DE1516895C3

DE1516895C3 - Antenna made up of several individual radiators

Info

Publication number: DE1516895C3
Application number: DE19661516895
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 1000 Berlin Bruger
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1966-06-23
Filing date: 1966-06-23
Publication date: 1975-09-18
Also published as: SE345767B; DE1516895A1; DE1516895B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Sie läßt sich besonders vorteilhaft bei Fernsehsendeantennen anwenden. Sie bezweckt, solchen Antennen Breitbandeigenschaften zu verleihen, damit nicht für jedes Fernsehband eine getrennte Antenne notwendig wird. Die Erfindung kann sowohl bei gleichphasig gespeisten Richtstrahlantennen als auch bei Rundstrahlantennen zur Verbesserung der Frequenzunabhängigkeit der Strahlungscharakteristik verwendet werden. In bekannten Schaltungen für RundstrahlantennenThe invention relates to an antenna of the type specified in the preamble of claim 1. It can be used particularly advantageously in television transmission antennas. Its purpose is to give such antennas broadband properties so that a separate antenna is not necessary for each television band. The invention can be used both with in-phase fed directional beam antennas and with omnidirectional antennas to improve the frequency independence of the radiation pattern. In known circuits for omnidirectional antennas

ίο wird meist eine Drehfeldspeisung angewendet, weil sich dabei besonders leicht eine Phasenkompensation durchführen läßt. Eine solche Antenne besteht beispielsweise aus mehreren Spalten übereinander angeordneten Einzelstrahlern. Vier solcher Spalten können beispielsweise mit quadratischem Grundriß um einen Mast herum angeordnet sein. In einer horizontalen Etage oder Ebene liegen dann jeweils vier Einzelstrahler, die mit schrittweise um eine Viertelwellenlänge zunehmenden Leitungslängen an einenίο a rotating field supply is mostly used because phase compensation can be carried out particularly easily. Such an antenna exists, for example from several columns one above the other arranged single radiators. There can be four such columns be arranged for example with a square plan around a mast. In a horizontal Then there are four individual radiators on each floor or level, each with a quarter-wave length increasing cable lengths to one

ao gemeinsamen Verteiler angeschlossen sind. Dadurch werden zwei benachbarte Einzelstrahler in einer Etage mit einer Phasendifferenz von 90° bei der Mittenfrequenz des Betriebsfrequenzbereiches gespeist, so daß sich für jeweils eine Etage immer eine Drehfeldspeisung ergibt (Rohde und Schwarz-Mitteilungen Nr. 10, 1958, S. 142, Abb. IO und Nr. 14, 1960, S. 365, Abb. 7). Eine solche Antenne, bei der die Einzelstrahler einer Etage mit gleichen Amplituden gespeist werden, hat bei der Mittenfrequenz ein horizontales Rundstrahldiagramm. Außerhalb der Mittenfrequenz beträgt der Unterschied der Zuleitungslängen zweier benachbarter Einzelstrahler innerhalb einer Etage jedoch nicht mehr genau eine Viertelwellenlänge, so daß sich der Phasenunterschied zweier benachbarter Einzelstrahler innerhalb einer Etage mit der Frequenz ändert. Dadurch entsteht eine frequenzabhängige Verzerrung des horizontalen Rundstrahldiagramms. Solche Verzerrungen kann man teilweise beseitigen, wenn man statt eines Leitungsumweges von einer halben Wellenlänge, der zu einer frequenzabhängigen Phasenverschiebung führt, die Umpolung eines Einzelstrahlers anwendet, die zu einer frequenzunabhängigen Phasendrehung von 180° führt (Telefunkenzeitung, Heft 132, 1961, S. 170, Abb. 15). Abgesehen davon, daß eine vollkommene Frequenzunabhängigkeit des Horizontaldiagrammes dadurch nicht erreicht werden kann, tritt bei zusätzlicher Anwendung einer Phasenkompensation noch eine weitere Störungsquelle auf. Bei Anwendung einer mindestens doppel ten Phasenkompensation können nämlich nicht mehr alle Etagen untereinander gleichgemacht werden. Dadurch kann es geschehen, daß innerhalb einer Spalte umgepolte und nicht umgepolte Einzelstrahler liegen. Bei der Mittenfrequenz haben zwar beide Einzelstrahler die gleiche Phasenlage. Bei Frequenz änderungen ändert sich aber die Phasenlage des nicht umgepolten Einzelstrahlers anders als die des umgepolten, weil dessen Phasenlage den durch die Um polung verursachten, frequenzunabhängigen Phasen teil von 180° enthält. Dadurch werden die Phasendifferenzen der Einzelstrahler innerhalb einer Spalte, die umgepolte und nicht umgepolte Einzelstrahler enthält, gegenüber der Mittenfrequenz geändert. Die Folge ist, daß sich das Vertikaldiagramm stark mit der Frequenz ändert. Hinzu kommt, daß benachbarte Spalten unterschiedlich aufgebaut sind, so daß ihre Vertikaldiagramme'nach Betrag und Phase in ao common distributors are connected. As a result, two adjacent individual radiators on one floor are fed with a phase difference of 90 ° at the center frequency of the operating frequency range, so that there is always a rotating field feed for each floor (Rohde and Schwarz-Mitteilungen No. 10, 1958, p. 142, Fig. IO and No. 14, 1960, p. 365, Fig. 7). Such an antenna, in which the individual radiators on one floor are fed with the same amplitudes, has a horizontal omnidirectional diagram at the center frequency. Outside the center frequency, however, the difference in the lead lengths of two adjacent individual radiators within a floor is no longer exactly a quarter wavelength, so that the phase difference between two adjacent individual radiators within a floor changes with the frequency. This creates a frequency-dependent distortion of the horizontal omnidirectional diagram. Such distortions can be partially eliminated if, instead of a conduction detour of half a wavelength, which leads to a frequency-dependent phase shift, the polarity reversal of an individual radiator is used, which leads to a frequency-independent phase rotation of 180 ° (Telefunkenzeitung, Heft 132, 1961, p. 170 , Fig. 15). Apart from the fact that a complete frequency independence of the horizontal diagram can not be achieved, with the additional application of a phase compensation still another source of interference occurs. If at least double phase compensation is used , it is no longer possible to make all floors equal to one another. As a result , it can happen that reversed and non-reversed individual radiators are located within a column. At the center frequency , both individual radiators have the same phase position. When the frequency changes, however, the phase position of the non-polarized individual radiator changes differently than that of the polarized one because its phase position contains the frequency-independent phase part of 180 ° caused by the polarity reversal. As a result, the phase differences of the individual radiators within a column containing reversed and non-reversed individual radiators are changed compared to the center frequency. The result is that the vertical diagram changes greatly with frequency. In addition, neighboring columns are structured differently, so that their vertical diagrams are in

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unterschiedlicher Weise von dem Diagramm bei der GV verbunden. Für die Einzelstrahler der Spalten a connected different ways from the diagram at the GV . For the individual radiators in columns a

Mittenfrequenz abweichen. Dies führt zu einer be- und b ist ebenso wie für die Spalten c und d eineCenter frequency differ. This leads to a loading and b is just like for columns c and d a

sonders starken. Änderung der Strahlungscharakte- doppelte Phasenkompensation so durchgeführt, daßespecially strong. Change of the radiation character- double phase compensation carried out so that

ristik in Azimutbereichen, in denen sich die Strah- innerhalb der Gruppe'I die arithmetischen Mittel-ristics in azimuth ranges in which the beam within group I is the arithmetic mean

lungsanteile von zwei Spalten überlagern. Insbeson- 5 werte der elektrischen Längen der Leitungen zwi-superimpose management components of two columns. In particular, values of the electrical lengths of the lines between

dere wird die Feldstärke in einigen Minima des Dia- sehen jeweils den Einzelstrahlern E, E' einer Spaltethe other will see the field strength in a few minima of the slide, each of the individual radiators E, E 'of a column

grammes bedeutend erniedrigt, so daß einige Ge- a, b, c oder d und dem Gruppenverteiler GV, vongrammes significantly decreased, so that some Ge a, b, c or d and the group distributor GV, von

biete, die bei der Mittenfrequenz genügend Feld- dem aus sich die Zuleitungen zu allen Einzelstrah-offer that at the center frequency there is enough field from which the feed lines to all individual beam

stärke bekommen, bei anderen Frequenzen unzu- lern E, E' der Gruppe I verzweigen, für alle Spal-get strength, at other frequencies inability to branch E, E ' of group I, for all

reichend versorgt werden. io ten α, b, c oder d ungefähr gleich sind.are adequately supplied. io ten α, b, c or d are approximately the same.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Strahlungs- Der Sinn dieser Anordnung liegt darin, daß nun-It is the object of the invention to

charakteristik einer Antenne der eingangs angegebe- mehr innerhalb jeder Spalte der Mittelwert aus dencharacteristic of an antenna that is specified at the beginning, within each column the mean value of the

nen Art möglichst frequenzunabhängig zu gestalten. Phasenlagen beider Einzelstrahler der Spalte genauto be as frequency-independent as possible. Phase positions of both individual radiators of the column exactly

Diese Aufgabe wird durch die im ersten Anspruch und frequenzunabhängig den in F i g. 1 angegebenenThis task is performed by the in the first claim and independent of the frequency in FIG. 1 specified

gekennzeichnete Erfindung gelöst. Bei einer Ausfüh- 15 relativen Phasenlagen der Spalten entspricht. Dascharacterized invention solved. In an execution 15 relative phase positions of the columns corresponds. That

rungsform einer Antenne nach der Erfindung kann möge folgende Rechnung verdeutlichen, in der / dieApproximate form of an antenna according to the invention may clarify the following calculation, in / the

eine Gruppe zweckmäßigerweise aus der kleinstmög- Frequenz und /_n die Mittenfrequenz bedeuten. Diea group expediently from the smallest possible frequency and / _n mean the center frequency. the

liehen Zahl von Etagen bestehen, die für eine wenig- relative Phasenlage der Spalte b sei (infolge desborrowed number of floors exist, which is for a little relative phase position of column b (due to the

stens doppelte Phasenkompensation nötig ist. Eine ;./4-Umweges bei der Mittenfrequenz):
weitere Ausführungsform einer Antenne nach der aoat least double phase compensation is necessary. A; ./ 4 detour at the center frequency):
further embodiment of an antenna according to the ao

Erfindung kann als drehfeldgespeiste Antenne ver- _ _ η f Invention, as the rotating field fed antenna comparable _ _ η f

wendet werden, deren Einzelstrahler einen quadrati- 2 7~
sehen Querschnitt bildend in oder um einen Mastare used, the individual radiators of which have a square 2 7 ~
see cross section forming in or around a mast

herum angeordnet sind. Dabei läßt sich das Prinzip Die Phasenlage des Einzelstrahlers in Spalte a, are arranged around. The principle of the phase position of the individual radiator in column a,

der Erfindung besonders leicht realisieren, wenn jede as Etage 1 sei:Realize the invention particularly easily if each floor is 1:

Gruppe aus zwei Etagen besteht, und für jeweils vier φ_{α x} — 0,
Einzelstrahler aus zwei benachbarten Spalten einerGroup consists of two floors, and for every four φ _{α x} - 0,
Single radiator from two adjacent columns one

Gruppe doppelte Phasenkompensation angewendet die des darunter in Etage 2 liegenden Einzelstrah-Group double phase compensation applied that of the single beam located below on floor 2

wird. Bei einer Ausführungsform einer Antenne nach lers sei:will. In an embodiment of an antenna according to Lers:

der Erfindung mit dreifacher Phasenkompensation ist 30 f of the invention with triple phase compensation is 30 f

es zweckmäßig, wenn jede Gruppe aus vier Etagen <Pa 2 ⁼ — π— +π it is useful if each group of four floors <Pa 2 ⁼ - π— + π

von Einzelstrahlern besteht. Wenn die Einzelstrahler f° consists of single radiators. If the single radiators f °

einer Ausführungsform einer Antenne nach der Er- _{Der ar{thmetische} Mittelwert der Phasenlagen inan embodiment of an antenna according to the _{The ar {thmetic} mean value of the phase positions in

findung einen sechseckigen Grundriß bildend m oder _{s lte fl fet dann;}
um einen Mast herum angeordnet smd, kann jede 35finding a hexagonal ground plan m or _{s lte fl fet then;}
arranged around a mast, each 35

Gruppe aus drei Etagen bestehen. _ π / π _ π Group consist of three floors. _ π / π _ π

Da es bei Antennen oft nötig ist, eine Nullstellen- ^φ" ~ ~ ~2 ~f~ ~2 ^ψ!> 2
auffüllung vorzunehmen, ist es zweckmäßig, eineSince it is often necessary for antennas to set a zero ^φ "~ ~ ~ 2 ~ f ~ ~ 2 ^ψ!> 2
to make replenishment, it is useful to have a

Ausführungsform einer Antenne nach der Erfindung Damit ist gezeigt, daß sich die mittleren Phasenso auszuführen, daß sie wenigstens aus drei Gruppen 40 lagen der Spalten α und b für alle Frequenzen um besteht. Bei einer Antenne mit nur zwei mit gleicher 90° voneinander unterscheiden, wie es in der Zeich-Amplitude gespeisten Gruppen weist das Vertikal- nung angedeutet ist, wo die relative Phase der diagramm nämlich immer Nullstellen auf. Da bei Spalte α willkürlich = 0 gesetzt worden ist. Der BeAnwendung einer dreifachen Phasenkompensation weis läßt sich ebenso für die relativen Phasen der anjede Gruppe vier Etagen umfaßt, kann man bei einer 45 deren Spalten durchführen.Embodiment of an antenna according to the invention It is thus shown that the middle phases can be carried out in such a way that they consist of at least three groups 40 of the columns α and b for all frequencies. In the case of an antenna with only two groups fed with the same 90 °, as indicated in the drawing amplitude, the vertical axis is indicated, where the relative phase of the diagram namely always has zeros. Since at column α = 0 has been arbitrarily set. The use of a triple phase compensation can also be carried out for the relative phases of the four floors in each group.

Antenne aus acht Etagen nur doppelte Phasenkom- Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Gruppe pensation anwenden, wobei dann jede der vier Grup- II mit zwei Etagen 1' und 2' nach der Erfindung, bei pen aus je zwei Etagen besteht, es sei denn, daß auf der eine doppelte Phasenkompensation angewendet eine NullstellenauffüHung verzichtet werden soll. Zur ist, die nur an den Frequenzbereichsgrenzen wirksam Nullstellenauffüllung oder zur Absenkung der verti- 50 ist, während sie in der Mitte des Frequenzbereiches kalen Hauptstrahlungsrichtung können die Zuleitun- wie eine einfache Phasenkompensation wirkt (DT-AS gen vom Hauptverteiler der gesamten Antenne zu 1218 028). Eine solche, nur an den Frequenzbeden einzelnen Gruppenverteilern verschieden lang reichsgrenzen wirksame, doppelt» Phasenkompenausgeführt werden. sation ergibt sich dadurch, daß die LeitungslängenAntenna from eight floors only double phase com- Fig. 2 shows an embodiment of a group Apply compensation, then each of the four group II with two floors 1 'and 2' according to the invention, at pen consists of two floors each, unless a double phase compensation is applied a listing of zeros should be dispensed with. This is only effective at the frequency range limits Zero padding or to lower the verti- 50 while it is in the middle of the frequency range With the main radiation direction, the supply line can act like a simple phase compensation (DT-AS gen from the main distributor of the entire antenna to 1218 028). Such, only in terms of frequency individual group distributors with different long-range limits effective, double »phase compensation implemented will. sation results from the fact that the line lengths

In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein Ausführungs- 55 von allen betroffenen Verbrauchern zu einem ge-In the drawing, FIG. 1 shows an embodiment 55 of all consumers concerned for a given

beispiel einer Gruppe I einer Antenne nach der Er- meinsamen Verteiler wie bei der sonst üblichenexample of a group I of an antenna after the common distributor as with the usual one

findung gezeigt, wie sie sich für eine vierspaltige, Phasenkompensation gewählt werden, aber alle Zu-finding is shown how they can be chosen for a four-column phase compensation, but all

drehfeldgespeiste Antenne verwenden läßt. Die An- leitungen der Verbraucher unmittelbar (d. h. ohnerotating field fed antenna can be used. The instructions of the consumers directly (i.e. without

tenne soll aus mehreren dieser Gruppen I bestehen. zwischengeschaltete Unterverteiler) von dem genann-tenne should consist of several of these groups I. intermediate sub-distributors) from the named

Jede der gezeigten Etagen 1 und 2 enthält 4 Einzel- 60 ten Verteiler zu den Verbrauchern geführt werden,Each of the floors 1 and 2 shown contains 4 individual distributors that are routed to the consumers,

strahler E, Έ? in den Spalten α bis d, deren Phasen- Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eineremitter E, Έ? in the columns α to d, the phases of which Fig. 3 shows a further embodiment of a

lage in Klammern angegeben ist. Die Kreuze stellen Gruppe III nach der Erfindung, wobei dreifacheposition is given in brackets. The crosses represent group III according to the invention, being threefold

Einzelstrahler E dar, beispielsweise Dipol-Richt- Phasenkompensation an den Frequenzbereichsgren-Individual radiators E represent, for example, dipole directional phase compensation at the frequency range limits

strahlfelder, während die von Kreisen umgebenen zen angewendet wurde und die Gruppe III aus vierray fields, while the zen surrounded by circles was applied and the group III of four

Kreuze umgepolte Einzelstrahler E¹ darstellen. Die 65 Etagen 1", 2", 3", 4" von Einzelstrahlern besteht.Crosses represent polarized single radiators E ¹ . The 65 floors 1 ", 2", 3 ", 4" consists of single radiators.

Einzelstrahler E, E^r sind über Leitungen, die teil- Ausführungsformen von Antennen nach der Erfin-Individual radiators E, E ^r are via lines, the partial embodiments of antennas according to the invention

weise Viertelwellenlängen (>l/4)-Umwege U bei der dung haben gegenüber bekannten Antennenanord-quarter wavelengths (> l / 4) - detours U in the dung have compared to known antenna arrangements

Mittenfrequenz enthalten, mit dem Gruppenverteiler nungen den Vorteil, daß die FrequenzabhängigkeitCenter frequency included, with the group distributions the advantage that the frequency dependence

ihrer Strahlungscharakteristik in einem großen Zenitwinkel-Bereich in der Umgebung der Hauptstrahlungsrichtung der Vertikaldiagramme wesentlich geringer ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die relative Phase zwischen den Einzelstrahlern benachbarter Spalten in allen Gruppen im Mittel für alle Frequenzen konstant bleibt und daß die in einigen Spalten der Antenne auftretende frequenzabhängige Änderung der vertikalen Hauptstrahlungsrichtung der einzelnen Gruppen bei allen Gruppen einer Spalte einheitlich erfolgt, während es bei bisher bekannten Antennen geschehen konnte, daß Teile einer Spalte nach oben und andere Teile nach unten schielten. Dadurch konnten bei einigen Frequenzen und Zenitwinkeln starke Einbrüche in den Horizontaldiagrammen auftreten. Bei Anwendung der Erfindung treten solche Einbrüche nicht auf, jedenfalls nicht in einem weiten Zenitwinkel-Bereich um die Hauptstrahlungsrichtung der Vertikaldiagramme. Der Winkelbereich, in dem die Diagramme der Spalten ungefähr gleich sind, ist dadurch bestimmt, daß der Phasenunterschied der Feldstärkeanteile, die von den beiden äußeren Einzelstrahlern einer Spalte innerhalb einer Gruppe ausgehen, verhältnismäßig klein und jedenfalls kleiner als π ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Gruppen aus möglichst wenigen Etagen bestehen, jedenfalls nicht aus mehr, als für die Phasenkompensation erforderlich ist. Im allgemeinen ist es ausreichend, das Diagramm in diesem Winkelbereich frei von tiefen Einbrüchen zu halten.its radiation pattern in a large zenith angle range in the vicinity of the main radiation direction of the vertical diagrams is significantly lower. This is achieved in that the relative phase between the individual radiators of adjacent columns in all groups remains constant on average for all frequencies and that the frequency-dependent change in the main vertical radiation direction of the individual groups that occurs in some columns of the antenna takes place uniformly in all groups of a column, while it could happen with previously known antennas that parts of a column looked up and other parts looked down. As a result, strong drops in the horizontal diagrams could occur at some frequencies and zenith angles. When using the invention, such notches do not occur, at least not in a wide zenith angle range around the main radiation direction of the vertical diagrams. The angular range in which the diagrams of the columns are approximately the same is determined by the fact that the phase difference of the field strength components emanating from the two outer individual radiators of a column within a group is relatively small and in any case less than π . It is therefore advantageous if the groups consist of as few floors as possible, in any case not more than is necessary for the phase compensation. In general, it is sufficient to keep the diagram free from deep dips in this angle range.

ίο Bei Ausführungsformen von Antennen nach der Erfindung, bei denen eine Nullstellenauffüllung oder eine Absenkung des Vertikalprogramms gefordert ist, kann es zweckmäßig sein, geringe Abweichungen von der Gleichheit der Gruppen hinsichtlich der elektrischen Längen der Leitungen zuzulassen. Abweichungen sind als gering anzusehen, wenn die elektrischen Längen entsprechender Leitungen sich, im Phasenmaß ausgedrückt, um einen Wert unterscheiden, der klein gegenüber π ist Dann bleibt die be-In the case of embodiments of antennas according to the invention in which a zero point filling or a lowering of the vertical program is required, it can be useful to allow slight deviations from the equality of the groups with regard to the electrical lengths of the lines. Deviations are to be regarded as small if the electrical lengths of corresponding lines differ, expressed in phase measure, by a value that is small compared to π.

ao schriebene vorteilhafte Funktion der Erfindung erhalten. ao written advantageous function of the invention obtained.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Antenna made up of several individual radiators, which are arranged in columns next to one another and on top of one another, the individual radiators being interconnected via feed lines and distributors according to the principle of phase compensation, and the antenna being divided into several groups, each of which consists of the same number of there is at least two adjacent floors, and each group is assigned a group distributor, and furthermore all groups are equally and identically aligned with one another with regard to the arrangement of the individual radiators and with regard to the electrical lengths of the supply lines leading directly or indirectly from the group distributors to the individual radiators are, characterized in that in each group (I; II; III) the means (V4 detour lines U) required to achieve the phase compensation are provided in the individual feed lines so that the for each of the columns (a; b; c; d) determinable arithmetically en mean values of the electrical lengths of the supply lines between the individual individual radiators (E, E ') of a column (a; b; c; d) and the group distributor (GV) for all columns (a; b; c; d) are approximately the same.

2. Antenna according to claim 1, characterized in that a group (I; II) consists of the smallest possible number of floors (1, 2 or 1 ', 2') which is necessary for at least double phase compensation.

3. Antenna according to claim 1 or 2, characterized by its use as a rotating field fed Antenna.

4. Antenna according to claim 3, characterized in that the individual radiators are square Are arranged in or around a mast to form a plan.

5. Antenna according to claim 4, characterized in that each group (I; II) consists of two floors (1, 2 or 1 ', 2') and that for four individual radiators (E, £ ") from two adjacent columns (a, b or c, d) of a group (I; II) double phase compensation is applied.

6. Antenna according to claim 4, characterized in that triple phase compensation is used and that each group (III) consists of four floors (V, 2 ", 3", 4 ") of individual beams.

7. Antenna according to claim 3, characterized in that the individual radiators are hexagonal Are arranged in or around a mast to form the ground plan and that each group consists of consists of three floors.

8. Antenna according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of at least three groups (I; II; III) .