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Richtstrahlfeld mit zirkularer oder elliptischer Polarisation Die
Erfindung betrifft Richtstrahlfelder mit zirkularer oder elliptischer Polarisation
bestehend aus mehreren im Abstand vor einem Reflektor angebrachten Horlzontal- und
Vertikal-Dipolen, aus welchen Rundstrahlantennen mit zirkularer bzw. elliptischer
Polarisation aufgebaut werden können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Richtstrahlfeld dieser Art zu schaffen,
das weitgehendst optimale Strahlungsleistung besitzt und bei dem trotzdem in dem
gewählten Winkelbereich seiner Abstrahlung die gewünschte zirkulare bzw. elliptische
Polarisation in allen Richtungen im wesentlichen beibehalten wird.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Richtstrahlfeld der eingangs
erwähnten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Dipolanordnung nach dem Hauptanspruch.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Richtstrahlfeldes ergeben
sich aus den Unteransprüchen und der nachrolgenden Beschreibung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Richtstrahlreld können die Vertikal-und
Horizontal-Dipole jeweils in eine gegenseitigen vertikalen Abstand angeordnet werden,
der optimalen Gewinn und trotzdem die Beibehaltung der gewünschten Polarisation
in dem vorbestimmten Abstrahlwinkelbereich gewährleistet. Durch den gegensetigen
horizontalen Abstand der Vertikal-Dipole von etwa /2 wird auch für die vertikale
Polarisation des Feldes im Horizontaldiagramm die
für eine zirkulare
Polarisation nötige gleich große Strahlungsleistung erreicht wie für den zugeordneten
Horizontal-Dipol, so daß die HZorizontal-Diagramme für die Vertikal- und Horizontal-Dipole
gleich sind, also im Horizontal-Diagramm in allen Richtungen mit Strahlungsanteilen
die gewünschte Polarisation, beispielsweise Zlrkularpolarisation, herrscht. Für
die Vertikal-Diagramme der Horizontal- und Vertikal-Dipole kann in einem Abstrahlungsbereich
ab etwa 10° bis 15° unter dem Horizont eine Abwelchung in Kauf genommen werden,
da in dem verbleibenden Winkelbereich über 10° bis 150 unterhalb des Horizontes
im Vertikal-Diagramm im allgemeinen keine gleichbleibende Polarisation erforderlich
ist. Aus diesem Grunde können die gegenseitigen vertikalen Abstände der Dipole größer
als #/2, gewählt und nach den bekannten Regeln f<fr optimalen Gewinn bemessen
werden. Je nachden, wieviele Felder zur Erhöhung des Gewinnes der damit aufgebauten
Rundstrahlantenne vertikal übereinander angeordnet sind, wird diener gegenseitige
vertikale Abstand der Dipole zwischen 0,5 und 0,9 X gewählt. Der horizontale Abstand
zwischen den Vertikal-Dipolen ist in der Praxis meist nicht exakt #/2, sondern schwankt
Je nach der jeweiligen Dicke der Dipole zwischen 0,45 und 0,55 #.
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Da bei dem erfindungsgemäßen Richtstrahlfeld die Quellpunkte für die
horizontal und vertikal polarisierte Strahlung zusammenfallen, aus der je nach der
Leistungseinspeisung dle zirkulare bzw.
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elliptisch polarisierte Strahlung resultiert, ist keine störende Drehung
der Polarisation in unterschiedlichen Abstrahlungsrichtungen zu befürchten. Damit
können aus mehreren erfindungsgemäßen Richtstrahlfeldern in bekannter Weise durch
flber- und Nebeinanderanordnung derselben an einem Mast Rundstrahlantennen mit zirkularer
bzw. elliptischer Polarisation aufgebaut werden, die weitgehendst optimale Abstrahlungsleistung
besitzen und bei denen trotzden die gewählte Polarisation in ullen Richtungen beibehalten
wird,
Solche Rundstrahlantennen eignen sich vor allem für den UKW-Rundfunk,
da sie auch mit den üblichen Auto- und Koffer-Radio-Stabantennen einen besseren
Empfang gewährleisten als die bis-Ier iiblichen Antennen mit reiner Horizontalpolarisation
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Richtstrahlfeldes
Fig. 2 zeigt dessen Draufsicht Fig. 3 zeigt das Speisesystem eines solchen Richtstrahlfeldes
Fig. 4 bsi 6 zeigen die zugehörigen Horizontal- und Vertikal-Diagramme.
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Nach Fig. 1 besteht ein erfindungsgemäßes Richstrahlfeld für zirkulare
oder elliptische Polarisation aus vier im Viereck angeordneten Vertikal-Dipolen
1, zwischen denen die Horizontal-Dipole 3 angeordnet sind. Die Dipole sind in bekannter
Weise über Stützen in einem Abstand zwischen 0,2 und 0,3 A vor einem Reflektor 4
angeordnet. Der Reflektor besitzt vorzugsweise eine Breite zwischen 0,6 und 0,8
# und eine vertikale länge zwischen 0,9 und 1,3 #. Er kann zur Verringerung der
Windlast aus einem Gitter mit einer Maschenbreite von etwa 0,06 # bestehen. Die
Vertikal-Dipole 1 besitzen beispielsweise eine Länge von 0,45 bis 0,6 #, die Horizontal-Dipole
3 vorzugsweise eine Länge zwischen 0,4 und 0,5 #.
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Der gegenseitige vertikale Abstand a zwischen zwei ein Dipolpaar 2
bildenden Vertikal-Dipolen 1 ist zwischen 0,45 und 0,55 Ä gewählt, so daß sich für
ein Vertikal-Dipolpaar 2 mit dem Strahlquellpunkt Q ein Horizontal-Diagramm in der
H-Ebene nach Fig. 4a regibt. das gleich ist dem Horizontal-Diagramm der Horizontal-Dipole
3 mit dem gleichen Quellpunkt Q in der E-Ebene nach Fig. 5a. Der vertikale Abstand
b zwischen den Horizontal-Dipolen 3 bzw. den Mittelpunkten der Vertikal-Dipole 1
ist nach den Gesichtspunkten optimalen Gewinnes gwählt und beträgt etwa zwischen
0,5 und 0,9 #. Das Vertikal-Dipolpaar besitzt infolge Interferenz durch den gewählten
gegenseitigen Abstand a in der gleichen Richtung wie das Diagramm der Horizontal-Dipole
in Richtung der Dipol-Achsen eine Strahlungsminderung bzw.
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eine Null-Stelle. Bei einer für zirkulare Polarisation geeigneten
Einspeisung dieser Dipole ergibt sich damit in einer schrägen Polarisationsebene
von # 45° gegenüber der Horizontalen ein Diagramm nach Fig. 6a, das also auch für
zirkulare Polarisation annähernd gleich dem Horizontal-Diagramm für vertikale bzw.
horizontale Polarisation ist. Da der Quellpunkt Q für den Horizontal-Dipol 3 zusammenfällt
mit dem Quellpunkt Q des Vertikal-Dipolpaares 2 ist in diesem Bereich des Horizontal-Diagrammes
auch keine Polarisationsdrehung zu befürchten. Die beiden Systeme sind mit mehr
als 30 dB gegeneinander entkoppelt. Das Vertikal-Diagramm des Vertikal-Dipolpaares
2 nach Fig. 4b ist von dem Vertikal-Diagramm der Horizontal-Dipole 3 nach Fig. 5b
verschieden, da bei den gewählten vertikalen Abständen die Diagrammformen in der
H- bzw. E-Ebene für diese Einzeldipole voneinander abweichen. Im Bereich des Strahlungsmaximums
ist der Verlauf dieser Vertikal-Diagramme nach Fig. 4b und 5b jedoch annähernd gleich,
so daß auch in dem interessierenden Versorgungsbereich, der im allgemeinen ja nur
bis zu etwa 150 unter dem Horizont interessiert, die Voraussetzung für die Dblbehaltung
der gewählten Polarisation gegeben ist. Unter größeren Vertikalwinkeln ergibt sich
im Vertikal-Diagramm
bei zirkularer Polarisation eine Verschiebung
zu einer elliptischen Polarisation. Das resultierende Vertikal-Diagramm bei zirkularer
Polarisation in einer schrägen Polarisationsebene von 450 gegenüber der Horizontalen
zeigt Fig. 6b.
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Der Verlauf der Vertikal-Diagramme zeigt, daß der Gewinn der vertikalen
Dipole auf Grund ihrer größeren Anzahl und damit der schärferen Bündelung höher
ist als derjenige der Horizontal-Dipole. Für zirkulare Polarisation ist daher bei
einer Phasendifferenz von 90° eine entsprechend unterschiedliche Leistungseinspeisung
der Vertikal- und Horizontal-Dipole nötig, wie dies im Zusammenhang mit Fig, 3 näher
erläutert ist. Fig. 3 zeigt die verschiedenen Speisemöglichkeiten eines erfindungsgemäßen
Richtstrahlfeldes und zwar sowohl für zirkulare bzw. elliptische oder sogar schräglineare
Polarisation als auch für reine horizontale oder vertikale Polarisation. Die Speisung
der Vertikal-Dipole 1 erfolgt über gleichlange Kabel Klv bis K4v, die Speisung der
Horizontal-Dipole 3 über ebenfalls gleichange Kabel Klh bis K2h, und zwar einerseits
über den leistungsgleichen Vierfachverteiler Vv bzw. den leistungsgleichen Zweifachverteiler
Vh. Diese Verteiler sind ihrerseits über gleichlange Kabel Kv und Kh mit einem Netzwerk
NW verbunden, über welches die vom Sender S kommende Energie N im Verhältnis von
0,9 bis 0,1 N bzw. 0,1 bis 0,9 N aufteilbar ist und mit welchem gleichzeitig in
einem der beiden Zweige gegenüber dem anderen Zweig eine Phasenverschiebung zwischen
0 und 1800 einstellbar ist. Die Pfeile in Fig. 3 kennzeichnen die Stromrichtung
bzw. die Startphase der Dipole, wenn an den Ausgangsklemmen des Netzwerkes NW die
Phase gleich ist und die Verteiler Vv bzw. Vh die gleiche elektrische Länge aufweisen.
Die Polarisation ist rein vertikal bzw. rein horizontal, wenn die gesamte Leistung
über das Netzwerk NW auf einen der beiden Zweige Nv bzw. Nh geschaltet wird. Bei
den nachfolgenden Leistungsverteilungen auf die Zweige Nv und Nh und den zugehörigen
Phasendifferenzen # ergeben sich folgende Polarisationen:
Zirkulare
Polarisation: Nv = 0,42, Nh = 0,58, Phasendifferenz # = 90° Schräglineare Polarisation:
Nv = 0,42, Nh = 0,58 Phasendifferenz # = 0° bzw. 180°.
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Eine elliptische Polarisation ergibt sich bei unterschiedlicher Leistungsaufteilung
in den Zweigen Nv und Nh bei einer Phasendifferenz von # = 90° oder bei den oben
angegebenen Leistungsaufteilungen von Nv r 0,42 und Nh = 0,58 bei Phasendifferenzen
von # = >0° <90°, >90° <180°, PatentansprUche