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Rundstrahlantenne mit angenähert kosekansförmigem Vertikaldiagramm
Die Erfindung betrifft eine Rundstrahlantenne mit angenähert kosekansförmigen Vertikaldiagramm,
welche insbesondere für die Versorgung eines scharf begrenzten Gebietes für das
Mikrowellen-Fernsehen geeignet ist. Antennen mit kosekansförmigen Vertikaldiagramm
sind bisher nur als Richtantennen in 2 Ausführungsformen bekannt geworden.
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Bei der ersten Ausführungsform ist in der Umgebung des Brennpunktes
eines meist parabolischen Reflektors eine aus mehreren Einzelstrahlern zusammengesetzter
Mehrelementerreger angeordnet.
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Eine derartige Anordnung setzt ein aufwendiges Jpeisesystem voraus.
(S.Silver: Miorowave Antenna Theory and Design, Rad.
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Lab.Ser.Vol.12, Kap 13.3 @. 471 - 487) Eine andere Ausführungsform
einer Reflektorrichtantenne mit kosekansförmigen vertikaldagramm ist d a d u r c
h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Strahlung in den verschledenen Richtungen
des Strahlungsfeldes der Antenne im wesentlichen nur von entsprecheni zugeordneten
Teilbereichen der gesamten Reflektorflace abgestrahlt wird (geometrischoptische
Reflektorbemenand). Eine solche Anordnung erforlert einen großen heflektor und ist
les hnlb
halb fUr die Lösung der Aufgabe der Erfindung, der Erzeugung
eines Rundstrahldiagramms mit kosekansförmiger Vertikalcharakteristik, weniger geeignet.
(S. Silver: Miorowave Antenna Theory and Design, Rad.Lab.Ser.Vol.12, Kap 13.6 u.
13.7, S. 497 - 502) Für die Erzeugung eines Rundstrahldiagramms im Mikrowellenbereich
hat man bisher Antennen mit rotadonssymmetrischem Reflektoraufbau in verschiedenen
Ausführungsformen verwendet.
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(US-Fatentschrift 2 115 788, DOS 1 801 706). Bei diesen Antennen erfolgt
die Speisung gewöhnlich durch ein zentrales, gleichzeitig die mechanlsche halterung
der Antenne bewirkendes Standrohr. Hierdurch sind die Einsatzmöglichkeiten dieser
Antennen auf die Fälle beschränkt, bei denen die Mikrowellenrundstrahlantennen an
der Spitze eines Rohrmastes befestigt werden können; die in der Praxis häufigen
Fälle, daß ein bereita vorhandener Antennenstützpunkt nachträglich mit einer Mikrowellenrundstrahlantenne
versehen werden soll, lassen sich mit derartigen zentral gespeisten rotationssymmetrischen
Antenne nicht lösen.
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Im Meter- und Dezimeterwellenbereich ist die herkömmliche Art zur
Erzeugung einer Rundetrahlung die Anordnung einer Anzahl von Dipolfeldern vor einem
polygonförmig ausgebildeten Reflektor. Wollte man diese bekannten Rundstrahlantennen
für den Mikrowellenbereich abwandeln, so sind wegen der hier erforderlichen größeren
Antenneflächen und der kleinen Dipolabmessungen eine große Anzahl von Dipolen und
damit auch Speisepunkten erforderlich. R. Greif: Fernsch-@endeantennen für die UHF-Frequenzbänder
IV und V, Rohde und Sehwarz-Mitteilungen Nr.
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13, April 1960, S. 319, DAS 1 025 947 und DAS 1 269 203, US-Tatentschrift
3 011 167).
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Die Erfindung löst ile Aufgabe der Erzeugung einer Rundstrablung mit
mit
kosekaneförmigem Vertikaldiagramm ebenfalls mit einem polygonförmig ausgebildeten
Reflektor und mehreren Einzelerregern, die auf einem zur vertikalen Antennenachse
senkrecht gelegenen Kreis in gleichen Abständen angeordnet sind. Erfindungsgemäß
besitzt der polygonförmige Reflektor in allen Schnitten parallel zur Antennenachse
eine derartige Kontur, daß die von den zugeordneten Erregern ausgehende Strahlung
nach Reflexion an der Reflektorfläche in jedem zur Antennenachse parallehnSchnitt
eine Feldverteilung erzeugt, die eine von der Mitte zum Rande hin abfallende symmetrische
Amplitude und eine zur Mitte antisymmetrische nichtlineare Phase aufweist.
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Grundsätzlich kann die Seitenzahl des Polygons beliebig gewählt werden,
doch ist im Hinblick auf geringe Abweichungen vom idealen azimutalen Rundstrahldiagramm
der Anordnung bei Verwendung einfacher Erreger mit kosinusähnlichem azimutalem Richtdiagramm
ein sechsseitiges Polygon vorteilhaft.
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Die erfindungsgemäß geforderte Kontur des Reflektors hat zur Folge,
daß die von den Erngern ausgehende und an den zugeordneten Teilreflektoren reflektierte
Strahlung eine solche Amplituden- und Phasenverteilung aufweist, als ob sie von
einer "virtuellen" Dinienquelle in der Antennenachse käme. Eine geeignete Feldstärkeverteilung
in einem zur Antennenachse parallelen Schnitt gibt die Beziehung E(x) = (0,5cos150
# x+0,3cos10 + 0,2cos2 # x) e-j(4,8x-0,74tanh 30,7 x) wieder, wenn die relative,
auf die Öffnungsabmessungen bezogene und von der Öffnungsmitte aus zählende Aperturkoordinate
ist.
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Zweckmäßig erfolgt die Speisung der einzelnen Teilreflektoren durch
je einen Hornstrahler.
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Im folgenden wird anhand von drei schematischen Darstellungen die
ßrfindung näher erläutert. Es zeigen die
die Pigur 1 eine perspektivische
Ansicht die Figur 2 einen Schnitt senkrecht zur Antennenachse und die Figur 3 einen
Schnitt parallel zur Antennenachee mit der zugehörigen Amplituden- und Phasenverteilung
der ausgesandten Strahlung.
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In der Figur 1 ist zu erkennen, wie um den Mast 3 die nicht parabolischen
Reflektorflächen 1 zu einem Polygon zusammengefügt sind. Die Hornstrahler 2 sind
kreisförmig um das Polygon angeordnet. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird
erreicht, daß die von den Hornstrahlern 2 ausgehende, an den zugehörigen Teilreflektoren
reflektierte Strahlung von einer virtuellen Linienquelle in der Antennenachse 4
auszugehen scheint. Die Figur 2 zeigt die Rundetrahlantenne im Horizonte Phechnitt
mit dem Mast 3, dem Polygonreflektor 1 und den Hornetrahlern 2.
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Die Figur 3 zeigt zusätzlich zu den bereite in der Figur 1 und 2 dargestellten
Elementen der Antenne eine im Vergleich zur Kontur des Reflektors 1 gestrichelt
eingetragene Parabelkontur 5, die Amplitudenverteilung 6 und die Phasenverteilung
7 der vom Reflektor 1 reflektierten und vom Erreger 2 ausgesandten Strahlung in
einem Dagramm mit der Aperturkoordinate x als Abszisse und der Amplitude A bzw.
der Phase# ale Ordinate.
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Die Vorteile der Erfindung gegenüber dem bisher Bekannten ergeben
sich durch folgende Eigenschaften: Durch die Art der Reflektorbemessung wird bei
kleineren Abmessungen des Reflektors eine bessere Anpassung an die Kosekansform
(cosec = 1/ sin ) des Richtdiagramme erreicht, als sie mit Hilfe der geometrisch-optisch.n
Bemessung möglich ist, weil die gesamte Reflektorfläche für alle Strahlungseinrichtun
gen voll wirksam ist. Das bedeutet außerdem eine wesentliche Erhöhung des ohnehin
geringen Flächenwirkungsgrades von Kosekansantennen. Gegenüber
Gegenüber
der Antenne mit Mehrelementeerreger besitzt die vorgeschlagene Anordnung nur so
viele Speisepunkte wie Polygonflächen, sodaß sich ein weitaus einfacheres Speiseleitungs-und
Speiseenergieverteilsystem ergibt.
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bin einfacheres Speisesystem ergibt sich auch im Vergleich zu Dipolantennen
in Polygonaufbau, da bei größeren Antennenflächen.
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wie sie bei Mikrowellenantennen erforderlich sind, wegen der kleinen
xipolabmessungen eine große Anzahl von Dipolen und damit auch Speisepunkten erforderlich
ist. Gegenüber Antennen mit rotationssymmetrischem Reflektoraufbau besitzt die Anordnung
gemäß der Erfindung den Vorzug, daß das Innere der Antenne keine Bauteile oder Strahlungsfelder
enthält, also die Antenne um einen Nast herum angeordnet werden kann. Dabei kann
der Mastdurchmesser recht große Werte betragen, was bei Dipolantennen in lolygonanordnung
eine sehr große Elementeanzahl erfordern würde.