DE2026451B2 - Sendeantenne mit mehr als 2 uebereinander angeordneten strahlerebenen - Google Patents

Description

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erfindungsgemäßen Antenne wird die EMK, die in den Ebenen als auch das Vorzeichen der regelmäßi-

jedem beliebigen Strahler von benachbarten Strahlern gen Phasenänderung beim Übergang von Ebene zu

der benachbarten Ebene erregt wird, infolge ihrer Ebene beliebig gewählt werden können. Die Strahlei

Speisung mit um !80° phascnver: chobenen Strömen 19 der mittleren Ebene iö sind am Trägerumtang im

kompensiert. Gleiche Bedingungen für alle Strahler 5 ., , Ψ ~- „.. .,. , ,

gewährleisten ihre gleichen Eingangswiderstände und ^{Abstand VOn} T = ²²'^{5 a}1^uldlstant angeordnet,

damit auch gleiche Verteilung auf einzelne Sirahler Der Abstand zwischen den Ebenen 2 bis 9, 11 bis

der Leistung, die der Antenne zugeführt wird. 18 wird je nach den Anforderungen an die vertikale

Im folgenden wird die Erfindung an Aasführungs- Strahlungscharakteristik der Antenne, dem Durchbeispielen für Fernseh-Sendeantennen mit Rund- und i° messer des Trägers 1 und der Anzahl der Strahler 19 Sektor-Strahlung sowie für FM-UKW-Rundfunk- in den Ebenen gewählt. Der Abstand der mittleren antennen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Ebene 10 von den benachbarten Ebenen 9 und 11

F i g. 1 die Ansicht des mittleren Teils der erfin- kann etwas größer sein.

dungsgemäßen Mehrebenen-Sendeantenne mit Rund- Als Beispiel für eine Antenne mit Sektor-Strah-

Strahlung, 15 lungscharakteristik soll nun eine Antennenkonstruk-

Fig. 2 die gegenseitige Anordnung der Strahler tion mit vier Ebenen 20 ... 23 (Fig. 3) betrachtet

derselben Antenne sowie die Phasenwinkel des die werden, die am zylindrischen Träger 24 mit einem

Strahler speisenden Stromes (Draufsicht der Ebenen), Durchmesser von 1,17 ^₀ angeordnet sind.

F i g. 3 die gegenseitige Anordnung der Strahler Jede Antennenebene umfaßt im gewählten Beispiel

und Phasenwinkel ihres Speisestromes bei der erfin- *° drei (n = 3) aktive Strahler 25, die innerhalb eines

dungsgemäßen Antenne mit einer gerichteten Strah- Sektorwinkels kleiner als 360° äquidistant befestigt

lungscharakteristik (Draufsicht der Ebenen), sind und mit gleichphasigen Strömen gespeist werden.

Fig. 4 die gegenseitige Anordnung der Strahler Im gegebenen Ausführungsbeispiel einer Antenne

und passiver Elemente der erfindungsgemäßen An- beträgt der Sektorwinkel für die äquidistante Anord-

tenne für UKW-FM-Rundfunk (Draufsicht der Ebe- 25 nung der Strahler 25 180°. Der Winkel, um den die

nen), Strahler 25 von der höher liegenden Ebene zur unte-

F i g_ 5 die horizontale Strahlungscharakteristik _{fen Ebene azimuta}, _{yersetzt si be} Ψ _{= 11$a}

einer Ebene der in Fig. 1 und 2 dargestellter: An- ^ö 4

tenne, und die Phasenwinkel der Speiseströme nehmen da-

F i g. 6 eine horizontale Rund-Strahlungscharaktc- 3° bei um 90^c gleichmäßig zu.

ristik der Antenne nach F i g. 1 und 2, Die Antenne mit passiven Elementen in jeder

Fig. 7 eine horizontale Sektor-Strahlungscharak- Ebene wird an einem Ausführungsbeispiel einer

teristik der Antenne nach Fi g. 3, UKW-FM-Rundfunkantenne für den Bereich von 88

Fig. 8 eine horizontale Rund-Strahlungscharakte- bis 108 MHz veranschaulicht,

ristik der Antenne nach Fig. 4. 35 Die Antenne ist an einem zylindrischen Träger 26

Als Beispiel für die Benutzung der erfindungs- (Fig. 4) mit dem Durchmesser von 0,14 X₀ angeord-

gemäßen Antenne für den Fernsehfunk mit Rund- net und umfaßt acht Ebenen 27... 34 mit aktiven

Strahlung wird nachstehend eine Antenne für das Strahlern 35. Jede Ebene enthält η stromgespeiste

Fernsehband III (174 bis 230 MHz) beschrieben. Strahler 35.

Die Antenne ist um einen zylindrischen Träger i 4° Im gewählten Beispiel enthält jede Ebene zwei

(Fig. 1) mit einem Durchmesser von 1,17 /I_n ange- (n = 2) Strahler 35, die in einem Winkelabstsnd von

ordnet (wobei λ_η die Wellenlänge bei der Mitten- ψ = 180° äquidistant angeordnet sind und mit gleich-

frequenz des Arbeitsbereichs bezeichnet) und besteht phasigen Strömen gespeist werden,

aus einer ungeraden Anzahl von Ebenen, nämlich Jede Ebene enthält außerdem in unmittelbarer

siebzehn Ebenen 2 bis 18 (Fig. 2) mit Strahlern 19. 45 Nähe der Strahler 35 und entsprechend ihrer Anzahl

Nötigenfalls kann der Antennenträger als viel- zwei passive Elemente 36, die ebenfalls äquidistant

flächiges Prisma ausgeführt werden. angeordnet sind und eine azimutale Versetzung um

Die Anzahl der Strahler in einer Ebene wird für 45° in bezug auf die Strahler 35 anweisen. Der azi-

jede Antennenausführung auf Grund des \ntennen- mutale Versetzungswinkel der Strahler 35 von einer

trägerumfangs und der an die Welligkeit der Strah- 50 folgenden beträgt -£= 45-, und die Pha-

lungscharakteristik gestellten Forderungen bestimmt. ^b & 4 '

Jede der Antenne.iebenen 2 bis 9 und II bis 18 sen des Speisestromes ändern sich dabei gleichmäßig besteht aus η (im gewählten Ausführungsbeispiel um 90°. Der Versetzungswinkel der passiven Eiert — 4) in bezug auf die Trägeroberfläche radial an- mente 36 bezüglich der aktiven Strahler 35 kann vergeordneten aktiven Strahlern 19, die mit gleichphasi- 55 schieden sein und hängt im allgemeinen vom Durchgen Strömen gespeist werden und am Trägerumfang messer des Trägers 26 ab.

äquidistant befestigt sind. Die Strahler 19 dieser Ebe- Das beschriebene Ausführungsbeispiel bezieht sich

nen sind in azimutaler Richtung bezüglich der Strah- a'<f die Antenne mit Rund-Strahlungscharakteristik.

i.rijc. j «ι- 1 , V τι co Die passiven Elemente können aber nötigenfalls in

ler der folgenden Ebene um den W.nke!_T = 22,5° _{6o den} £_{benen yon Antennen mit} Sektor-Strahlung ein-

versetzt, wobei der Winkel v' zwischen benachbarten gebaut werden.

Strahlern einer Ebene im gegebenen Fall gleich 90° Bei der Beschreibung der Wirkungsweise der geist. Die Phasenwinkel der Speiseströme für die Strah- maß der Erfindung aufgebauten Antenne, die in ler 19 nehmen regelmäßig von der Ebene 2 zur Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wird die Strahlungs-Ebene 3, von der Ebene 3 zur Ebene 4 us.w. um 65 charakteristik einer Ebene zur Betrachtung heran-90° ab. gezogen.

Es ist darauf hinzuweisen, daß sowohl die Rieh- Jede beliebige Antennenebene, außer der mittleren

tung der regelmäßigen Versetzung von Strahlern in Ebene, bildet eine mehrzipfelige Strahlunescharakte-

ristik mit 2 /ι Zipfeln, die durch die Funktion F gleiche Form, ist aber wegen der azimutalen Ver-

(?) — CQSH(J beschrieben werden kann, wobei </ den setzung ihrer Strahler 25 um den Winkel von 45^C

Winkel in der azimutalen Ebene bedeutet. Bei einer azimutal verschoben. Die Summierung der Feldei

Antenne, die in den Ebenen 2 ... 9 und 11 ... 18 beider Ebenenpaare 20, 21 und 22, 23, die azimutal

(Fig. 2) vier Strahler 19 hat, weist die Strahlungs- 5 um 45^r versetzt sind, ergibt ein Sektor-Diagramm 39

Charakteristik einer Ebene die in Fig. 5 gezeigte (Fig. 7) mit einem Versorgungssektor, der etwas

Form auf. mehr als 180 umfaßt.

Die Versetzung der Strahler 19 der benachbarten Die bei der Mittenfrequenz des Bandes aufgenom-

_r, , .... . , Ψ ~~ co ι .α ni mene Strahlungscharakteristik 39 dieser Antenne

Ebene um den Winkel -τ- = 22,5 kommt der Dek- . , . ., ^b , ... ... . .

4 ' ίο weist im Versorgungssektor eine Welligkeit von untei

kung der Nullstellen und Maxima der Strahlungs- ±1,5 dB und im Frequenzband ±0,15 fo von untei

Charakteristiken gleich, und im Zusammenhang mit ±1,5 dB auf.

der Phasenverschiebung des Speisestromes um 90° Das Prinzip der Bildung einer Rund-Strahlungs-

führt dies zur Bildung einer Rund-Strahlungscharak- charakteristik der Antenne nach Fig. 4 mit den

teristik dieser Ebene. ¹S stromgespeisten Strahlern 35 und den passiven EIe-

Die bei der Mittenfrequenz des Bandes gemessene menten 36 ist ähnlich dem beschriebenen Prinzip zui

Strahlungscharakteristik 38 (F i g. 6) der Ebenen 3, Bildung der Strahlungscharakteristik der in F i g. 1

4, 5, 6 der in Fig. 2 dargestellten Antenne hat eine und 2 abgebildeten Antenne.

Welligkeit von ± 1,2 dB. Im Fernsehband III Der Einbau der äquidistant angeordneten passiven

(±0,14 fo) liegt die Welligkcit der Strahlungscharak- 20 Elemente 36 in unmittelbarer Nähe der stromgespei-

teristik unter ± 1,8 dB. sten Strahler 35 führt zur Beseitigung der Strahlungs-

Die Bildung einer Rund-Strahlungscharakteristik nullstellen in der Charakteristik 37 einer Ebene. In der mittleren Ebene 10 kann auf ähnliche Weise er- diesem Fall werden die Strr.hlungsspitzen in dei folgen. Die zu dieser Ebene gehörenden Strahler 19 Strahlungscharakteristik der Ebenen 27, 29, 31 und mit Speisetrcrriphsscn 0 und 180° bilden in ihrer *5 33 nicht mit den Nulipurikien, sondern mit Minimum-Form und ihren Phasen identische Strahlungscharak- pegeln in der Strahlungscharakteristik der Ebenen teristiken, die sich mit der Funktion F (ψ) = cosnq 28, 30, 32 und 34 zur Deckung gebracht. Die gebeschreiben lassen. meinsame Strahlungscharakteristik eines beliebigen

Die Strahlungscharakteristik der mit den Speise- Ebenenpaares, bei dem sich die Speisestromphasen

Stromphasen 90 und 270° gespeisten Strahler 19 ist 30 um 90° unterscheiden, weist eine geringe Welligkeil

g
im Raum um den Winkel -J- = 22,5= versetzt. Durch ™<* ^^^ ^{kMmn A}"^{Zahl VOn Strahlerr}

die Phasenversetzung um 90° bei den Feldern, die Die Summierung weiterer Strahlungsfelder allei

von diesen Strahlergruppen erzeugt werden, ist die Ebenenpaare der Antenne erfolgt entsprechend den

resultierende Strahlungscharakteristik der Ebene 10 35 für die Antenne nach Fig. 1 und 2 beschriebenen

auch ungerichlet. Grundsätzen. Die bei der Mittenfrequenz des Bandes

Eine derartige Anordnung kann zur Folge haben, gemessene Strahlungscharakteristik 40 (F i g. 8) dei

daß im Antennengewinn in den Richtungen, die sich Antenne hat eine Welligkeit von + 0,8 dB. Bei Rand-

um den Winkel von 22,5° unterscheiden, einige Un- frequenzen des Bandes ±0,1 fo liegt die Welligkeil

terschiede vorkommen, die Nullstelleneinrichtungen 4° der Strahlungscharakteristik unter ±1.1 dB.

in der vertikalen Strahlungscharakteristik bei den Eine wesentliche Abschwächung der Verkopplung

erwähnten Winkeln divergieren und im Ergebnis die zwischen den Strahlern durch Kompensation der ein-

Welligkeit der azimutalen Strahlungscharakteristik gestreuten EMK und die Benutzung der 90°-Phasen-

unter Höhenwinkeln vergrößert wird, die vom Hori- verschiebungen im Speisesystem der erfindungsgemä-

zont abweichen. 45 ßen Antenne gewährleisten eine sehr gute Anpassung

Die erwähnten Abweichungen der Strahlungs- des Antenneneinganges an die Speiseleitung und

diagramme der Antenne für verschiedene Horizontal- garantieren die Einhaltung von hohen elektrischen

winkel sind durch eine zusätzliche Versetzung der Kennwerten in einem breiten Frequenzbereich.

Strahler 19 in den Ebenen 2, 9, 11 und 18 urn den Bei Benutzung der erfindungsgemäßen Antenne in

Winkel A — 4° beseitigt. Die Richtungen der zusatz- 50 jedem beliebigen Fernseh-Frequenzband zeichnet sich

liehen Versetzung der Strahler 19 in den erwähnten die Strahlungscharakteristik innerhalb des ganzen

Ebenen sind in F i g. 2 gezeigt. Bandes durch geringe Welligkeit aus.

Die Bildung der gerichteten Strahlungscharakte- Die für die Antenne benutzten Unipol-Strahlei

ristik der in F i g. 3 dargestellten Antenne erfolgt im sind durch geringen Windwiderstand und einfachen

Prinzip wie nachstehend beschrieben: 55 Aufbau gekennzeichnet. Ihr Eingang kann verhältnis-

Die Strahler 25 jeder Ebene 20 ... 23 sind inner- mäßig leicht vor Witterungseinwirkungen geschütz!

halb des Sektorwinkels von 180° äquidistant ange- werden.

ordnet. Die Strahlungscharakteristik der Ebenen ist Beim Bau von Fernsehstationen für mehrere Prounsymmetrisch. Die resultierende Strahlung der zwei gramme gewährleistet die Benutzung von Rohren mil benachbarten Ebenen 20 und 21 weist eine schwache 60 großem Durchmesser für Antennenträger die gefor-Bündelung innerhalb eines Sektorwinkels auf, der derte Steifigkeit der ganzen Antennenanlage und die etwas kleiner als 180° ist. Die Strahlungscharakte- Senkung der Windbelastung für die Trägerkonstrukristik der zwei anderen Ebenen 22 und 23 hat die tion.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Drehrichtung gegeneinander winkelversetzt und die Patentansprüche: Phasen der Drehströme zwischen den beiden Ebenen in gleichem Sinn um 90° verschoben sind. Die Strah-

1. Sendeantenne mit mehr als zwei an einem ler jeder Ebene werden mit phasenungieiehen Sirö- »ertikalen Antennenträger wenigstens annähernd 5 men gespeist. Durch die Verschiebung der Strahler runden Querschnitts übereinander angeordneten der einen Ebene gegenüber den Strahlern der anderen Strahlerebenen, bei der jede Ebene η radiale äqui- Ebene soll die Phasennacheilung des Feldes kompendistante stromgespeiste Unipol-Strahier enthält, siert werden.

wobei die Strahler aufeinanderfolgender Ebenen Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ganz jeweils in gleicher Drehrichtung gegeneinander io allgemein eine Sendeantenne der eingangs genannten winkelversetzt sind und die Phasen der Speise- Art mit mehr als zwei Slrahlerebenen zu schaffen, ströme von Ebene zu Ebene jeweils im gleichen bei der die EMK in jedem Strahler einer bestimmten Sinn um 9G° verschoben sind, dadurch ge- Strahlerebene, die von den Strömen der in der Nähe kennzeichnet, daß die Strahler jeder Ebene liegenden Strahler der auf beiden Seiten dieser begleichphasig gespeist sind und daß der Verset- 15 stimmten Ebene vorgesehenen benachbarten Ebenen lungswinkel der Strahler ein Viertel des Winkels erregt wird, kompensiert wird.

!wischen benachbarten Strahlern innerhalb jeder Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des

Ebene beträgt. Anspruchs I gelöst.

2. Sendeantenne nach Anspruch 1, dadurch Indem bei der erfindungsgemäßen Sendeantenne gekennzeichnet, daß die Strahler (25) in einem ao eine Kompensierung der EMK's erzielt wird, die in Sektorwinkel kleiner 360° äquidistant angeordnet jedem Strahler von nahegelegenen Strahlern der besind, nachbarten Strahlerebenen erregt werden, werden die

3. Sendeantenne nach Anspruch 1 oder 2, da- Kopplungen zwischen den Ebenen der Antenne bedurch gekennzeichnet, daß in jeder Ebene in un- deutend geschwächt, wird somit die Leistung auf die mittelbarer Nähe der Strahler (35) gleich viele 35 einzelnen Ebenen gleichmäßiger verteilt, kann die passive Elemente (36) angeordnet sind. Einstellung der Sendeantenne vereinfacht werden und

wird schließlich auch die Anpassung der Ebenen an die Speiseleitungen verbessert. Demgegenüber ist es bisher lediglich noch bekanntgeworden (vgl. DT-AS

30 10 25 947), bei einer Sendeantenne mit mehreren

Strahlerebenen, die jeweils eine eigene Strahlergruppe aufweisen, die Antennen übereinanderliegender Ebenen so gegeneinander zu verdrehen, da3 jeweils ein Maximum des einen Strahlungsdiagramms auf ein

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sendeantenne 35 Minimum des anderen Strahlungsdiagramms fällt.
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Falls die Mebrebenen-Sendeantenne in hügeligem

Eine derartige Sendeantenne ist insbesondere für Gelände in der Nähe von Gewässerufern aufgestellt Fernseh- und UKW-Sender mit Frequenzmodulation wird oder falls eine Senkung des Rauschpegels von geeignet. benachbarten Sendestationen, die in einem benach-

Es sind Sendeantennen (z. B. SU-Erfinderschein 40 harten Kanal oder in benachbarten Kanälen strahlen, 180 648, Klasse 21a⁴ 61/01) bekannt, bei denen jede erforderlich ist, ist ein einseitig ausgerichtetes Strah-Strahlerebene eine Anzahl von stromgespeisten Strah- lungsdiagramm mit der hauptsächlichen Strahlung lern enthält, die in bezug auf die Antennenträger- innerhalb eines vorgegebenen Sektors zweckmäßig, ©berfläche radial gerichtet sind. Zu diesem Zweck wird von der Lehre des An-

Bei diesen Antennen sind die Strahler jeder Ebene 45 Spruchs 2 Gebrauch gemacht. In diesem Zusammen-In zwei Gruppen so eingeteilt, daß die Strahler einer hang ist noch ein Strahler bekannt (vgl. DT-AS Gruppe sich zwischen den Strahlern der anderen 10 24 586), insbesondere für ultrakurze elektrische Cruppe befinden und innerhalb jeder Gruppe mit Wellen, der aus wenigstens zwei in gleicher Ebene Strömen gleicher Amplitude und Phase gespeist wer- liegenden Strahlungselementen besteht, wobei jedes den. Die Phasen der die Gruppen speisenden Ströme 50 Strahlungselement als Interferenz-System ausgebildet Unterscheiden sich um 90°. Die Erzegung einer un- ist und diese Systeme in voneinander verschiedener gerichteten Strahlung in horizontaler Ebene ist bei Richtungen derart angeordnet sind, daß die Strahderartigen Antennen wegen der Verkopplung zwi- lungsintensität der Interferenz-Systeme innerhalt fcche.i nahe zueinanderliegenden und mit phasen- eines schmalen Bereichs um die Winkelhalbierende Ungleichen Strömen gespeisten Strahlern erschwert, 55 zwischen zwei benachbarten Hauptstrahlrichtungen die aus diesem Grund einen unterschiedlichen Ein- weigstens annähernd von ihrem Maximalwert auf der gangswiderstand aufweisen. Dies führt zur unvorher- Wert Null abnimmt.

gesehenen Neuverteilung der Leistung zwischen den Falls die Ebenen eine verhältnismäßig geringe An·

Strahlergruppen, erschwert den Abgleich der An- zahl von Strahlern enthalten, kann trotzdem ihn tenne und ergibt schlechtere elektrische Kennwerte 60 Strahlungscharakteristik gleichmäßiger, d. h. die WeI der Antenne im Vergleich mit ihren errechneten ligkeit der Strahlungscharakteristik der ganzen Mehr Daten. ebenen-Sendeantenne kleiner gemacht werden, inden

Es ist ferner bereits bekanntgeworden (vgl. GB-PS die Lehre des Anspruchs 3 benutzt wird. Dabei is 5 39 602), eine Sendeantenne mit zwei oder mehr an es für sich nicht mehr vseu (vgl. FR-PS 12 52 216 einem vertikalen Antennenträger übereinander ange- 65 1. Zusatz Nr. 77 423), bei einer Antenne mit Sektor ordneten Strahlerebenen, bei der jede Ebene η radiale Strahlungsdiagramm ein aktives Element durch zwe äquidistante stromgespeiste Unipol-Strahler enthält, passive Elemente einzurahmen,
wobei die Strahler beider Ebenen jeweils in gleicher Bei allen erwähnten Ausführungsbeispielen de