DE1466207C - Längsgeschlitzte Zylinderantenne für den Fernseh-Rundfunk im mittleren Dezimeterwellenbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine längsgeschlitzte Zylinderantenne für den Fernseh-Rundfunk im mittleren Dezimeterwellenbereich mit einer ebenen leitenden Fläche, die senkrecht zu der durch Zylinderachse und Schlitzmittelachse gelegten Ebene außerhalb und auf der Schlitzseite des Zylinders in einem Abstand vom Schlitz angeordnet ist.

Es ist eine Rohr-Schlitzantenne bekannt, die ein System von kolinearen Schlitzen aufweist, jedoch keine ebene leitende Fläche besitzt (USA.-Patentschrift 2 513 007).

Es ist ein weiteres aus drei längsgeschlitzten Zylinderantennen bestehendes Antennensystem bekannt, bei dem auf beiden Seiten des Schlitzes des mittleren Zylinders ebene leitende Flächen angeordnet sind. Diese Flächen verlaufen jedoch tangential in die Zylinderwand hinein und enden kurz vor den äußeren Zylindern auf der deren Schlitz gegenüberliegenden Seite, d. h., im Bereich vor dem Schlitz ist keine leitende Fläche angeordnet (USA.-Patentschrift 2 611864).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Antenne der eingangs genannten Art zu schaffen, die ihr Richtdiagramm in einem breiten Frequenzband nur geringfügig-ändert. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einer Antenne der eingangs genannten Art der Abstand der leitenden Fläche vom Schlitz 2,5 bis 4% der mittleren Betriebswellenlänge λ beträgt.

Die erfindungsgemäße Antenne weist bei einer Bandbreite von etwa 40% der mittleren Arbeitsfrequenz am Speisepunkt ein Amplitudenverhältnis der stehenden Welle von maximal 1,2 auf.

Ferner liegt bei der erfindungsgemäßen Antenne das Phasenzentrum etwa 20 cm hinter der ebenen leitenden Fläche.

Außerdem kann die erfindungsgemäße Antenne in einem breiten Frequenzband an eine koaxiale Speiseleitung von 50 Ohm Wellenwiderstand angepaßt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Schlitzzylinder durch eine metallische Trennwand in der Mitte in zwei Zylinder mit aufeinander ausgerichteten Längsschlitzen geteilt. Jeder Schlitz wird in seiner Mitte durch eine koaxiale Leitung von 100 Ohm Wellenwiderstand gespeist, und diese beiden Speiseleitungen sind parallel an eine koaxiale Leitung von 50 Ohm Wellenwiderstand geschaltet.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

F i g. 1 zeigt perspektivisch eine erfindungsgemäße Antenne bei abgenommener Schutzhaube;

Fig. 2 zeigt perspektivisch die Antenne nach Fig. 1 mit Schutzhaube;

Fig. 3 zeigt den Zylinder mit einem axialen Schlitz und die Platten, die eine variable Kapazität bilden;

Fig. 4 und 5 zeigen die Speisekabel der Antenne;

F i g. 6 zeigt die Variation der Impedanz der Antenne in Abhängigkeit von der Frequenz und vom Abstand des Zylinders von der ebenen leitenden Fläche;

F i g. 7 zeigt die Änderung der Impedanz der Antenne als Funktion der Frequenz und der Schlitzbreite;

F i g. 8 zeigt das horizontale Strahlungsdiagramm der Antenne für drei Betriebsfrequenzen, zwei am Bandende und die dritte in der Mitte des Bandes; F i g. 9 zeigt das horizontale Strahlungsdiagramm einer Gruppierung von zwei Antennen, die in einem Winkel von 90° zueinander stehen; F i g. 10 zeigt die Änderung der Phase des Strah-· lungsfeldes als Funktion des Azimuts.

F i g. 1 und 2 zeigen die Antenne mit einem Blechzylinder 1, der einen axialen Schlitz 2 aufweist und einer ebenfalls aus Blech bestehenden ebenen leiten den Fläche 3. Der Schlitz 2 befindet sich in einem ίο bestimmten Abstand gegenüber der Fläche 3. Dieser Abstand hat eine große Bedeutung für die Charakteristik der Antenne. Die Enden des Zylinders sind durch kurzgeschlossene Metallplatten 4 und 5 geschlossen. Eine weitere runde Platte 6 bildet eine mittlere Kurzschluß-Zwischenwand senkrecht zur Zylinderachse. Der Schlitz 2 erstreckt sich über die ganze Länge des Zylinders und ist an seinen beiden Enden und in der Mitte durch die Platten 4, 5 und 6 kurzgeschlossen, die durch Bügel 14, 15 und 16 verstärkt sind. Obgleich nur ein einziger Metallzylinder vorhanden ist, besteht die Antenne bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel aus zwei Schlitz-Zylindern, die Ende an Ende miteinander verbunden sind.

Die Fläche 3 wird durch parallel zum Zylinder verlaufende Winkeleisen 7 versteift. Der Zylinder ist durch Winkelstücke 8 an der Fläche 3 befestigt. Die Winkelstücke 8 sind an den Platten 4 und 5 und an der Fläche 3 angeschraubt. Unter den Winkelstücken 8 können eine oder mehrere Unterlagscheiben 19 angeordnet werden, um den Abstand zwischen dem Schlitz und der Fläche 3 einzustellen. Die ebene Fläche 3, die an Masse gelegt werden kann, ist normalerweise auf einem Mast angebracht. Der Zylinder wird durch eine Schutzhaube 9 aus Kunststoff gegen Korrosion geschützt. Die Schutzhaube 9 besteht aus einem durch Glasfasern verstärkten plastischen Material. Sie hat eine Randleiste 10, die durch Schrauben Il an der Fläche 3 befestigt ist. Sie ist ferner an ihrem einen Ende mit einer Öffnung 20 für das Speisekabel versehen.

An den beiden Längsrändern des Schlitzes ist das Zylinderblech nach innen abgekantet, und zwar parallel zu der die Zylinderachse enthaltenden Querebene, so daß zwei Randleisten 12 und 13 entstehen und hinter diesen zwei Rinnen 17 und 18, die zur Aufnahme der koaxialen Speiseleitung dienen.

An den Kanten des Schlitzes 2 in der Mitte jedes Teil-Zylinders, d. h. bei ¹U und bei ³U der Länge des Gesamt-Zylinders sind verformbare Platten 23, 24 angebracht, deren gegenseitiger Neigungswinkel verstellbar ist. Die Speisung erfolgt mittels zweier koaxialer Leitungen 21, 22 mit einer Wellenimpedanz von 100 Ohm, deren Außenleiter in jedem Zylinder an der Platte 23 angelötet ist und deren Innenleiter an der -Platte 24 angelötet ist. Die Leitungen verlaufen durch eine der Rinnen, z. B. 17, und durch die Platte 6, die zu diesem Zweck einen Durchlaß 25 hat. Sie sind parallel an eine koaxiale Leitung 26 mit einer Wellenimpedanz von 50 Ohm angeschaltet, die in der Rinne 18 verläuft und mit einer koaxialen Buchse 27 verbunden ist, die ihrerseits an einem Haltewinkel 28 befestigt ist. Die koaxiale Buchse ist vor der Öffnung 20 der Haube angebracht. Strahlungsdiagramm und Eingangsimpedanz hängen von den Abmessungen verschiedener Einzelteile ab. Nachfolgend werden Zahlenwerte für diese Einzelteile für eine Antenne der beschriebenen Art

angegeben, die so ausgelegt worden ist, daß sie im Bereich von 470 bis 680 MHz arbeitet, dessen mittlere Frequenz (geometrisches Mittel) 560 MHz ist (A = 53 cm). Der Einfluß der Abmessungen der Schlitzzylinderantenne auf das Strahlungsdiagramm und die Eingangsimpedanz ist an sich bekannt und soll nachfolgend noch einmal kurz aufgeführt werden.

1. Breite der ebenen leitenden Fläche:

Sie beeinflußt insbesondere das Diagramm. Durch Versuche wurde ein günstiges Diagramm bei einer Breite der Fläche in der Größenordnung von 0,84 A erreicht.

2. Durchmesser des Zylinders:

Er hat wesentlichen Einfluß auf die Impedanz. Es ist bekannt, daß die Impedanz in einem breiten Band sich um so weniger ändert, je größer dieser Durchmesser ist. Mit Rücksicht auf die Größe der Antenne ist ein Durchmesser in der Größenordnung von 0,26 A günstig.

3. Länge des Zylinders:

Sie wirkt unmittelbar auf die Impedanz und den Antennengewinn. Hinsichtlich der Impedanz ist die Wirkung der Länge des Zylinders die gleiche wie die des Abstandes des Zylinders von der ebenen leitenden Fläche. Als Länge wurde 1,67 A gewählt.

4. Breite des Schlitzes:

Sie beeinflußt die Impedanz.

F i g. 7 zeigt die Impedanzkurven für drei Breiten d des Schlitzes. Man kann feststellen, daß für die Breite von 40 mm (Kurve 71) die die Impedanz darstellenden Punkte besser gruppiert bleiben als für die anderen Breiten von 17 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 auf 100 Ohm bringen (wie dies die Kurve 74 zeigt). Die Punkte bleiben gut gruppiert. Nachdem die beiden Zylinder parallel geschaltet sind, erlaubt der Wert von 100 Ohm die Erlangung einer Impedanz von 50 Ohm.

Wie bereits erwähnt, hängen die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Antenne im Verhältnis zu Zylinderantennen mit Schlitz jedoch ohne ebene Fläche zu einem großen Teil von dem Abstand zwischen dem Schlitz und dieser Fläche ab.

F i g. 6 zeigt den Einfluß des Abstandes h der Mitte des Zylinders von der ebenen leitenden Fläche 3 auf die Impedanz. Für einen Abstand h von 9 cm oder 0,17 λ (Kurve 61) bleibt das Verhältnis der stationären Wellen unterhalb von 1,19 — entsprechend einem Reflexionsfaktor ρ kleiner 0,09 — im Frequenzband von 470 bis 680 MHz, während für den Abstand h = 10 cm oder 0,19 A (Kurve 62) und für h; = 11 cm oder 0,21 A (Kurve 63) dieses Verhältnis 1,4 bzw. 1,5 im gleichen Frequenzband erreicht. Bei h unter 0,17 A steigt die Streuung der Punkte von neuem an. Die Länge des Zylinders und sein Durchmesser wirken ebenfalls — wenn auch wesentlich schwächer — auf das Strahlungsdiagramm ein.

Wie eingangs beschrieben, hat die erfindungsgemäße Antenne ein Phasenzentrum hinter der ebenen leitenden Fläche 3, was für die Gruppierung der Antennen sehr günstig ist.

F i g. 10 zeigt den Feldverlauf der Phase φ als Funktion des Azimuts Θ im Verhältnis zu einer Bezugsachse O, die 17 cm (0,32 A) hinter der Ebene der leitenden Fläche 3 und parallel zu dieser liegt, und zwar für die drei Frequenzwerte 470 MHz

ίο (Kurve 101), 560MHz (Kurve 102) und 680 MHz (Kurve 103). Man kann feststellen, daß die Phase φ des Feldes in einem Azimutbereich von 0 ± 80° praktisch kaum variiert.

F i g. 8 zeigt das horizontale Strahlungsdiagramm der Antenne nach Fig. 2 für drei Frequenzen, nämlich 470 MHz (Kurve 81), 560 MHz (Kurve 83) und 680 MHz (Kurve 83). In F i g. 9 ist das horizontale Strahlungsdiagramm von zwei mit ihren Hauptstrahlungsrichtungen senkrecht zueinander stehenden Antennen nach F i g. 2 dargestellt, deren Strahlungsachsen sich 32,5 cm hinter den leitenden Flächen im Punkte schneiden. Die Breite jeder Fläche (0,84 A = 44 cm) erlaubt es nicht, die Phasenzentren der beiden Antennen zusammen fallen zu lassen.

Trotzdem kann man feststellen, daß das Strahlungsdiagramm der F i g. 9 in einem Azimutbereich von 0 bis 90° keinen wesentlichen Einbruch aufweist, was damit übereinstimmt, daß die Phasenzentren sich zwischen den leitenden Flächen und dem Schnittpunkte befinden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Längsgeschlitzte Zylinderantenne für den Fernseh-Rundfunk im mittleren Dezimeterwellenbereich mit einer ebenen leitenden Fläche, die senkrecht zu der durch Zylinderachse und Schlitzmittelachse gelegten Ebene außerhalb und auf der Schlitzseite des Zylinders in einem Abstand vom Schlitz angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der leitenden Fläche vom Schlitz 2,5 bis 4°/o der mittleren Betriebswellenlänge A beträgt.

2. Anordnung von zwei Antennen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden kolineare Mittelachsen und Schlitze aufweisenden Zylinder durch einen einzigen in seiner Mitte durch eine Querwand unterteilten geschlitzten Zylinder gebildet sind, der einen Durchmesser von ungefähr 0,26 A und eine Länge von ungefähr 1,67 A hat, daß jeder Schlitz in seiner Mitte durch eine koaxiale Leitung (21, 22) gespeist ist und die beiden koaxialen Leitungen parallel an eine koaxiale Hauptspeiseleitung (26) angeschaltet sind, deren Wellenwiderstand halb so groß ist wie der der koaxialen Leitungen.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Fläche (3) eine Länge von mindestens 1,67 λ und eine Breite von ungefähr 0,84 A aufweist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen