DE1516823A1

DE1516823A1 - Richtantennenanordnung fuer kurze elektromagnetische Wellen

Info

Publication number: DE1516823A1
Application number: DE1966S0103394
Authority: DE
Inventors: Laub Dipl-Ing Helmut; Hans Malinowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-04-25
Filing date: 1966-04-25
Publication date: 1969-08-14
Also published as: GB1153253A; NL139421B; FI50377B; SE346053B; JPS4921449B1; CH458455A; BE697548A; AT266924B; DE1516823B2; NL6701995A; SE346053C; FR1520234A; FI50377C

Description

Siemens & Halske München 2, den <iHAPI1966

Aktiengesellschaft V/ittelabacherplatz 2

PA

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Richtantennenanordnung für kurze elektromagnetische

Wellen

Die Erfindung betrifft eine Richtantennenanordnung für kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einer geradzahligen Anzahl von Halbwellendipolen, die nach Art eines Dipolfeldes angeordnet und mit einer gemeinsamen Reflektorwand versehen sind, und bei der die einzelnen Dipole gleichphasig in Parallel-

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speisung von einem gemeinsamen Speisungspunkt aua gespeist sind. i§

Zur Abstrahlung elektromagnetischer Energie in Bereich der kürzeren Meterwellen und der Dezimeterwellen werden häufig Antennen verwendet ι die als sogenannte Dipolantennen ausgebildet sind. Zur Erzielung einer größeren Strahlungsbündclung v/erden dabei mehrere solcher Dipolantennen zu einem Dipolfeld zusammengefaßt und gegebenenfalls mit einer gemeinsamen Reflektorwand versehen, die beispielsweise in Form mehrerer parallel verlaufender Stäbe: oder in Form eines leitenden Bleches ausgebildet sein kann. Bekanntlich wird die Richtcharakteristik derartiger Antennen un so schärfer, und damit dei Gewinn der Antenne um so größer, je größer die Anzahl der zu einem gemeinsamen Dipolfeld zusammengeschalteten Dipole ist. Die Abmessungen der gesamten Richtantennenanordnung liegen dabei etwa in der Größenordnung der zu übertragenden FreiraumwellenlUngen, also beispielsweise in einer Größenordnung die kleiner als etwa die zehnfache Wellenlänge iat. Je nachdem ob die Dipole horizontal oder vertikal ausgerichtet sind, ergibt sich für die abgestrahlte elektromagnetische Welle eine horizontale oder eine vertikale Polarisation. Die Speisung der einzelnen Dipole kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß die von einen Hochfrequenzsender kommende Energie über ein Kabel einem gemeinsamen Speisungspunkt zugeführt wird. An diesen Speisungspunkt können die einzelnen Dipole in Parallelschaltung angeschaltet sein. In diesem Falle muß lediglich dafür gesorgt sein, daß der von den

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einzelnen Dipolen in den gemeinsamen Speisungspunkt transformierte Widerstand mittels eines Anpassunganetzwerkes in den Wellenwiderstand des Zuführungskabels transformiert wird. Als Anpassungsnetzwerke eignen sich hierfür insbesondere als sogenannte Leitungstransformatoren ausgebildete Transformationsschaltungen. Für Richtfunkverbindungen, die mit derartigen Antennen arbeiten, ist es unter anderen wesentlich, daß die horizontale Strahlungscharakteristik der Antenne eine möglichst schmale, scharf ausgeprägte Hauptkeule aufweist. Die Nebenkeulen sollen möglichst schwach ausgebildet sein und darüberhinaus soll die sogenannte RÜckdämpfung möglichst hoch sein, um Empfangsanlagen, die nicht in der Hauptstrahlungsrichtung der Antenne liegen, möglichst wenig zu stören. Dieses Erfordernis gilt gleichermaOen für horizontale und vertikale Polarisation der Antenne. Bekanntlich wird unter der RÜckdämpfung diejenige Dämpfung verstanden, die zwischen 9CPund 270° oder zumindest innerhalb dieses Bereiches der Antennencharakteristik auftritt, wobei die HauptStrahlungsrichtung mit NuIl Grad bezeichnet ist und die in der Hauptstrahlur.gsrichtung maximal auftretende Strahlungsleistung als Eezugswert für die Dämpfung zugrunde gelegt wird. Die bekannten Antennenanordnungen dieser Art bringen jedoch die Schwierigkeit mit sich, daß die vorerwähnten Anforderungen nur schwer erfüllbar sind/Insbesondere sind in allgemeinen die Nebenkeulen zu stark ausgeprägt und auch die RÜckdämpfung ist nicht groß genug.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorerwähnten Schwierigkeiten in verhältnsimäßig einfacher Weise zu begegnen. Insbesondere soll erreicht werden, daß bei einer aus einen Dipolfeld bestehenden Richtantenne die horizontale Strehlur£scharakteristik eine Hauptkeule mit nur geringer Halbwertsbreite aufweist, und daß sich gleichzeitig eine hohe Rückdämpfung bei nur geringen Nebenkeulen ergibt.

Ausgehend von einer Richtantennenanordnung für kurze elektromagnetische Wellen, bestehend aus einer geradzchligen Anzahl von Halbwellendipolen, die nach Art eines Dipolfeldes ange- ₀ ordnet und mit einer gemeinsamen Reflektorwand versehen sir.d, und bei der die einzelnen Dipole gleichphasig in Parallelsfeisung von einem gemeinsamen Sj^isungspunkt aus gespeist sind, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung in der Weise gelost, daß je zwei Dipole zu einer Baueinheit zusammengefaßt und zueinander parallel verlaufend an einen gemeinsamen.Trägerelement befestigt sind, daß die Reflektorwand in der Art eines einseitig offenen Kastenreflektors ausgebildet ist, dessen Seitenwände zumindest angenähert in der Richtung der Trägerelemente liegen, daß das einzelne Trägerelement in Kastenreflektor drehbar angeordnet ist, und daß wenigstens je zwei sich gegenüberliegende Seitenwände des Kastenreflektors mit Stromsperren versehen sind, die in der Art von kurzgeschlossenen λ/4-Leitungen ausgebildet sind, wenn λ die Wellenlänge für eine Frequenz bedeutet, die im mittleren Bereich des von der Antenne abgestrahlten Frequenzbandes liegt.

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Es ist hierbei vorteilhaft, wenn die Stromsperren an den Seitenv.Unden vorgesehen sind, die bei Ausrichtung der Dipole für vertikale Polarisation in senkrecht zu den Dipolen verlaufenden Ebenen liegen.

Eine einfache Abstimmung der als Stromsperren wirkenden λ/4-Ieitungen läßt sich dadurch erzielen, daß die Länge dieser λ/4-leitungen mittels eines Kurzsehlnßschiebers veränderbar ist.

Störungen durch die polarisationsabhängige Kopplung der Dipole lassen sich in einfacher Weise dadurch vermeiden, daß der Käst er. reflektor mittels einer aus elektrisch leitenden Material bestehenden Trennwand zumi läest einmal unterteilt ist.

Zur raschen und einfachen Fixierung der Dipole ist es günstig, renn im Kastenreflektor Raststellen vorgesehen sind, in die die Trägerelemente bei Ausrichtung der Dipole /:ür horizontale oder vertikale Polarisation einrasten.

Um die Antenne vor VTitterungseinflüssen zu schützen, ist es zweckmäßig, wenn die in der Hauptstrahlungsrichtung liegende Seite des Kastenreflektors mittels einer aus dielektrischem Material bestehenden Platte abgedeckt ist.

Anhand eines Ausführungsbeispiele wird nachstehend die Erfindung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

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die Pig,1 achematiech den Aufbau einer Antenne; die Pig.2 einen Querschnitt längs der Schnittlinie A-D

von Pig.1;
die Pig.3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles C von

die Pig.4 eine Draufsicht und eine Seitenansicht der zu einer Baueinheit zusammengefegten Dipole;

die Fig.5 die horizontale Strahlungscharnkteristik einer Antenne für'horizontale und vertikale Polarisation.

Pur die in den Pig.1 bis 3 dargestellte Richtantennenanordnurg sind "beispielsweise acht Halbwellendipole 1 bis 0 verwendet. Dabei sind jeweils die Dipole 1 und 2, 3 und 4, 5 und 6, 7 und 8 zu einer als DipolZweiergruppe ausgebildeten geneinsrnen Baueinheit zusammengefaßt und an einen gemeinsamen Tragerelement 25 befestigt. Das Trügerelement 25 ist in der Art eines Winkelstückes ausgebildet und die jeweils daran "befestigten Dipole verlaufen zueinander parallel. Die einzelnen Baueinheiten sind untereinander gleichartig ausgebildet. Die Trägerelenente 25 sind an ihrer Spitze entlang einer durchgehenden linie in der Rückwand 27 eines Kastenreflektors 9 befestigt. Die Seitenwände des Kastenreflektors verlaufen in der Richtung der Trägerelemente, und ilre Abmessungen sind so gewählt, daß die Dipole 1 bis 8 eingeschlossen werden. Die Trägereleraente cird im Kastenreflektor drehbar /gelagert, so daß die Dipole bei

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Drehung um 90° gegenüber der in der Pig.1 geeeichneten lage für fire vertikale Polarisation ausgerichtet sind. Die zwei eich gegenüberliegenden Seitenwände 28 und 29 des Kastenreflektors sind mit Stromsperren 19 und 20 versehen, die in der Art von kurzgeschlossenen λ/4-Leitungen ausgebildet sind. Hiereu ist zu den Seitenwänden 28 und 29 parallel verlaufend je eine weitere metallische Wand 30 und 31 eingezogen, die über die KurzschluQwände 21 und 22 mit den seitlichen Begrenzungswänden 28 und 29 kurzgeschlossen sind. Die Kurzschlußwände 21 und 22 haben etwa einen Abstand von λ/4 von der vorderen Begrenzungskante des Reflektorkastens. Die Wellenlänge λ bedeutet dabei die Wellenlänge für eine Frequenz, die im mittleren Bereich des von der Antenne abgestrahlten Frequenzbandes liegt. Insbesondere ist es zweckmäßig, diese Stromsperren an denjenigen Seitenwänden vorzusehen, die bei Ausrichtung der Dipole für vertikale Polarisation in senkrecht zu den Dipolen verlaufenden Ebenen liegen. Für die vertikale Polarisation sind nämlich die einzelnen Dipole gegenüber der in der Fig,1 gezeichneten Lage um 90° gedreht. In diesem Fall fließen dann die von den Dipolen im Kastenreflektor angeregten Flächenströme einheitlich in der Richtung oder entgegen der Richtung des Pfeiles C. Wenn die Stromsperren 19 und 20 nicht vorgesehen sind, greifen diese Ströme über die Ränder der Seltenwände 28 und 29 über und tragen zu einer Abstrahlung der Antenne, insbesondere in dem rückwärtigen Raum bei, was eine erhebliche Verringerung der Rückdämpfung zur Folge hat. Dieser Effekt wird durch die Stromsperren 19 und

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weitgehend unterdrückt, da die metallischen Wände" 28 und 30 . ^vnw. 29 und 31 wie kurzgeschlossene λ/4-Leitungen wirken, wodurch an die in Strahlungsfichtung liegende Kante des Kaster.-reflektors der Widerstand Unendlich transformiert wird. Auf diese Weise wird der Stromfluß über die seitlichen Begrenzungcv/ände 28 und 29 hinaus praktisch unterbunden, wodurch sich insbesondere eine größere RückdUmpfung in Antennendiagramm ergibt. Bei Ausrichtung der Dipole für horizontale Polarisation nacht sich dieser Effekt in allgemeinen nicht in dem Umfang störend bemerkbar, wenn die Dipole in einer horizontalen Reihe nebeneinander angeordnet sind, da nämlich nur die den seitlichen Eegrenzungswänden des Kastenreflektors benachbarten Teilabschnitte der Dipole 1 und 2 bzw. 7 und 8 zur Erzeugung der Störstrahlung beitragen. Erforderlichenfalls ist es Jedoch möglich, auch die vertikal verlaufenden seitlichen Begrenzungswände des Kastenreflektors mit Stromsperren zu versehen.

Der Kastenreflektor 9 ist durch eine metallische Trennwand 23 einmal unterteilt, so daß die Teilabschnitte gegeneinander weitgehend entkoppelt sind. Zweckmäßig wird die Unterteilung - wie im Ausführungsbeispiel angedeutet - so vorgenommen, daß sich mechanisch gleiche Teilabschnitte ergeben, wodurch in einfacher Weise beliebig viele Teilabschnitte v/eitgehend rückwirkungsfrei nebeneinander angeordnet werden können. Die Trennwand 23, die sich nahezu über die gesamte Tiefe des Kastenreflektors erstreckt, wie es in der Pig.2 gestrichelt angedeutet ist, ermöglicht so-

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mit die zur Anpassung des Feldes erforderlichen Transformatione- und Kompensationseleinente unabhängig von der' Polarisation des Feldes dimensionieren zu können.

Wie in der Fig.1 angedeutet, sind die einzelnen Baueinheiten etwa im Abstand λ voneinander angeordnet. Zur einfachen Abstimmung der Stromsperren ist es zweckmäßig, die Kurzschlußwände 21 und 22 in der Art von Kurzschlußschiebern auszubilden, wodurch sich die Länge der als Stromsperren wirkenden λ/4-Leitungen 19 und 20 in einfacher Weise verändern läßt. Um die Antenne vor Witterungseinflüssen zu schützen, kann die in Strahlungsrichtung liegende offene Seite des Kastenreflektors mittels einer aus, dielektrischem Material bestehenden Platte 33 abgedeckt werden. Diese Abdeckplatte läßt sich beispielsweise durch Klebung mit den Kastenreflektor verbinden. Durch die drehbare lagerung der Trägerelercente 25 in der Rückwand des Kastenreflektors ist es jederzeit möglich, die einzelnen Dipole entweder für horizontale oder vertikale Polarisation auszurichten. Um eine eindeutige lage der Dipole zu erhalten, ist es zwec-r "ßig, in der Rückwand des Kastenreflektcrs Rast teilen vorzusehen, in die die Trägerelemente einrasten können, so daß auch gleichseitig die Lege der Dipole gekennzeichnet wird. Die Trägerelenente können dann durch eine Gegenmutter in ihrer Lage fixiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Lage der Dipole ohne weiteres der gewünschten Polarisationsrichtung des von der Antenne abgestrahlten Feldes anzupassen, ohne daß

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dabei der gesamte Kastenreflektor gedreht werden müßte, oder daß Eingriffe in den Kastenreflektor selbst erforderlich wären.

In der Fig.3» die eine Ansicht der Antenne in Richtung des Pfeiles C von Fig.1 zeigt, ist noch die elektrische Zusammenschaltung der einzelnen Dipolgruppen dargestellt. Die an den Punkten 10, 11, 12 und 13 durch die Rückwand des Kastenreflektorsdurchstoßenden Trägerelenente sind über vier Kabel 14, 15, 16 und 17 mit einem Vierfachverteiler 18 verbunden. Dieser Vierfachverteiler steht beispielsweise über ein weiteres Kabel mit einem Sender in Verbindung und besteht im wesentlichen aus eir.er Transformationsschaltung, die gegebenenfalls in Form einer Leitungstransformationsschaltung ausgebildet sein kann und die die Anpassung des in den Verteilungspunkt transformierten Widerstandes an den Wellenwiderstand des zum Sender führenden Kabels bewerkstelligt. Wenn das Feld umpolarisiert werden soll, müscen lediglich die koaxialen Anschlußkabel in den Punkten 10, 11, 12 und 13 gelöst werden, danach werden die Dipolgruppen in der bereits beschriebenen Weise gedreht und anschließend die Kabel 14 bis 17 wieder angeschlossen. Das Feld kann somit ohne Demontage und ohne aufwendige Umbauten umpolarisiert werden und gleichzeitig ist es bezüglich der ? larisationsrichtur.gen möglich, mit nur einem Antennentyp auszukommen.

Im einzelnen ist der Aufbau einer zu einer Dipolzweiergruppe zusammengefaßten Baueinheit noch in der Fig.4 dargestellt. Das

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Trägerelement 25 ist als Winkelstück ausgebildet, an dem bei-Ti-ielsweise die Dipole 1 und 2 befestigt sind. Die Speisung der Dipole erfolgt koaxial, wobei das Trägerelenent 25 gleichzeitig als Außenleiter der Koaxialleitungen zu den Dipolen 1 und 2 dient. Der Übergang von der koaxialen Leitung auf die symmetrische Leitung erfolgt in an sich bekannter Weise über eine Schlitzsyismetrierung 35. Zur Realisierung der zugehörigen Leitungsteile ist das Tragerelement geschlitzt und die Einschnitttiefe des Schlitzes hat etwa die Länge λ/4. Die Länge der Dipole sowie ihr gegenseitiger Abstand beträgt etwa λ/2 (vergleiche Fig.4a), und der Abstand der Dipole von der Rückwand des Kastenreflektors beträgt etwa λ/4 (vergleiche Fig.4b).

In der Fig.5 ist noch die horizontale Strahlungscharakteristik einer gemäß der Fig.1 für den Frequenzbereich um 460 MHz realisierten Antenne dargestellt. Auf der Abszisse ist der Azimutwinkel φ zwischen Null und 180° aufgetragen, auf der Ordinate das Verhältnis der Strahlungsleistung zur maximal in der Hauptstrahlungsrichtung erzielten Strahlungsleistung in dB. Die ausgezogen gezeichnete Kurve zeigt die Verhältnisse für vertikale Polarisation, die gestrichelt gezeichnete Kurve zeigt die Verhältnisse für horizontale Polarisation. Für die gesamte Strahlungscharakteristik muß man sich die Kurven spiegelbildlich für den Bereich zwischen Null und -180° fortgesetzt denken. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, ergibt sich bereits ab einem Winkel von + 15° eine Dämpfung von mehr als 13 dB für die Neben-

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keulen. Die Rückdempfung, d.h. also die Dämpfung ab den Azimut-Winkeln von + 90°, ist für "beide Polarisationrichtungen gröOer als 30 dB.

6 Patentansprüche 5 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

(a JRichtantennenanordnung für kurze elektromagnetische VJellen, bestehend aus einer geradzahligen Anzahl von Halbwellendipolen, die nach Art eines Dipolfeldes angeordnet und mit einer gemeinsamen Reflektorwand versehen sind, und bei der die einzelnen Dipole gleichphasig in Parallelspeisung von einem gemeinsamen Speisungspunkt aus gespeist sind, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Dipole zu einer Baueinheit zusammengefaßt und zueinander parallel verlaufend an einen gemeinsamen Trägerelement "befestigt sind, daß die Reflektcrwand in der Art eines einseitig offenen Kastenreflektors ausgebildet ist, dessen Seitenwände zumindest angenähert in der Richtung der Trägerelemente liegen, daß das einzelne Trägerelement ini Kastenreflektor drehbar angeordnet ist, und daß wenigstens je zwei sich gegenüberliegende Seitenwände des Kastenreflektors mit Stromsperren versehen sind, die in der Art von kurzgeschlossenen λ/4-Ieitungen ausgebildet sind, wenn λ die Wellenlänge für eine Frequenz bedeutet, die im mittleren Bereich des von der Antenne abgestrahlten Frequenzbandes liegt.
2. Richtantennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsperren an den Seitenwär.den vorgesehen sind,

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die bei Ausrichtung der Dipole für vertikale Polarisation in senkrecht zu den Dipolen verlaufenden Ebenen liegen.
3. Richtantennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der als Stromsperren wirkenden λ/4-Leitungen mittels eines Kurzschlußschiebers veränderbar ist.
4. Richtantennenanordnung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, P dadurch gekennzeichnet, daß der Kastenreflektor mittels einer aus elektrisch leitendem Material bestehenden Trennwand zumindest einmal unterteilt ist.
5. Richtantennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kastenreflektor Rasistellen vorgesehen sind, in die die Trägerelemente bei Ausrichtung der

Dipole für horizontale oö-er vertikale Polarisation einrasten.

fc $. Richtantennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Hauptstrchlungsrichtung liegende Seite des Kastenreflektors mittels einer aus dielektrischem Material bestehenden Platte abgedeckt ist.

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