eingang des Verteilers oder der Eingang des Symmetrierübertragers mit dem Eingang eines Senders oder Empfängers verbindbar ist.According to the invention, this object is achieved on the basis of an arrangement of the type mentioned at the beginning, solved in that separate antennas from the two individual antennas .Lead lines are routed away, either by means of a changeover switch to either in-phase The two individual antennas are fed to the two outputs of a broadband distributor or for feeding the two individual antennas in antiphase to the two antiphase Voltages leading outputs of a broadband balun are applied can, and that by means of another switch either the input of the distributor or the input of the balancing transformer with the input of a transmitter or receiver is connectable.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is described below with reference to schematic drawings explained in more detail using an exemplary embodiment.

Die F i g. 1 bis 3 zeigen bekannte Ausbildungen einer linear polarisierten logarithmisch-periodischen Richtantenne. An Hand dieser Figuren wird der prinzipielle Aufbau solcher Antennen und der Einfluß unterschiedlicher Verjüngungsfaktoren der Strahlungselemente auf die Phase des abgestrahlten Feldes erläutert.The F i g. 1 to 3 show known designs of a linearly polarized logarithmic-periodic directional antenna. On the basis of these figures, the principal Structure of such antennas and the influence of different rejuvenation factors Radiation elements explained on the phase of the radiated field.

F i g. 4 zeigt die erfindungsgemäße Umschaltanordnung in Anwendung bei einer aus Einzelantennen nach F i g. 1 und 2 aufgebauten zirkular polarisierten logarithmisch-periodischen Antenne.F i g. 4 shows the switching arrangement according to the invention in use in one of individual antennas according to FIG. 1 and 2 constructed circularly polarized log-periodic antenna.

In F i g. 1 ist eine ebene logarithmisch-periodische Struktur dargestellt. Der Abstand der Dipole 1, 2 bis n von der Antennenspitze 3 ist durch die Längen x1, x2 bis x" festgelegt, wobei das Verhältnis der Abstände durch -den Maßstabsfaktor bestimmt ist. Das Verhältnis der Länge der Dipole ist durch den gleichen Maßstabsfaktor gegeben. Die Dipole werden durch die symmetrische Leitung 4 von der Spitze 3 der Antenne aus eingespeist: Die symmetrische Leitung 4 ist wischen den Dipolen gekreuzt.In Fig. 1 shows a planar logarithmic-periodic structure. The distance between the dipoles 1, 2 to n and the antenna tip 3 is determined by the lengths x1, x2 to x ″, the ratio of the distances being given by the scale factor is determined. The ratio of the length of the dipoles is by the same scale factor given. The dipoles are fed in through the symmetrical line 4 from the tip 3 of the antenna: the symmetrical line 4 is crossed between the dipoles.

In F i g. 2 ist eine weitere ebene logarithmische Antenne dargestellt, deren Dipole jedoch andere Abstände von der Spitze 7 der Antenne aufweisen, als die- in F i g. 1 dargestellte Antenne, und zwar sind die Abstände mit dem Faktor F verkleinert. Demnach sind die Dipole 5, 6 bis n' von der Spitze 7 im Abstand angebracht. Der Maßstabsfaktor ist jedoch der gleiche wie derjenige der Antenne nach F i g. 1, da auch hier wieder ist. Werden die Antenne nach F i g. 1 und die Antenne nach F i g. 2 gleichphasig über die symmetrischen Leitungen 4 bzw. 8 eingespeist und auf der gleichen Achse so angeordnet, daß die beiden Antennenspitzen zusammenfallen, so ergibt die Antenne nach F i g. 2 ein Strahlungsfeld, das gegenüber dem der Antenne nach F i g. 1 um 90° voreilt. Diese Wirkung wird bekanntlich zum Aufbau einer zirkular polarisierten logarithmisch-periodischen Antenne ausgenutzt.In Fig. 2 shows a further planar logarithmic antenna, the dipoles of which, however, have different distances from the tip 7 of the antenna than those in FIG. 1, the distances are reduced by the factor F. Accordingly, the dipoles 5, 6 to n 'are at a distance from the tip 7 appropriate. However, the scale factor is the same as that of the antenna of FIG. 1, there again is. If the antenna according to FIG. 1 and the antenna according to FIG. 2 fed in phase via the symmetrical lines 4 and 8 and arranged on the same axis so that the two antenna tips coincide, the antenna according to FIG. 2 shows a radiation field which, compared to that of the antenna according to FIG. 1 leads by 90 °. As is known, this effect is used to build a circularly polarized logarithmic periodic antenna.

In F i g. 3 ist eine weitere Struktur gezeigt, bei der die bei der Antenne nach F i g. 2 gegenüber der Antenne nach F i g. 1 angewendete Abstandsänderung um den Faktor vi- erneut nunmehr gegenüber der Antenne nach F i g. 2 angewendet ist. Die Dipole sind dort mit 10, 11 und n" bezeichnet. Der Abstand xlo der Spitze 9 der Antenne vom Strahlerelement 10 ist gleich x1 - r. Der Abstand x" des Strahlerelements 11 ist gleich x2 - r USW, Unter Bedingungen, die den bei Erläuterung der Antenne nach F i g. 2 genannten entsprechen, ergibt die Antenne nach F i g. 3 ein Strahlungsfeld, das gegenüber dem der Antenne nach F i g. 1 um zweimal 90° = 180° nacheilt. Ein Vergleich von F i g. 3 mit F i g. 1 zeigt, daß beide Strukturen gleich sind und daß lediglich die Speisung umgepolt ist oder anders ausgedrückt, die Antenne um die Längsachse um 180° gedreht ist.In Fig. FIG. 3 shows another structure in which the antenna of FIG. 2 opposite the antenna according to FIG. 1 applied change in distance by the factor vi again now compared to the antenna according to FIG. 2 is applied. The dipoles are denoted there by 10, 11 and n ". The distance xlo of the tip 9 of the antenna from the radiator element 10 is equal to x1 - r. The distance x" of the radiator element 11 is equal to x2 - r USW, under conditions which the at Explanation of the antenna according to FIG. 2, results in the antenna according to FIG. 3 a radiation field which, compared to that of the antenna according to FIG. 1 lags twice by 90 ° = 180 °. A comparison of FIG. 3 with F i g. 1 shows that both structures are the same and that only the polarity of the feed is reversed or, in other words, the antenna is rotated by 180 ° about the longitudinal axis.

Wird nun eine Antenne 12 der in F i g. 1 gezeigten Art und eine weitere Antenne 13 der in F i g. 2 gezeigten Art, wie in F i g. 4 dargestellt ist, in zwei zueinander senkrechten Ebenen so angeordnet, daß sich ihre Spitzen annähernd in einem Punkt treffen, so strahlen diese Antennen 12 und 13 zusammen ein zirkular polarisiertes Feld ab. Die Speiseleitungen 14 und 15 werden an ihrem Ende 16 und 17 entweder gleichphasig oder mit 180° Phasenunterschied eingespeist. Dadurch wird der Drehsinn der Polarisation umgekehrt. Um die Vorteile einer erdunsymmetrischen Einspeisung über Koaxialkabel 18 und 19 zu ermöglichen, können an den Enden 16 und 17 der symmetrischen Speisespannungsleitungen 14 und 15 in an sich bekannter Weise Symmetrieranordnungen 20 bzw. 21 angebracht sein, wie dies . in F i g. 4 schematisch angedeutet ist.If an antenna 12 of the type shown in FIG. 1 and a further antenna 13 of the type shown in FIG. 2 as shown in FIG. 4 is shown, arranged in two mutually perpendicular planes so that their tips meet approximately at one point, these antennas 12 and 13 together radiate a circularly polarized field. The feed lines 14 and 15 are fed in at their ends 16 and 17 either in phase or with a phase difference of 180 °. This reverses the direction of rotation of the polarization. In order to enable the advantages of an unbalanced feed via coaxial cables 18 and 19, balancing arrangements 20 and 21 can be attached to the ends 16 and 17 of the balanced supply voltage lines 14 and 15 in a manner known per se, such as this. in Fig. 4 is indicated schematically.

Die bisher beschriebenen Anordnungen und Maßnahmen sind bekannt.The arrangements and measures described so far are known.

In F i g. 4 ist weiterhin die erfindungsgemäße Umschaltanordnung gezeigt. Uber die Umschaltrelais 26, 27 und 28 können die Antennen 12 bzw. 13 einmal über den Verteiler 29 gleichphasig und einmal über den breitbandigen Symmetrierübertrager 30 gegenphasig vom Generator 25 gespeist werden. Die Betätigung der drei Relais 26, 27 und 28 hat jeweils eine Drehung der Polarisationsrichtung der Zirkularpolarisation der Antenne zur Folge. Diese Anordnung kann für sehr große Frequenzbereiche ausgelegt werden, da es möglich ist, sowohl einen T-Verteiler 29 durch Verwendung einer Exponentialleitung als auch einen Symmetrierübertrager 30 durch geeignete Dimensionierung und Parallelschaltung hochohmiger Kreise sehr breitbandig zu machen. Die Länge der Zuleitung zu beiden Antennen muß bei einer Frequenz so eingestellt werden, daß die gewünschte Phasenbeziehung an der Speisestelle der Antenne vorhanden ist. Sie bleibt dann über den ganzen Betriebsbereich aufrechterhalten.In Fig. 4, the switchover arrangement according to the invention is also shown. Via the switchover relays 26, 27 and 28 , the antennas 12 and 13 can be fed from the generator 25 once in phase via the distributor 29 and once in phase opposition via the broadband balancing transformer 30. The actuation of the three relays 26, 27 and 28 each results in a rotation of the polarization direction of the circular polarization of the antenna. This arrangement can be designed for very large frequency ranges, since it is possible to make both a T-distributor 29 very broadband by using an exponential line and a balun transformer 30 by suitable dimensioning and parallel connection of high-resistance circuits. The length of the feed line to both antennas must be adjusted at a frequency so that the desired phase relationship is present at the feed point of the antenna. It is then maintained over the entire operating range.

Claims

Claim: Arrangement for switching the direction of rotation of the polarization of a circularly polarized logarithmic-periodic antenna, which consists of two linearly polarized logarithmic-periodic individual antennas arranged in mutually perpendicular planes, each of which has its own feed line that supplies the radiation elements of the single antenna in question and which is at least approximately common tip of the two antenna structures have such differently tapering antenna structures that with in-phase and antiphase feed of the two individual antennas, the radiation of one individual antenna has a phase shift of 90 ° compared to the radiation of the other individual antenna and the means are provided to switch the of rotation of the polarization either to feed the two individual antennas in phase or in phase opposition, characterized gekennz eichne t, that, of the two individual antennas (14, 15) separate supply lines (18 19) are routed away by means of changeover switches (26, 27) either to feed the two individual antennas in phase to the two outputs of a broadband distributor (29) or to feed the two individual antennas in phase opposition to the two outputs of a broadband balancing transformer that carry voltages in opposite phase ( 30) can be placed, and that either the input of the distributor (29) or the input of the balancing transformer (30) can be connected to the input of a transmitter or receiver (25) by means of a further switch (28).