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Fernsehantenne mit geschlitztem Zylinder und Reflektor Die Erfindung
betrifft eine Fernsehantenne für Dezimeterwellen mit einem geschlitzten Zylinder
und einem Reflektor.
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Gemäß der Erfindung handelt es sich um eine Antenne für Dezimeterwellen,
die in einem breiten Frequenzband eine größtmögliche Eingangsimpedanz hat und an
eine koaxiale Übertragungsleitung von 50 Ohm Impedanz im gesamten Frequenzband angepaßt
werden kann.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Antenne für Dezi..
rneterwellen mit einem verhältnismäßig wenig veränderlichen Felddiagramm in einem
breiten Frequenzband.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antenne für Dezimeterwellen,
deren Pl)asenmittell)unkt in der llauptstrahlungsrichtung hinter der Antenne liegt.
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Die Antenne gemäß der Erfindung Trat einen Metallzylinder bekannter
Ba gart mit einen) axialen Schlitz und ist mit einem ebenen, senkrecht zum 5<:I)Jitzdurchrnc@sser
angebrachten Reflektor verbunden, wobei der Schlitz gegen dwr Reflektor gerichtet
ist.
Es ist bekannt, daß das Frequenzband, für das eine Schlitzantenne
ohne Reflektor ein für das Fernsehen geeignetes Amplitudenverhältnis der stehenden
Wellen aufweist, d. h. höchstens 1, 2, im allgemeinen
der Arbeitsfrequenz nicht überschreitet. Anderseits steht fest, daß ein mit einer
Primärquelle verbundener Reflektor nicht in der Lage ist, das die Antenne passierende
Durchlaßgebiet zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung zeigt, daß, wenn man die Zylinderantenne
vor einem ebenen Reflektor anordnet, wobei der Schlitz gegen den Reflektor gerichtet
ist, und daß, wenn man die Entfernung zwischen Antenne und dem ebenen Reflektor
in passender Weise wählt, die so eingestellte Antenne ein Durchlaßgebiet von ungefähr
der mittleren Arbeitsfrequenz bei einem Amplitudenverhältnis der stehenden Welle
von maximal 1, 2 aufweist.
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Es ist ebenfalls bekannt, daß sich der Phasenmittelpunkt einer aus
einem Primärelement vor einem ebenen Reflektor bestehenden Antenne im allgemeinen
zwischen diesen beiden Elementen befindet. Die Antenne gemäß der Erfindung hat durch
die Ermittlung der optimalen Abmessungen, die im nachstehenden beschrieben werden
sollen, diese Behauptung widerlegt. Das Phasenzentrum der Antenne liegt etwa 20
cm hinter dem ebenen Reflektor. Diese Eigenschaft ist insbesondere wichtig bei der
Erstellung von Antennen» gruppen, die dazu bestimmt sind, modulierte ebne Diagramme
zu erhalten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform wird ein gleicher Schlitzt. zylinder durch eine
metallische Scheidewand in der Mitte innerhalb der Ein. gangsimpedanz in zwei. Zylinder
mit aufeinander ausgerichteten axialen Schlitzen geteilt. Jeder Schlitz wird in
seiner Mitte durch eine koaxiale Leitung von 1.00 Ohm Impedanz versorgt und diese
beiden Versorgungs. leitengen liegen parallel zu einer koaxialen einzigen Leitung
von 50 Ohm Impedanz in der Ebene der mittleren Scheidewand. Der Schlitzzylinder
wird vor einem ebenen Reflektor angeordnet, der senkrecht zur Durchmesserebene der
Antenne durch den Schlitz hindurchgeht, wobei der Schlitz gegen den lte.. flektor
gerichtet ist und von diesem eine Entfernung von im wesentlichen zwischen 0, 025
/1,.. und 0, 04 #k- hat.
Andere Merkmale betreffen insbesondere
das Vorhandensein von Randleisten an dem axialen Scpitz, die Abmessungen des Zylinders
und des Reflektors und die Gruppierung von Antennen, wie im nachstehenden be. schrieben
werden soll.
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Die Merkmale und Vorteile einer Antenne gemäß der Erfindung werden
im nachstehenden in Verbindung mit der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel
dargestellt ist, beschrieben.
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Fig.1 ist eine perspektivische Gesamtansicht einer Antenne für Dezimeter
wellen gemäß der Erfindung bei abgenommener Schutzhaube; Fig. 2 ist eine perspektivische
Ansicht der gleichen Antenne, diesmal mit Schutzhaube dargestellt; Fig. 3 zeigt
den Zylinder mit einem einzigen axialen Schlitz und die Pladten, die eine variable
Kapazität bilden.
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Figg. 4 und 5 zeigen die Versorgungskabel der Antenne; Fig. 6 zeigt
die Variation der Impedanz der Antenne in Abhängigkeit von der Frequenz und der
EntfelPung des Zylinders von dem Reflektor; Fig. 7 zeigt die Variation der Antennenimpedanz
als Funktion der Frequenz und der Breite der Schlitze; die Figg. 8 und 9 sind horizontale
Strahlungsdiagramme der erfindungsgemäßen Antenne für drei Betriebsfrequenzen und
zwar zwei am Bandende und die dritte in der Mitte des Bandes, sowie das horizontale
Strahlungsdiagramm einer Gruppierung zweier solcher Antennen, die in einem Winkel
von 900 zueinander stehen.
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Fig.10 zeigt Kurven, die die Variation des Phasenfeldes als Funktion
des Azimuts im Verhältnis zum Mittelpunkt der Rotation 0 der Antenne wiedergeben.
Gemäß
Figg. 1 bis 5 besteht die Antenne aus einem Blechzylinder 1, der einen axialen Schlitz
2 aufweist, und einem ebenfalls aus Blech bestehen.. den ebenen Reflektor
3. Der Schlitz 2 befindet sich gegenüber dem Reflektor in einem bestimmten Abstand.
, Dieser Abstand hat eine außerordentliche Bedeutung für die
der Antenne. Die Enden des Zylinders sind durch kurzgeschlossene Metallplatten 4
und 5 geschlossen. Ein weiteres rundes Plättchen 6 bildet eine mittlere KurzschlußwZwischenwand
senkrecht zur Zylinderachse. Der Schlitz 2 erstreckt sich Uber die ganze Länge des
Zylinders und ist an seinen . beiden Enden und in der Mitte durch die Platten4;
5, und 6 kurz geschlossen, die durch Bügel 14, 15 und 16 verstärkt sind. Obschon
nur ein einziger Metallzylinder vorhanden ist, besteht die Antenne bei dem hier
beschriebenen Ausführungsbeispiel aus zwei Schlitz-Zylinder, die Ende an Ende miteinander
verbunden sind. Der Reflektor 3 wird durch parallel zum Zylinder verlaufende Winkeleisen
7 versteift. Der Zylinder ist mittels der Winkelstücke 8 am Reflektor befestigt.
Die Winkelstücke 8 sind an den Endplatten 4 und 5 und an dem Reflektor 3 angeschraubt.
Unter diesen Winkeln können eine oder mehrere Unterlagsscheiben 19 angebracht werden,
um den Abstand zwischen dem Schlitz und dem Reflektor einzustellen. Man wird im
folgenden sehen, daß gerade diese Entfernung besonders wichtig ist. Der ebene Reflektor,
der an Masse gelegt werden kann, ist normalerweise auf einem Mast angebracht. Der
Zylinder wird durch eine Schutzhaube 9 aus Kunststoff gegen Korrosion durch Atmospherilien
geschützt. Die Schutzhaube 9 besteht aus einem durch Glasfasern verstärkten Phasenmaterial..
Die Schutzhaube hat eine Randleiste 10, die durch Schrauben 11 an der Reflektorplatte
3 befestigt ist. Sie ist an ihrem einen Ende mit einer Öffnung
das Leitungskabel versehen.
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An den beiden Rändern des Schlitzes ist das Zylinderblech nach innen
abgekantet und zwar parallel zu der die Zylinderachse enthaltenden Querebene
dergestalt,
daß zwei Randleisten 12 und 13 entstehen und hinter diesen zwei Rinnen 17 und 18,
die zur Aufnahme der koaxialen Speiseleitung dienen.
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Anden Kanten des Schlitzes 2 in der Mitte jedes Elementar-Zylinders,
d. h. im ersten Viertel und im dritten Viertel des der Gesamtlänge des Zylinders
sind verformbare Platten 23, 24 angebracht, deren gegenseitiger Neigungswinkel verstellbar
ist. Die Stromversorgung erfolgt mittels zweier koaxialer Leitungsabschnitte 21,
22 mit einer Wellenimpedanz von 100 Ohms, deren Außenleiter in jedem Zylinder an
der Platte 23 angelötet ist und deren Innenleiter an der Platte 24 angelötet ist.
Diese Leitungsabschnitte verlaufen in einer der Rinnen z: B. 17 und durch die Mittelplatte
6, die zu diesem Zweck eimn Durchlaß 25 hat. Sie sind parallel verbunden mit einem
koaxialen Lei.. tungsabschnitt 26 mit einer Impedanz von 50 Ohm, der in der Rinne
18 verläuft und mit einer koaxialen Steckdose 27 verbunden ist, die ihrerseits an
einem Haltewinkel 28 befestigt ist. Diese koaxiale Steckdose ist vor der Öffnung
20 aa der Haube angebracht.
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Die hauptsächlichsten Merkmale der Antenne, nämlich ihr Stahlungsdiagramm
und ihre Eingangsimpedanz hängen von den Abmessungen der verschiedenen Einzelteile
ab. Im nachstehenden werden Z&hlenwerte für die Einzelteile angegeben, die die
hauptsächlichsten Kennzeichen von Antennen mit Mittelkurzschluß beeinflussen. Sie
ist von dem Anmelder-so ausgelegt wbrden, daß sie in dem Bereich von 470 bis 680
MHz arbeiten, dessen mittlere Frequenz igeometrisches Mittel, 560 MHz ist 53 cml.
Der Einflüß der Abmessungen der Schlitzzylinderantenne auf das Strahlungsdiagramm
und die Eintrittsimpedanz ist an sich bekannt und soll im nachfolgenden noch einmal
kurz ins Gedächtnis zurückgerufen werden.
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1.) Breite des Reflektors; Sie beeinflußt insbesondere das
Diagramm. Der Anmelder hat im Laufe verschiedener Versuche ein günstiges Diagramm
erzielt. Dies wird` erreicht durch eine Breite des Reflektors in der Größenordnung
von 0, 835 @, .
2.1 Durchmesser des Zylinders: Er hat wesentlichen
Einflußauf die Impedanz. Es ist gekannt, daß, je größer dieser Durchmesser ist,
umso weniger variiert die Impedanz in einem breiten Band. Der Anmelder hat eine
mit der Bauhöhe der Vorrichtung verträgliche Abmessung in der Größenordnung von
0, 26 1, ermittelt.
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3.1 Länge des Zylinders: .
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Sie wirkt unmittelbar auf die Impedanz und die Verstärkung. Hinsichtlich
der Impedanz ist die Wirkung der Länge des Zylinders im Verhältnis die gleicne wie
die Höhe des Zylinders über dem `ebenen Reflektor. Als Länge wurde 1, 67 X gewählt.
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4;:1, Breite des Schlitzes: .
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Sie beeinflußt die Impedanz.
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Fig. 7 zeigt die Impedanzkurven für drei Abmessungen des Schlitzes
d. Man kann feststellen, daß für die Breite von 40 mm lKurve 71) die die Impedanz
darstellenden Punkte besser gruppiert bleiben als für die andern Breiten von 17
mm und 26 mm (Kurven 72 und 73). Nach Transformierung der Impedanz durch einen Kondensator
parallel zu den Klemmen des Schlitzes kann man den Mittelwert der Impedanz Jwie
dies die kurve 74 zeigt) auf 100 Ohm bringen. D..e Punkte bleiben gut gruppiert.
Nachdem die beiden Zylinder parallel geschaltet sind, erlaubt der Wert von 100 Ohm
die Erlangung einer Impedanz von 50 Ohrn.
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Wert der Kapazität an den Angriffspunkten: ` Sie wirkt unmittelbar
auf die Impedanz.
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Selbstverständlich beeinflussen die anderen Parameter wie Z. B. die
Schlitzbreite, die Halteorgane des Zylinders, die Haube des Reflektors besonders
durch seine Dichte) ebenfalls -die hauptsächlichsten Charakteristiken.,. Jedoch
ist ihr Einfluß sehr gering im Verhältnis zu den vorgenannten Parametern.
Wie
bereits erwähnt, hängen die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Antenne
im Verhältnis zu Zylinderantennen mit Schlitz ohne Reflektor zu einem großen Teil
von dem Abstand zwischen dem Schlitz und dem Reflektor ab.
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Fig. 6 zeigt den Einfluß des Abstandes h der Mitte des Zylinders von
dem ebenen Reflektor auf die Impedanz. Für einen Abstand h von 9 cm oder 0,
17,X (Kurve 61) bleibt das Verhältnis der stationären Wellen tROS) unterhalb
von 1,19 im Frequenzband von 470 bis 680 MHz, wahrend für die Höhe h s 10
cm Ader 0,19 X iKurve 62) und für h 11 cm oder 0, 21 A Kurve 63)
dieses Verhältnis 1; 4 bzw. 1, 5 in dem gleichen Frequenzband erreicht. Bei h unter
0,17 2- steigt die Streuung der Punkte von neuem an. Die Höhe des Zylinders und
sein Durchmesser wirken ebenfalls .. wenn auch wesentlich schwächer .. auf das Strahlungsdiagramm
ein. Auf jeden Fall bewirkt jegliche Variation eines dieser beiden Parameter eine
Verlagerung des Phasenzentrums der Antenne. Angenommen, der Radius des Zylinders
sei 0,13 X , so ergeben sich die Werte 0,17 >- , 0,19 #X- , 0, 21 X. und entsprechen
den Werten 0, 041. , 0, 06 #L , 0, 08X für den Abstand des-Schlitzes von dem ebenen
Reflektor.
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Der Aasmelder hat auch in dem Bereich 610 bis 870 MHz eine Antenne
gemäß der Erfindung konstruiert mit einer mittleren Frequenz von 740 MHz 40 cm).
Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Werte der Parameter sich von denjenigen der Parameter
der vorbeschriebenen Antenne durch Gleichsetzen ableiten lassen.
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Wie eingangs beschrieben, ha t die Antenne gemäß der Erfindung ein
Phasenzentrum hinter dem Reflektor, was für die Gruppierung der Antennen sehr günstig
ist.
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Die Kurven der Fig. 10 zeigen den Feldverlauf der Phase r als Funktion
des Azimuts B im Verhältriis zu einer Bezugsachse 0 parallel zur Reflektorebene,
die 17 cm 10, 32,1, j hinter der Reflektorebene liegt und . zwar für drei
470 MHz (Kurve 101), 560 MHz lKurve 102), 680 MHz lKurve 103j.
Man
kann feststellen, daß in dem Verwendungsbereich der Antenne die Phase 'e des Feldes
in einem Azimutbereich von 01 800 praktisch kaum variiert. Die Figg. 8 und
9 zeigen beziehungsweise das horizontale StrahlungsA diagramm der Antenne gemäß
Fig. 2 für drei Strahlungsfrequenzen: 470 MHz Kurve 81), 560 MHz Kurve 83),
680 MHz (Kurve 83) und von zwei senkrecht zueinander stehenden Antennen
vom Typ der Fig. 2, deren Strahlungsachsen sich 32, 5 cm hinter den Reflektor schneiden.
Die Breite jedes Reflektors t0, 835 X# 44 cm), gestattet es nicht, die Phasenzentren
der zwei Antennen zusammen fallen zu lassen. Man kann gleichwohl feststellen, daß
das Strahlungsdiagramm der Fig. 9 keinen Rückgang aufweist bei einem Azimut , von
6° und 90° , was damit übereinstimmt, daß die Phasenzentren sich zwischen den Reflektoren
und dem Kreuzungspunkt A befinden.