DE557458C - Richtantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Luftleiteranlagen und insbesondere auf Richtantennen. Ein Gegenstand der Erfindung ist, eine Richtantenne so zu bauen, daß sie über einen beträchtlichen Wellenlängenbereich wirksam ist. Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist, die Empfangswirksamkeit der Antenne zu vergrößern. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Antenne, die in der Vertikalebene und in der Horizontalebene eine scharfe Selektivität besitzt. Ein weiterer Zweck ist die Verminderung der Schwundwirkung bei der Wellenfortpflanzung.

Es ist bekannt, daß die wirksamste Höhe einer einfachen Vertikalantenne mit einer Erdverbindung am unteren Ende eine halbe Wellenlänge der übertragenen Wellen ist.

Bei langen Wellen begnügt man sich aus technischen Gründen vielfach mit einer Vertikalantenne, die nur eine Viertelwellenlänge lang ist. Dies ist auch theoretisch insofern zulässig, als die Erde bei nicht zu hohen Frequenzen als guter Leiter angesehen werden kann und daher die an ihrem unteren Ende geerdete Viertelwellenantenne in der Erde ihr elektrisches Spiegelbild hat. Eine solche Anordnung entspricht dann also einer Halbwellenantenne, die in ihrem Mittelpunkt, also im Spannungsknoten, über einen niedrigen Scheinwiderstand gespeist wird.

Bei kürzeren Wellen (z. B. 15 m) trifft aber weder die Voraussetzung, geringer Erdwiderstand, noch die andere Voraussetzung, geringer Scheinwiderstand der Kopplungsspule, zu, so daß in solchen Fällen eine Halb- wellenantenne nach Abb. 1 mit großem Scheinwiderstand im Spamiungsbauch erheblich wirksamer ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Empfangswirksamkeit, die für eine vertikale Halbwellenlängenantenne charakteristisch ist, erhalten und sogar vergrößert werden kann, \venn man die Länge der Antenne vergrößert und zugleich die Antenne zu der entfernten Sendestation hin oder von ihr weg um einen bestimmten Winkel neigt. Die einfache allgemeine Regel lautet, daß die Länge der geneigten Antenne gleich einer halben Wellenlänge der übertragenen Wellen sein soll plus einer Länge, die gleich der Projektion der Antenne auf eine Ebene parallel zur Richtung der Wellenfortpflanzung ist. Bei horizontal fortschreitenden Wellen muß also die Länge der Antenne gleich einer halben Wellenlänge plus der Horizontalprojektion der geneigten Antenne sein.

Es ergibt sich daher, daß im Falle einer geneigten Antenne, welche einige Wellenlängen lang ist, die wirksame Empfindlichkeit der Antenne sich wenig bei einer beträchtlichen Änderung der ausgesandten Wellenlänge an-

dort, wenn wir annehmen, daß die Energie der ausgesandten Wellen und ihre Fortpflanzungsrichtung ungeändert bleiben. Es ist daher ausführbar, eine solche Antenne in einer Anlage zu benutzen, bei der es wünschenswert oder notwendig ist, die Wellenlänge von Zeit zu Zeit zu ändern. Dies ist ein sehr wichtiges Kennzeichen der Erfindung. Es ist auch praktisch, die Antenne mit einfachen to mechanischen Mitteln zu versehen, um schnell die Antennenneigung bis zum besten Winkel gleichzeitig mit einer Änderung der Wellenlänge zu ändern, da hierdurch die Anpassung an verschiedene Wellenlängen ohne Ände- !5 rung der Antennenlänge oder Auswechslung der einen Antenne gegen eine andere erzielt werden kann. Ferner ist es zweckmäßig, die Antenne mit mechanischen Mitteln zur Drehung ihrer Vertikalebene bis zur besten Stellung für die Ausstrahlung oder Absorption der Energie zu versehen.

Weitere Kennzeichen der Erfindung und Benutzungszwecke ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Berücksichtigung der Abbildungen.

Abb. ι stellt eine vertikale Halbwellenlängenantenne dar, die nur zur Erklärung eines Kennzeichens der Erfindung benutzt wird. Abb. 2 gibt eine Tabelle, in der die Stromvektoren für die Antenne der Abb. ι zu sehen sind.

Abb. 3 zeigt eine Dreiviertelwellenlängenantenne, die im besten Winkel zur ankommenden Welle geneigt ist. Abb. 4 gibt ein Vektordiagramm für diese Antenne.

Abb. 5 veranschaulicht eine umgekehrte V-Antenne, die aus zwei geneigten Leitern oder Elementen besteht, und Abb. 6 ein Vektordiagramm für eine solche Anlage. Abb. 7 ist eine doppelte umgekehrte V-Antenne, die aus zwei einzelnen V-Antennen besteht.

Abb. 8 zeigt die Vertikalebenen-Richtcharakteristik einer geneigten eindrähtigen Antenne und einer vertikalen eindrähtigen Antenne, wobei jede eine Wellenlänge lang ist. Abb. 9 stellt schematisch eine Anlage dar, in der ein umgekehrter V-Antennenabschnitt mit Mitteln versehen ist, um die Vertikalebene der Antenne in eine gewünschte Richtung zu drehen.

Abb. 10 zeigt einen umgekehrten V-Antennenabschnitt, der mit Mitteln versehen ist, um den Neigungswinkel jedes Schenkels oder Elementes des V-Abschnittes zu ändern.

Abb. 11 veranschaulicht eine einseitig gerichtete Antennenanlage in Serienstellung und Abb. 12 eine solche in Parallelstellung. Jede besitzt einen Erreger und einen Reflek— tor.

Die Abb. 13, 14 und 15 sind Kurven für Anlagen, weiche die Erfindung benutzen, und sind für eine einzelne Wellenlänge gezeichnet. Die Kurve der Abb. 13 zeigt die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel einer einzel-"nen linearen Antenne und der Länge der Antenne für den Fall der größten und kleinsten horizontalen Richtwirkung. Die Kurve der Abb. 14 ermöglicht es, die horizontalen und vertikalen Projektionen der Antenne verschiedener Länge zu bestimmen, wenn jede Antenne in dem besten Winkel für die horizontale Richtwirkung geneigt ist. Die Kurven der Abb. 15 zeigen in Decibel den Gewinn, den man bei Benutzung der geneigten Antenne in den angegebenen Arten und Längen erzielen kann, verglichen mit den Ergebnissen, die man bei einer vertikalen HaIbwellenlängenantenne erzielt.

In Abb. ι ist mit 1 eine vertikale Halbwellenlängenantenne bezeichnet, die mit einer Radioübertragungsvorrichtung, wie z. B. einem Empfänger oder Sender, über den Transformator 2 mit den Wicklungen 4 und 5 verbunden ist. Die untere Klemme der Antenne ist über die Wicklung 5 mit der Erde 3 verbunden.

Wenn wir annehmen, daß die Richtung der ankommenden Welle durch den Pfeil G gegeben ist, trifft die Welle auf alle Elemente, wie a, b, c, d und e der vertikalen Antenne 1, zur gleichen Zeit auf. Daher sind die verschiedenen induzierten Spannungen miteinander in Phase. Ihre Richtungen sind in der zweiten Spalte der Abb. 2 veranschaulicht. Der durch die Spannung in dem Abschnitt e erzeugte Strom, der sich unmittelbar zu der Wicklung 5 hin fortpflanzt, benötigt hierzu eiiie Zeit, die einer halben Periode entspricht. In ähnlicher Weise braucht der sich vom Punkte d aus fortpflanzende Strom eine Zeit, die drei Achtel einer Periode entspricht, um die Wicklung 5 zu erreichen. Die von den Punkten c, b und α ausgehenden Ströme erfordern eine Zeit, die einer Viertel-, einer Achtel- und Nullperiode entspricht, um zur Wicklung 5 zu gelangen. Wenn wir annehmen, daß die Drehung entgegengesetzt dem Uhrzeiger als positiv oder fortschreitend zu bezeichnen ist, werden die einzelnen Ströme in der Wicklung 5 in dem betrachteten Augenblick hinsichtlich ihrer erzeugenden Spannung um einen Betrag verzögert, der gleich der Antennenlänge ist, gerechnet von der Wicklung 5 bis zu den entsprechenden Abschnitten. In Spalte 3 der Tabelle der Abb. 2 ist dieses durch kleine Pfeile dargestellt, welche nur die Richtung, nicht aber die Stromstärke angeben. Wenn man die einzelnen Stromvektoren addiert, sieht man aus dem im unteren Teil der Tabelle gezeichneten Diagramm, daß die Resultierende ein groß-

ter Vektor ist, weil er ein Durchmesser des Vektorkreises ist. Obwohl sich dieser Beweis auf eine Auswahl der im bestimmten Abstände befindlichen Elementarstrecken stützt, so ist ersichtlich, daß die Verhältnisse in der Antenne als Ganzes ziemlich genau durch solche ["nterteilung dargestellt werden und daß daher die Tabelle die resultierende Wirkung in der Antenne als Ganzes angibt.

Der resultierende reflektierte Strom wird in ähnlicher Weise bestimmt. Die Verhältnisse liegen so, wie sie in der Spalte 4 der Tabelle angegeben sind. Der Strom des Abschnitts e hat eine entgegengesetzte Phase

x5 wegen der Reflexion an dem offenen Ende der Antenne. Daher kommt er bei der Wicklung 5 nach einer Zeit an, die einer vollen Periode, nachdem der Strom aufgetreten ist, entspricht. Der Strom ist daher, wenn man ihn in der Wicklung· 5 mißt, in jedem gegebenen Augenblick um eine volle Periode hinsichtlich der Spannung e verzögert. Der reflektierte Strom, der durch die Spannung d entsteht, braucht eine Achtelperiode bis zum offenen Ende, wird wegen der Reflexion um eine halbe Periode und dann durch die HaIbwellenlängenantenne um eine weitere halbe Periode verzögert, bevor er die Spule 5 erreicht. Wenn er bei der Wicklung5 ankommt, ist er daher um ein und eine Achtelperiode hinsichtlich der Spannung im Abschnitt d verzögert. Die übrigbleibenden Vektoren der reflektierten Ströme werden in ähnlicher Weise bestimmt. Ihre Resultierende ist auch ein Durchmesser des Vektorkreises, wie es in der Tabelle zu sehen ist.

Abb. 2 zeigt in Tabellenform die Stromvektoren für die Antenne nach Abb. 1. In Spalte r sind die Abschnitte, in Spalte 2 die

in jedem Abschnitt induzierten Spannungen, in Spalte 3 der durch den Empfänger gehende Strom DP bei unmittelbarer Fortpflanzung und RF nach Reflexion zu sehen. R zeigt die Resultierende von III, während TR die Gesamtresultierende angibt. Die Resultierende der Vektoren der reflektierten Ströme hat dieselbe Richtung· wie die Resultierende für die unmittelbar sich fortpflanzenden Ströme. Daher addieren sich beide Resultierende für die Antenne nach Abb. 1 und geben eine Maximalgesamtresultierende oder mit anderen Worten die größte horizontale Richtwirkung. Die Vektoren haben natürlich einen Drehsinn, und die Richtungen, welche die Pfeile andeuten, sind nur relativ.

Iu Verbindung mit Abb. 1 sei bemerkt, daß, wenn die vertikale Antenne eine Wellenlänge hoch ist an Stelle einer halben Wellenlänge die Gesamtresultierende des Vektors für die sich in einer Horizontalebene fortpflanzenden Wellen ein Minimum oder Null ist. Eine Vertikalanteiiue, die eine Wellenlänge hoch ist, ist daher besonders geeignet, horizontale Wellen zurückzuwerfen. Auch wenn man die Vertikalantenne und geneigte Antennen, welche entsprechend der Erfindung gebaut sind, vergleicht, ist eine vertikale Halbwellenlängenantenne eine geeignete Vergleichsnormalie, weil sie eine größte horizontale Richtcharakteristik besitzt. 7° "

In Abb. 3 ist die Antenne drei Viertelwellenlängen lang und durch eine Transformatorwicklung 8 mit Erde verbunden. Die andere Wicklung des Transformators 8 kann mit einem Sender oder Empfänger Λ-erbunden sein. In dieser Beschreibung wird angenommen, daß sie mit einem Empfänger verbunden ist. Die Antenne ist zur Vertikalen um einen solchen Winkel geneigt, daß die Projektion der Antenne auf eine Ebene, welche parallel zur durch den Pfeil 9 angedeuteten Richtung der ankommenden Welle liegt, eine halbe Wellenlänge kürzer ist als die Länge der Antenne selbst, d. h. eine Viertelwellenlänge für die Antenne der Abb. 3. Wie vektoriell weiter unten erklärt wird, besitzt eine Antenne, die um einen solchen Winkel geneigt ist, daß er der beste Winkel für die gegebene Antennenlänge ist, eine größte Richtcharakteristik in der Richtung der WeI-lenfortpflanzung. Die kleinen Buchstaben /, g, h, i, j, k und / bezeichnen kleine Antennenabschnitte, die in einem Abstande von einer Achtehvellenlänge längs der Antenne verteilt sind.

In Abb. 4 ist das Vektordiagramm für die Antenne nach Abb. 3 zu sehen. In Spalte 1 sind die Abschnitte und in Spalte 2 die in jedem Abschnitte induzierten Spannungen angegeben. In Spalte 3 ist der Strom durch den Empfänger unter DP bei unmittelbarer Fortpflanzung und unter RF nach Reflexion dargestellt. Die Resultierende dieser Ströme ist unter R angegeben, während die Gesamtresultierende unter TR zu sehen ist.

Wenn wir die Tabelle der Abb. 4 betrachten und insbesondere die Spalte mit den induzierten Spannungen, so sehen wir, daß die gleichzeitig in den Abschnitten induzierten Spannungen in der Phase gegeneinander verschoben sind und daß sich dadurch diese Anlage von der der Abb. 1 unterscheidet. Das rührt daher, daß der Teil der Welle, welcher die Spannung in irgendeinem Abschnitte induziert, um 15⁰ oder ^-Periode hinsichtlich jener induzierten Spannung, die im unmittelbar darüber befindlichen Abschnitte auftritt, verzögert ist. Die verschiedenen Phasendifferenzen zwischen den induzierten Elementarspannungen und ihren durch den Transformator S hervorgerufenen Strömen erhält man in ähnlicher Weise, wie sie zusammen in λ "or-

bindung mit der Abb. 2 erläutert ist. Es sind die Ströme wie in Abb. 1 immer hinsichtlich ihrer Spannungen verzögert mit Ausnahme des sich unmittelbar vom untersten Abschnitte fortpflanzenden Stromes. Eine größte Resultierende erhält man für den sich unmittelbar fortpflanzenden Strom und die resultierende Null für den reflektierten Strom, wie es unten in der Tabelle der Abb. 4 gezeigt ist. Bei allen entsprechend der Erfindung geneigten Antennen ist die Resultante der sich unmittelbar fortpflanzenden Ströme ein Durchmesser eines Vektorkreises. Die Resultante der reflektierten Ströme ändert sich von Null im Falle einer Antenne, die eine Länge gleich einem ungeradzahligen Vielfachen einer Viertehvellenlänge besitzt, zu kleinen Werten, wenn die Länge ein geradzahliges Vielfaches einer Viertehvellenlänge ist. Wenn das geradzahlige Vielfach zunimmt, nimmt die Reflexionsresultante ab. Bei der Antenne nach Abb. 3 können die Wirkungen, welche durch die Wellen erzeugt werden, die in einer dem Pfeil 9 entgegengesetzten Richtung sich fortpflanzen, praktisch durch geeigneten Abschluß der Antenne beseitigt werden. Diese Abschlüsse der Ahtenne beeinflussen die Reflexionserscheinungen nicht. Sie ändern auch nicht die in Abb.4 dargestellte Charakteristik, da für eine eindrähtige geneigte Antenne der resultierende reflektierte Strom Null ist, wie es in dieser Abbildung dargestellt ist. Das Verhältnis der Unmittelbaren zu den reflektierten Strömen ist natürlich unendlich, wenn die Antenne eine Länge hat, die gleich einem ungeradzahligen Vielfachen einer Viertehvellenlänge ist, und wenn die Fortpflanzungsrichtung so ist, wie in der Abbildung angegeben, oder entgegengesetzt.

Verglichen mit der normalen Halbwellenlängenantenne der Abb. 1 ergibt sich. der Ubertragungsgewinn, der bei Benutzung der Antenne nach Abb. 3 erzielt wird, hauptsächlich aus der Tatsache, daß die letztere langer ist und eine größere Richtwirkung hat als die erstere. Die Vertikalantenne empfängt Wellen, welche sich horizontal fortpflanzen in gleicher Weise aus allen Richtungen, während die geneigte Antenne zwei entgegengesetzte Richtungen bevorzugt, da ihre Richtcharakteristik der Figur einer Acht gleicht. Verglichen mit einer vertikalen Dreiviertelwellenlängenantenne enthält die endgültige Resultante für die geneigte Antenne nach Abb. 3 keine Reflexionskomponenten, während die Resultante für die Vertikalantenne eine Reflexionskomponente und eine von dem unmittelbar sich fortpflanzenden Strom herrührende Komponente besitzt. in beiden Abb. 2 und 4 sind die unmittelbar sich fortpflanzenden und die reflektierten Strom vektoren für den obersten Abschnitt in der Phase entgegengesetzt zu jenen für den untersten Abschnitt der Antenne. Diese Bedingung ist in allen Fällen für die größte Wirkung erforderlich. Mit anderen Worten, die Antenne muß zur ankommenden Welle hin oder von ihr weg derart geneigt sein, daß der Strom, welcher am obersten Ende der Antenne entsteht, am Empfänger eine halbe Periode später ankommt als der gleichzeitig im untersten Abschnitt erzeugte Strom. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, ist die Antenne eine halbe Wellenlänge langer als ihre Projektion auf eine Ebene, die parallel zur Richtung der Wellenfortpflanzung liegt und der mit der Projektion gebildete Winkel ist dann der beste, wie es vorhin erläutert ist.

In Abb. 5 ist eine andere Verkörperung der Erfindung dargestellt, die aus zwei Leitern 10 und 11 besteht, welche mit dem für die gewünschten Wellen besten Winkel Φ geneigt und miteinander so verbunden sind, daß sie ein umgekehrtes V bilden. Zur Erläuterung ist die Länge jedes Leiters oder Elementes gleich einer ganzen Wellenlänge gemacht worden. Wie in Abb. 2 ist diese Länge eine halbe Wellenlänge größer als die Projektion des Elementes auf eine Ebene, welche parallel zur Fortpflanzungsrichtung der Wellen verläuft. Das untere Ende des Leiters 10 ist mit der Erde durch die Wicklung 12 eines Transformators 13 verbunden. Wicklung 14 dieses Transformators steht entweder mit einem Sender oder einem Empfänger in Verbindung. Die in dieser Abbildung gezeigte Antennenanlage besitzt eine zweiseitig gerichtete Charakteristik, sie kann aber einseitig, gerichtet gemacht werden dadurch, daß man den Leiter 11 mit der Erde durch eine Impedanz m in geeigneter Weise verbindet. Die kleinen Buchstaben m bis u bezeichnen unendlich kleine Abschnitte, die längs der Leiter 10 und 11 so verteilt sind, daß die benachbarten Abschnitte einen Abstand von einer Viertehvellenlänge-haben. Der Pfeil 15 gibt die Richtung der einfallenden Welle an. Abb. 6 zeigt das Vektordiagramm für die in. der Abb. S gezeigte Anlage. Die Reihe SV veranschaulicht die Raumspannung, die Reihe EV die in den Abschnitten wirksame Spannung, während der Strom durch den Empfänger in den letzten beiden Reihen unter III dargestellt ist, und zwar unter DP bei unmittelbarer Fortpflanzung und unter RF bei Reflexion. Die Resultanten RDP und RRF bei unmittelbarer Fortpflanzung und bei Reflexion sind ebenfalls angegeben, während TR die Gesamtresultante darstellt. Die in den Elementarabschnitten m bis 1/ erzeugten Spannungen sind in der obersten Reihe durch Pfeile versinnbildlicht. Wie aus die-

scr Pfeilreihe zu ersehen, ist die in dem Abschnitt η induzierte Spannung um eine Achtelperiode gegenüber jener im Abschnitt m erzeugten Spannung verzögert. In ähnlicher Weise sind die in den übrigen Elementarabschnitten erzeugten Spannungen um eine Achtelperiode gegenüber jener im unmittelbar rechts anliegenden Abschnitt erzeugten Spannung verzögert. Die zweite Pfeilreihe

ίο von oben stellt die wirksamen oder Drahtspannungen in denselben Bezugspunkten dar. Die wirksamen Spannungen im Leiter ro, z. B. in den Abschnitten q bis u erzeugten Spannungen, sind in der Phase entgegengesetzt den im Leiter 11 erzeugten Spannungen und wirken mit den in dem anderen Leiter erzeugten Spannungen zusammen. Das ist richtig, weil, was ihre gemeinsame Wirkung in der Wicklung 12 angeht, die Richtung der Elementarspannungen im Leiter 10 umgekehrt ist zu den im Leiter 11 erzeugten Spannungen wegen der Umbiegung der Antenne. Die Art, die Phasenbeziehung zwischen den Spannungen und den sich unmittelbar fortpflanzenden und reflektierten Strömen, weiche durch die Wicklung 12 gehen, zu bestimmen, ist in Verbindung mit den Abb. 1 und 2 beschrieben worden und soll hier übergangen werden. Für Wellen, die sich in einer zu der in der Abbildung gezeigten entgegengesetzten Richtung fortpflanzen, ist die direkte und reflektierte Komponente ähnlich, aber entgegengesetzt in der Richtung. Die Gesamtresul-, tante ist natürlich auch entgegengesetzt der in der Abbildung gezeigten Richtung. Die Anlage nach Abb. 5 hat daher eine doppelseitige Richtcharakteristik und gleiche Empfindlichkeit für Wellen, die sich in beiden Richtungen fortpflanzen.

In Abb. 7 ist eine einseitige Empfangsanlage gezeigt, die aus zwei umgekehrten V-Antennen 16 und 17 besteht. Die Antenne 16, der Reflektor, ist eine Viertel wellenlänge weiter von der Gegenstation entfernt und liegt in derselben vertikalen Ebene wie die Antenne 17, der Erreger. Der Pfeil 18 zeigt die Fortpflanzungsrichtung der Wellen an. Jeder geneigte Leiter hat eine Länge, die w Wellenlängen entspricht und ist mit dem für die horizontalen Richtwirkung besten Winkel Φ geneigt, so daß die horizontale Projektion jedes Leiters eine halbe Wellenlänge kürzer ist als die Leiterlänge oder

w Wellenlänge. Mit 19 ist ein Transfor-

mator bezeichnet, der für die Verbindung des Erregers 17 mit dem Empfänger benutzt wird. 20 ist eine Selbsinduktion und 21 ein Kondensator, welche in geeigneter Weise den Reflektor rd abschließen.

Einseitige Richtwirkung erhält man in bej kannter Weise durch einen Reflektor. Die in dem. Leiter 16 durch die Wellen induzierte Spannung wird um eine Viertelperiode zu der im Leiter 17 erzeugten Spannung verzögert. Da das vom Leiter 16 wieder ausgestrahlte Feld in der Phase entgegengesetzt ist zu dem unmittelbar anliegenden Raumfeld und da der Abstand zwischen dem Reflektor und dem Erreger eine Viertelwellenlänge ist, induziert die von der umgekehrten V-Antenne 16 ausgehende Energie eine Spannung in der Antenne 17, die mit der in der letzteren induzierten in Phase ist. Die entstehenden Ströme unterstützen daher einander, und der Empfang ist in dieser Richtung ein Maximum. Wellen aus der entgegengesetzten Richtung induzieren in dem Reflektor 16 eine Spannung, welche der gleichzeitig im Erreger 17 erzeugten Spannung um eine Viertelperiode vorauseilt. Wegen der Phasenverschiebung von r8o°, die durch die Wiederausstrahlung und durch den Abstand von einer Viertehvellenlänge hervorgerufen wird. ist die in dem Erreger 17 durch die vom Re- S5 flektor 16 herrührende Energie erzeugte Spannung entgegengesetzt in der Phase zu der im Erreger erzeugten. Ströme, die von aus einer nicht gewünschten Richtung eintreffenden Welle herrühren, werden unterdrückt.

In Abb. 8 sind polare Richtcharakteristiken in der Vertikalebene gezeigt, die für eine lineare, eine Wellenlänge lange Empfangsantenne, die eine vollkommene Erdung hat. berechnet worden sind. Die gestrichelte Kurve 22 mit zwei Schleifen stellt die Charakteristik dar. wenn die Antenne vertikal steht und die ausgezogene Kurve 23, wenn die Antenne in einen Winkel von 30° in einer Vertikalebene geneigt ist, die den Fortpflanzungspunkt einschließt. Längs der waagerechten Achse gibt der mit 100 % bezeichnete Abstand den Maximalstrom an, der für diese Anlage theoretisch erhalten werden kann. Wenn die Antenne in einer anderen Vertikalebene geneigt ist, wird der Strom geringer sein als der eben angegebene. Das Studium der Kurven zeigt, daß in der Horizontal richtung praktisch kein Empfang möglich ist. wenn die Antenne senkrecht steht, während no der maximale Empfang eintritt, wenn sie in den Weg der ankommenden Welle um 30" geneigt ist. Weiter zeigt die Lage des kleineren Lappens für die geneigte Antenne, daß sie eine sehr gute Charakteristik für Wellen besitzt, die sich sowohl vertikal als auch horizontal fortpflanzen. Sie hat also einen hohen Empfindlichkeitswinkel und ist daher besonders geeignet, die atmosphärischen Störungen zu vermindern, wenn, wie man annimmt, die statischen Störungen in den Winkelbereichen in der Nähe der Erdoberfläche

größer sind. Aus demselben Grunde kommt die absorbierte Energie einschließlich der an der Heavisideschicht reflektierten über verhältnismäßig wenige Übertragungswege an, so daß Schwunderscheinungen beträchtlich vermindert werden. Die dargestellte Antenne besitzt eine zweiseitige Richtcharakteristik. Sie kann jedoch: wie vorhin schon erwähnt, einseitig gemacht werden entweder durch ίο einen Reflektor oder eine geeignete Abschlußimpedanz.

In Abb. ο ist eine umgekehrte V-Antenne 24. wie sie vorhin beschrieben ist, so angeordnet, daß die Vertikalebene der Antenne in irgendeine gewünschte Richtung gedreht werden kann. Die in dieser Figur dargestellte Anordnung dient nur zur Erläuterung. Die Änderung der Vertikalebene kann auch in anderer Weise geschehen.

Die in de.r Abb. 9 schematisch gezeigte Anlage besteht aus einer kreisförmigen, in der Horizontalebene Hegenden Störungsbahn, die durch Isolatoren 26 und 27 mit den beiden unteren Enden des umgekehrten V verbunden ist. Das eine Ende ist über eine Transformatorwicklung 28 geerdet, welche mit einem Sender oder einem Empfänger verbunden sein kann. Das andere Ende ist durch eine Abschlußimpedanz 29 mit der Erde verbunden. um eine einseitige Richtwirkung zu erzielen. Die Antennenebene kann um den Tragturm 30 in jede Richtung gedreht werden, wobei die Antennenleiter in derselben Ebene durch geeignete Spanndrähte gehalten werden. Die Antenne selbst wirkt in der bei der Abb. 5 erläuterten Weise; es kommt hier nur die einseitige Richtwirkung und die Möglichkeit der Drehung der Ebene hinzu. In der Abbildung ist die Antenne so gedreht, daß sie die beste Lage hinsichtlich der durch den Pfeil 31 angedeuteten Wellenrichtung hat.

In Abb. 10 ist eine Anlage skizziert, mit der man die Neigung der Antenne so ändern kann, daß für Sendung oder Empfang irgendeiner Wellenlänge der beste Winkel innerhalb gewisser Grenzen eingestellt ist. Mit 32 ist eine horizontale Führungsbahn bezeichnet, längs welcher der Leiter oder das Element 33 der umgekehrten V-Antenne 34 sich bewegen kann. Die Antenne wird von einer Rolle 35 getragen, die wiederum von einem Mast oder einem Turm 36 gehalten wird und mit einem Gegengewicht 37 so verbunden ist, daß, wenn der Leiter sich aus der durch die ausgezogenen Linien angegebenen Lage in die durch die gestrichelten Linien angedeutete Stellung bewegt, die Rolle und das Gegengewicht so zusammenarbeiten, daß jedes Element der Antenne 34 gleich lang bleibt und •ler Neigungswinkel jedes Elementes gleich dem des anderen wird. Die Antenne ist mit der Erde durch den Transformator 38, an dem ein Empfänger liegt, verbunden. Natürlich könnte auch ein Sender an Stelle des Empfängers eingeschaltet werden. Wenn jede Seite des umgekehrten V einige Wellenlängen lang ist, bewegt sich die Spitze des V um eine verhältnismäßig kleine Strecke, wie' sich weiter unten aus der Beschreibung in \^rerbindung mit der Abb. 13 ergibt. Die Anlage nach der Abb. 10 kann natürlich auch mit der nach Abb. 9 so verbunden werden, daß die Antenne auf verschiedene Winkel eingestellt und gleichzeitig ihre Ebene in eine gewünschte Richtung gedreht werden kann. Eine solche Anlage ist besonders für die Verwendung auf Schiffen und Flugzeugen und an Stellen geeignet, wo es unpraktisch ist. Antennen nach Abb. 11 oder 12 zu bauen.

Abb. 11 zeigt eine Reihenantennenanlage in Serienstellung und Abb. 12 eine solche in Parallelstellung und mit Einzelgliedern in der erfindungsgemäßen V-Form. Die Reihenantennenanlage in Serienstellung nach der Abb. 11 besteht aus einem Erreger 40 und einem Reflektor 41. Sowohl der Erreger als auch der Reflektor bestehen aus je vier umgekehrten V-Abschnitten, die entsprechend der Erfindung gebaut und elektrisch miteinander so wie dargestellt verbunden sind. Eine beliebige Anzahl von Abschnitten kann in der Praxis benutzt werden; die darge-. stellte Anzahl ist willkürlich gewählt. Der Erreger und der Reflektor sind in derselben Vertikalebene miteinander und mit der Gegenstation angeordnet. Jeder Reflektorabschnitt ist eine Viertelwellenlänge weiter von der Gegenstation entfernt als der entsprechende Erregerabschnitt. Der Erreger ist durch einen Transformator 42 geerdet und induktiv mit einer Übertragungsleitung 43 verbunden. Der Reflektor liegt über einer Impedanz, die aus einer Spule 44 und einem Kondensator 45 besteht, an Erde. Der Pfeil 46 zeigt die Wellenrichtung an. Die Anlage nach Abb. 11 ist besonders dann geeignet, wenn Überlegungen hinsichtlich der Bodenverhältnisse nicht von Wichtigkeit sind. Sie hat eine sehr scharfe einseitig gerichtete Charakteristik, die durch geeignete Wahl der Zahl der Abschnitte oder umgekehrten V-Antennen verbessert werden kann.

In Abb. 12 ist eine Reihenantennenanlage mit Parallelstellung schematisch dargestellt. Sie besteht aus einer Erreger reihe 47 von umgekehrten V-Abschnitten 48. Alle Spitzen dieser Abschnitte liegen in einer Ebene senkrecht zu der durch den Pfeil 49 angegebenen Wellenrichtung. Die Abschnitte sind bei einer gegebenen Anzahl der Abschnitte durch einen solchen Abstand voneinander getrennt,

daß die schärfste einseitige Richtcharakteristik erreicht'wird. In derselben Ebene mit jedem Erregerabschnitt und eine Viertelwellenlänge weiter von der Gegenstation entfernt, liegt ein anderer V-förmiger Abschnitt 50. Diese Abschnitte bilden eine Reihe 51, welche den Reflektor ergibt. Erreger und Reflektor können aus einer beliebigen Zahl von Abschnitten bestehen und nicht nur aus der in der Abbildung angegebenen.

Die Wirkungsweise der in den Abb. 11 und 12 veranschaulichten Anlagen ist ähnlich der der bekannten Reihenantennenanlagen in Serien- und Parallelstellung. Wenn man die Serienanlage für Empfangszwecke benutzt, wird die in jedem Abschnitte absorbierte Energie mit der in den anderen Abschnitten absorbierten Energie in Reihe geschaltet. Gewisse Abschnitte dienen dabei als Übertragungsleitung für die in anderen Abschnitten absorbierte Energie. Wenn die Parallelanlage der Abb. 12 für Empfangszwecke benutzt wird, werden die entsprechenden Elemente durch die ankommende Welle gleichzeitig erregt, und die Abschnitte wirken parallel zueinander. Beide Anlagen können natürlich mit demselben Erfolge für Sendezwecke benutzt werden.

In Abb. 13 sind zwei Kurven dargestellt.

Durch die Kurve A kann man den Neigungswinkel zur Vertikalen in der Vertikalebene, welche die Gegenstation enthält, für verschiedene Längen einer linearen Antenne bestimmen, um die größte horizontale Richtwirkung zu erzielen. Die andere Kurve B bestimmt in ähnlicher Weise die Neigung für die kleinste horizontale Richtwirkung. Die Ordinate gibt die Neigung der Antenne zur Vertikalen an, während auf der Abszisse die Länge w in Wellenlängen für eine eindrahtige Antenne aufgetragen ist. Beide Kurven haben eine ziemlich flache Charakteristik oberhalb von fünf Wellenlängen. Eine Untersuchung der Kurve auf die größte horizontale Richtwirkung zeigt, daß der Neigungswinkel für eine fünf Wellenlängen lange Antenne angenähert 64 ° ist und daß der für eine zehn Wellenlängen lange Antenne annähernd 72° ist. Wegen dieser kleinen Differenz von ungefähr 8° ist ersichtlich, daß eine fünf Wellenlängen lange Antenne, die mit einem Winkel zur ankommenden Welle hin geneigt ist, der dem Mittelwert der angeführten beiden Winkel, d. h. (38° entspricht, für die Verwendung in einem Frequenzenbereich geeignet ist, bei dem die höhere Frequenz doppelt so groß ist als die niedrigere. Diese Kurven lassen daher eins der wichtigsten Kennzeichen der Erfindung klar werden, nämlich daß eine geneigte Antenne besonders gut für die Benutzung in einem verhältnismäßig großen Frequenzbereich geeignet ist. Auch kann man aus dem Vergleich der beiden Kurven erkennen, daß eine für die größte horizontale Richtwirkung geneigte Antenne leicht für die kleinste horizontale Richtwirkung eingestellt werden kann wegen der kleinen Differenz zwischen den optimalen Winkeln für die maximale und minimale Richtwirkung.

In Abb. 14 ist die Vertikalhöhe in Wellenlängen längs der Ordinate aufgetragen, während die berechnete horizontale Projektion in Wellenlängen längs der Abszisse angegeben ist. Die gestrichelte Kurve gibt die beste Antennenlänge w in Wellenlängen an, während der lange waagerechte Pfeil die Wellenrichtung angibt.

Aus den Kurven der Abb. 14 können die Horizontal- und Vertikalprojektion der mit den verschiedenen optimalen Winkeln geneigten Antennen leicht bestimmt werden. Die Kurve veranschaulicht auch auf andere Weise die Tatsache, daß bei jeder Antenne, die über fünf Wellenlängen lang ist, die Differenz zwischen den verschiedenen optimalen Winkeln klein ist und daß eine Antenne, welche einige Wellenlängen lang und der Erfindung entsprechend geneigt ist, ausgezeichnet für mehrere verschiedene Frequenzen benutzt werden kann. go

In Abb. 15 ist der über eine vertikale HaIbwellenlängenantenne erzielte Gewinn in Decibel längs der Ordinate aufgetragen, während die Länge des einzelnen Elementes in Wellenlängen längs der Abszisse angeschrieben ist. Kurve C gilt für die umgekehrte V-Antenne mit Reflektor, Kurve D für die umgekehrte V-Antenne und Kurve E für einen einzelnen geneigten Draht.

Aus den Kurven der Abb. 15 kann der Gewinn, der bei Benutzung eines einzelnen geneigten Drahtes, einer umgekehrten V-Antenne und einer doppelten umgekehrten V-Antenne von verschiedenen Längen über die vertikale Vergleichshalbwellenlängenantenne erzielt wird, bestimmt werden. Wie vorhin" ausgeführt, ist ein Teil des erzielten Gewinnes, der gegenüber der vertikalen Vergleichshalbwellenlängenantenne vermehrten Antennenlänge der geneigten Antenne und ein Teil der Tatsache zuzuschreiben, daß der Strahlungswiderstand der Antenne infolge der schärferen Richtwirkung vermindert ist. Kurven für die verschiedenen Anlagearten, wie sie in Abb. 11 und 12 dargestellt sind, sind in den Zeichnungen fortgelassen. Es genügt zu bemerken, daß durch solche Reihenanlagen größere Übertragungsgewinne erzielt werden als es bei den einzelnen Abschnitten der Fall ist.

Die Erfindung ist nicht auf die angeführten Ausführungsbeispiele beschränkt. Z. B.

können Reihenanlagcn benutzt werden, die aus einzelnen geneigten Drähten nach Abb. 3 bestehen. Auch kann man doppelte •umgekehrte V-Anlagen benutzen, die aus einer Mehrheit von umgekehrten V-Antennen, welche mit ihren Spitzen oder äußersten Enden in verschiedenen Ebenen liegen, bestehen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Antenne, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Leiter besteht, der in einem Winkel zur Vertikalen geneigt ist und eine Länge hat, die gleich einer halben Wellenlänge der gewünschten Wellen plus der Projektion der Antennen auf die Wellenrichtung ist.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Empfänger mit

Ό einem Ende und eine geeignete Abschlußimpedanz mit dem anderen Ende der Antenne verbunden ist.

3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei solchen Leitern besteht, die nach entgegengesetzten Richtungen geneigt sind und deren oberste Enden miteinander verbunden sind.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Empfänger mit dem freien Ende des einen Leiters und 3c eine geeignete Abschlußimpedanz mit dem freien Ende des anderen Leiters verbunden ist.

5. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrheit von solchen Leiterpaaren zu einer Reihe verbunden ist, um eine vollständige Antenne zu bilden.

6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite ähnliche Antennenanlage vorgesehen ist, die ein ungeradzahliges Vielfaches einer Viertelwellenlänge von der ersten Antenne entfernt und mit einer Impedanz verbunden ist.

7. Antenne, die aus einer Mehrheit von Elementen nach Anspruch 3 besteht, dadurch gekennzeichnet, daß diese Elemente in verschiedenen Ebenen liegen und gemeinschaftliche Enden haben.

8. Antenne nach Anspruch r bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Antennenebene und/oder die Neigung der Leiter zu ändern.-

9. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen der Elemente parallel zueinander und zur Wellenrichtung sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen