DE7413510U

DE7413510U - Directional antenna

Info

Publication number: DE7413510U
Application number: DE7413510U
Authority: DE
Original assignee: Kathrein Werke KG
Current assignee: Kathrein SE
Publication date: 1975-05-28

Description

Die Erfindiong betrifft eine vorzugsweise zirkulär polarisierende Richtantenne mit mehreren parallel zu einer Reflektorwand angeordneten und von dieser "beabstandeten Dipolen zum Aufbau von Antennenanordnungen mit vorgebbaren Azimutaldiagramm und insbesondere Richtantennenanordnungen.The invention relates to a preferably circularly polarizing one Directional antenna with several dipoles arranged parallel to a reflector wall and spaced apart from it for the construction of Antenna arrangements with specifiable azimuthal diagrams and in particular directional antenna arrangements.

Es ist bekannt, zirkulär polarisierends Rundstrahlantennen aus mehreren zirkulär polarisierenden Richtantennen aufzubauen. Eine bekannte Pachtantenne dieser Art (DT-GBM 7 142 601) weist hierfür vier rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieachse vor einer Reflektorwand angeordnete Kreuzdipole auf. Die Anzahl benötigter Dipole und damit der konstruktive Aufwand ist jedoch, verglichen mit dem erzielbaren Antennengevinn,relativ hoch. Die Verwendung von Kreuzdipolen .erschwert die Azimutaldiagrammsynthese .It is known to use circularly polarizing omnidirectional antennas to build several circularly polarizing directional antennas. A known lease antenna of this type (DT-GBM 7 142 601) has for this purpose, four crossed dipoles arranged rotationally symmetrically to an axis of symmetry in front of a reflector wall. The number of However, dipoles and thus the design effort is relatively high compared to the antenna gain that can be achieved. The use of crossed dipoles makes azimuthal chart synthesis difficult .

Weiterhin ist eine änrilicne'kichtantenne bekannt (DT-OS 2 156 053), die zwei übereinander angeordnete Dipolgruppen aus jeweils zwei vertikalen Dipolen und einem dazwischen angeordneten horizontalen Dipol auf v/eisen. Nachteilig an dieser Richtantenne ist neben der relativ großen Anzahl benötigter Dipole die zum Zusammenschalten der Dipole erforderliche * relativFurthermore, an änrilicne'kicht antenna is known (DT-OS 2 156 053), the two dipole groups arranged one above the other consisting of two vertical dipoles and a horizontal dipole in between on iron. Disadvantageous at In addition to the relatively large number of dipoles required, this directional antenna is also used to interconnect the dipoles required * relative

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine einfache, vorzugsweise zirkular polarisierende Richtantenne anzugeben, mit deren Hilfe Antennenanordnungen mit vorgebbarem Azimutaldiagramm und insbesondere Richtantennenanordnungen aufgebaut werden können.The object of the invention is now to provide a simple, preferably circularly polarizing directional antenna with the Help antenna arrangements with a specifiable azimuthal diagram and in particular directional antenna arrangements can be set up can.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daßThis object is achieved according to the invention in that

die Dipole, ohne sich mit ihren Enden zu berühren, auf den Seiten und zwischen den Eckpunkten eines Vielecks angeordnet sind, und daß die Abstände der Dipole voneinander und von der Rexlektorwänd so gewählt sind, daß die Richtcharakteristik für beliebige, eins senkrecht zur Reflekt-orwand verlaufende Achse einschließende Diagrammschnitte etwa gleiche Leistungshalbwertsbreite auf weit. Gemäß der Erfindung aufgebaute Richtantennen können kombiniert werden, ohne daß Störungen der Polarisation und insbesondere der zirkulären Polarisation befürchtet werden müssen. Unter Leistungshalbwertsbreite soll derjenige Winkelbereich des Diagramms verstanden werden, innerhalb dessen die Strahlungsdichte auf nicht mehr als die Hälfte der maximalen Strahlungsdichte abnimmt.the dipoles, without touching their ends, are arranged on the sides and between the corner points of a polygon are, and that the distances of the dipoles from each other and from the Rexlektorwänd are chosen so that the directional characteristic for any, one perpendicular to the reflector wall Diagram sections including the axis approximately the same power half-value width over a wide area. Constructed according to the invention Directional antennas can be combined without disturbing the polarization and especially the circular polarization must be feared. The half-power width should be understood to mean that angular range of the diagram within whose radiation density does not decrease to more than half of the maximum radiation density.

Das Vieleck ist vorzugsweise als regelmäßiges Vieleck ausgebildet, wobei die Achse als Symmetrieachse senkrecht durch den Mittelpunkt eines dem regelmäßigen Vieleck einbeschriebenen Inkreises verläuft. Als günstig hat sich eine Ausführungsform erwiesen, in der das regelmäßige Vieleck ein Quadrat ist. Die Leistungshalbwertsbreite wird zweckmäßigerweise auf Ebenen der magnetischen Feldstärke bezogen; sie wird durch die Seitenlänge des Quadrats und den Abstand der Dipole von der Reflektorwand bestimmt. Die Seitenlänge des Quadrats ist einerseits vonThe polygon is preferably designed as a regular polygon, the axis being the axis of symmetry perpendicular through the center of one inscribed on the regular polygon Incircle. An embodiment in which the regular polygon is a square has proven to be favorable. The power half-value width is expediently related to the levels of the magnetic field strength; it is determined by the side length of the square and the distance between the dipoles and the reflector wall. The side length of the square is on the one hand from

I I Λ Λ1- ^AI I Λ Λ1- ^ A

der Dipollänge und andererseits von der Dipoldicke abhängig; sie ist vorzugsweise etwa gleich einer halben mittleren Betriebswellenlänge. Günstige Werte für den Abstand der Dipole von der Reflektorwand liegen etwa zwischen dem 0,2-bis 0,3-fachen der mittleren Betriebswellenlänge, bevorzugt wird Jedoch ein Abstand von etwa 1/4 der mittleren Betriebswellenlänge. Günstige Werte der elektrischen Dipollänge liegen etwa zwischen dem 0,35- bis 0,5-fachen der mittleren Betriebswellenlänge; vorzugsweise sind die Dipole etwa 1/2 mittlere Betriebswellenlänge lang.depends on the dipole length and, on the other hand, on the dipole thickness; it is preferably approximately equal to half an average Operating wavelength. Favorable values for the distance between the dipoles and the reflector wall are approximately between 0.2 and 0.3 times the mean operating wavelength, but a spacing of approximately 1/4 of the mean operating wavelength is preferred. Favorable values of the electrical dipole length are about 0.35 to 0.5 times the average Operating wavelength; preferably the dipoles are about 1/2 the mean operating wavelength.

Zur Speisung der Dipole kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, daß zwei sich gegenüberliegende Dipole über ein gemeinsames Phasendrehglied an eine mit den beiden anderen Dipolen verbundene Speiseleitung angeschlossen sind. Zirkular polarisierte Wellen werden erzeugt, wenn benachbarte Dipole jeweils mit einer Phasendifferenz von 9ö° gereist werden. Gegenüberliegende Dipole sind hierbei jeweils gleichphasig an das Phasendrehglied bzw. die Speiseleitung angeschlossen und das Phasendrehglied ist so dimensioniert, daß es die Phase um 90° dreht. Werden benachbarte Dipole mit unterschiedlicher Leistung gespeist, so wird eine elliptisch polarisierte Welle erzeugt.In order to feed the dipoles, it can expediently be provided that two opposing dipoles are connected to a feed line connected to the two other dipoles via a common phase shift element. Circularly polarized waves are generated when neighboring dipoles are traveled with a phase difference of 90 °. Opposite dipoles are each connected in phase to the phase shift element or the feed line, and the phase shift element is dimensioned so that it rotates the phase by 90 °. If neighboring dipoles are fed with different power, an elliptically polarized wave is generated.

Die Dipole können als gestreckte Dipole ausgebildet sein, als günstig haben sich jedoch als Faltdipol ausgeführte Dipole erwiesen. Insbesondere kann durch Ausbildung als Breitband-Faltdipol die Breitbandigkeit der Richtantenne erhöht werden. Um die Seitenlänge des Quadrats, d.h. den Abstand gegenüberliegender Dipole frei wählen zu können, ohne daß sich die Enden der Dipole berühren, können an den Enden der Dipole zur Verkürzung der mechanischen Länge Dachkapazitäten angebracht sein.The dipoles can be designed as elongated dipoles, but dipoles designed as folded dipoles have proven advantageous proven. In particular, the broadband capability of the directional antenna can be increased by training it as a broadband folded dipole. By the side of the square, i.e. the distance more opposite one another To be able to freely choose dipoles without the ends of the dipoles touching, can be done at the ends of the dipoles roof capacities must be attached to shorten the mechanical length.

Im folgenden soll eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden_f und zwar zeigt:In the following, a preferred embodiment of the invention is to be explained in more detail with reference to drawings _f , namely shows:

74135*074135 * 0

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßer) Richtantenne;1 shows a perspective illustration of a directional antenna according to the invention;

Fig. 2 eine der Erläuterung der Diagrammschnitte dienende Skizze; undFIG. 2 shows a sketch serving to explain the diagram sections; FIG. and

i.g. 3 ein Schaltbild einer Speiseanordnung für die Richtantenne nach Fig. 1.i.g. 3 is a circuit diagram of a feed arrangement for the directional antenna according to Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Richtantenne mit vier parallel zu einer Reflektorwand 1 entlang den Seiten eines gedachten Quadrats angeordneten Dipolen 3, 5, 7 und 9.Die Dipole 3 bis 9 sind damit rotationssymmetrisch zu einer senkrecht auf der Reflektorwand 1 stehenden, in Fig. 1 durch einen Pfeil dargestellten Symmetrieachse 11 angeordnet, wobei die Dipole einen um die Symmetrieachse 11 gedachten Inkreis des Quadrats jeweils mit ihren Speisestellen 13, 15, 17 und 19 tangieren. Die Länge der Dipole 3 bis 9 und der Abstand a gegenüberliegender Dipole sind so gewählt, daß sich die Dipole 3 bis 9 nicht mit ihren Enden berühren. Der Abstand a und der Abstand der Dipole 3 bis 9 von der Reflektorwand 1 sind so gewählt, daß sich für beliebige, die Symmetrieachse 11 einschließende Diagrammschnitte jeweils etwa gleich große Leistungshalbwertsbreiten ergeben. Fig. 2 zeigt als Beispiel 2 Schnitt?benen 21, in die als Diagramm eine Amplitudenverteilung der magnetischen Feldstärke eingezeichnet werden könnte. Die Symmetrieachse 11 liegt jeweils in den Schnittebenen 21. Unter Leistungshalbwertsbreite soll derjenige Winkjlbereich des Diagramms verstanden werden, innerhalb dessen die Strahlungsdichte auf nicht mehr als die Hälfte der maximalen Strahlungsdichte abnimmt. Die Strahlungsdichte kann nach bekannten Rechenregeln aus der magnetischen Feldstärke bestimmt werden.Fig. 1 shows a directional antenna with four parallel to a reflector wall 1 along the sides of an imaginary square arranged dipoles 3, 5, 7 and 9. Dipoles 3 to 9 are thus rotationally symmetrical to a perpendicular to the reflector wall 1, shown in Fig. 1 by an arrow The axis of symmetry 11 is arranged, the dipoles being an inscribed circle of the square around the axis of symmetry 11 each tangent with their feeding points 13, 15, 17 and 19. The length of the dipoles 3 to 9 and the distance a opposite one another Dipoles are chosen so that the dipoles 3 to 9 do not touch one another with their ends. The distance a and the distance the dipoles 3 to 9 of the reflector wall 1 are chosen so that for any, the axis of symmetry 11 enclosing Diagram sections each have approximately the same power half-value widths result. As an example 2, FIG. 2 shows sectional planes 21 in which, as a diagram, an amplitude distribution of the magnetic Field strength could be drawn. The axis of symmetry 11 lies in the cutting planes 21 below The power half-width should be the angle range of the Diagram to be understood, within which the radiation density to not more than half of the maximum radiation density decreases. The radiation density can be determined from the magnetic field strength according to known calculation rules.

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Der bevorzugte Abstand der Dipole 3 bis Q von der Reflektorwand 1 beträgt 1/4 einer mittleren Betriebswellenlänge; der Abstand a wird vorzugsweise etwa gleich einer halben mittleren Betriebsv/ellenlänge bemessen. Die Dipole 3 bis 9 sind elektrisch höchstens eine halbe Betriebsv/ellenlänge lang; vorzugsweise v.^rird ihre Länge etwa gleich der halben mittleren Betriebswellenlänge gewählt. Beispielsweise ergaben sich bei einer für den Frequenzbereich 174 bis 230 MHz (Fernsehb'sreichThe preferred spacing of the dipoles 3 to Q from the reflector wall 1 is 1/4 of an average operating wavelength; the distance a is preferably dimensioned to be approximately equal to half a mean operating wavelength. The dipoles 3 to 9 are electrically at most half an operating wavelength long; preferably v. ^r ird its length approximately equal to half the mean operating wavelength selected. For example, one for the frequency range 174 to 230 MHz (TV range

III) verwendbaren Richtantenne eine Dipollänge von 0,46 mittleren Betriebswellenlängen und ein Abstand a von 0,51 mittleren Betriebswellenlängen. III) usable directional antenna has a dipole length of 0.46 mean operating wavelengths and a distance a of 0.51 mean operating wavelengths.

Die in Fig. 1 dargestellte Richtantenne eignet sich besonders zur Erzeugung zirkulär oder elliptisch polarisierter Wellen. Zur Erzeugung zirkulär polarisierter Wellen müssen die Speiseströme benachbarter Dipole 3 bis 9 jeweils um 90° gegeneinander phasenverschoben sein. Elliptisch polarisierte Wellen ergeben sich, wenn benachbarte Dipole 3 bis 9 jeweils mit unterschiedlicher Leistung gespeist werden. Fig. 3 zeigt eine besonders einfache Speiseanordnung„ mit der zirkulär polarisierte Wellen erzeugt werden können. Die einander gegenüberliegenden Dipole 3 und 7 sov/ie 5 und 9 sind jeweils gleichphasig miteinander verbunden, wobei das eine Dipolpaar direkt an eine Speiseleitung 23 und das andere Dipolpaar über ein die Phase um 90° drehendes Phasendrehglied 25 an die Speiseleitung 23 angeschlossen ist. Ändert das Phasendrehglied 25 die Amplitude des Speisestroms, so werden statt zirkulär polarisierter Wellen elliptisch polarisierte Wellen erzeugt.The directional antenna shown in Fig. 1 is particularly suitable for generating circular or elliptically polarized waves. To generate circularly polarized waves, the feed currents of neighboring dipoles 3 to 9 must each be at 90 ° to each other be out of phase. Elliptically polarized waves result when neighboring dipoles 3 to 9 are each fed with different power. Fig. 3 shows a Particularly simple feed arrangement “with which circularly polarized waves can be generated. The opposing dipoles 3 and 7 and 5 and 9 are each connected to one another in phase, with one pair of dipoles directly to a feed line 23 and the other dipole pair via a phase rotator 25 which rotates the phase by 90 ° is connected to the feed line 23. If the phase shifter 25 changes the amplitude of the feed current, then take place circularly polarized waves generated elliptically polarized waves.

Die in Fig. 1 dargestellte Richtantenne ist speziell als Baustein für zirkulär polarisierende Antennenanordnungen und insbesondere für zirkulär polarisierende Richtantennenanordnungen im Frequenzbereich yon 40 - 900 MHz geeignet. So kann z.B. mit Hilfe von vier in gleicher Höhe, jedoch umThe directional antenna shown in Fig. 1 is specially designed as a building block for circularly polarizing antenna assemblies and Particularly suitable for circularly polarizing directional antenna arrangements in the frequency range of 40 - 900 MHz. For example, with the help of four of the same height, but around

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gegeneinander verdreht angeordneten Richtantennen nach Fig. 1 ein Rundstrahldiagraram zirkularer Polarisation erzeugt werden. Mit Hilfe von zwei oder drei Richtantennen nach Fig. können z.B. 90° sektorförmige oder auch doppelsektorförmige (z.B. achterförmige) Strahlungsdiagramme verwirklicht werden. Es lassen sich die von linear polarisierenden Antennen her bekannten Verfahren zur Diagrammsynthese anwenden.Directional antennas arranged rotated relative to one another according to FIG. 1 generate an omnidirectional beam diagram of circular polarization will. With the help of two or three directional antennas according to Fig., E.g. 90 ° sector-shaped or double-sector-shaped (e.g. figure eight) radiation diagrams can be realized. The methods for diagram synthesis known from linearly polarizing antennas can be used.

In anderen, nicht dargestellten Ausführungfcformen der Richtantenne, kann die Reflektorwand zur .Verringerung der Windbelastung z.B. als Gitterreflektor ausgebildet sein. Die Dipole der Ausführungsform nach Fig. 1 sind als gestreckte Dipole ausgebildet. In anderen Ausführungsformen können Halbwellen-Faltdipole und insbesondere Breitband-Faltdjpole mit flächenhaft wirkenden Strahlern verwendet werden.In other, not shown embodiments of the directional antenna, For example, the reflector wall can be designed as a lattice reflector to reduce the wind load. the Dipoles of the embodiment according to FIG. 1 are designed as elongated dipoles. In other embodiments, Half-wave folded dipoles and in particular broadband folded dipoles can be used with surface emitters.

Claims

1. Preferably circularly polarizing directional antenna with a plurality of dipoles arranged parallel to a reflector wall and spaced apart from this for the construction of antenna arrangements with predeterminable azimuthal diagrams and in particular directional antenna arrangements, characterized in that the dipoles (3-9) without their ends touching on the guide and are arranged between the corner points of a polygon and that the distances of the dipoles (3-9) from one another and from the reflector wall (1) are chosen so that the directional characteristic for any axis (11) running perpendicular to the reflector wall (1) ) including diagram sections has approximately the same power half-value width.

2. Directional antenna according to claim 1, characterized in that the polygon is a regular polygon and the axis (11) runs as an axis of symmetry perpendicularly through the center of an inscribed circle inscribed on the regular polygon.

3. Richtantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das regelmäßige Vieleck ein Quadrat ist.3. Directional antenna according to claim 2, characterized in that the regular polygon is a square.

4. Richtantenne nach Anspruch 3# dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenlänge des Quadrats etwa gleich einer halben mittleren Betriebswellenlänge ist.4. Directional antenna according to claim 3 # characterized in that the side length of the square is approximately equal to one half the mean operating wavelength.

5. Directional antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the dipoles (3-9) from the reflector wall (1) is approximately 0.2 to 0.3 times, preferably 0.25 times, a mean operating wavelength amounts to.

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characterized in that the dipoles (3-9) electrically about 0.35 to 0.5 times, preferably 0.5 times an average operating wavelength are long.

7. Directional antenna according to one of claims 3 to ß / f, characterized in that two sipii opposite dipoles (p, 9) via .ein common Phas ^ ndreh member (25) to a feed line connected to the two other dipoles (3, 7) ( 23) connected ^^ and.

8. Directional antenna according to claim / f%, characterized in that opposite dipoles (5, 9 or 31 7) each with the same phase on the phase shift element (25) or the feed line (23) are connected and that Phase rotating element / (25) which rotates PJu ^ e by 90 °.

9. Richtante ^ aiie according to one of claims 3 to 8, characterized

gek 9TXi indicates that opposite dipoles "or 3s 7) can be fed with different power

10. Directional antenna according to one of the preceding claims, characterized in that the dipoles (3-9) as elongated dipoles are formed.

11. Directional antenna according to one of claims 1 to 9, characterized in that the dipoles (3-9) as Folded dipoles are formed.

12. Directional antenna according to one of the preceding claims, characterized in that at the ends of the dipoles (3-9) Roof capacities attached to shorten the mechanical length

f are.

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