DE1591730A1

DE1591730A1 - Dipole antenna for omnidirectional radiation

Info

Publication number: DE1591730A1
Application number: DE19671591730
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing Bruger
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1967-10-05
Filing date: 1967-10-05
Publication date: 1971-03-04

Description

Dipolantenno für Rundstrahlung Im Kurzwellenöereich benutzt man gerade Dipole als horizontal polarisierte Rundstrahlantennen für kleine Zenitwinkel bzw. große Erhebungewinksl, also für kleine Entfernungen. Für größere Entfernungen und Zenitwinkel sind solche Antennen nicht brauchbar, weil die Feldstärke in der die $Chenkel.enthalteadea Schnittebene zu klein iw Vergleich zu dem Maximum in einer auf den Schenkeln senkrecht stehenden Symmetrieebene des Dipolen ist. Strahlungsdiagramme mit verbesserter Rundheit und ohne des aus- geprägte Minimum in der die Schenkel des gerades Dipolen eatbal# tenden ibene kann man bekanntlich erbal,tea, indem man die beiden Schenkel oder Monopole einen Dipolen so anordnet, daß ihre Achsen einen Winkel von 900 einachlieben. Für horizontale Polarisation sind solche Y-Antennm über irde für Nmessung der ächenkelliingen 1 # %i/4 und 1 s A/2 bekannt, worin %1 die .mittlere Detriebswellenlünge bezeichnet. Aus der Berechnung und Messung der Freiraum=HorixontaJ.diagrauureo für dünne il-Antennen mit einem Verkürzungsfaktor v a 1 und Schenkellängen von . und ist bekannt, daß nur die Dipolantenne reit -Mono- polen ein brauchbares Runddiagramm besitzt, das allerdings noch etwa 3-dB Unterschied zwischen dem größten und kleinsten Feldstärke-. wert aufweist P"Hütte" IV 8; Seite-854, Bild 85 und Bild 86). Der Lrfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aus linearen Monopolen bestehende Dipolantenne anzugeben, deren Strahlungs- diagramm einen geringeren Unterschied zwischen der größten und kleinsten Feldetärkewert aufweist; als dies bei den bisher bekannten V=Antennen.mit einen Winkel von 90° zwischen den Schenkeln erreichbar war. Dem beschrittenen Lösungsweg las die von der Fachwelt biNlier nicht ausgesprochene Annahme zugrunde, daß sich durch die Anwendung eines von 90o abweichenden spitzen Winkels zwischen den beiden Monopolen Strahlunasdiagraero reit verbesserter Rundheit ergeben könnten. Mit dierer Blickrichtung wurde ein Rechenprogramm für die Diagramme solcher Antennen aufgestellt. .Dipole antenna for omnidirectional radiation In the short-wave range , straight dipoles are used as horizontally polarized omnidirectional antennas for small zenith angles or large elevation angles, i.e. for small distances. For larger distances and zenith angles Such antennas cannot be used because the field strength in which the legs contain a sectional plane is too small compared to the maximum in a plane of symmetry of the dipole that is perpendicular to the legs. Radiation diagrams with improved roundness and without the excessive embossed minimum in which the legs of the straight dipole eatbal # As is well known, one can herbal, tea, by tending ibene the two legs or monopoles of a dipole are arranged in such a way that that their axes fall into an angle of 900. For horizontal Polarization are such Y-antenna m over earth for Nm measurement of the ächenkelliingen 1 #% i / 4 and 1 s A / 2 known, where% 1 die .Medium drive shaft length. From the calculation and Measurement of free space = HorixontaJ.diagrauureo for thin il antennas with a shortening factor v a 1 and leg lengths of . and it is known that only the dipole antenna rides -mono- Poland has a usable circular diagram , which, however, still has a difference of about 3 dB between the largest and smallest field strength. value has P "hut" IV 8; Page-854, Fig. 85 and Fig. 86). The invention is based on the object of specifying a dipole antenna consisting of linear monopoles whose radiation diagram shows a smaller difference between the largest and smallest field strength value; than was achievable with the previously known V = antennas with an angle of 90 ° between the legs. The approach taken was based on the assumption, which was not expressed by experts , that the use of an acute angle deviating from 90 ° between the two monopoles of radiation diagrams could result in improved roundness. With this direction of view, a computer program for the diagrams of such antennas was set up. .

Es wurden die Freiraum-Diagramme des ßffektivwertes der Feld- stärke berechnet, worin und in bekannter Weise die -und die -Komponente i # Aainutwink04 Zenitwinkel) bezeichnen. Zur Darstellung der räumlichen Strahlungscharakteristik wurden für horizontal polarisierte V-Antennen verschiedener Abmessungen die Horizontaldiagramme in Relativwerten des Max@.inalwertes für die Zenitwinkel 600 und 90u ermitte?t. Dabei wurde als eine brauchbare Annähe- rung an die wirklichen Verhältnisse sinusförmige Stromverteilung bei einem Verkürzungsfaktor v j. 1 zugrundegelest. (Der Ver- kürzungsfaktor ist das Verhältnis der Wellenlänge des Strahlungsfeldes im freien Raum zur Wellenläage den ßtrones auf der AntenneJ Nach dem Ergebnis wird die zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß der Winkel zwischen den Achsen der Monopole wenigstens ungefähr 60o bis ?00 beträgt. The free space diagrams of the effective value of the field strength were created calculated where and in known way the -and the -Component i # Aainutwink04 Zenith angle) . To illustrate the spatial radiation characteristics , the horizontal diagrams for horizontally polarized V-antennas of various dimensions were given as relative values of the maximum @ .inal value for the zenith angles 600 and 90u determined. A useful approximation to the real conditions was sinusoidal current distribution with a shortening factor v j. 1 is based. (The shortening factor is the ratio of the wavelength of the radiation field in free space to the wave position the trones on the antenna According to the result, the underlying object is achieved in that, according to the invention, the angle between the axes of the monopoles is at least about 60o to? 00.

In einem Ausführungsbeiapiei einer Antenne nach der Erfindung ist bei Verwendung dicker /2-Monopole mit einem Verkürzungsfaktor v von ungefähr 1,35 der Winkel ungefähr gleich 600 gewählt. In einem anderen Ausführungsbeispiel einer Antennen ach der Erfindung ist bei Verwendung dünner /2-Monopole mit eines Verkürzungsfaktor v von ungefähr 1,15 der Winkel ungefähr gleich ?00 gewählt. In one embodiment, an antenna according to the invention is thicker when used / 2 monopoles with a foreshortening factor v of approximately 1.35 the angles approximately equal to 600 chosen. In another embodiment of an antenna according to the invention is thinner when used / 2 monopoles with a shortening factor v of approximately 1.15 of the angles elected approximately equal to? 00.

@i In einer weiteren Ausführungsform einer Antennne nach der Erfindung ist bei Verwendung von /4-Monopolen der Winkel ungefähr gleich 600 gewählt. Eine Weiterbildung der Erfindung führt zu einer Antennenanordnung aus drei Dipolantennen oder Gruppen solcher Antennen mit einer der angegebenen llemeasungen, in welcher die Dipolantennen oder Gruppen solcher Antennen für horizontale Polariaation zwischen Masten oder Türmen aufgehängt Bind, welche auf den Ecken eines horizontalen gleichseitigen Dreiecke errichtet sind. Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Fig. 1 zeigt in den Quadranten I, 1I und III berechnete für die-Zenitwinkel 600 und 90o bzw. (in den Quadranten I und III) auch für dip Zenitwinkel 0o und 30o, jeweils für die neben des Quadranten schematisch angedeutete Dipolantenne mit dun eingetragenen Abmessungen. In dem Quadranten IV sind die entapredhenden Diagramme für eine bekannte Dipolantenne zum Vergleich mit den piagramrren der' Quadranten 1 und 1I gegeben. Fig. 2 stellt den tiruadriß einer Antennenanordnung dar, in welcher drei Dipolantennen nach der Erfindung vereinigt sind.@i In a further embodiment of an antenna according to the invention, when using / 4-monopoles of the angles elected equal to approximately 600. A further development of the invention leads to an antenna arrangement of three dipole antennas or groups of such antennas with one of the specified llemeasungen, in which the dipole antennas or groups of such antennas for horizontal polarization are suspended between masts or towers , which are erected on the corners of a horizontal equilateral triangle . The invention will now be described in more detail with reference to the drawing. Fig. 1 shows in quadrants I, 1I, and III calculated for zenith angle 600 and 90o or registered (in quadrants I and III) and for dip zenith angle 0o and 30o, respectively, for the addition of the quadrant indicated schematically dipole antenna with dun Dimensions. In quadrant IV , the corresponding diagrams for a known dipole antenna are given for comparison with the diagrams of quadrants 1 and 1I . Fig. 2 shows the outline of an antenna arrangement in which three dipole antennas are combined according to the invention .

In Fig. 1 sei zunächst der Quadrant I betrachtet. Zr enthält Rechnunisergebniase für die neben dem Quadranten gezeichnete Dipolantenne aus Monopolen ' und 2 von der elektrischen Länge 0,37 (worin die Wellenlänge im freien Raum ist), deren Achsen einen Winkei. von 600 einschließen. Die Monopole 1 und 2 sind al*o verhältuiumiüig d-cku Ar/2-Monopole mit einem Verkürzungsfaktor v s 1,35. Da die Diagramme einer derartigen Anordnung sowohl symmetrisch zur x-Achse als auch symmetrisch zur y-Achse sind, genügt eng wenn das Diagramm in einem einzigen Quadranten dargestellt wird. Der Quadrant I zeigt nun diesa berechneten Diagramme für die Zenitwinkel 00, IL'ra 300,'a 60o und 900 . Der , Zenitwinkel 0o entspricht der Zenitrichtung selbst, also beschrilnkt.@ sich die Berechnung - de4 ßttektivvertea der Feldstärke hier auf einen einsisen Punkt, den nurehdringungspunkt der Zenitachse mit der den Strahler urgebenden Kugelfläche. Daher besteht für '!@ s 00 keine Abweichung dos berechneten Diagrauses von der Kreixform. Auch für ''«.300 int die Kreisform noch praktisch erhalten. Die turven :für. 'e# .60'D arid # 90o zeigen immer ndch eine wesentlich besnoro:' A@nähoswg.- aa die xreinfosn, alsosie etwa mit der boktnaton V.4atnane mit d@ s _94. p erhalten worden könnte. In Quadranten 1I sind entsprechende Kurvest für die Zenitwinkel 600 und 900 dargestellt, die für eine Dipolantonne mit den Monopolen 3 und 4 berechnet worden sind, welche ebbafalls einen Winkel o(e von 600 einschließen, aber als verhältnismäßig dünne A /Z-Monopole einen Verkürsungsfaktor v # 1.,13 aufweisen und eine elektrische Länge von Q,jr35 basitzerto Die Kurven mit unterbrochener Linie eingezeichnet für und strichpunktiert gezolchnet für -Weisen ebenfalls eine bessere Annäiieruns an das Ideal der Kreisform auf, als diese mit bekannten Anordnungen bisher erreichbar war. Dazu ist zu bemerken,- daß das Rechnungsergebnis gezeigt hat, daß die optimale Annäherung an die Kreisform für eine Anordnung, wie sie neben dem Quadranten Il schematisch angedeutet ist, bei einem Winkel cgoerreicht wird, der ungefähr gleich ?O o gewühlt ist. Der Quadrant III zeigt in analoger Weise berecanete Kurven fLr den Fall einer Dipolantenne aus zwei ?L/k-Monopolen 5 und 6,# deren Achsen einen Winkel. £:g # von 600 einachleßen und deren elektrische Länge zu 0,229 A o bestimmt ist. Der Verkürzungs- faktor v beträgt dann 1,09. Auch für diese Anordnung ergibt zieh eine ersichtliche Verbesserung der Annäherung an das lätbddilklg-om*, wenn rann die* Anordnung mit der bisher bekannten Verwendung von A,/4-Monopolen mit einen Winkel (#.`rön 90o versleicht. Aus den -eitaren berechneten .Diagrauen folgt, 48 ma& >ei weiterer , . Verkleinerung des Offnunsawinkels d. äinsiohtlioh der Umdäeit, noch günstigere Diagramme erhayten k.ano._ Ä1rs-.-iabei, . ihr . . .- Strahlungswiderstand (und damit. Mutsäs@jt dod .eai@dbl@itel zu klein. Die Kahl von ok. = 60o stellt dahar_auoh tsr dtesea ra:l der /l /4-Monopole einen relativ optielalen@tompronU dar. Der Quadrant ?Y der Fig. 1 zeigt zum Vergleich die Kurven einer bekannten Dipolantenne mit den Monopolen 7 und 8 der elektrischen Länge 0,37 und mit einem Verkeirzunssfaktor v e 1:35 , wobei der Winkel gleich 900 gewählt ist. Die Kurven des Quadranten IV können nur mit denen der Quadranten I und Ix verglich en werden, weil sie sich übereinstimmend auf - Monopole bezirehen. Ein Vergleich mit den Kurven des Quadranten III ist -nicht möglich; weil in dam letzteren eine Dipolantenne mit -Monopolen zugrundegelegt ist. First of all, quadrant I is considered in FIG. Zr contains calculation results for the dipole antenna made of monopoles ' and 2 with an electrical length of 0.37, shown next to the quadrant (wherein is the wavelength in free space ) whose axes are at an angle. of 600 include. The monopoles 1 and 2 are al * o proportionally d-cku Ar / 2 monopoles with a shortening factor v s 1.35. Since the Diagrams of such an arrangement both symmetrical to the x-axis and symmetrical to the y-axis, narrow is sufficient if the diagram is presented in a single quadrant. Quadrant I now shows these calculated diagrams for the Zenith angle 00, IL'r a 300, 'a 60o and 900 . The , Zenith angle 0o corresponds to the zenith direction itself, that is limited. @ the calculation - de4 sttektivvertea of the field strength here on a single point, the penetration point of the Zenith axis with the spherical surface giving rise to the radiator. Therefore for '! @ s 00 there is no deviation from the calculated diagrause from the Kreixform. Even for ''".300 int the circular shape is still int practically preserved. The turven : for. 'e # .60'D arid # 90o show always ndch an essentially besnoro: 'A@nähoswg.- aa die xreinfosn, alsosie for example with the boktnaton V.4atnane with d @ s _94. p received could have been. In quadrant 1I there are corresponding curves for the zenith angles 600 and 900 shown for a dipole barrel with the monopolies 3 and 4 have been calculated, which ebbafalls Include an angle o (e of 600, but as proportionate thin A / Z monopoles have a shortening factor v # 1., 13 and an electrical length of Q, jr35 basitzerto The curves in broken lines drawn for and dot-dash counted for - Also show a better approach to the ideal of the circular shape than was previously achievable with known arrangements. It should be noted that the calculation result has shown that the optimal approximation to the circular shape for an arrangement as schematically indicated next to quadrant II is achieved at an angle cgo that is roughly equal to? O o. Quadrant III shows curves fLr calculated in an analogous manner the case of a dipole antenna consisting of two? L / k monopoles 5 and 6, # whose axes make an angle . £: g # of 600 read in and their electrical length is determined to be 0.229 A o. The shortening factor v is then 1.09. For this arrangement , too, there is pull a noticeable improvement in the approach to the lätbddilk lg-om * , if ran the * arrangement with the previously known use of A, / 4 monopoles with an angle (# .`rön 90o. From the -eitaren calculated. Diagram follows, 48 ma &> one more,. Reduction of the opening angle d. äinsiohtlioh the um däeit, even cheaper diagrams could be obtained from k.ano._ Ä1rs -.- iabei,. her . . .- Radiation resistance (and thus. Mutsäs @ jt dod .eai @ dbl @ itel too small. The bald of ok. = 60o represents dahar_auoh tsr dtesea ra: l the / l / 4-monopole represents a relatively optimal @ tompronU. For comparison, the quadrant ? Y in FIG. 1 shows the curves of a known dipole antenna with monopoles 7 and 8 of electrical length 0.37 and a Verkeirzunssfaktor v e 1:35, wherein the angle is selected to be equal 900th The curves of the quadrant IV may only with those of the quadrants I and Ix are en compared because they consistently on - create monopolies. A comparison with the curves of quadrant III is not possible; because in the latter a dipole antenna with -Monopolies is used.

Aus dem Quadranten '& der Fig. 1 ist ersichtlich, daß man mit der angegebenen Bemessung erheblich verbesserte Horizontaldiagramme mit höchstens 1 dB Umrundheit erhält. It can be seen from the quadrant of FIG. 1 that with the specified dimensioning one obtains considerably improved horizontal diagrams with a maximum roundness of 1 dB.

Diese Anordnung stulellt sogar eine gute Anni4herung an den Kugelstrahler dar. Für die neben der Resonanzfrequenz f0 liegenden Frequenzen 0,9 f0 und i,i fo ergeben sich nur unwesentlieh abweichende Diagramme. für die bisher in der Praxis benutzten Dipolantannen für Rand- . . Strahlung mit Monopolen, deren Achsen einen Wipkel von 900 einschlossen, war es bekannt, *in* Antennenanordnung für vier 'verschiedene Frequenzbereiche in hinsichtlich des Aufbaues Wirt- . achaftlicher Weise dadurch zu schaffen, daß ran vier Tragmaste auf den Ecken eines horizontalen Quadrates *orrichtete. An ,jeden der vier Maste konnte mittels Verspannung tän.den Monopolen der benachbarten Maste eine V-Antenne aufgehängt werden. In jedem Fall waren dabei, auch wenn nicht vier Frequenzbereiche benötigt wurden, wenigstens vier Maste erforderlich. Durch die Yerwendung vQn Dipolantennen nach der Erfindung ergibt sieb eine Antennen- anordnung, bei der drei Tragmaate auf der Ecken eines horizgn= talen gleichaeititen Dreiecks errichtet sind. Fig. 2 zeigt schematißch den Grundriß einer solchen Anordnung mit den Masten; 9; 10 und 11, an denen die vipolantennen mit den Monopolen 12, 13 und 14, Ij und 169 17 gehalter. werden. Diese drei Y=Antennen nach der Erfindung reichen für viele zu planende Anlagen Auer um den ganzen Arbeitsfrequenzbereich zu überdecken. Dab:i ergeben die Diagramme der einzelnen Diholantennen hin- sicnt lich ihre: Anniherung an.dan ideale Runddiageamm eine Vcr- baa zwrung gegeniber dem Bekannten- This arrangement even stulellt a good Anni4herung to the spherical radiator. For the adjacent to the resonance frequency f0 frequencies and i 0.9 f0, i fo arise only unwesentlieh different diagrams. for the dipole firs previously used in practice for edge . . Radiation with monopoles whose axes have an oscillation of 900 included, it was known * in * antenna array for four 'Different frequency ranges in terms of the structure of the host . Achaftlich way to create that ran four support masts on the corners of a horizontal square *. To everybody the four masts could be tän. the monopoly of the A V-antenna can be hung up next to the mast. In each Case were there, even if four frequency ranges are not required at least four masts were required. By using vQn dipole antennas according to the invention results in an antenna arrangement in which three Tragmaate on the corners of a horizgn = talen equilibrium triangle. Fig. 2 shows schematißch the plan of such an arrangement with the Masts; 9; 10 and 11, where the vipole antennas with the Monopolies 12, 13 and 14, Ij and 169 17 holders. will. These three Y = antennas according to the invention are sufficient for many to be planned Systems except to cover the entire working frequency range. Dab: i result in the diagrams of the individual Dihol antennas sicntly their: Approaching the ideal round-trip team a baa compulsion towards the acquaintance

Claims

13 atentanapr ü che 1) dipole antenna for omnidirectional include consisting aua linear monopoles, the axes of open acute angle, characterized in that the angle between the axes of lesser ae is approximately 60 to 700. 2) Antenna according to claim 1, characterized in that thicker when used -Monopoles (1, -21 with a shortening factor v of about 1.35 of the angles is chosen to be approximately equal to 600. 3) antenna according to claim 1, characterized in that when using thinner Monopoles (3.4) with a shortening factor Y of approximately 1.15 of the angles approximately equal to 700 is selected . 4) antenna according to claim 1, characterized gekenuzaiohret, dab at Use of , & / 4 -4lonopoles (S, 6) of winkal et. improper is equal to 600 sewähit @ . . . #. #.

5) antenna arrangement of three dipole antennas or groups of such antennas according to one of claims 1 to 3, characterized in that the dipole antennas (12,13; 14,15; 16s1?) Or groups of such antennas for horizontal polarization between masts or towers are suspended, which are erected on the corners 1V: 11) eixioa horizontal equilateral triangle .