DE2156053C3 - Richtstrahlfeld mit zirkularer oder elliptischer Polarisation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Richtstrahlfeld mit zirkularer oder elliptischer Polarisation zum Aufbau von Rundstrahlantennen laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

Richtstrahlfelder dieser Art sind bekannt (GB-PS 44 636). Die Horizontal-Dipole sind bei diesem bekannten Richtstrahlfeld als Ganzwellendipol ausgebildet und kreuzen jeweils die daneben angeordneten Vertikal-Halbwellendipole, von denen zwei übereinander angeordnet und in Serie als Ganzwellendipol gespeist sind. Die quer angeordneten kreuzenden Horizontal-Ganzwellendipole besitzen ein schmaleres Horizontal-Diagramm als das zugeordnete Vertikal-Dipolpaar. Soll mit einem solchen bekannten Richtstrahlfeld eine zirkularpolarisierte Abstrahlung erreicht werden, so ist dies nur unmittelbar senkrecht zur Abstrahlungsrichtung möglich, unter 45° ergibt sich wegen der unterschiedlich breiten Diagramme der sich kreuzenden Dipole eine mehr oder weniger starke elliptische Polarisation.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Richtstrahlfeld der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß dieser Nachteil vermieden ist und auch unter unterschiedlichen Abstrahlungswinkelh eine einmal gewählte zirkuläre oder elliptische Polarisation besieht

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Richtstrahlfeld laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchea

Durch die Ausbildung des Horizontal-Dipoles als Halbwellendipol und dessen Anordnung unmittelbar zwischen den beiden Vertikal-Halbwellendipolen des Vertikal-Dipolpaares, ohne hierbei letztere zu kreuzen, wird erreicht, daß das Horizontal-Diagramm sowohl für die vertikalen als auch für die horizontalen Dipole etwa gleich ist und auch das daraus resultierende Diagramm der zirkulären oder elliptischen Polarisation unter allen Abstrahlwinkeln etwa gleich breit ist Daraus ergibt sich, daß beispielsweise eine zirkuläre Polarisation auch unter unterschiedlichen Abstrahlungswinkeln vorhanden ist, also keine Drehung der Polarisation zu befürchten ist Mit einem erfindungsgemäßen Richtstrahlfeld können also beispielsweise Rundstrahlantennen mit zirkularer bzw. elliptischer Polarisation aufgebaut werden, die weitgehend optimale Abstrahlungsleistung besitzen und bei denen die gewählte Polarisation in allen Richtungen beibehalten wird. Solche Rundstrahlantennen eignen sich vor allem für den UKW-Rundfunk, da sie auch mit den üblichen Auto- und Kofferradio-Stabantennen einen besseren Empfang gewährleisten als bei bisher üblicher reiner Horizontalpolarisation. Für die Vertikaldiagramme kann in einem Abstrahlungsbereich ab etwa 10° bis 15° unter dem Horizont eine Abweichung in Kauf genommen werden, da in dem verbleibenden Winkelbereich im Vertikaldiagramm im allgemeinen keine gleichbleibende Polarisation erforderlich ist. Aus diesem Grunde können die gegenseitigen vertikalen Abstände der Vertikal-Halbwellendipole größer als λ/2 gewählt und nach den bekannten Regeln für optimalen Gewinn bemessen werden. Hierbei wird auch berücksichtigt, wieviel Richtstrahlfelder einer Rundstrahlantenne vertikal übereinander angeordnet sind.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Richtstrahlfeldes,

F i g. 2 zeigt dessen Draufsicht,

Fig.3 zeigt das Speisesystem eines solchen Richtstrahlfeldes,

Fig.4 bis 6 zeigen die zugehörigen Horizontal- und Vertikal-Diagramme.

Nach Fig. 1 besteht ein erfindungsgemäßes Richtstrahlfeld für zirkuläre 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 λ vor einem Reflektor 4 angeordnet. Der Reflektor besitzt vorzugsweise eine Breite zwischen 0,6 und 0,8 λ und eine vertikale Länge zwischen 0,9 und 1,3 λ. Er kann zur Verringerung der Windlast aus einem Gitter mit einer

β- Maschenbreite von etwa 0,06 λ bestehen. Die Vertikal-Dipole 1 besitzen beispielsweise eine Länge von 0,45 bis 0,6 λ, die Horizontal-Dipole 3 vorzugsweise eine Länge zwischen 0,4 und 0,5 λ.

Der gegenseitige vertikale Abstand a zwischen zwei ein Dipolpaar 2 bildenden Vertikal-Dipolen 1 ist zwischen 0,45 und 0,55 λ gewählt, so daß sich für ein Vertikal-Dipolpaar 2 mit dem Strahlung:;quellpunkt Q ein Horizontal-Diagramm in der Η-Ebene nach F i g. 4a ergibt, das gleich ist dem Horizonial-Diagramm der Horizontal-Dipole 3 mit dem gleichen Quellpunkt Q in der Ε-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 gewählt und beträgt etwa zwischen 0,5 und 0,9 λ. 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. eine Null-Stelle. Bei einer für zirkuläre 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 zirkuläre 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 3OdB gegeneinander entkoppelt Das Vertikal-Diagramm des Vertikal-Dipolpaares 2 nach Fig.4b ist von dem Vertikal-Diagramm der Horizontal-Dipole 3 nach F i g. 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 F i g. 4b und 5b jedoch annähernd gleich, so daß auch in dem interessierenden Versorgungsbereich, der im allgemeinen ja nur bis zu etwa 15° unter dem Horizont interessiert, die Voraussetzung für die Beibehaltung der gewählten Polarisation gegeben ist. Unter größeren Vertikalwinkein 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 45° gegenüber der Horizontalen zeigt 4·> F ig. 6b.

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 zirkuläre Polarisation ist daher bei einer Phasendifferenz von 90° eine entsprechend unterschiedliche Leistungseinspeisung der Vertikal- und Horizontal-Dipole nötig, wie dies im Zusammenhang mit F i g. 3 näher erläutert ist. F i g. 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 K1 ν bis K 4v, die Speisung der Horizontal-Dipole 3 über ebenfalls gleichlange Kabel K lh bis K 2h, 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 NWverbunden, über welches die vom Sender 5 kommende Energie N im Verhältnis von 0,9 bis 0,1 N bzw. 0,1 bis 0,9 iV aufteilbar ist und mit welchem gleichzeitig in einem der beiden Zweige gegenüber dem anderen Zweig eine Phasenverschiebung zwischen 0 und 180° 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 ψ ergeben sich folgende Polarisationen:

Zirkulare Polarisation:

Nv = 0,42, Nh = 0,58,
Phasendifferenz ψ = 90°.

Schräglineare Polarisation:

Nv = 0,42, Nh = 0,58,
Phasendifferenz φ = 0° bzw. 180°.

Eine elliptische Polarisation ergibt sich bei unterschiedlicher Leistungsaufteilung in den Zweigen Nvund Nh bei einer Phasendifferenz von ψ = 90° oder bei den oben angegebenen Leistungsaufteilungen von Nv = 0,42 und Nh = 0,58 bei Phasendifferenzen von ψ = > 0° < 90°, > 90° < 180°.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Richtstrahlfeld mit zirkularer oder elliptischer Polarisation zum Aufbau von Rundstrahlantennen, mit mindestens einem vor einem Reflektor angeordneten Vertikal-Dipolpaar, das aus zwei nebeneinander angeordneten Vertikal-Halbwellendipolen besteht, und einem Horizontal-Dipol, dessen Quellpunkt mit dem resultierenden Quellpunkt des Vertikal-Dipolpaares zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der Horizontd-Dipol als Halbwellendipol (3) zwischen den beiden Vertikal-Halbwellendipolen (1) angeordnet ist

2. Richtstrahlfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikal-Halbwellendipole (1) des Dipolpaares (2) in einem Abstand von ΰ,45 bis 0,55 λ nebeneinander angeordnet sind.

3. Richtstrahlfeld nach Anspruch 1 oder 2 mit mehreren übereinander angeordneten Vertikal-Dipolpaaren, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Mittenabstand (b) zwischen den übereinander angeordneten Vertikal-Dipolpaaren und damit auch der gegenseitige Vertikalabstand der Horizontal-Halbwellendipole (3) zwischen 0,5 und 0,9 λ gewählt ist.

4. Richtstrahlfeld nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikal-Halbwellendipole (1) zwischen 0,45 und 0,6 λ und die Horizontal-Halbwellendipole (3) zwischen 0,4 und 0,5 Λ lang gewählt sind.

5. Richtstrahlfeld nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikal- und Horizontal-Halbwellendipole (1, 3) in einem Abstand zwischen 0,2 und 0,3 λ vor dem Reflektor (4) angeordnet sind.

6. Richtstrahlfeld nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikal-Halbwellendipole (1) mit geringerer Leistung als die Horizontal-Halbwellendipole (3) gespeist sind, so daß sich annähernd gleiche Strahlungsleistung für beide Dipolgruppen ergibt.