DE518653C - Richtantenne aus einem in einer Ebene maeanderfoermig gebogenen Leiter - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Strahlantennenanordnung, insbesondere für solche Antennensysteme, welche quer zur Wdlenfortpflanzungsrichtung angeordnet sind.
Der Erfindungszweck besteht darin, ein einfaches, billiges und hochwirksames Antennensystem für Raumwellen zu schaffen, welches außerdem eine gute Richtwirkung aufweist. Hierfür sind bereits Richtantennenanordnungen für quer zur Antennenrichtung verlaufende Schwingungen mit ausgeprägter Richtung vorgeschlagen worden, welche aus zwei selbständigen Einheiten bestehen, einem Reflektor oder einer rückstrahlenden Einheit und einer Strahl- oder Antenneneinheit. Jede Einheit besteht ihrerseits aus einer Vielzahl von senkrechten Leitern als Strahlelem>enten, welche untereinander durch einen Über-1 ragungsleiter verbunden sind, welcher seinerseits eine scheinbar unbegrenzte Übertragungsgeschwindigkeit zuläßt. Weil der der Antenneneinheit zugeführte Energiebetrag sich innerhalb derselben mit fast unbegrenzter Geschwindigkeit ausbreitet, sind die Ströme in den Strahlelementen miteinander in Phase. Erfindungsgemäß besteht das Antennensystem aus einer Antenneneinheit und einem Reflektor oder Rückstrahleinheit, welche beide gleiche Form aufweisen, in parallelen Ebenen liegen und voneinander um einen bestimmten Bruchteil einer Wellenlänge entfernt sind. Die Einheiten bestehen aus einer Vielzahl von Strahlelementen, deren Einzellänge eine bestimmte Beziehung zu der Wellenlänge der zu empfangenden oder auszustrahlenden Welle hat und deren entsprechende Enden abwechselnd miteinander durch nichtstrahlende Leiter verbunden sind. Letztere haben eine Länge, welche in einer bestimmten Beziehung zu der \-erwendeten Wellenlänge steht. Auf diese Weise bilden beide Leiter eine in Zickzacklinien geführte Form, wobei die Verbindungsstücke der Strahlleiter mit den Übertragungsleitern jeweilig einen Winkel von 90⁰ miteinander bilden. Der Reflektor oder Rückstrahler ist von der Antenneneinheit um ein ungerades Mehrfaches einer Viertelwellenlänge entfernt.

Infolge der physikalischen Bemessung der Antenne erzeugt in ihr die von einer örtlichen Strahlquelle zugeführte oder einer ankommenden Welle entnommene Schwingungsenergie Ströme, welche untereinander in Phase sind. Durch das Zusammenwirken der

Antennen- und Rückstrahleinheit entsteht eine Antennenanordnung mit einer einzigen ausgeprägten Schwingungsrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden beschrieben und in der Zeichnung dargestellt, in welcher Abb. ι das Schema einer Ausführungsform

einer Antenneneinheit (ohne Reflektor) mit den zugehörigen Strom- und Spannungsvektoren, welche in den Strahlelementen durch die ankommenden Ströme erzeugt werden,

Abb. 2 die in Abb. ι gezeigte Ausführungsform mit Sende- oder Empfangsübertragung im mittleren Teil (statt am Ende), Abb. 3 andere Ausführungsformen gleicher Wirkung und

Abb. 4 eine aus Antennen- und Rückstrahleinheit bestehende Antennenanordnung und deren Befestigungsmittel zeigt. Abb. ι zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Antennenanordnung, welche aus einer Vielzahl von Strahl- und Übertragungsleitern besteht und welche mit einem Empfänger verbunden ist. Die entsprechenden Enden der Strahlelemente sind miteinander durch Übertragungsleiter verbunden. In dieser Ausführungsform sind beide Elemente gleich lang, nämlich eine Viertelwellenlänge. Das Strahlelement dient zur Umwandlung des Energieinhaltes einer ankommenden Schwingung in Empfangsenergie, während ein Übertragungselement nicht zur Auslösung dieser Wirkung dient, sondern nur zur Übermittlung der Strahlenergie von einem Strahlelement zum anderen. Unter jedem Strahlelement sind die Strom- und Spannungsvektoren zu einer gegebenen Zeit t dargestellt für einen idealen verlustfreien Leiter unter der Voraussetzung, daß die Strahlwelle sich in einer senkrecht zur Antemienebene liegenden Richtung fortpflanzt. Pfeil A stellt die durch die Welle induzierten Spannungsphasen dar. Wie bebekannt, liegen diese Spannungen alle in gleicher Richtung. Die durch den Pfeil B dargestellten Drahtspannungsphasen sind in benachbarten Strahlelementen um i8o° verschoben. Die resultierenden Spannungen, welche in jedem Strahlelement erzeugt werden, können in der mittleren Vertikalebenekonzentriert angenommen werden, da die Spannungsresultierende in jedem Leiterelement der Strahlelemente dieselbe Phase hat wie die Spannung im Mittelelement. Angenommen, die Spannung in jedem Strahlelement sei ε, so ist der Drahtabstand zwischen den Punkten in benachbarten Strahlelementen = ¹Z₂ λ, wenn X die Wellenlänge ist. Wenn daher der Strom entsprechend der Spannung im Strahlelement 1 den Wert ε erreicht im Strahlelement 2, so wird der Strom, welcher sich aus der dann folgenden Hälfte der Raumwelile ergibt, damit in Phase sein. Dieser Zustand ist dargestellt durch den Pfeil C, welcher im Empfangsgerät C die Ströme anzeigt, welche unmittelbar durch die Strahlelemente fortgepflanzt werden.

Die durch Reflektion an den freien Enden entstehenden und in R ankommenden Ströme sind ebenfalls in Phase, wie der Pfeil D andeutet. Dieses erhellt aus der Betrachtung des Punktes im Strahlelement 1. Die Drahtlänge von ε nach dem freien Ende ist */₄ λ. Daher wird der reflektierte Stromwert durch die Phasenumkehr von i8o° infolge der Rückstrahlung im Punkte ε in Phase sein mit jenem, welcher zu der nächstfolgenden Raumwelle gehört. Für solche Wellen, welche in einer anderen Richtung, die nicht zur Antennenebene senkrecht steht, liegen, treffen die genannten Bedingungen nicht zu, und die Stärke der in R ankommenden Ströme wird im gleichen Maße abnehmen, wie die Wellenrichtung von der senkrechten Richtung abweicht.

Da stehende Wellen theoretische Stromknoten in Drahtabständen verursachen, welche ganze Vielfache von der halben Wellenlänge C/2 ^). gemessen von den offenen Enden, verursachen, entstehen Stromknoten an den Stellen a, b, c, d und e. Es wird dadurch sofort klar, daß die unerwünschte Rückstrahlung von den Übertragungsleitern in allen zu diesen Bestandteilen senkrechten Richtungen aufgehoben wird'. In allen anderen Richtungen wird die Rückstrahlung zu vernachlässigen sein, in erster Linie wegen der geringen, in diesen Bestandteilen vorherrschenden Stromgrößen.

Die vorausgehende Beschreibung gilt in ähnlicher Weise für eine nach dem gleichen Prinzip gebaute Sendeantenne. In diesem Falle ist der Empfänger R ersetzt durch ein geeignetes Sendegerät, und die Strahlelemente dienen zur Umwandlung der örtlich erzeugten Schwingungsenergie in Strahlungsenergie. Die Übertragungsleiter sind als Zuleitung der örtlich erzeugten Energie zu den verschiedenen Strahlelementen wirksam, wobei keinerlei nennenswerte Kraft in horizontal polarisierten Wellen verlorengeht. Das in Abb. 1 no rechts gekennzeichnete Antennensystem kann offenbar durch ein links angebrachtes zu einem System mit verbesserter Richtwirkung ergänzt werden. Eine derartige Anordnung zeigt Abb. 2. Die Strom- und Spannungsbedingungen, welche in Verbindung mit der Abb. ι gezeichnet und erklärt sind, gelten auch für die in Abb. 2 gezeichnete Antenne. Die verbesserte Richtwirkung entsteht aus der Symmetrie des Systems. Wie oben in der Verbindung mit Abb. 1 dargelegt, ist die unerwünschte Rückstrahlung der Übertragungs-

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elemente zu vernachlässigen. Bei der in Abb. 2 gezeigten Ausführungsform ist diese Rückstrahlung beseitigt, da die links entstehende Rückstrahlung der rechts wirksamen entgegengesetzt ist.

Andere Längen der Strafalelemente und ihrer Abstände voneinander als solche in Abb. ι und 2 dargestellt sind, können benutzt werden, um eine bestimmte Phasenbeziehung herzustellen, welche für Ouerempfang und Sendung erforderlich ist. Abmessungen der Höhe der Strahlelemente und deren Abstände können in einem großen Geltungsbereich gewählt werden, solange sie den Gleichungen genügen:¹l₂Ä = S—Vundn-X —¹IJ^ = S-V, wobei λ die Wellenlänge ist, S der Abstand zwischen den Strahlelementen, V die Höhe eines Strahlgliedes, welche ¹^ λ nicht überschreiten sollte, und wobei ti irgendeine ganze Zahl bedeutet.

Die beschriebenen Anordnungen haben zwei einander entgegengesetzte Strahlrichtungen. Um ein Antennensystem mit nur einer einzigen ausgeprägten Strahlrichtung· zu verwirklichen, wird ein Reflektor oder Rückstrahler gebraucht.

Ein solches Strahlsystem mit nur einer Strahlrichtung ist in Abb. 4 dargestellt, in welcher eine Antenne F und ein Reflektor oder Rückstrahler D gezeigt sind. Der Reflektor hat dieselbe Form und Abmessungen wie die Antenne und liegt bezüglich der Wellenfortpflanzungseinrichtung hinter ihr um ein ungerades Vielfaches einer Viertelwellenlänge. Es versteht sich, daß.die ganze Zahl 1 als ungerades Vielfaches angesehen wird. Der Reflektor ist in gleicher Weise wirksam beim Empfangen und Senden. Der Antennenmittelpunkt ist mit der Erdedurch einen Resonanzkreis verbunden, welcher abgestimmt werden kann, und die Signalwelle wird der Antenne zugeführt bzw. von ihr abgeleitet mit Hilfe einer Drahtübertragungslinie. Der Reflektor ist mit der Erde durch einen ähnlichen Resonanzkreis verbunden, der ebenfalls abgestimmt werden kann. Indessen ist der Reflektor nicht mit dem Empfangs- bzw. Sendegerät verbunden. Der Resonanzkreis, welcher mit dem Reflektor verbunden ist, hat sich als wirksam ergeben für Einstellungen zur Verringerung der Strahlwirkung der rückwärtigen Enden, hauptsächlich solcher, durch welche atmosphärische Störungen entstehen. Verschiedene Möglichkeiten zur Aufhängung der Antennensysteme sind ausführbar, von denen eine in Verbindung mit einem Teil des in Abb. 4 gezeigten Systemes dargestellt ist. Wie gezeichnet, dienen zwei senkrechte Stangen 10 und 11 von genügender Höhe dazu, die Antenne über Erdbodenhöhe zu halten und sind mit Querarmen 12 und 13 versehen, welchewenigstens eineViertehvellenlänge lang sind, um den geeigneten Abstand zwischen Antenneund Reflektor herzustellen. Seileoder Kabel 14 und 15 erstrecken sich zwischen entsprechenden Punkten der Querarme, und die Antenne und der Reflektor werden von ihnen in bekannter Weise mittels kurzer Seil- bzw. Kabellängen und Abspannisolatoren getragen.

Der untere Systemteil wird aufrechterhalten¹ und vor Schwingungen bewahrt mittels in geeigneter Weise isolierter Seile oder Kabel, welche im wesentlichen nach Zeichnung in der Erde verankert sind.

Es können aber auch andere Mittel als fest verankertes Rahmenwerk zur Abstützung der Antennenteile benutzt werden.

Es ist selbstverständlich, daß das Antennensystem auch mit vertikaler Hauptachse montiert sein kann, während es in der obigen Beschreibung als in einer Vertikalebene liegend mit horizontaler Hauptachse dargestellt ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Richtantenne aus einem in einer Ebene mäanderförmig gebogenen Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Länge eines vertikalen und eines horizontalen Gliedes ein ungerades Vielfaches der halben Wellenlänge beträgt und daß die Länge der senkrecht zur Längsausdehnung der Mäanderlinie stehenden Abschnitte dabei so gewählt ist, daß die in ihnen erzeugten Schwingungen in Phase sind.

2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Antenne im Abstand eines ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge ein Reflektor von der Form der Antenne angeordnet ist, um eine einseitige Richtcharakteristik zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen