DE618912C

DE618912C - Richtantenne

Info

Publication number: DE618912C
Application number: DEM124304D
Authority: DE
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1932-07-02
Filing date: 1933-07-02
Publication date: 1935-09-18
Also published as: US2053658A; GB403949A; FR757828A

Description

Die Erfindung betrifft eine Richtantenne, die sich besonders für Kurzwellenverkehr eignet. Sie ergibt eine verhältnismäßig einfache Konstruktion mit scharfer einseitiger Konzentration der Energie in einer gewünschten Richtung, die in der Ebene, in welcher sich die einzelnen Teile der Antenne befinden, liegt, und bei einer bevorzugten, im nachstehenden beschriebenen Ausführung mit der allgemeinen Richtung, in der sich die Antenne erstreckt, zusammenfällt.

Es ist bereits bekannt, eine Antenne aus einer mäanderformigen Leitung auszubilden, bei der die quer zur allgemeinen Länge der Antenne verlaufenden Teile alle gleich weit voneinander - abstehen und- bei· geeigneter Wahl ihrer Länge und ihres Abstandes eine Strahlung ergeben, die vorwiegend senkrecht zur Antennenebene doppelseitig gerichtet ist.

Zur Erzeugung einer' einseitigen Charakteristik muß ein derartiges System durch ein ähnliches als Reflektor wirkendes System vervollständigt werden. · -"-■ ' Die vorliegende Erfindung geht von der Einsicht aus, daß es möglich ist, bei einer ähnlichen Antenne eine einseitig gerichtete Strahlungscharakteristik zu erhalten, ohne von einem Reflektorsystem Gebrauch zu machen, wenn man einzelne Antennenteile so bemißt, daß die allgemeine Strahlungsrichtung nicht senkrecht zur Antennenebene, sondern in der Antennenebene verläuft. Hierzu muß man die quer zur allgemeinen Antennenlänge verlaufenden Leitungsteile nicht im gleichen Abstand, sondern abwechselnd im kleinen und im größeren Abstand voneinander anordnen und die Bemessung der Antennenteile so treffen, daß die Summe der Tiefe jeder durch zwei quer zur Antennenlänge verlaufende benachbarte Leiterteile und ihre Verbindung gebildeten Schleife und des Abstandes eines Elementes dieser Schleife vom homologen Element der im ununterbrochenen Leiterverlauf darauffolgenden Schleife angenähert die Länge von — besitzt.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Antenne gemäß der Erfindung.

Die Antenne AECD... WXYZ'hat eine · Längserstreckung in der Richtung von ihrem Anfang zum Ende von einer bestimmten Zahl von ■ Wellenlängen,- etwa 4 Wellenlängen. Sie wird an einem Ende durch einen Sender 6* über eine . Zuführungsleitung L₁ gespeist. Diese Leitung L₁ ist mit dem einen Ende A der Antenne verbunden, wahrend das entfernte Ende Z der Antenne über eine zweite Leitung L₂ geerdet ist, die in Reihe mit einem Widerstand R liegt, dessen Wert gleich dem Wellenwiderstand der Antenne ist. Wegen des Abschlusses der Antenne durch eine Impedanz gleich dem Wellenwiderstand tritt in-

folgedessen keine Reflexion der Energie zurück von'Z nach A auf. Die Antenne besteht, von A beginnend, aus folgenden- Teilen: i. Teil AB, der rechtwinklig zu der allgemeinen Richtung der Antenne liegt und eine Viertelwellenlänge lang ist; 2. Teil B C, rechtwinklig hierzu, etwa ¹I₂₀ Wellenlänge lang;

3. Teil CD, parallel zu AB und gleich lang;

4. Teil DE von der ",Länge ¹U Wellenlänge"' minus der Länge des zweiten Teiles, d. h. DE ist ^₅ Wellenlänge lang, wenn B C ¹I₂₀ Wellenlänge lang ist; 5. Teil EF, parallel und gleich ' AB; 6. Teil F G gleich BC; 7, Teil GH gleich Teil CD; 8. Teil HI gleich dem Teil DE usw. Es ist demnach ABCD eine erste Schleife, die rechtwinklig zu der allgemeinen Antennenrichtung verläuft, EFGH eine zweite Schleife, IJKL eine dritte Schleife usw. Diese Schleifen sind durch die Teile DE usw. in Reihe geschaltet, die in derselben geraden Linie in der allgemeinen Richtung dec Afftenne liegen. Ferner ist zu beachten, daß jede Schleife aus einer ¹J₂ Wellenlänge lange«, auf sich selbst zurückgebogenen Drahtlänge ?-5 besteht, und daß die Schleifen einen Abstand von ¹Z₄ Wellenlänge haben.

Betrachte man die SchleifersCD. Die Phase des Stromes frei A ist um etwa x8a° voreilend gegenüber dem Strom in D; da aber die Richtung des Drahtes CD umgekehrt zu AB verläuft, so- sind die Ströme bei A und D an diesem Ende der Schleife gleichphasig. Bei B C sind die Ströme wegen der Umkehr der Richtung, der Drähte und der Kürze des Verbindungsdrahtes B C in entgegengesetzter Phase. So wirkt jede Schleife A B C D, EFGH usw. wie ¹J₄ Wellenantenne. Die Phase am Pttnkt A ist um 270° voreilend der Phase am Punkt E₁ so daß die Phasen der Strahlungen von den .aufeinanderfolgenden Schleifen .sich um 270⁰ unterscheiden. Daher addieren sich die Strahlungen von den Schleifen in der allgemeinen Richtung ZA und heben sich gegenseitig in der entgegengesetzten Richtung AZ auf. Die Strahlungen von den Drähten D E, HI usw. haben dieselben Phasenbeziehungen und addieren sich in der Richtung ZA und heben sieh in der Richtung AZ auf. Da jedoch die Strahlung in den ~ Richtungen dieser Drähte ganz oder nahezu Null ist, wird die Gesamtstrahlung von den Drähten DE, Hl usw. vernachlässigbar klein im Vergleich zu der Strahlung von den Schleifen AB CD usw.

Der Einfachheit halber werden die Dimensionen AB als Tiefe einer Schleife bezeichnet, die Dimensionen.!? C plus DE als Abstand zwischen den Schleifen und· die Dimensionen BC als Breite einer Schleife. Zweckmäßig sind die Drähte AB und CD gerade, so daß, wenn die Länge, gemessen längs, dem Draht AB, \ ¹U Wellenlänge lang ist, die räumliche Tiefe der Schleife */₄ Wellenlänge ist. Erforderlichenfalls können aber die Drähte AB und C D gefaltet ■ werden, so daß die räumliche Tiefe der Schleife kleiner ist als die Länge, gemessen längs der Drähte AB oder CD. Die Breite der Schleifen ist nicht kritisch und braucht nur so groß zu sein, daß die Drähte A B und C D nicht miteinander in Berührung kommen; man kann auch die Punkte B und C zusammenfallen lassen und der Schleife die Form eines V geben, dessen Scheitel in dem gemeinsamen Punkt B C liegt.

Bei den oben angegebenen Abmessungen hat das polare Strahlungsdiagramm die Form einer länglichen Schleife mit einem etwas flach abgerundeten Maximumteil. Durch Verringerung der Tiefe der Schleifen oder ihrer Abstände oder durch beides um einen kleinen Bruchteil kann man die Schärfe der Polarktttve vergrößern.. Der Strom nimmt längs der Antenne hauptsächlich wegen der Strahlung ab, und wenn die Länge in der Richtung von A nach Z einige 4 Wellenlängen beträgt, dann ist der Strom bei Z praktisch im allgemeinen kleiner als ¹Z₁₀ des Stromes bei A, und man kann unter diesen Umständen deshalb die Endleifung L₂ und den Wellenwiderstand R fortlassen, ohne die Polarkurve merk- go lieh zu beeinträchtigen.

Wenn die Tiefen und Abstände der Schleifen etwas verringert werden, nimmt die . Strahlung pro Schleife und infolgedessen das Strömdekrement ab, was die Verschärfung der polaren Strahlungskurve unterstützt, aber auch einen gewissen Verlust zur Folge hat, da der Strom durch den Endwiderstand R zunimmt, wenn nicht die Zahl der Schleifen vergrößert wird. Versuche haben ergeben, daß eine Antenne mit Schleifen und Abständen von Y₄ Wellenlänge weniger 5°/₀ und einer Längserstreckung von 4 Wellen von Ende zu Ende ein scharfes Strahlungsdiagramm ergibt und für alle praktischen Zwecke als gerichtet betrachtet werden kann, selbst wenn keine abschließende Wellenimpedanz für ein Frequenzband, dessen Breite etwa io°/₀ der mittleren Frequenz beträgt, verwendet wird.

Wenngleich die oben beschriebenen Dirnensionen von ¹Z₄ Wellenlänge minus- einige wenige Prozente (etwa ζ^ο]_ο) für die Schleifen und Abstände besonders zweckmäßig sind, kann man auch andere Verhältnisse mit guten Resultaten benutzen, vorausgesetzt, daß die Tiefe einer Schleife plus dem Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Schleifen = ¹Z₂ Wellenlänge gemacht wird. So kann man AB und CD = ¹Z₈,Wellenlänge und BC plus DE = ¹J₉ Wellenlänge machen. In diesem Falle addieren sich zwar die Strahlungen von zwei benachbarten 'Schleifen in der Rieh-

tung ZA, heben sich aber naturgemäß nicht in der Richtung AZ auf. Nichtsdestoweniger ist die Strahlung einer Zahl solcher Schleifen in der Richtung 7.A additiv, in der Richtung AZ nicht additiv, und für eine Zahl von Schleifen ist die kombinierte Strahlung in der Richtung A¹L sehr klein, so daß die Antenne praktisch oder annähernd nach einer Richtung wirkt.

ίο Es hat sich gezeigt, daß durch allmähliches Verändern der Verhältnisse der Schleifen und Abstände zur Arbeitslänge längs der Antenne das Stromdekrement auf einen gewünschten Wert gebracht werden kann, so daß die Antenne für ein verhältnismäßig breites Frequenzband benutzbar gemacht werden kann. Antennen gemäß der Erfindung können im allgemeinen für Harmonische einer Grundfrequenz benutzt werden, jedoch sind im allgemeinen die Richteigenschaften für verschiedene Harmonische verschieden.

Die vorliegende Erfindung ergibt eine verhältnismäßig einfache und wirksame Richtantenne mit hohem Konzentrationsgrad, ohne einen Reflektor zu benötigen. Das Konzentrationsmaß ist eine Funktion der Antennenlänge, gemessen in der Richtung ihrer Ausdehnung im Maßstab der Wellenlänge.
Indem man die Drahtstücke von ¹J₂ Wellenlänge zu dem vierten, achten und zwölften Teil usw. der dargestellten Antenne addiert, aber denselben räumlichen Abstand zwischen dem Ende der einen Schleife und dem Anfang der nächsten Schleife aufrechterhält, ändern sich die relativen Phasen der aufeinanderfolgenden Schleifen um i8o°, und es wird das Resultat also das sein, daß die Konzentrationsrichtung sich umkehrt, d. h. die Antenne wird zwar in ihrer allgemeinen Ausdehnungsrichtung strahlen, aber nach dem Senderende hin anstatt davon hinweg. Wo solche halben Wellenlängenteile hinzugefügt werden, kann man den nun gebildeten vierten, achten und zwölften Teil in Zickzackform oder in einer anderen passenden, die Strahlung verhindernden Weise anordnen.

Wenn die dargestellte Konstruktion dadurch verändert wird, daß ein Drahtstück von einer vollständigen Wellenlänge der gesamten Drahtlänge in den ersten vier Teilen und ein Drahtstück von einer vollständigen Wellenlänge der gesamten Länge in den zweiten vier Teilen usw. hinzugefügt wird, wobei aber der Abstand zwischen dem Beginn des ersten Teiles und dem Ende des vierten Teiles sowie zwischen dem Beginn des fünften und dein Ende des achten Teiles usw. auf ^x/₄ Wellenlänge gehalten wird, erhält man wieder konzentrierte Strahlung in der allgemeinen Antennenrichtung vom Senderende hinweg. Diese Hinzufügung einer Wellenlänge Draht zu jeder Gruppe von vier aufeinanderfolgenden Teilen hat jedoch den Vorteil, daß man eine stärkere Strahlung pro Schleife erhalten kann, da man die Länge' jeder Schleife länger machen kanu» dagegen den Nachteil, daß das Dekrement längs dem Draht größer ist und die nutzbare effektive Äntennenlänge verringert wird, so daß die Konzentration flieht so groß ist.

Erforderlichenfalls fcarüi mari die Schleifen auch unter einem anderen Winkel als 90⁰ zur allgemeinen Antennenrichtung anordnen, beispielsweise unter 60 °. In diesem Falle kann man durch geeignete Wahl der Länge des vierten, achten, zwölften usw. Teiles der Antenne eine Konzentration längs einer Linie erhalten, die einen gewünschten Winkel mit der allgemeinen Antennenrichtung bildet» Dieses ermöglicht es, das Antennensystem so zu konstruieren, daß es von einem einzigen Mast getragen werden kann und daß erforderlichenfalls mehrere solcher Richtantennen von einem einzigen Mast getragen werden können. Mehrere Antennen gemäß der Erfindung kann man für den Fall kombinieren, wenn man auf verbesserte Konzentration Wert legt.

Claims

Patentansprüche :

i. Richtantenne, die im Verhältnis zur Betriebswellenlänge lang ist und abwechselnd aus Leiterteilen besteht, die in der Antennenrichtung liegen, und, aus Leiterteilen, die in einem Winkel zu dieser Riehtung liegen und voneinander abwechselnd näher und weiter abstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen und die Lagen der einzelnen Teile so gewählt sind, daß die Summe der Tiefe jeder durch zwei quer zur Antennenlänge verlaufende benachbarte Leiterteile und ihre Verbindung gebildeten Schleife und des Abstandes eines Elementes dieser Schleife vom homologen Element einer im ununter- 10g brochenen Leiterverlauf darauffolgenden

Schleife angenähert die Länge von — beträgt, so daß eine einseitig gerichtete wesentlich in der Antennenebetne verlaufende Stra'hlungscharakteristik zustande kommt.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterlängen, die unter einem Winkel zu der Antennenrichtung liegen, rechtwinklig zu dieser Antennenrichtung liegen.
3. Antenne nach Anspruch 1 und 2, bestehend aus einer Reihe von Schleifen (ABCD, EFGH... WXYZ), die miteinander durch Strecken (D B, HI...) in Serie verbunden sind, wobei die Schleifen

und ihre Abstände voneinander etwa ¹Ii Wellenlänge lang sind. _......"
4. Antenne nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Antennenrichtung liegenden Teile; {DE, HJ) usw. ¹Z₄ Wellenlänge minus 5 °/₀ und die Schleifen eine halbe Wellenlänge plus 5°/₀ lang sind,
5. Antenne nach Anspruch 3, dadurch "gekennzeichnet,.daß! die.Schleifen gefaltet sind, wodurch ihre räumliche Tiefe geringer ist als ihre elektrische Tiefe.
6. Antenne nach Anspruch ι oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Schleifen oder ihrer Abstände oder beider Werte im Verhältnis zur Wellenlänge allmählich längs der Antenne verändert werden.

.
7. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie an dem von der Energiequelle entfernten Ende durch einen Widerstand (i?) abgeschlossen ist, dessen Wert gleich dem Wellenwiderstand der Antenne ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen