DE2135687A1

DE2135687A1 - Antenne mit linearer Polarisation

Info

Publication number: DE2135687A1
Application number: DE19712135687
Authority: DE
Inventors: Henri Bretigny sur Orge Becavin (Frankreich)
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1970-07-17
Filing date: 1971-07-16
Publication date: 1972-01-20
Also published as: NL173801B; GB1310794A; LU63542A1; NL173801C; BE768464A; JPS579241B1; NL7109699A; FR2104689A1; CA931640A; FR2104689B1; AU3113471A; US3733611A; NO130658C; NO130658B

Description

Dipi.-lncj. Egon Prinz U Juli 1971

Dr. Gertrud Hauser eooo Monchon 60. - T4.*"Ul iy Π

js . ι· ,r· .«f . ι ι . Ermbergeritrais· 19

Dipl.-Ing. Gottfried Leiser

Telegramme! Labyrinüi MOnchen 0 1 *5 ζ K fi 7

Telefon: 83 15 10 i lOOOO I

Postscheckkonto! München 117078

Unaer Zeichen: T 1045

THOMSON-CSS¹

Paris 16etne, Frankreich

Antenne mit linearer Polarisation

Das Ziel der Erfindung iat die Schaffung einer Antenne mit linearer Polarisation, die es ermöglicht, in der Ε-Ebene ein Diagramm zu erhalten, das demjenigen eines unendlich kurzen Dip'ols entspricht, oder auch demjenigen von mehreren unendlich kurzen Dipolen, wobei dann unerwünschte Kopplungen zwischen den verschiedenen E le me η tar dia gramme η vermieden werden.

Nach der Erfindung iat eine Antenne mit linearer Polarisation gekennzeichnet durch wenigstens zwei parallele Metallrohre, die zwischen zwei Metallplatten eingefügt sind, die senkrecht zu den Achsen der Rohre liegen, und durch einen den beiden Rohren zugeordneten Leiter, der durch das Innere des ersten Rohres geht und mit einem Punkt der Außenwand des zweiten Rohres verbunden ist.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigen:

Pig.1 einen Längsschnitt durch eine Antenne mit zwei Rohren nach der Erfindung,

Pig.2 einen Querschnitt durch eine Antenne nach der Erfindung, die zur Erzielung eines kardioidenförmigen Diagramms geeignet ist,

Pig.!? das Prinzipschema einer Speiseschaltung für die Antenne von Pig.2,

Pig.4 eine Abänderung der Antenne von Pig.2,

Pig.5 einen Querschnitt durch eine weitere Abänderung der Antenne von Pig.2 und

Pig.6 eine perspektivische Ansicht einer Gruppierung von zwei Antennen der in Pig.4 gezeigten Art.

Pig.1 zeigt in einem vertikalen Axialschnitt zwei parallele zylindrische Metallrohre 1 und 2 der glaichen Länge L und des gleichen Durchmessers 3), die an ihren Enden durch zwei Metallplatten 3 und 4 verschlossen sind, die senkrecht zu den Achsen der Rohre liegen.

Die Rohre liegen in einem gegenseitigen Abstand d. Ein Koaxialkabel 5 ist durch die Platte 4 hindurch in das Innere des Rohres 1 geführt. Sein Außenleiter 6 ist mit dem Umfang einer Öffnung 7 verbunden, die im Rohr 1 im Abstand k von der Platte 4 angebracht ist,

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und der Innenleiter 8 ist mit einem Punkt 9 an der Aussenseite des Rohres 2 über ein Verbindungsstück 10 ■verbunden. Die Punkte 7 und 9 liegen Vorzugs weise in der die Achsen der beiden Rohre enthaltenden Ebene und im gleichen Abstand von der Platte 4.

Die auf diese V/eise gebildete Antenne weist Eigenschaften auf, die denjenigen eines in der Ε-Ebene unendlich kurzen Dipols entsprechen, vorausgesetzt, daß der Abstand d ausreichend klein gegen die Betriebswellenlänge λ ist.

In der H-Ebene hängt das Diagramm von der Länge L ab; für L = X /2 ist es demjenigen eines Dipols gleicher

Länge ähnlich. ~~

Beispielsweise können die folgenden Abmessungen verwendet werden:

(1) α»0,03λ» L~4 , D^öjOöX

Dieser Abmessungen ermöglichen die Erzielung einer aehr stark gedämpften vertikal polarisierten PeId komponente, die um mehr als 30 dB unter der horizontal polarisierten Strahlung liegt.

Die Anpassung des Koaxialkabels 5 kann durch eine geeignete Wahl des Abstands k leicht erhalten v:erden.

Eine solche Antenne eignet sich besonders gut für die Bildung von Gruppierungen,insbesondere für die Ausbildung von Antennen für AlIrichtungs-J?hasenneßfunkfeuer, die für die Punknavigation bestimmt sind, wie die ORB-Punkfeuer ( auni-range beacon), oder die VOR-Allrichtungs-Leitstrahlbaken (VHP onini-range),

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Bekanntlich strahlt das Antennensystem einej^ Funkbake, beispielsweise vom Typ VOR, die eine den Azimut-kennzeichnende Niederfrequenz-Phasenmessung ermöglicht, gleichzeitig auf der gleichen Trägerfrequenz zwei horizontal polarisierte elektromagnetische Feld komponenten aus.

Das Azimut-Djagramra der Keule der ersten Komponente i3t im Idealfall in einem gegebenen Zeitpunkt das Diagramm einer Rahmenantenne mit unendlich kleinen Abmessungen.

Es besteht aus zwei Kreisen mit gleichem Radius, die sich an einem Punkt tangieren, der mit dem Rahmen zusammenfällt.

Das Diagramm dreht sich beispielsweise mit einer Drehzahl

von 30 Umdrehungen pro Sekunde. -~

Das Azimut-Diagramm der Keule der zweiten Komponente ist richtungs unabhängig.

Die beiden Keulen müssen das gleiche . Phasenzentrum und das gleiche Höhendiagramm haben. Durch eine geeignete Wahl des Amplitudenverhältnisses der beiden Keulen ist es möglich, durch ihre Kombination dem Azimut nach ein rotierendes kardioidenförmiges Diagramm zu erhalten, das in einer gegebenen Beobachtungsrichtung eine 30 Hz-AmplitudenmodulaiäDn verursachen würde, deren Phase unabhängig von dem Höhenwinkel dieser Richtung ist, aber den Azimut dieser Richtung kennzeichnet, der durch Vergleich dieser Phase mit der Bezugsphase des gleichen Modulations Signa Is gemessen wird, das über die zweite Keule übertragen wird, beispielsweise durch eine Doppelmodulation.

Das rotierende Diagramm der ersten Keule wird im allgemeinen dadurch erhalten, daß zwei gleiche Diagramme mit fester Orientierung erzeugt werden, die im Winkel von zueinander liegen, wobei die ausgestrahlten Felder mit

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Hilfe von zwei Hochfrequenzsignalen gleicher Frequenz und gleicher Phase erhalten werden, die äuk.ch ein Signal amplitudenmoduliert sind, dessen Frequenz die Drehzahl der resultierenden Keule bestimmt und beispielsweise 30 Hz beträgt, wobei das Mod u la tb ns signal den beiden Hochfrequenzsignalen mit einer Phasenverschiebung von 90° zugeführt wird.

Es ist bekannt, zu diesem Zweck eine Antenne zu verwenden, die zur Erzielung der rotierenden Keule entweder eine Kombination von Konstantstromschleifen oder zwei gekreuzte Dipole oder auch vier auf einem Zylinder angeordnete Schlitze aufweist. Die beiden ersten Lösungen führen zu einer Verzerrung des Diagramms, wie es beispielsweise von einem Flugzeug gesehen wird, in Abhängigkeit von dessen Höhenwinkel und der Neigung seiner Antenne. Die dritte lösung erfordert eine schwierige Einstellung, da jedes der beiden Diagramme mit fester Orientierung durch die Überlagerung von zwei praktisch riehtungsunabhängigen Diagrammen . erhalten wird.

Die erfindungsgemäße Antenne mit vier Rohren ermöglicht die Beseitigung der Nachteile dieser verschiedenen lösungen unter Beibehaltung ihrer Vorteile.

jDn Fig. 2 sind vier Elementar antenne η der in Fig. 1 gezeigten Art in einem horizontalen Schnitt auf der Höhe der Spcisspunkte dargestellt·. Zwei zusätzliche zylindrische Röhre H und 15 ermöglichen in Verbindung mit den Rohren 1 und 2 die Bildung von vier gleichen Antennen. Die Achsen der vier Rohre schneiden eine horizontale Ebene in den Ecken eines Quadrats.

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Eine erate Antenne enthält die Rohre T iiöd 2, und^d für diese Antenne verwendeten Bezugs ze leihen entsprechen denjenigen von 3Fig.1. Eine zweite Antenne enthält die Rohre 14 und 15, eine dritte die Rohre 1 und 14 und eine vierte die Rohre 2 und 15. Die drei letzten Antennen sind jeweils mit Verbindungsstücken 12, 18 bzw. 17 versehen, die dem Verbindungsstück 10 der ersten Antenne entsprochen und mit dem Innenleiter 16, 20 bzw. 19 des Koaxialkabels verbunden sind, das durch das Rohr 15, 14 bzw. 2 geht.

Die Antennen mit den Verbindungsstücken 10 und 12 bilden ein erstes Antennenpaar; die beiden anderen Antennen bilden das zweite Antennenpaar.

Zur Vereinfa'thing der Aus drucks weise werden die vier Speisekabel nachstehend durch die gleichen Bezugszeichen wie ihre Innenleiter bezeichnet.

Durch die gegenphasige Speisung der Kabel 8 und 1 6 kann in der Ε-Ebene ein Diagramm erhalten werden, dessen Strahlungsmaximum senkrecht zu der Richtung der Verbindungslinie zwischen den Punkten 8 und 19 in Pig.2 liegt, während das Strahlungsminimum in dieser Richtung enthalten ist. Das Diagramm ist praktisch gleich dem Diagramm, das mit einer einzigen Antenne mit zwei Rohren erhalten wird. In gleicher Weise ermöglicht die gegenphasige Speisung der Kabel 19 und 20 die Bildung eines Diagramms, das sich aus dem vorhergehenden durch eine Drehung um 90° ableitet. Auf Grund dieses Antennenaufhaus ist die Form jedes der beiden erhaltenen Diagramme unabhängig von Phasen-und Amplitudenänderungen der Speiseströme.

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In Fig.3 sind die entgegengesetzten Eckpunkts 8 und 16 einer Hybrid-Brüekeuschsltung 21 sowie die Eckpunkte 19 und 20 der gleichartigen Schaltung 22 mit den Koaxialkabeln verbunden, die in Pig.2 rait den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Der Ausgang 23 eines Signalgenerators 27 speist die einander entsprechenden Eckpunkte 24 und 25 der Brückenschaltungen 21 bzw. 22 über eilen Leistungsteiler 26.

Ferner speist der Signal gen era tor 27 den letzten Eckpunkt dar Brückenschaltung 21 an seinem Ausgang 28 und den letzten Eckpunkt 30 der Brückenschaltung 22 an seinem Ausgang 33 mit HF-Signalen der gleichen Frequenz und Phase wie am Ausgang 23, die durch zwei Signale gleicher Frequenz, \

aber mit 90° Phasenverschiebung moduliert sind. Die elektriche Länge aller Zweige der Brückenschaltungen 21 und 22 ist gleich einer Viertelwellenlänge, mit Ausnahme der Zweige 31 (16-29) und 32 (33-20) , deren elektrische Länge drei Viertelwellenängeu entspricht.

Es ist offensichtlich, daß eine solche Schaltung die gleichphasige Speisung der vier Kabel 8, 1 6, 19 und 20 (Fig.2) über die entsprechenden Anschlußpunkte 8, 16, 19» 20 vom Ausgang 23 des Signalgenerators 27 aus ermöglicht, falls die Speisekabel aine entsprechende Länge haben. Der Ausgang 28 des Signalgenerators 27 speist die K=bel 8 und 16 gegenphasig, und der Ausgang 33 speist die Kabel 19 und 20 ge-pnphasig.

Es kann erwünscht sein, die Strahlung einer solchen Antenne auf der Höhe des Horizonts und vor allem unter dem Horizont zu begrenzen. Bekanntlich begünstigt dieser ,Tail der Strahlung den Empfang von Störreflexionen an Bodenhindernissen. Zur Vermeidung dieser Nachteile wird bereits üblicherweise ein Gegengewicht angewendet, doch muß dessen Durchmesser beträchtlich groß sein,

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damit es wirksam ist, und zwar in der Größenordnung von einigen Wellenlängen. Dies verursacht große Kosten und einen beträchtlichen Raumbedarf, was durbh eine Vergrößerung des Gewinns der Antenne in d er' vertikalen Ebene vermieden werden kann. Dies kann in herkömmlicher Weise einfach dadurch erreicht werden, daß eine Gruppierung durch vertikales Aufeinandersetzen von mehreren gleichen Antennen der in Pig.2 beschriebenen Art gebildet wird, wobei die einander entsprechenden Bestandteile der Antennen von der Schaltung von Fig.5 parallel gespeist werden und die Längen der Koaxialkabel so bemessen werden, daß eine gegebene Phasenverschiebung zwischen den S j.eise signale η der verschiedenen Antennen erhalten wird, wodurch sich eine entsprechende Neigung der ausgestrahlten Keule ober- V halb des Horizonts ergibt. Durch Rechnung und Erfahrung läßt sich zeigen, daß vier aufei nand ergesetzte Antennen, bei denen die Blasenverschiebung zwischen den Speisesignalen so eingestellt ist, daß der Verlust des auf dem Höhenwinkel 0 ausgestrahlten Felde auf 6 dB gegenüber dem maximalen Feld begrenzt ist, e.ine Dämpfung des für einen negativen Höhenwinkel von 4° ausgestrahlten Felds von ungefähr 12 dB ermöglicht.

Es läßt sich aber feststellen, daß die Schwierigkeiten der Einstellung mit der Anzahl der aufeinandergesetzten Antennen ansteigen, wobei die wesentliche Ursache dieser Schwierigkeiten in der gegenseitigen Kopplung der Speisekreise am Ausgang 23 des Generators 27 beruhen.

Es ist möglich, diese Nachteile ohne Zuhilfenahme von Richtungsgabeln (Zirkulatoren) durch eine abgeänderte Ausführungsform zu verringern, bei der die richtungsunabhängige Strahlung der zweiten Komponente des elektromagnetischen Felds durch strahlende Elemente

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erhalten wird, die von denjenigen verschieden sind, welche die Keule der ersten Komponente ausstrahlen.

In Fig.4 sind die vier Rohre 1, 2, 14 und 15 und· deren Verbindungsstücke 10 und 12 zu erkennen, die der Ausführungsform von Fig.2 entsprechen. Sie sind zwischen zwei gleiche strahlende Rahmen 40 und 41 eingefügt, deren Symmetriemittelpunkte mit der Symmetrieachse der Gruppierung der vier Rohre zusammenfallen. Jeder Rahmen ist durch vier Quadranten 43, 44, 45 , 46 gebildet. Die Quadranten 43 und 44 bilden einen gekrüminte Dipol, der klein gegen die Wellenlänge ist, beispielsweise in der Größenordnung von λ/6. Dieser Dipol wird an seinem Mittelpunkt bei 47 un3 48 über eine Zweidrahtleitung gespeia^, und seine beiden Enden bilden Kondensatoren 52 und 53, mit den entsprechenden Enden eines gleichartigen zweiten ge krümmten Dipols, der durch die beiden anderen Quadranten 45 und 46 gebildet ist. Der zweite gekrümmte Dipol wird gleichfalls an seinem Mittelpunkt durch die gleiche Zweidrahtleitung wie der erste Dipol gespeist, wobei * die Quadranten 43 und 46 an den gleichen einen Draht dieser Zweidrahtleitung und die Quadranten 44 und 45 an den anderen Draht angeschlossen sind.

Die Zweidrahtleitung ist über ein Symmetriergl ied mit einer Koaxialleitung verbunden, die durch eines der vier Rohre geht.

Diese Verwendung von besonderen straHenden Elementen für die Bildung der zweiten Keule ermöglicht andrerseits den Ersatz der beiden Hybridschaltungen von Fig.3 durch einfache Leistungsteiler, wenn für die Vier-Rohrantenne die Anordnung von Fig.5 gewählt wird. Die Unterschiede zwischen dieser Anordnung und derjenigen von Sg.2

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bestehen in der Änderung der Richtungen der Verbindungsstücke 12 und 17: Das febel 16 geht durch das Rohr 14, und sein Innenleiter ist mit dem Rohr 15 verbunden, und das Kabel 19 geht durch das Rohr 15 , und sein Innenleiter ist mit dem Rohr 2 verbunden.

Es ist zu erkennen, daß diese A_Dschlußweise direkt zur Folge hat, daß die von den beiden Elementarantennen des gleichen Paares abgestrahlten Diagramme gleichphasig sind. - .

Die Bildung von Antennengruppierungen durch vertikales Aufeinandersetzen erfolgt in der gleichen Weise wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform , wobei sich \

jedoch die Möglichkeit herausstellt, die beiden Rahmen, die sich infolge dieses Aufeinand ersetzens nebeneinander befinden würden, zu einem einzigen sträienden Rahmen zusammenzufassen, der dem zuvor beschriebenen Rahmen gleich ist.

Fig. 6 zeigt zwei aufei nand ergesetzte Antennen der in Fig. gezeigten Art, wobei der Raheen 40 den beiden aufeinandergesetzten Antennen gemeinsam ist. Perner ist ein kreisrundes Gegengewicht 50 vorhanden.

Auf Grund der angebenen Eigenschaften kann hier das Gegengewicht auf einen Durchmesser von 2 oder 3 Wellenlängen verkleinert werden.

Diese zuletzt beeßhriebene Ausführungsform ermöglicht außerdem für kleine Höhenwinkel die Erzielung eines Gewinns in der Größenordnung von 2 dB gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform infolge der Abflachung des Strahlungsdiagramms gegenüber dem riehtungsunabhängigen

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Diagramm, das rait den vier Rohren erhalten wird.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen A usführungsforraen beschränkt. Insbesondere ist zu bemerken, daß die Rohre selbst zur Bildung der Außenleiter der Koaxialkabel verwendet werden können, wenn jedem Rohr nur ein einziges Kqbel entspricht. Aus technologischen Gründen kann es aber ^_n günstiger sein, Außenleiter zu verwenden, die von den Rohren getrennt sind.

Andrerseits kann die Anordnung dadurch vereinfacht werden, daß nur eine einzige Antenne mit zwei Rohren der in Fig.1 gezeigten Art zur Erzeugung jedes der ortsfesten Diagramme verwendet wird. Die die zwei Antennen bildenden vier Rohre sind dann wie im Fall von Fig.2 im Quadrat angeordnet , wobei eine Antenne durch die Rohre 1 und 15 und die andere Antenne durch die Rohre 2 und 14 gebildet ist.

Bei dieser Anordnung sind nur noch zwei Kabel vorhanden, beispielsweise die Kabel S und 20 von Fig.2, deren Innenleiter dann mit dem Rohr 15 bzw. dem Rohr 2 verbunden sind.

In diese© Fall wird offensichtlich das richtungs unabhängige Diagramm durch andere Mittel erhalten, beispielsweise wie im Fall der Antenne von Fig.4-.

Patentansprüche

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Claims

Patent ansprüc he

Antenne mit linearer Polarisation, gekennzeichnet durch wenigstens zwei parallele Metallrohre, die zwischen zwei Metallplatten eingefügt sind, die senkrecht zu den Achsen der Rohre liegen, und durch einen den beiden Rohren zugeordneten Leiter, der durch das Innere des ersten Rohres geht und mit einem Punkt der Außenwand des .zweiten Rohres verbunden ist»
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter im Innern des ersten Rohres den Innenleiter eines Koaxialkabels bildet, dessen Außenleiter von dem ersten Rohr getrennt und mit dessen Wand an einer Stelle verbunden ist, die von den Metallplatten den gleichen Abstand wie der Anschlußpunkt des zweiten Rohres hat.
3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstrahlung einer rotierenden Keule mit horizontaler Polarisation vier vertikale Metallrohre vorgesehen sind, die zwischen zwei horizontale Metallplatten eingespannt sind, daß vier Leiter vorgesehen sind, von denen jeder durch eines der Rohre hindurchgeht, daß die Rohre äo angeordnet sind, daß die Schnittpunkte ihrer Achsen mit einer horizontalen Ebene auf den Ecken eines Quadrats liegen, und daß jeder der Leiter mit der Außenwand eines anderen Rohres verbunden ist, als das, durch das er hindurchgeht.
4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand jedes der Rohre mit einem einzigen Leiter verbunden ist.

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5* Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei leiter durch das Innere des gleichen Rohres hindurchgehen,und mit der Außenwand des einen bzw. des anderen von zwei weiteren Rohren verbunden sind.
6. Antenne nach einem der Ansprüche 3 bis 5> gekennzeichnet durch zwei gleiche strahlende Rahmen, die jeweils auf der anderen Seite der Metallplatten liegen und von denen jeder durch zwei gekrümmte Dipole gebildet ist und eine zur Bildung einer richtungsunabhängigen Strahlung bestimmte Konstantstroraschleife bildet..
7. Gruppierung von zwei Antennen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Antennen nur zwei Rohre enthält, daß die Achsen der vier Rohre eine horizontale Ebene in den Ecken eines Quadrats schneiden, und daß die Schnittpunkte der Achsen der beiden Rohre der gleichen Antenne ait dieser Ebene auf zwei einander
diagonal gegenüberliegenden Ecken des Quadrats liegen.
8. Antennengruppierung, gekennzeichnet durch wenigstens
zwei vertikal aufeinandergesatzte Antennen nach einem
der vorhergehenden Ansprüche, deren Symmetrieachsen in Verlängerung voneinander liegen.

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