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Antenne mit mehreren senkrechten, in einer Fluchtlinie angeordneten
Leitern Die Erfindung bezieht sich auf Antennenanlagen und insbesondere auf Antennen
für Kurzwellenübertragung.
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Eine einfache Anlage gemäß der Erfindung besteht aus senkrechten,
in der Wellenfortpflanzungsrichtung liegendenDrähten,die miteinander in Reihe geschaltet
sind und deren Höhe im wesentlichen gleich der halben Länge der ausstrahlenden Welle
ist. Die Drähte sind in Reihe miteinander verbunden und liegen in der Richtung der
Wellenfortpflanzung, wobei sie in einem Abstand voneinander angebracht sind, der
in einem bestimmten, im voraus festgelegten Verhältnis zur Wellenlänge steht.
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Derartige mäanderartige Antennengebilde sind an sich bekannt. Die
Erfindung bezweckt nun, solchen Antennen insbesondere durch geeignete Wahl des Abstands
zwischen den einzelnen senkrechten Drähten gute Richteigenschaften zu verleihen.
Als Empfangsantenne verwendet, ergibt die Antenne gemäß der Erfindung gleichzeitig
eine solche Ausgangsspannung, die mit Vergrößerung der Antennenbemessungen stetig
zunimmt. Der angeschlossene Apparat kann entweder mit dem elektrischen Mittelpunkt
oder mit den Endklemmen der Antennenanlage verbunden werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an einer Empfangsanlage beschrieben.
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Die Abb. i, 5 und 6 zeigen verschiedene Antennenanordnungen und die
Abb. 2, 3, 4 und 7 erläuternde Diagramme.
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Die Richtcharakteristik der erfindungsgemäßen Antenne weist eine ausgesprochene
Bevorzugung einer bestimmten Richtung auf und ist frei von jeder r8o°-Störung. Die
Asymmetrie für die beiden Richtungen kann man dadurch erhalten, daß man den Abstand
der senkrechten Drähte, deren Höhe gleich einer halben Wellenlänge ist, in bestimmter
Weise wählt, während man zwischen jedem zweiten dieser Drähte den Abstand von einer
Wellenlänge beibehält. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen je zwei Drähtenu
von einer Höhe gleich der halben Wellenlänge abwechselnd ein Viertel oder drei Viertel
der Wellenlänge, wie in Abb. z gezeigt. Die Antenne spricht dann nur auf Wellen
aus einer der beiden entgegengesetzten waagerechten Richtungen an, vorausgesetzt,
daß die Reflexionen am entfernten Ende absorbiert werden, wie dies z. B. bei 15
in Abb. z der Fall ist. Eine Antenne mit diesen Richteigenschaften wird in der weiteren
Beschreibung eine Ein-Richtungs-Antenne benannt werden. Die Wirkung des richtigen
Endabschlusses wird durch die Abb. z und 3 erklärt, die jede einen einzigen Abschnitt
darstellt. In den Abb. z, a und 3 sind benachbarte senkrechte Drähte mittels waagerechter
Leiter f 1 von ein viertel Wellenlänge und Leiter f= von drei viertel Wellenlänge
verbunden.
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Es kann gezeigt werden, daß in den Abb. a und 3 die resultierende
wirksame Spannung, die in einem senkrechten Draht u induziert wird, durch eine summierte
Spannung ersetzt werden kann, die in der Mitte des Drahtes liegt, z. B. bei el oder
e=. Ein Vektorbild der
Ströme und -Spannungen für jeden Draht ist
unterhalb der Drähte gezeigt. In diesem Bild ist I, Il, P - induzierte Spannungsphase;
E, V, P - wirksame Spannungsphase; C, P, A - Stromphase der
bei R ankommenden direktenFortpflanzung; C, P, B - Stromphase der bei R ankommenden
Reflexionen von dem entfernten Ende. Man sieht, daß der Spannungsphasenunterschied
zwischen senkrechten Drähten eine viertel Periode beträgt. Wird die Geschwindigkeit
der Stromstöße gleich der Lichtgeschwindigkeit angenommen, so braucht ein Stromstoß
eine ganze Periode, um von e1 direkt an R zu gelangen, und eine viertel Periode,
um von e2 nach R zü_..kominen. Für die Stromstöße, die in R über die entfernte Endinduktion
ei zu R ankommen, sind zwei vollständige Perioden nötig, während der Weg e' bis
R 23 Perioden beansprucht. Die Abb. 2 und 3 zeigen Empfangsverhältnisse für Wellen
in umgekehrten Richtungen. Die unten eingezeichneten Strö'mvektoren zeigen empfangene
Richtunterschiede, gesondert für direkte und für reflektierte Fortpflanzung. Wenn
beide'gleichzeitig vorhanden sind, wird der Richtunterschied zerstört. Um eine vollständige
Unterdrükkung des Empfanges in einer waagerechten Richtung in der Ebene der Antenne
zu erreichen, muß deshalb am den ankommenden Wellen abgewandten Ende ein Absorptionswiderstand
verwendet werden.
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Abb. 4 zeigt eine besonders. geeignete Form für eine Ein-Richtungs-Antenne
mit einem Glied, während Abb. i die zweckmäßigste Form für eine Anordnung mit mehreren
Gliedern zeigt.
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In Abb. i bildet ein Abstand von drei viertel Wellenlänge zwischen
den Gliedern entsprechende Elemente, die in benachbarten Gliedern um eine Raumwellenlänge
und zwei Drahtwellenlängen entfernt sind. Dies ist das richtige Verhältnis, um die
Phasenbedingungen für arithmetische Stromsummierung zu erfüllen. Die Bedingungen
sind erfüllt, wenn einander entsprechende Elemente benachbarter Glieder irgendein
gerades Vielfaches einer Raumwellenlänge und irgendein gerades Vielfaches einer
Drahtwellenlänge voneinander entfernt sind.
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Eine Antenne mit mehreren Abschnitten, wie in Abb. i gezeigt, kann
in sich selbst zurückgeklappt werden, und die Endimpedanzen können zwischen die
Drähte gelegt werden, wie es in Abb. 5 dargestellt ist, so daß Endverbindungen überflüssig
sind. Abb.6 zeigt, wie diese Anordnung vergrößert werden kann. Die theoretischen
polaren. Richtkennlinien für das Antennensystem nach Abb.6 sind in Abb. 7 gezeigt.
Die Polarkoordinaten gehen von der rechten Ecke der Abb. 7 aus. Der Empfänger R
gemäß Abb. 2, 3 und 4. kann aus den in den Abb. i, 5 und 6 gezeigten Elementen bestehen.
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Die Wellenimpedanz einer verlustlosen Leitung und deshalb die passende
Endimpedanz für -eine solche Leitung ist ein reiner Widerstand. Bei den hohen Frequenzen,
für welche sich diese Antennen besonders eignen, ist es schwer, Widerstände ohne
kapazitive und induktive Wirkungen zu konstruieren. Eine Anordnung, welche sich
als Endabschluß 15 für das entfernte Ende der Leitung gut eignete, bestand aus einem
Schwingungskreis in Stromresonanzschaltung parallel mit einem Widerstand, der den
Widerstand des Endabschlusses als Ganzes begrenzt. Selbst wenn dieser Widerstand
Kapazität und Induktiv ität aufweist, so ist eine derartige Einstellung des Schwingungskreises
möglich, daß die Schaltung in Wirklichkeit einen reinen Widerstand darstellt. In
Antennen, in weichen Verluste vorhanden sind, enthält die theoretische Wellenimpedanz
außer dem Widerstand auch einen kleinen reaktiven Teil.
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Wird die Geschwindigkeit der Drahtwelle durch Verluste verringert,
so kann das richtige Phasenverhältnis zur Raumwelle durch eine kleine Verkürzung
der Senkrechten wiederhergestellt werden.
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Abb. 7 zeigt die berechnete polare Richtkennlinie für die Antenne
nach Abb. 6. Die Anlage ist für eine Richtung bestimmt; sie hat ihre maximale Wirkung
für eine waagerechte Richtung in der Antennenebene und hat keine Wirkung für die
entgegengesetzte Richtung.
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Obwohl in den beschriebenen Anlagen die Drähte u senkrecht und die
Drähte f, f l,
und f2 waagerecht sind, so bleibt das Prinzip det Erfindung
dasselbe, ungeachtet der Richtung der Drähte u, f, f 1 und f=, wenn nur die
Drähte u parallel zur Polarisationsachse der zu empfangenden Wellen und dieDrähte
f, f', f'
in einer Ebene senkrecht zur Polarisationsachse liegen. Der
Ausdruck Höhe soll die Länge der Leiter in der Richtung parallel zur Polarisationsachse
bezeichnen.
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Der Ausdruck ganzes Vielfaches gilt auch in dem Falle, daß die betreffende
Menge ein ganzes Vielfaches von sich selbst ist.
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Die _ oben angegebenen Abmessungen für Länge, Abstand, Höhe usw. der
Antennenteile können um ein beliebiges Vielfaches einer Wellenlänge vergrößert werden,
da die Phasenverhältnisse der Spannungen und Ströme dadurch nicht geändert werden.