DE1905330A1

DE1905330A1 - Antenne fuer elektromagnetische Wellen

Info

Publication number: DE1905330A1
Application number: DE19691905330
Authority: DE
Inventors: Boyer Joseph M
Original assignee: BOYER JOSEPH M
Current assignee: BOYER JOSEPH M
Priority date: 1968-02-05
Filing date: 1969-02-04
Publication date: 1969-09-04
Also published as: US3680135A

Description

"Antenne für elektromagnetische Wellen."

Die Erfindung betrifft Antennen zur Abstrahlung und zum Empfang der Energie elektromagnetischer Wellen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Hadio-Antenne von geringer elektrischer Höhe mit einer Mehrzahl von vertikal angeordneten Leiter-Elementen an den Eckpunkten eines Polygons, welche durch eine gleiche Anzahl horizontaler, gefalteter Übertragungsleitungen in Eesonanz gebracht wird, deren jede zu den Leiter-Elementen senkrecht ausgerichtet ist und durch einen einzigen Kondensator abgestimmt wird.

Auch ist es Gegenstand der Erfindung,einen verbesserten räsonierenden, abstimmbaren Antennenstrahler von geringer Höhe aufzuzeigen, der einen hohen Strahlungs-Widerstand aufweist.

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Die Erfindung bringt auch, einen Antennenstrahler von reduzierter Höhe hervor, der eine Eingangs-Impedanz aufweist, der die charakteristische Impedanz standardisierter Speiseleitungen oder die Ausgangs-Impedanz von Radio-Frequenz-Verstärkern direkt anzupassen vermag. .-..-.

Weiterhin ist es Gegenstand der Erfindung, einen Antennenstrahler von reduzierter Höhe zu bringen, der linear polarisierte Wellen ausstrahlt, deren elektrischer Feldsektor zu der kurzen Höhe des Antennenstrahlers parallel, ausgerichtet ist.

Ferner führt die Erfindung zu einem formschönen Antennenstrahler, der sich für die Nachrichten-Installation an Fahrzeugen eignet.

Fig. 1 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt einer leitenden Ebene, wie etwa dem Metalldach eines Fahrzeuges, und eine unsymmetrische Ausgestaltung der Erfindung.

Fig. 2 Ist eine vergrößerte, fragmentarische 'JDeilansicht, ., welche der Linie 2-2 von Fig. 1 entnommen ist und Einzelheiten der Verbindung zwischen Antennen—Kon-i,, struktion und koaxialer Speiseleitung ze igt?. ...

Fig. 3. Ist ein Diagramm, welches die elektrischen Parameter^ der Abstimm—Vorrichtung einer unsymmetrischen , - — (unbalaeed) Übertragungsleitung in der _ß Erfindung . zeigt, die durch die Impedanz eines einzelnen Leiter«· Elementes des Antennenstrahlers dargestellt ist.

Fig. 4· Ist die graphische Darstellung der Änderung des Sealurid Imaginärteils mit Frequenzen der Impedanz, die■-·■ an einer nicht abgeglichenen Abstimm-Vorrichtung de? Viellen-tTbertragungsleitung an dem Ende erscheint,. welches dea durch ein Leiter-Element« der Antenne ausgezeichneten gegenüberliegt» V, , ; :

Fig. 5 Ist die schematische Darstellung der Komponenten der __...... Impedanz am Gren»rator-Ausgang der Abstimm-Vorrichtung; einer nicht abgeglichenen Übertragungsleitung,. _ni ...

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer unsymmetrischen Ausgestaltung der Erfindung, die hier eine andere Möglichkeit der Verbindung zwischen Antennenkonstruktion und koaxialer Speiseleitung zeigt,

Fig. 7 ist ein vergrößerter fragmentarischer Mittelquerschnitt entlang der Linie 13-13 der Fig. 6,

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer unsymmetrischen Ausgestaltung und zeigt eine Möglichkeit der Verbindung mit dem hochohmigen Ausgang eines Radio-Frequenz-Leistungsverstärkers mit einer Röhre, die sich in der Nähe des Antennenauf baus befindet,

Fig. 9 zeigt eine symmetrische Ausgestaltung der Erfindung, welche durch zwei koaxiale Speiseleitungen erregt wird.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 sieht man, daß die Antenne eine Mehrzahl von radial angeordneten, linear leitenden Gliedern 3 aufweist. Die Glieder 3 enden an einem gemeinsamen leitenden Abschlußpunkt im Mittelpunkt eines gedachten Kreises, dessen Uber-Alles-Durchmesser D ist. Die leitenden Glieder 3 befinden sich alle in der Ebene dieses gedachten Kreises. Die anderen Enden eines jeden der radialen, linear leitenden Glieder 3 mit der Gesamtlänge A enden an gleichmäßig entfernten Punkten auf- dem Umfang des gedachten Kreises und bilden eine Vieleckfigur. Jedes dieser Enden eines jeden radialen Gliedes 3 ist mit einem ersten Ende eines leitenden Gliedes 2 innerhalb einer gleichen Mehrzahl derselben, welche die Form eines Kreisabschnittes haben, leitend verbunden. Jedes der kreisabschnittförmigen leitenden Glieder 2 ist entlang des Umfanges des gedachten Kreises ausgerichtet. Das andere Ende jedes dieser Glieder ist mit einem ersten und oberen Ende eines linear leitenden Gliedes 1 innerhalb einer.gleichen Mehrzahl verbunden. Diese leitenden Glieder 1 sind parallel zueinander und alle bezüglich der Ebene, welche die radialen und kreisabschnittförmigen Leiter 3 bzw. 2 enthält, senkrecht ausgerichtet. Das untere Ende eines jeden derartigen Gliedes Λ ist, beispielsweise durch Schweißen, leitend mit einer elektrisch gut

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leitenden Ebene 12 aus Metall verbunden. Die elektrisch leitende Ebene 12 befindet sich, im Abstand einer Höhe H unterhalb jener Ebene, welche die radialen und kreisförmigen Glieder 3 bzw. 2 enthält. Eine Mehrzahl von nicht leitenden Gliedern 4- trägt die linear leitenden· Glieder 3 und hält sie parallel zur elektrisch leitenden Ebene 12. ■

In einem Punkt auf der Ebene 12, welcher in einer Entfernung H unterhalb des erwähnten Verknüpfungspunktes der radial gerichteten Glieder liegt, wird, wie in !ig. 2 gezeigt, von der Seele der Leitung 10, über welche ein Radiosender 11 angeschlossen ist, Energie auf eine Platte eines Hochspannungs-Kondensators 6 ge- * bracht. Der Mantel des Kabels 13 ist mit der elektrisch leiten-■ den Ebene 12 durch eine leitende Halteklammer 9 verbunden. Die äußere Platte des Hochspannungs-Kondensators 6 ist über einen Drahtabschnitt 5 mit der Mitte des Verknüpfungspunktes der radialen Elemente 3 verbunden, was beispielsweise durch Löten erfolgen kann. Der Hochspannungs-Kondensator 6 wird durch einen Isolieraufbau 8 getragen und in einem Abstand von der leitenden Ebene 12 gehalten.

In einem speziellen Beispiel der beschriebenen Erfindung wurden an der Fig. 1 folgende Dimensionen gemessen:

Symbol Definition Dimension

A Radiale Entfernung eines 69,85

Elementes 1 zur Mitte des Verknüpfungspunktes (in cm)

B Bogenlänge des Abstandes

zwischen den Umfangsgliedern 2 (in Grad) 5,0

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Symbol

Definition

Dimension

Länge der Kreisabschnitt s-Elemente 2 ( in cm)

Gesamter Durchmesser der Antenne (in cm)

Gesamte Höhe der Antenne (in cm)

Außendurchme sser der Leiterelemente 1, 2 und 5 (in· cm)

48,76

139,7

6,6

1,27

Nun sei angenommen, daß der Hadiosender 11 auf eine frequenz von 4-5 MHz abgestimmt sei.. Die auf dieser !Frequenz schwingende Energie gelangt a. die-Antenne über das Koaxial-Kabel 11, über die durch die Grundebene 12 und den Kondensator 6 gebildeten' Anschlüsse und über den Verknüpfungspunkt der radia- -len, horizontalen Glieder 3. Die vorerwähnten Verbindungs punkte stellen die Eingangsverbindungen für acht gefaltete Wellen-Übertragungsleitungen dar, welche durch die erhöhten, horizontal ausgerichteten radialen Leiter-Elemente 3,den kreisförmigen Leiterabschnitten 2 und ihrem elektrischen Spiegelbild in der Grundebene 12 gebildet werden. Infolge dieser Verbindung breiten sich die Wellen außen eine Entfernung A weit aus, dann entlang den Kreisabschnitt-Elementen 2 eine Entfernung G weit zu den Punkten am Umfang der Antenne, wo die horizontalen Übertragungs-Leitungen von einer Gesamtlänge A + C in acht linear leitende Elemente 1 von rißdriger Im-.pedanz übergehen, welche senkrecht zur Ebene 11 stehen und leitend mit dieser verbunden sind.
Nun sei auf Fig. 3 Bezug genommen, wo der Einfachheit halber

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nur eine einzelne Wellen-Übertragungsleitung der Gesamtlänge C + A dargestellt ist. Die charakteristische Impedanz Z einer derartigen Wellen-Übertragungsleitung, welche aus einem röhrenförmigen Leiterglied besteht, welche in einer Höhe H parallel zu einer hochleitenden Spiegelebene 12 verläuft, ist bekannt mit:

worin η den natürlichen Logarithmus und die Dielektrizität in der Höhe H, in Luft oder Vakuum, angeben . Wie aus Fig. 3 zu sehen, ist die elektrische Länge O dieser Übertragungsleitung mit der charakteristischen Impedanz Z :

Q r JLL^

und7\ ist die Wellenlänge der Arbeitsfrequenz. Der Fachmann aufctem Gebiet der Antennen-Technik wird bemerken, daß das Leitungselement 1, welches die in der Fig. 3 gezeigte Übertragungs-Leitung mit der elektrischen Gesamtwelle O und der charakteristischen Impedanz Z abschließt, selbst eine Impedanz Zg* Ή-ί + j X (? hat, wobei der komplexe Operator j ■ y^i ist und der Realteil R£ aus zwei Realbestandteilen, nämlich dem Strahlungswiderstand R und dem Ohm' sehen oder Verlust-Y/iderstand IL- besteht. Wählt man im Hinblick auf die Güte das linear leitende Glied 1 aus bestmöglich leitendem Material aus, so wird der Ohm'sche Widerstandsanteil R₁- recht klein. Gemäß der geringen elektrischen Höhe H, welche vorzugsweise klein ist gegen die Betriefos-Wellenlänge /^ , findet man durch Einsetzen in die Gleichung (2), daß der Strahlungswiderstand R_g des Gliedes 1 ebenso klein wird. Schließlich, sofern das linear leitende Glied 1, wie gesagt, in Bezug auf die Wellenlänge 71 klein ist und weit entfernt von elektrischer Resonanz, wird sich auch eine reaktive Impedanzkomponente jX£ darstellen,welche von beachtlicher Größe sein kann.

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Anhand einer in der Fachwelt bekannten Formel findet man den TeilT der elektromagnetischen Energie, welche von einem Abschluß Zf am Ausgang einer Übertragungslinie mit der charakteristischen Impedanz Z mit :

wobei sich für Z^ = Z vollständige Absorption der eintreffenden Energie an der Last ergibt. Weil der Sealteil r£ der Impedanz des linear leitenden Gliedes 1 im Verhältnis zu Z recht klein wird, und der Imaginärteil jX^nur Energie speichern,aber nicht absorbieren kann, wird ein großer Teil der auftreffenden üJnergie durch das leitende Glied 1 reflektiert. Als Folge hiervon wandert die reflektierte Energie zurück entlang der horizontal angeordneten "übertragungsleitung, welche aus den Gliedern und 3 besteht, bildet Interferenz, erreicht eine neue Impedanz Z an dem Konstruktionspunkt, welcher durch die gemeinsame Verknüpfung der radialen Glieder 3 und die leitende Ebene 12 gebildet wird, wie zur besseren Beschreibung in Fig. 3 für einen statt für mehrere leiter gezeigt. Die neue Impedanz Z hat die Größe

Unter Bezugnahme auf die in der Tabelle 1 gegebenen Dimensionen und die Gleichuigen (2), (3) und (4), kann der Fachmann durch Benutzung der G eichung (6) ermitteln, daß bei einer Frequenz von 45 MHz die Impedanz Z₃ ungefähr 0,525 Z_Q + j 9,82 Z_Q Ohm beträgt, Die Fig. 4 zeigt die Änderung der Impedanz Z_ als Funktion der Frequenz für die einzelne Übertragungsleitung der Fig. 3. In Fig. 4 stellt der mit Q bezeichnete Punkt auf der Spiralkurve eine Frequenz von 45 MHz und der mit f 3 bezeichnete eine Frequenz von 270 MHz dar.

Die Fig. 5 zeigt, daß das Koaxial-Kabel 10 und der Kondensator 6, welche in dieser Figur durch das Generator-Symbol G bzw.die

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— σ —

Reaktanz - jX dargestellt sind, mit der Impedanz Z = R^+ OX in Reihe liegen. Aus den Gesetzen über elektrische Reihenkreise ist bekannt, daß die elektrische Resonanz bei gegebener Frequenz auftritt, wenn die Konjugier-Bedingung JX j(? « - jX befriedigt ist. Bei der ecfindungsgemäßen Antenne wird diese Bedingung durch den mechanischen Abgleich des Kondensators 6 erreicht. Wenn diese Bedingung der konjugierten Reaktanz erreicht ist,beträgt die Eingangs-Impedanz Z.^, in welche der Generator G der Fig. 5 über das KoaxLal-Kabel IO Energie liefertrsomit ai"

Im Falle der einzelnen, in Fig. 3 gezeigten horizontal ausgerichteten Übertragungsleitung mit der elektrischen Gesamtlänge A + 0 » 64-,8 Grad und bei der genannten Frequenz von 45 MHz würde die Eingangsimpedanz Z^_n » 0,525 Z + JO werden.

Aus der vorangegangenen Beschreibung wird der Fachmann bemerken, daß am gemeinsamen Verknüpfungspunkt der radialen Glieder 3 in Fig. 1 alle acht Übertragungsleitungen mit der charakteristischen Impedanz Z , welche alle die gleiche elektrische Länge θ haben, parallel geschaltet sind. Als Folge einer derart durchgeführten Verbindung, wie bei der Erfindung angewendet, liegt die Gesamtheit von acht gleichen Widerständen Z parallel zwischen dem Verknüpfungspunkt der radialen Leiter 3 und dem benachbarten Punkt auf der leitenden Ebene 12. Wenn Z. gleich ist mit dem Gesamt-Parallel-Widerstand der Hälfte von diesen acht Widerständen

Z , wird der Endwiderstand Z . so dann
^s st«

^Zt ^Zt

z - H + dx

^zt ^{+ z}t

betragen und der tatsächliche Eingangs-Widerstand Z_±n der Anten nen-Ausgestaltung der Fig. 1 wird somit

^Rst ⁺ ^st - d^Xc * ^Rst

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Wie bekannt, befindet sich das elektrische Spiegelbild eines vertikalen Leiter-Elementes,welches über einer hoch-leitenden Ebene, wie etwa der Ebene 12, betrieben wird und zu dieser lotrecht ausgerichtet ist,zu einem gegebenen Zeitpunkt in der gleichen räumlichen dichtung wie die des Stromes,welcher durch das tatsächliche Leiter-Element selbst fließt. Als Folge hiervon sind die von allen Strahler-Elementen 1 ausgestrahlten Felder in großer Entfernung von der erfindungsgemäßen Antenne alle in Phase und addieren sich. Gleichzeitig werden die durch die Ströme in den horizontal ausgerichteten'Leitern 2 und 5 der Übertragung sieitungen, welche in der Erfindung zur Bildung der elektrischen !Resonanz mit den vertikalen Strahler-Elementen 1 dienen, erzeugten Felder durch die JtawtMXUltit von außer Phase befindlichen oder entgegengesetzt gerichteten Strömen U*,die in die leitende Spiegelebene 12 induziert sind, in größerer Entfernung teilweise oder vollständig ausgelöscht.Weil in Winkeln oberhalb der leitenden Ebene 12 die Strahlungsfelder der entlang den horizontal angeordneten Gliedern 2 fließenden Ströme durch den gegensinnig gerichteten Strom eines zweiten horizontal angeordneten Elementes 2, welches diametrisch dem ersten gegenüberliegt,ausgelöscht werden, ist auch die diametrische Anordnung derselben ein bevorzugtes und zweckmäßiges Merkmal der Erfindun g,Die gesamte elektro-magnetische Funktion der erfindungsgemäßen Antenne dient zur Erzeugung von Strahlungsfeldern außerhalb einer bestimmten Entfernung,deren elektrischer Vektor bezüglich der .leitenden Ebene 12 senkrecht steht und dessen Intensität mit der Entfernung umgekehrt proportional abnimmt. Ebenso soll sie in Form der horizontal ausgerichteten Übertr^ungsleitungen, welche die Funktion der Antennen-Abstimmung auf Resonanz bei der Arbeitsfrequenz haben, eine neue und einzig verlustarme Abstimm-Vorrichtung bringen,während die durch diese horizontal ausgerichteten Übertr^ungsleitungen abgestrahlten Felder sich in der Nähe der Antenne selbst aufheben; durch die Vorkehrung mehrerer Strahler-Elemente,in denen der Strahlungswiderstand des einzelnen zu allen anderen additiv ist, wird eine größere Impedanz-Bandbreite bei hohem Strahlungs-Wirkungsgrad erreicht,als bei herkömmlichen Antennen-Konstruktionen,deren Höhe H die gleiche ist.

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Wenn die Dimensionierung von D 0,20 Wellenlängen nicht übersteigt, zeigt das Horizontal-Diagramm der Antenne im wesentlichen ein All-Kichtungsverhalten und das Vertikal-Diagramm ist dann dem Kosinus des Mrhebungswinkels über der leitenden üibene 12 proportional. Bei Arbeitsfrequenzen, für welche die Dimensionierung von D 0,20 Wellenlängen übersteigt, wurde festgestellt, daß das All-Hichtungs-Azimuth- bzw. Horizontal-Verhalten im wesentlichen beibehalten wiai, nun jedoch schmale, periodische Änderungen der Feldstärke bei Azimuth-Winkeln auf tue ten, welche von geringer praktischer Bedeutung sind, insoweit, als sie die Durchführung von Kadio-Nachrichtenverbindungen nachteilig beeinflussen.

Fig. 4- nun zeigt den wohlbekannten Zusammenhang, daß das Vorzeichen des Imaginär- oder Heaktanzteils jX der Impedanz Z nega- tir wird, sobald die gesamte elektrische Länge Θ der horizontal angeordneten Übertragsungsleitungen 2 und 3 mit der Gesamt-Abmessung A + C bei einer gegebenen Frequenz 90° übersteigt; am Ort des Kondensators 6 würde normalerweise gefordert, daß dieses negative Zeichen des Imaginärteils der Impedanz Z diese Polarität fortsetzt zum Zwecke der Abstimmung der Antenne auf Assonanz über dem Frequenzband, welches die elektrischen Längen im Bereich zwischen 90 bis 180 Grad in den Elementen 2 und 3 erzeugt. Entsprechend dem bekannten Wirkungsgrad-Verlust,welcher rechnerisch und experimentell in den entworfenen Mitteln zur Änderung der Größe der fieaktanz von induktiven Mitteln zum Erreichen rascher Frequenz-Abstimmung unter derartigen Bedingungen auftreten, ist es vorzuziehen, einen derart ausgedehnten Frequenzbereich durch eine modifizierte Ausgestaltung der 8rfindungsgemäßen Antenne abzudecken, welche die kapazitive Abstimvorrichtungö erhält.

Ein Alternativ-Aufbau ist in der modifizierten Ausgestaltung der? Fig. 6 und 7 gezeigt. In einer derart modifizierten Ausgestaltung ist die untere Platte des Kondensators 6 mit der leitenden Ebene 12 leitend verbunden. Die obere Platte des Kondensators 6 ist mit dem gemeinsamen Verknüpfungspunkt der radialen

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Jillemente 3 über einen Draht 5 verbunden. Das Koaxial-Kabel 10, welches Energie von dem Sender 11 liefert, ist an das untere Ende von einem von sechs senkrecht angeordneten Leitern 1 herangeführt; hier ist der leitende Mantel 13 des Koaxial-Kabels über eine leitende Klemmvorrichtung 9 mit der leitenden Ebene 12 verbunden. In Fig. 7 wird das Koaxial-Kabel 10 in das hohle Innere des Leiters 1 durch eine Aussparung in der Wandung diesen Gliedes eingeführt. Diese Aussparung befindet sich am Verbindung^" punkt zwischen dem Leiter und der leitenden Ebene 12. Das Koaxial-Kabel 10 ist scharf angeknickt und dann innerhalb des hohlen Innenraumes eines der Leiter um eine Entfernung X fortgeführt, wonach das Kabel wieder scharf abgebogen ist und durch eine zweite Aussparung aus der Oberfläche des Gliedes hervortritt« An diesem Austrittspunkt ist der leitende Mantel 13 des Koaxial-Kabels mit der Oberfläche des leitenden Gliedes 1 beispielsweise durch Löten verbunden. Der innere Leiter oder die Seele 7 des Koaxial-Kabels 10 läuft einen kurzen Teilabschnitt Q parallel zur leitenden Ebene 12 und zur Oberfläche des LeiterJäLementes 1 senkrecht, was jedoch nicht kritisch ist, sofern dieser Teilabschnitt nicht größer wird als der äußere Durchmesser I des Leiterelementes 1. Der Innenleiter 7 ist dann scharf abgebogen und verläuft weiterhin zur Oberfläche des Leiterelementes 1 parallel und senkrecht zur leitenden Ebene 12, an welcher er schließlich beispielsweise durch Löten leitend befestigt ist.

In dieser alternativen Ausgestaltung der Einspeisung, wie sie ia den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, ist die Verbindung des Kabels mit der Antenne eine Überbrückung anstelle einer Reihenschaltung, Die Seele 7 bildet eine induktive Schleife mit der Breite Q ua&f. der Höhe X. Die äußere leitende Oberfläche des einen Leiterelementes 1 ist gemeinsamer Strompfad dieser Eingangsverbindung.Semit erfolgt der Transport der vom Sender 11 über das Koaxial-1»-. bel gelieferten Energie durch magnetische Induktion. Die Dimension X, welche eine Eingangsimpedanz Ζ·_η * Z hervorbringt,wobei Z die charakteristische Impedanz des Koaxial-Kabels 10 ist, kann äurch eine Versuchsmessung bestimmt werden, wobei man eine Impedanzbrücke oder einen Stehwellen-Indikator benutzt.

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Wo die charakteristische Impedanz des Koaxial-Kabels IO (= Wellenwiderstand) gleich fünfzig Ohm beträgt, ergibt sich die Abmessung X mit dem 0,5 "bis 1,0 fachen der Höhe H des Leiterelementes

1, wobei diese Dimension X eine abhängige Funktion der Abmessung H im Ausdruck der Wellenlänge Tt_-, ist.

Die Fig. 8 illustriert eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antenne, die von der gewöhnlichen Praxis abweicht, den Sender 11 in einigem Abstand vom Antennen-Strahler anzubringen. In Fig. 8 dient die Antennen-Konstruktion sowohl als Wellen-Strahler, sowie auch als .Resonanzkreis für das Sendegerät 11.

In Fig. 8 sind die Anordnung und die Ausrichtung der leitenden Glieder 1,2 und J sowie auch das Abstimmglied 6 wie in der Darstellung der Fig. 6, wobei der Kondensator 6 durch ein Drehmoment abgeglichen wird, welches über eine Welle T von einem Servomotor M aufgebracht wird. Dieser Motor wird mittels elektrischer Signale synchron gedreht, welche über ein mehradriges Kabel 22 herangeführt werden und von einem Servo-Sender M, kommen, welcher sich innerhalb des Sendegerätes 11 befinden. Die Winkeldrehung dieses Servo-Gebers, welcher mit der Welle der Frequenz-Abgleichvorrichtung beispielsweise über ein Getriebe verbunden ist,ge stattet die Nachführung der Frequenzänderung über die Frequenz-Abgleichvorrichtung unter Steuerung der Sendevorrichtung ll.Durdi diese Anordnung ändert sich der Antennen-Abgleich synchron,wenn der Sender 11 durch Frequenz-Abgleich verändert wird, wobei die Beziehung der konjugierten Impedanz JX₀₊. » - JX durch den Fernabgleich des Kondensators 6 erreicht wird. Somit dient die Antenne sowohl als vorteilhafter Strahler mit geringer Höhe als auch als abgestimmter Resonanzkreis der elektronischen Verstärker stufe des Sendegerätes 11.

Die Verstärkerstufe der Sendevorrichtung 11 ist in der Fig. 8 durch das Symbol einer Vakuum-Röhre VT und die typischen zugehörigen Bauelemente dargestellt, wie etwa die Festkondensatoren CL,

0₂, 0,, C^, die Hochfrequenz-Drossel RFO und die Widerstände R₁ und Rg. Die Anodenkreis-Impedanz einer Vakuum-Rohre ist größer

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als die charakteristische Impedanz Z üblicher Koaxial-Kabel. Deswegen befindet sich in der modifizierten Art der 3Fig. 8 ein Anschluß eines festen Kondensators CL an der Anode der Vakuum-Röhre VI« Der Kondensator CL wird so ausgewählt, daß er bei der Arbeitsfrequenz der Sendevorrichtung 11 eine kleine Eeaktanz -jX aufweist und ist so konstruiert ,daß er bei Hochspannung das direkte Strom-Potential des Senders von den leitend·*! Elementen 1, 2 und 3 der Antenne fernhält. Der andere Anschluß des Kondensators G^ ist mittels einer Aussparung durch die leitende Ebene 12 geführt und wird durch einen üblichen Durchführungs-Isolator nicht leitend gehalten. Ein Draht 23 verbindet diese Seite des Kondensators G^ mit der leitenden Halteklammer N. Die Klammer N befindet sich an einem der beiden leitenden Elemente 2.Die leitende Klaner ist in einer Entfernung Q von der Verbindungsstelle zwischen dem Leiterelement 2 und dem senkrecht ausgerichteten Strahler-Element 1 angeordnet.

Wird die kapazitive Abgleich-Vorrichtung 6 derart justiert, daß die vorerwähnte konjugierte Impedanz—Bedingung dX-4." d^_c für die Arbeitsfrequenz des Senders 11 erreicht wird, dann ist der Lastwiderstand Z.. auf welchen die Vakuum-Röhre VO? arbeitet, ein reiner Widerstand. Der Eingangs-Widerstand Z. wird zur Anpassung der Anoden-Impedanz der Vakuum-Röhre Vü.¹ durch die Einstellung der Größe Q absolut gemacht. Das Anwachsen der Entfernung Q erhöht die Große des Realteiles der Impedanz Z. , wodurch jeder beliebige Wert erreicht werden kann.

Die vielen vorausgehend beschriebenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antenne waren alle vom sogenannten asymmetrischen (unbalanced) Typ» bei welchem die leitenden Elemente 1, 2 und 3 gegen ihr elektrisches Spiegelbild in der leitenden Ebene 12 arbeiten.

Die Fig. 9 zeigt eine symmetrische Ausgestaltung der Anttnne, wobei die leitende Ebene 12 durch eine Spiegelbild-Anordnung der Elemente 2a und 3a ersetzt ist. Die leitenden Elemente 2a und 3a sind mit den leitenden Elementen der Spiegelbild-AnordnuDg

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2a und Ja durch, eine gleiche Anzahl von senkrecht ausgerichteten, linear leitenden Gliedern 1 der Gesamtlänge 2H verbunden. In einer derart symmetrischen Antenne beträgt der Abstimm-Kondensator 6 die Hälfte der Größe —jX , die für die asymmetrische Ausgestaltung mit der Gesamthöhe H bestimmt ist. Die Leistungs-Einspeisung der Antennen—Konstruktion von J?ig. 9 erfolgt durch eine symmetrische oder spiegelbildliche Ausgestaltung der in •Fig· 7 gezeigten Art, obwohl alle vorerwähnten Speisearten im symmetrischen Aufbau einer Spiegelbild-Konfiguration benutzt werden können.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche t

Antenne für elektromagnetische Strahlung, gekennzeichnet d urch eine Mehrzahl von Leitern gleicher Länge, die in einer geometrischen Ebene radial ausgerichtet sind, deren erste Enden an einem gemeinsamen Zentralpunkt leitend verbundan sind, deren zweite Enden an Punkten gleicher Winkel-Versetzung auf dem Umfang eines geometrischen Kreises angeordnet sind, eine gleiche Mehrzahl von kreisbogenförmigen Leitern, die auf dem Umfang des geometrischen Kreises liegen, der den genannten gemeinsamen Zentrumspunkt als Ursprung hat, deren erste Enden jeweils mit den zweiten Enden der genannten radialen Leiter verbunden sind, deren zweite Enden von den genannten Punkten gleicher Winkel—Versetzung auf dem Umfang des geometrischen Kreises gleichmäßig entfernt liegen und mit den oberen Enden einer gleichen Anzahl von linearen Leitern gleicher Länge leitend verbunden sind und die bezüglich der genannten geometrischen Ebene senkrecht ausgerichte-fcsind.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundenden der senkrecht ausgerichteten linearen Leiter mit einer leitenden Ebene leitend verbunden sind, welche zu der genannten geometrischen Ebene, die die radialen Leiter enthält, parallel liegt.
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Platte eines Kondensators mit dem gemeinsamen Zentrumspunkt der Verbindungen der radialen Leiter verbunden ist und die zweite Platte des Kondensators ein erster Verbindungspunkt für eine asymmetrische Übertragungs-Lei-" tung ist und ein Punkt auf der leitenden Ebene, der zu dem gemeinsamen Zentrumspunkt konzentrisch liegt, ein zweiter Verbindungspunkt für diese asymmetrische Übertragungsleitung ist.
4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierte Innenleiter einer symmetrischen Koaxial-Übertragungsleitung mit dem ersten Verbindunge-

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punkt und der leitende Mantel dieser Koaxial-Leitung mit dem zweiten Verbindungspunkt verbunden sind.
5· Antenne nach Anspruch 2, dadurch geken n— zeichnet, daß zumindest je einer der radialen Leiter einer der kreisbogenförmigen Leiter und einer der senkrecht ausgerichteten linearen Leiter hohl sind und eine zusammenhängende Eohrleitung für ein koaxiales Übertragungs-Kabel, welches darin angeordnet ist, bilden, daß dieses Koaxial-Übertragungskabel zu der Oberfläche dieses hohlen Gliedes über eine Aussparung in der Wand des einen radialen Leiters am Funkt der gemeinsamen Zentralverbindung herangeführt ist, daß diese Aussparung an der Seite des radialen Leiters und der leitenden Ebene benachbart liegt, daß der leitende Mantel des Koaxial-Kabels dort mit dem Umfang des Hohlraumes leitend verbunden ist und der innere, isolierte Leiter des Kabels senkrecht auf diese leitende Ebene ausgerichtet und mit der ersten Platte eines Kondensators verbunden ist, dessen zweite Platte mit der .leitenden Ebene verbunden ist und das andere Ende des Koaxial-Kabels durch eine Aussparung in der Wand eines der senkrecht ausgerichteten linearen Leiter an einem Punkt austritt, wo dieser mit der leitenden Ebene verbunden ist, und daß der leitende Mantel des Koaxial-Kabels dort mit der leitenden Ebene verbunden ist und dann entlang der Oberfläche der leitenden Ebene zu einer entfernten Sendevorrichtung ausgerichtet ist.
6. Antenne nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Koaxial-Kabels durch eine Öffnung in der leitenden Ebene hindurchtritt, die zu dem Punkt, wo die senkrecht ausgerichteten, linearen Leiter mit der leitenden Ebene zusammentreffen, konzentrisch liegt und daß das Koaxial-Kabel auf der Unterseite der leitenden Ebene zu der entfernten Sendevorrichtung ausgerichtet ist.

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7) Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste Platte eines veränderlichen Kondensators mit dem gemeinsamen Verknüpfungspunkt und die- zweite Platte des Kondensators mit der leitenden Ebene verbunden sind, daß eine Kopplungsvorrichtung zwischen den mechanischen Abgleichmitteln des veränderlichen Kondensators und der Frequenzeinstellung des Sendegerätes synchrone Zustände barwirkt, daß diese Kopplungsvorrichtung so beschaffen ist, daß sie Frequenzgleichlauf zwischen der Einstellvorrichtung und der Sendevorrichtung gewährt, daß die Sendevorrichtung auf der dem Kondensator gegenüberliegenden Seite der leitenden Ebene liegt, der aktive elektrische Anschluß des Senders mit einer Platte eines Durchführungs-Kondensators (plate of a fixed direct current, potential isolating capacitor means) verbunden ist, ftie zweite Platte dieses Kondensators mit einem Draht verbunden ist, der durch eine Aussparung in der leitenden Ebene hindurchtritt und durch einen Isolierkörper konzentrisch in nicht-leitander Anordnung mit der Aussparung gehalten wird und gegenüber der leitenden Ebene senkrecht gehalten wird und durch eine leitende Klemme mit einem der kreisbogenförmigen Elemente verbunden ist, und zwar in einer bestimmten Entfernung von dem Verbindungspunkt von dem kreisbogenförmigen Element und einem der senkrecht ausgerichteten linearen Leiterelemente,
8)Zwei Antennen nach Anspruch 3» dadurch, geke nnzeichnet, daß deren geometrischen Ebenen parallel ausgerichtet sind, daß der Verknüpfungspunkt einer der beiden zu dem Verknüpfungspunkt der anderen konzentrisch liegt, daß der Gesamtdurchmesser einer von ihnen zweimal den gesamten Durchmesser der anderen beträgt, die Gesamthöhe einer der beiden oberhalb der leitenden ü)bene im wesenblichen 1,1 mal die Gesamthöhe der anderen Oberhalb der

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leitenden Ebene beträgt, daß die genannten Kondensatoren mit den zugeordneten Zentral-Verknüpfungspunkten verbunden sind und von der Achse der gemeinsamen Verknüpfungspunkte im wesentlichen zur Vermeidung leitenden Kontaktes versetzt und durch Isolierkörper ausgerichtet sind, daß die Verbindungsglieder zwischen den ersten Platten der Kondensatoren und den konzentrischen gemeinsamen Verknüpfungspunkten liegen und zur Vorbeugung vor einer leitenden Verbindung ummantelt sind, daß die isolierten Innenleiter von Doppe1-Koaxial-Kabeln mit den ersten Verbindungspunkten der Kondensatoren, die leitenden Mäntel der beiden Koaxial-Kabel mit dem zweiten Verbindungspunkt der leitenden Ebene verbunden sind, daß die beiden Koaxial-Kabel in zwei Ausgangsanschlüssen einer koaxialen Schaltvorrichtung auslaufen, daß der einzelne iüingangsanschluß dieser Schaltvorrichtung über ein Koaxial-Kabel mit dem entfernten Sender verbunden ist, und daß eine mechanisch verbundene Einstellung für die unabhängige Fernab Stimmung der beiden Kondensatoren sowie Fernsteuermittel für die koaxiale Schaltvorrichtung vorgesehen sind.
9) Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn aeichn e t , daß der Durchmesser des geometrischen Kreises,der die kreisbogenförmigen Abschnitte begrenzt, zwischen dem 0,009 bis 2,00 fachen der Arbeitswellenlänge der Antenne beträgt.
10) Antenne nach Anspruch 1, dadurch geken'n-

ze i chnet, daß die Länge der senkrecht ausgerichteten linearen Leiter zwischen dem 0,000? bis 0,175 fachen der Arbeitswellenlänge der Antenne beträgt.
11) Antenne zum Senden und Empfangen linear polarisierter Kadiowellen, dadurch, gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von elektrisch kurzen, linear leitenden Antennengliedern gleicher Länge vorgesehen ist, die bezüglich

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einer geometrischen Polygonal-Ebene senkrecht ausgerichtet sind, daß diese geometrische Ebene durch den Mittelpunkt der Länge jener Antennenglieder verläuft, welche an den Ecken dieses Polygons angeordnet sind und deren Enden mit einer gleichen Anzahl von symmetrischen Übertragungsleitungen verbunden sind, die zu der geometrischen Ebene parallel ausgerichtet sind, daß diese symmetrischen Übertragungsleitungen auf dem Umfang geometrischer Kreise ausgerichtet sind, die durch die Enden der linearen Antennenglieder verlaufen und in einem Drehsinn geordnet sind, daß diese kreisförmigen symmetrischen Übertragungsleitungen in vorbestimmten Entfernungen entlang den Umfangen dieser Kreise enden und mit einer gleichen Anzahl von linearen symmetrischen Übertragungsleitungen verbunden sind, die bezüglich dieser Kreise radial ausgerichtet sind, daß diese kreisförmigen und diese linearen symmetrischen Übertragungsieitungen räumlich abseits einer Entfernung angeordnet sind, die gleich der Länge der senkrecht ausgerichteten linearen Antennenglieder ist, daß diese radialen symmetrischen Übertragungsleitungen an zwei Punkten gemeinsamen Zusammentritts am Ursprung der geometrischen Kreise leitend enden und daß die ersten Enden einer symmetrischen Reaktanz mit den beiden Punkten des gemeinsamen Zusammentritts die zweiten Anschlüsse der symmetrischen Reaktanz mit den Leitern einer symmetrischen Zweidraht-Verbindungsleitung von einer entfernten Sendevorrichtung verbunden sind.
12)Antenne nach Anspruch 11,dadurch gekenn zeichn β t, daß auf einer Seite der genannten polygonalen geometrischen Ebene alle leitenden Glieder entfernt sind, daß die geometrische Ebene durch eine leitende Ebene ersetzt ist,die Mittelpunkte der linearen leitenden Antennenglieder auf dieser leitenden Ebene leitend enden, die zweiten Anschlüsse der verbleibenden Hälfte der symmetrischen Reaktanz mit dem isolierten Innenleiter eines Itoaxial-Kabels und der leitende Hantel des Koaxial-Kabels mit dieser leitenden Ebene

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verbunden sind, und daß das Koaxial-Kabel die Antenne mit einer entfernten üadio-Sende- und Empfangsstation verbindet.
13)Antenne zur Abstrahlung linear polarisierter Radiowellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine polygonale Anordnung von mehreren vertikalen, elektrisch kurzen Antennen-üilementen vorgesehen ist, welche auf der Arbeitswellenlänge durch gefaltete horizontale Übertragungsleitungen in elektrische Resonanz gebracht werden, welche jeweils mit den Enden eines solchen Antennen-Elementes verbunden sind, die von gleicher elektrischer Län_T ge und gleicher charakteristischer Impedanz sind und alle in zwei gemeinsamen Anschlüssen am Ursprung der polygonalen Anordnung enden, daß diese beiden Anschlüsse überbrückt sind durch eine Abstimm-Vorrichtung mit einer variablen Reaktanz und daß Verbindungsmittel für die elektrische Keihenschaltung zwischen der Antenne und einem entfernten Sender vorgesehen sind,
14)Antenne nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß diese Verbindungsmittel für parallele elektrische Verbindung zwischen der Antenne und einem entfernten Sendegerät vorgesehen sind.
15)Antenne ,dadurch gekennzeichnet, daß eine polygonale Antennen-Anordnung von mehreren, elektrisch kurzen vertikalen Strahlern gleicher Länge vorgesehen ist , deren jeder durch Verbindung mit dem offenen Anschluß einer von mehreren horizontal ausgerichteten Übertragungsleitungen in elektrische Resonanz gebracht wird, welche von gleicher elektrischer Eigenart sind und welche an einen gemeinsamen Verknüpfungspunkt im Ursprung dieses Polygons geführt sind, wo sie enden, daß dieser gemeinsame Verknüpfungspunkt durch eine gemeinsame Abstimmvorrichtung mit veränderlicher Reaktanz überbrückt

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ist, und daß die Anordnung der elektrisch, kurzen, resonierenden Strahler keine einander aufhebenden Vektorfelder in großen Entfernungen von der Antennenanordnung erzeugt und daß die Anordnung der horizontal ausgerichbeten resonierenden tJbertragungsleitungen ineinander abschwächenden Vektorfeldern in großen Entfernungen von der Antennen-Anordnung resultiert.

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