-
Antennensystem für drahtlose Nachrichtenübermittlung mit kurzen Wellen
Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für drahtlose Nachrichtenübermittlung
mit kurzen Wellen. Zum besseren Verständnis der Erfindung sollen im folgenden kurz
einige Phänome beschrieben werden, die auftreten, wenn ein Wechselpotential von
einfacher harmonischer Form dem einen Ende eines Drahtes zugeführt wird, dessen
anderes Ende isoliert ist.
-
Wenn einem Draht von einer Länge kleiner als Einviertelwellenlänge,
der an einem Ende isoliert ist, an seinem anderen Ende eine Wechselspannung von
einfacher harmonischer Form zugeführt wird, kann dieser Draht einem Kondensator
in Reihe mit einem Widerstand als äquivalent betrachtet werden. Der Wert des Kondensators
und des Widerstandes ist dabei eine Funktion der tatsächlichen Drahtlänge und seiner
örtlichen Umgebungen. Wenn der Draht eine viertel Wellenlänge lang ist, wird er
einem reinen Widerstand äquivalent, dessen Größe unter anderem von dem Strahlungswiderstand
-und den örtlichen Umgebungen abhängt. Dieser Widerstandswert kann leicht viel kleiner
sein als der Wellenwiderstand des Drahtes, wie durch die Formel
ausgedrückt wird.
-
Wenn die Länge des Drahtes zwischen einer viertel und einer halben
Wellenlänge liegt, kann der Draht einer Induktanz in Reihe mit einem Widerstand
als äquivalent betrachtet werden, wobei der Wert des Widerstandes mit der Länge
wächst. Wenn die Drahtlänge gleich einer halben Wellenlänge ist, ist er wieder einem
reinen Widerstand äquivalent, dessen Wert wieder bestimmt wird durch den Strahlungswiderstand
des Drahtes und durch seine örtlichen Umgebungen. In diesem Falle ist der Wert des
Wiederstandes im allgemeinen viel höher als der Wellenwiderstand des Drahtes.
-
Für Drahtlängen zwischen Einhalb- und Dreiviertelwellenlänge ist der
Draht wieder äquivalent einem Kondensator in Reihe mit einem Widerstand und für
Längen zwischen Dreiviertel-und einer Wellenlänge wird er äquivalent einer Induktanz
in Reihe mit einem Widerstand.
-
Im allgemeinen kann der Draht bei Einviertel-, Dreiviertel-, Fünfviertel-
usw. Wellenlängen als äquivalent betrachtet werden zu einem Widerstand geringer
als sein Wellenwiderstand, und bei Einhalb-, Ein-, Eineinhalb- usw. Wellenlänge
wird der Draht äquivalent einem Widerstand höher als sein Wellenwiderstand.
-
Wenn der Draht länger und länger gemacht wird, nähern sich die Widerstandswerte
gradweise dem Wellenwiderstand des Drahtes. Wenn der Draht an dem entfernten Ende
geerdet wird, wird er bei Einviertel-, Dreiviertel-, Fünfviertelusw. Wellenlängen
einer Reihe von hohen Widerständen ständen äquivalent undbei Längen vonEinhalb-,
Ein-,
Eineinhalb- usw. Wellenlängen einer Serie von geringen Widerständen äquivalent.
-
Diese Änderungen des effektiven Widerstandes sind in der Kurve gemäß
Abb. r dargestellt. Hier sind die Ordinaten die gemessenen Effektivwiderstände in
Ohm von Drähten von ungefähr 400 Ohm Wellenwiderstand und gespeist mit einer Wellenlänge
von 86, gemessen in einem bestimmten Maßsystem. Die Abszissen stellen die Drahtlänge
im gleichen Maßsystem dar. Man erkennt, daß der effektive Widerstand von niedrigen
Werten von 50 Ohm bei Einviertel-, Dreiviertel-, Fünfviertelwellenlänge zu
Werten von zooo Ohm und mehr bei einer halben, einer und eineinhalber Wellenlänge
variiert.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in einer Antenne bei jedem Punkt,
wo der scheinbare Widerstand gleich oder kleiner ist als der Wellenwiderstand, ein
Widerstand von solchem Wert eingeschaltet, daß der Gesamtwiderstand gleich dem Wellenwiderstand
wird und eine Induktanz oder ein Kondensator von solchen Werten, daß die effektive,
kapazitive oder induktive Reaktanz des Drahtes neutralisiert wird.
-
Versuche haben ergeben, daß, wenn solch ein Widerstand bzw. solche
Reaktanz in einer Antenne eingeschaltet wird, diese Antenne, wieviel auch ihre Länge
zwischen dem Einschaltungspunkt und dem Spannungsgenerator vergrößert werden mag,
an dem Generator einem Widerstand äquivalent erscheint gleich dem Wellenwiderstand,
vorausgesetzt natürlich, daß die Konstante dieser Antenne nicht wesentlich durch
die örtlichen Umgebungen beeinflußt werden.
-
Bei einer solchen Anordnung fließt die Energie längs des Drahtes von
dem Generator zu dem Punkt, wo der Widerstand bzw. die Reaktanz eingeschaltet ist,
wird nahezu vollständig von dem Widerstand und durch die Strahlung von dem Teil
darüber hinaus absorbiert, so daß im wesentlichen rückwärts in der Leitung keine
Reflexionen auftreten. Es scheint demnach, daß die zugeführte Energie auf drei Wegen
verstreut wird: z. wird ein bestimmter Betrag von dem Draht zwischen dem Generator
und dem Einschaltungspunkt der Reaktanz bzw. des Widerstandes ausgestrahlt, 2. wird
ein gewisser Betrag durch den Widerstand absorbiert, 3. wird der verbleibende Betrag
von dem Teil darüber hinaus und von dem Widerstand in diesem Teil ausgestrahlt.
Die relativen Anteile der so zerstreuten Energie können in weiten Grenzen durch
die relative Drahtlänge vor und hinter dem Punkt variiert werden, indem die Kompensationsreaktanzen
bzw. Widerstände eingeschaltet sind. Wenn der Einschaltungspunkt so gewählt ist,
daß der scheinbare äquivalente Widerstand an diesem Punkt gleich dem Wellenwiderstand
des Drahtes ist, dann braucht man nur eine Kapazität oder eine Induktanz einzufügen,
so daß in dem Widerstand dahinter keine Zerstreuung der Energie wegen des Widerstandes
des Drahtes selbst auftritt.
-
Die Erfindung kann auf zwei allgemeinen Wegen ausgeführt werden.
-
x. Der Teil hinter dem Punkt, wo die Kompensation eingeschaltet ist,
kann kurz sein und besitzt infolgedessen nur vernachlässigbare strahlende Eigenschaften,
während sein Ohmscher Widerstand beträchtlich sein kann. DerTeil vor diesem Punkt
kann von jeder gewünschten Länge sein. Diese- Form ergibt die sogenannte Beverageantenne,
hat aber den wichtigen Vorteil gegenüber den bekannten Wellenantennen, daß, da keine
Erdung des Teiles hinter dem Kompensationspunkt nötig ist, die Antenne senkrecht
oder in jedem beliebigen Winkel errichtet werden kann.
-
2. Der Teil hinter dem Kompensationspunkt kann lang sein und große
strahlende Kraft besitzen. Bei dieser Form braucht die durch Strahlung von dem Teil
vor dem Kompensationspunkt zerstreute Energie nur klein zu sein im Vergleich zu
der dahinter ausgestrahlten Energie. Der erst erwähnte Teilist dann im Effekt einfach
eine Energiequelle für den hauptsächlich strahlenden zweiten erwähnten Teil und
ermöglicht es, daß dieser Teil in beträchtlicher Höhe oberhalb des Erdbodens angeordnet
werden kann, wodurch man einen besseren Nutzeffekt und verringerte Erdverluste erzielen
kann. Ferner braucht der Teil hinter dem Kompensationspunkt nicht nur ein einfacher
Draht zu sein, sondern kann jede gewünschte Form besitzen und kann auch Impedanzen
enthalten, die beispielsweise zur Verlängerung des Richteffektes dienen können.
-
Der Teil hinter dem Kompensationspunkt kann erforderlichenfalls geerdet
sein.
-
Die Erfindung kann mit allen möglichen Kombinationen dieser beiden
allgemeinen Prinzi- i Dien ausgeführt werden.
-
Wiederum kann man eine Anzahl solcher Antennen mit oder ohne Reflexsystem
verwenden, um Richteffekte zu erzielen.
-
Die Erfindung ist auf der Zeichnung in Fig. 2 bis 5 dargestellt.
-
In Fig. 2 ist A ein Draht von Einviertelwellenlänge oder weniger und
L eine induktive Reaktanz von solchem Wert, daß sie die effektive kapazitive Reaktanz
des Drahtes A ausgleicht. (Wenn dieser Draht effektiv Einviertelwellenlänge ist,
wird die Induktanz L natürlich gleich der induktiven Reaktanz Null.) R ist ein Widerstand
von solchem Werte, daß die effektive Gesamtimpedanz der Induktanz L und der Draht
A gleich dem Wellenwiderstand des Drahtes W wird, der von jeder gewünschten Länge
sein kann und unten mit einer Hochfrequenzquelle S verbunden ist.
-
Erforderlichenfalls können die Impedanzen L und Rin einer einzigen
Spule vereinigt werden.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist
C ein Kondensator, der an Stelle der Induktanz L eingeschaltet ist und die Reaktanz
des Drahtes A ausgleicht, wenn sie induktiv ist (d. h. die Länge des Drahtes A liegt
zwischen Einviertel- und Einhalbwellenlänge oder zwischen Dreiviertel-und einer
Wellenlänge usw.).
-
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. q. ist die Antenne A von beträchtlicher
Länge, verglichen mit der Wellenlänge. Die Strahlung von abwechselnder halben Wellenlänge
der Antenne wird dadurch unterdrückt oder verringert, 'daß man diese halbe Wellenlänge
oder Teile davon durch Induktionsspulen N bildet.
-
Bei der Ausführungsform gemäß Fie. 5 wird der Teil A der Antenne durch
mehrere parallele Drähte gebildet. Wie schon oben festgestellt, ist der effektive
Widerstand eines Drahtes von Einhalb-, Ein-, Anderthalb- usw. Wellenlänge im allgemeinen
gleich einem Widerstand von höherem Wert als der Wellenwiderstand des Drahtes. Durch
die Verwendung paralleler Drähte kann der Wellenwiderstand beträchtlich verringert
werden und ebenso der effektive Widerstand von Einhalb-, Ein-, Anderthalb- usw.
Wellenlänge des Drahtes. Es entsteht infolgedessen ein Sonderfall, wenn man den
Draht W sehr dünn und mit hohem Wellenwiderstand macht und für den Teil A eine Anzahl
voneinander genügend entfernter Drähte wählt; dann kann der effektive Widerstand
des Teiles A für Einhalb-, Ein-, Anderthalb- usw. Wellenlänge gleich dem Wellenwiderstand
des -Drahtes LT' gemacht werden, ohne daß man besondere Ausgleichswiderstände oder
Reaktanzen vorzusehen braucht, d. h. man kann von den Teilen L, C, R als
besonderen Einzelteilen absehen.
-
Bei der praktischen Ausführung hat sich eine ganz genaue Kompensation
für nicht erforderlich erwiesen. Es hat sich vielmehr gezeigt, daß eine Kompensation,
die etwa io Prozent der Welle zu reflektieren gestattet, für die meisten praktischen
Zwecke groß genug war.