DE738031C

DE738031C - Directional antenna system consisting of beam and reflection dipoles

Info

Publication number: DE738031C
Application number: DED76472D
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Pigge
Original assignee: OPTA RADIO AG WERK LEIPZIG
Current assignee: OPTA RADIO AG WERK LEIPZIG
Priority date: 1937-10-31
Filing date: 1937-10-31
Publication date: 1943-07-31

Description

Aus Strahl- und Reflexionsdipolen bestehendes Richtantennensystem Die Erfindung betrifft ein au=s Strahl- und Reflexionsdipolen bestehendes Richtantennerisystem für Kurzwellen, welches sich besonders dadurch auszeichnet, daß -ohne Benutzung von besonderen Umwegleitungen eine Phasen- und amplitudenrichtige Speisung der einzelnen Dipole erfolgt.Directional antenna system consisting of beam and reflection dipoles The invention relates to a directional antenna system consisting of beam and reflection dipoles for shortwave, which is particularly characterized by the fact that -without use special detour lines provide a phase and amplitude correct feeding of the individual Dipole takes place.

Es sind bereits aus Dipolkombinationen bestehende Antennensysteme bekannt, bei denen durch die Anordnung und die Wahl der Größenverhältnisse der Antennenteile und der Speiseleitungen eine bestimmte Richtwirkung des Systems @erreic4t ist. Zu diesem Zweck müssen bekanntlich die elektrischen Ströme bzw. Spannungen sämtlich=er Elemente bzw. deren Resultierenden amplituden-und phasenmäßig so abgeglichen sein, da.ß sie sich zu einer Gesamtresultierenden mit der gewünschten Richtungsabhängigkeit zusammen"setzen. Zu diesen einzelnen Elementen des Antennensystems gehören auch die eine Rückstrahlung verhindernden Reflektoren, die !ebenfalls als Dipole oder als ebene oder. parabelförmige Flächen ausgebildet und neben .oder hinter den Richtdipolen. angeordnet sind.They are antenna systems that already consist of dipole combinations known in which by the arrangement and the choice of the proportions of the antenna parts and the feed lines a certain directivity of the system @ is achieved. to For this purpose, as is well known, the electrical currents or voltages must all = er Elements or their resultant amplitudes and phases are adjusted so that that they become an overall resultant with the desired directional dependence "put together". These individual elements of the antenna system also include the reflectors preventing back-radiation, the! also as dipoles or as level or. parabolic surfaces and next to .or behind the directional dipoles. are arranged.

Die phasenrichtige Speisung aller das Antennensystem bildenden Elemente macht in der Praxis Schwierigkeiten. Will man außer der günstigen Vetstärkung der Vorwärtsstrahlung eine möglichst vollkommene Unterdrükkung der Rückwärtsstrahlung erreichen, so muß der Reflektordipol amplitudengleich mit dem zugehörigen Strahldipol und mit einer solchen Phasenvoreilung (9o°) gegenüber diesem gespeist werden, däß die Ströme beider Dipole sich, in der Strahlrichtung addieren, in der entgegengesetzten Richtung auslöschen. Die Refliektordipole können allgemei=n entweder durch Strahlungskopplung oder durch direkte Speisung erregt werden. Bei der Erregung durch .Strahlungskopplung kann die Amplituden- und die Phasenbedingung nicht voll erfüllt werden, da Strom und Phase nicht unabhängig voneinander beeinflußt werden, können. Bei der direkten Speisung sind bei bekannten Antennenanordnungen besondere Transformationsglieder (kapazit%ve -oder induktive Kopplungselemnente, Phasentransformatoren, Umweg- oder Stichleitungen) notwendig, die einen beträchtlichen Kostenaufwand verursachen und die Antennenanordnung erheblich komplizieren. Zu den beiden Bedingungen gleicher Amplitude und bestimmter Phase in den zusammengehörigen Strahl- und Reflexionsdipolen kommt in der Praxis noch die Bedingung der reflexionsfrei-en Anpassung des Widerstandes der Strahleranordnung an den Wellenwiderstand der speisenden Energieleitung.The in-phase supply of all elements forming the antenna system causes difficulties in practice. If one wants besides the favorable strengthening of the Forward radiation suppression of back radiation as completely as possible reach, the reflector dipole must have the same amplitude as the associated beam dipole and are fed with such a phase lead (9o °) with respect to this, that the currents of both dipoles add up in the direction of the beam and in the opposite direction Erase Direction. The reflector dipoles can generally either be through radiation coupling or excited by direct supply. When excited by radiation coupling the amplitude and phase conditions cannot be fully met because current and phase cannot be influenced independently of one another. With the direct In known antenna arrangements, special transformation elements are fed (capacitive% ve or inductive coupling elements, phase transformers, detour or Spur lines) are necessary, which cause considerable costs and considerably complicate the antenna arrangement. The same for the two conditions Amplitude and specific phase in the associated ray and reflection dipoles In practice there is also the condition of the reflection-free adaptation of the resistance the radiator arrangement to the wave resistance of the feeding power line.

Das erfindungsgemäße Richtantennensystem erfüllt die angegebenen Bedingungen durch sinnvolle Ausnutzung der Bildung stehender Wellen in besonders einfacher Weise. Nach der Erfindung ist jedem Stra.hldipol ein Reflexionsdipol zugeordnet, der um länger ist als der zugehörige Strahldipol und dessen äußeres Ende in einer Länge von nach dem Strahldipol hin abgebogen und mit dessen freiem Ende mechanisch verbunden ist. Beide Dipole sind in ihren. Fußpunkten in einem Abstand von an eine gemeinsame Energieleitung angeschlossen, und der Wellen--widerstand des die Strahl- und Reflexionsdipole verbindenden Leitungsstückes ist so bemessen, daß Amplitud°ngleichheit der Ströme und Spannungen im Strahl- und im Reflexionsdipol erzielt ist.The directional antenna system according to the invention fulfills the specified conditions through sensible use of the formation of standing waves in a particularly simple manner. According to the invention, each Stra.hldipol a reflection dipole is assigned to is longer than the associated beam dipole and its outer end with a length of bent towards the beam dipole and mechanically connected to its free end. Both dipoles are in theirs. Base points at a distance of connected to a common power line, and the wave resistance of the line piece connecting the beam and reflection dipoles is dimensioned so that the amplitude of the currents and voltages in the beam and reflection dipoles is equal.

In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. i und 2 sind zwei Strahldipole, 3 und ¢ die zugehörigen, in einem Abstand von dahinter .angeordneten Reflexionsdipole. Die Reflexionsdipole sind um länger als die Strahldipole, und ihre äußeren Enden 6 und 7 sind nach den Strahldipolen hin abgebogen und mit deren äußeren Enden verbunden:. ic ist eine gemeinsame Energieleitung, die sich bei 5 in an sich bekannt-er Weise gabelt. Das Stück b der Energieleitung ist etwa lang. Jedes Stück c der Energieleitung, das einen Strahldipol mit dem zugehörigen Reflexionsdipol verbindet, ist etwa lang und bewirkt so einen Phasenunterschied von 9o= zwischen den Strömen bzw. Spannungen im Strahl- und -,Reflexionsdipol. Sein Wellenwiderstand ist so gewählt, daß Amplitudengleichheit im Strahl- und im zugehörigen Reflexionsdipol erzielt ist. Die Strahldipole können strom- oder spannungserregt, also insbesondere als oder -Dipole ausgebildet sein.In the figure, an embodiment of the invention is shown schematically. i and 2 are two beam dipoles, 3 and ¢ the associated reflection dipoles at a distance from them. The reflection dipoles are up longer than the beam dipoles, and their outer ends 6 and 7 are bent towards the beam dipoles and connected to their outer ends. ic is a common power line that forks at 5 in a manner known per se. The piece b of the power line is about long. Each piece c of the power line that connects a beam dipole with the associated reflection dipole is approximately long and thus causes a phase difference of 9o = between the currents or voltages in the beam and reflection dipole. Its wave impedance is chosen so that equal amplitudes are achieved in the beam dipole and in the associated reflection dipole. The beam dipoles can be excited by current or voltage, so in particular as or -Dipole be formed.

Die folgenden Erläuterungen sollen dem theoretischen Verständnis der Vorgänge in dem Antennensystem dienen. Man denke sich zunächst die Verbindungen zwischen den Enden von i und 6 bzw. 2 und 7 noch nicht -hergestellt und die Stücke 6 und 7 der Reflexionsdipole noch nicht gegen die Strahler i und- 2 gebogen, sondern als geradlinige- Verlängerung, der- Reflektoren 3. und ¢. Da sich am Ende eines Dipols stets ein Stromknoten ausbildet, wird sich an dem Fußpunkt der Strahler i und 2 ein Stromknoten ausbilden, wenn ihre Länge ist. Auf den Strahlendipolen bilden sich stehende Wellen aus, wie auch auf der angeschlossenen Energieleitung e, falls nicht deren Wellenwiderstand genau gleich dem Strahlungswiderstand der Antenne ist. Am Fußpunkt der Reflexionsdipole 3 und ¢ besteht also auf der Energieleitung c -ein Strombauch, da ja die Energieleitung vom Strahldipol bis dorthin lang ist. Die Voraussetzungen für die- phasenrichtige Energieübertragung aus der Energieleitung auf die Reflexionsdipole und die Ausbildung stehender Wellen auch auf dies°n Dipolen sind also bei einer Länge dieser Dipole von .... gegeben, da am freien Ende auch dieser Dipole sich Stromknoten bilden. Die Reflektoren könnten also an sich entweder um kürzer oder um länger gemacht werden als die zugehörigen Strahlerdi.pole; werden sie kürzer gemacht, so ist die Unterdrückung der Rückstrahlung nicht vollkommen, würden sie länger gemacht, so würde das überschießende Stück, dem ja kein Strahldipol mehr gegenübersteht. als selbständiger -S.trahler wirken und das Strahlungsdiagramm stören. Erfindungsgemäß wird nun der Reflektor um länger gemacht als der S.trahldipol, und sein ußeres Ende wird in einer Länge von gegen den. Strahldipol hin abgebogen und mit dessen freiem Ende mechanisch verbunden. Damit wird die schädliche Wirkung des überschießenden Endes vermieden, der Reflektor erhält vollkommene Wirkung, und die Phasen- und Längenverhältnisse für die Erzielung stehender Wellen auf allen Dipolen bleiben gewahrt. Die Enden der Reflexionsdipole und der Strahldipole sind aber, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, äquipotentiale Punkte und können daher unbedenklich miteinander verbunden werden. Dadurch wird außer der Vierbesserung der elektrischen Eigenschaften auch eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Anordnung erzielt.The following explanations are intended to provide a theoretical understanding of the processes in the antenna system. Imagine first of all the connections between the ends of i and 6 or 2 and 7 not yet established and the pieces 6 and 7 of the reflection dipoles not yet bent towards the radiators i and 2, but as a straight extension of the reflectors 3. and ¢. Since a current node always forms at the end of a dipole, a current node will form at the base of radiators i and 2 if their length is. Standing waves form on the radiation dipoles, as well as on the connected power line e, unless their wave resistance is exactly the same as the radiation resistance of the antenna. At the base of the reflection dipoles 3 and ¢ there is therefore a current belly on the energy line c, since the energy line from the beam dipole to that point is long. The prerequisites for the in-phase energy transfer from the energy line to the reflection dipoles and the formation of standing waves on these n dipoles are therefore with a length of these dipoles of .... given since on The free end of these dipoles also forms current nodes. The reflectors could either be in order shorter or around are made longer than the associated Strahlerdi.pole; if they are made shorter, the suppression of the reflection is not complete; if they are made longer, the overshooting section, which is no longer opposed to a ray dipole, would be. as a self-employed person -S. emitters act and disturb the radiation pattern. According to the invention, the reflector is now around made longer than the S. ray dipole, and its outer end is at a length of against the. Beam dipole bent and mechanically connected to its free end. This avoids the harmful effect of the overshooting end, the reflector has a perfect effect, and the phase and length relationships for achieving standing waves on all dipoles are preserved. The ends of the reflection dipoles and the beam dipoles are, however, as can be seen from the above, equipotential points and can therefore be safely connected to one another. In addition to improving the electrical properties, this also results in an increase in the mechanical strength of the arrangement.

Durch die räumliche Anordnung und die Abmessungen der Dipole sind somit die geforderten Phasenbeziehungen einstellbar. Die Amplitudenbeziehungen können völlig getrennt von den Phasenbeziehungen durch die passende Wahl des Wellenwiderstandes des Leitungsstückes c eingestellt werden. Es ist so ohne weiteres möglich, den wirksamen Strombelag bzw. die wirksame Amplitude in den Strahlern und Reflektoren genau gleichzumachen und so zu einer vollkommen einseitigen Richtstrahlung zu gelangen. Das lange Stück b der Spleiseleitung wird durch den symmetrischen Anschlußpunkt 5 der Energieleitung ,a in zwei lange, parallel geschaltete Stücke aufgeteilt und dient so gleichzeitig als Transformationsleitung zwischen den Speisepunkten der Reflektoren und dem Ende der Speiseleitung a, mit deren Hilfe in einfachster Weise :eine Anpassung des Wellenwiderstandes der Speiseleitung an den Strahlungswiderstand der Antennenanlage erreicht werden kann. Eine Einzelgruppe von insgesamt vier Dipolen, wie sie in der Abbildung dargestellt ist, kann in mehrfacher Anordnung kombiniert werden, d. h. @es können je nach der gewünschten Strahlenbündelung mehrere Gruppen in horizontaler odex vertikaler Richtung, also über- oder neben- oder hintereinander angeordnet werden.The required phase relationships can thus be set through the spatial arrangement and the dimensions of the dipoles. The amplitude relationships can be set completely separately from the phase relationships through the appropriate choice of the characteristic impedance of the line section c. It is thus easily possible to make the effective current coverage or the effective amplitude in the radiators and reflectors exactly the same and thus to arrive at a completely unilateral directional radiation. That long piece b of the splice line is divided into two long pieces connected in parallel by the symmetrical connection point 5 of the power line, a and thus also serves as a Transformation line between the feed points of the reflectors and the end of the feed line a, with the help of which in the simplest way: an adaptation of the wave impedance of the feed line to the radiation resistance of the antenna system can be achieved. A single group of a total of four dipoles, as shown in the figure, can be combined in multiple arrangements, i.e. depending on the desired beam bundling, several groups can be arranged in a horizontal or vertical direction, i.e. above, next to or behind one another.

Oft ist es erwünscht, :ein von einer ;erfindungsgemäßen Antennenanordnung erzieltes Richtdiagramm mit einer bestimmten Frequenz umlaufen zu lassen. Für diesen Zweck wird das oben beschriebene Strahlersystem am `besten so angeordnet, daß die Speisepunkte 5 der langen Verbindungsleitungen der beiden Reflektordipole gleichzeitig geometrischer Mittelpunkt eines durch die vier Dipole gelegten Kreises sind, so daß das System zu diesem Speisepunkt rotationssymmetrisch ist.It is often desirable to: let a directional diagram obtained by an antenna arrangement according to the invention rotate at a specific frequency. For this purpose, the above-described radiator system is best arranged in such a way that the feed points 5 of the long connecting lines of the two reflector dipoles are at the same time the geometric center of a circle laid through the four dipoles, so that the system is rotationally symmetrical to this feed point.

Bei der praktischen Ausführung eines derartigen erfindungsgemäßen Antennensystems hat es sich als besonders zweckmäßig :erwiesen, die Verbindungsleitungen c zwischen Richtdipolen und Reflektordipolen gleich oder ähnlich den Dipolen selbst als starke freitragende Stäbe o. dgl. auszuführen.In the practical implementation of such an inventive Antenna system, it has proven to be particularly useful: the connecting lines c between directional dipoles and reflector dipoles the same or similar to the dipoles themselves as strong self-supporting rods or the like.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Directional antenna system consisting of beam and reflection dipoles, characterized in that each beam dipole is assigned its reflection dipole, the is longer than the beam dipole and its outer end at a length of bent towards the beam dipole and mechanically connected to its free end so that both dipoles in them base points at a distance of are connected to a common power line and the wave resistance of the line piece connecting the beam and reflection dipoles is dimensioned so that the amplitude of the currents and voltages in the beam and reflection dipoles is equal. '

2. Directional antenna system according to claim r, consisting of several in parallel mutually arranged ray and reflection dipoles, which are separated by a bifurcation = can be supplied by a common energy source.

3. Directional antenna system according to claim r and 2, characterized in that the feed points of the .etwa long connecting lines of two adjacent dipole groups lie in the center of a circle laid through the foot points of all four dipoles belonging to the group.