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Hohlspiegel als Reflektor und zur Bündelung von sehr kurzen elektromagnetischen
Wellen Es ist bekannt, daß strahlungsgekoppelte Antennen, z. B. in Formeinzelner
senkrechter Leiter, von denen einer gespeist wird, eine Reflektor- bzw. Richtwirkung
auf die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen ausüben. Es ist ferner bekannt, diese
Wirkungsweise auch für kurze elektro@magnetische Wellen auszunutzen und auf diesem
Prinzip sowohl ebene Strahlergebilde als ,auch Hohlspiegel aufzubauen. Es sind bei
ebenen Strahlergebilden Dipolzeilen parallel zueinander angeordnet worden, wobei
ein Teil der Dipole gespeist wird. Biei Hohlspiegeln sind einzelne Drähte parallel
zueinander an einem nach einer Parabel geformten Träger befestigt und mit dem Sendedipol
strahlungsgekoppelt. Mehrere der letzteren Anordnungen zusammengesetzt ergeben einen
Gitterreflektor. Derartige Anordnungen aus Drähten oder auch aus Drahtnetzen werden
.an Stelle von Vollmetallspiegeln verwendet, um das Gewicht oder den Winddruck .auf
die Spiegelfläche herabzusetzen. Beim Übergang zu sehr kurzen Wellen, z. B. Wellen
unter 2o cm, muß die Maschenweite der Drahtnetze bzw. der Abstand der einzelnen
Drähte mit Rücksicht ,auf die Einhaltung einer genügenden Reflektorwirkung sehr
klein gewählt werden. Dia die Maschenweite etwa i % der Wellenlänge betragen muß,
wäre der Abstand der Drähte voneinander bei Wellen von i o cm nur i mm groß.. Drahtnetze
mit solchen Maschenweiten besitzen dann schon die Ausführung von Filtergaze und
sind aerodynamisch gesehen einer
geschlossenen Fläche gleichwertig.
Bezüglich des Gewichtes und des Winddruckes kann kaum noch von -einem Gewinn gegenüber
Vollmetallspiiegeln gesprochen werden.
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Zur wesentlichen Herabsetzung des -Winddruckes auf Hohlspiegel, die
Aals Reflektor und zur Bündelung von sehr kurzen, von einer Richtantenne .oder einem
'Strahler rausgehenden oder ,aufgenommenen elektromagnetischen Wellen im Zentimeter-
oder Deezimeterwellenbereich dienen, und gleichzeitig zur Verringerung ihres Gewichtes
wird ein Aufbau gewählt, bei, dem gemäß; ,einem Bestandteil der Erfindung über eine
gekrümmte gedachte Fläche @entsprechend einer Spiegelfläche verteilt Tangenten an
der Fläche bildende Dipole, zweckmäßig in mehreren Gruppen, angeordnet sind und
.der gegenseitige Abstand der Dipole bzw. Gruppen etwa A/2-groß bemessen ist. Die
Dipole sind untereinander nicht durch Leitungen verbunden, sondern strahlungsgekoppelt.
Um die Reflektorwirkung vollkommen zu gestalten, sind nach der Theorie der Richtantennen
die einzelnen Dipole sowie die Dipolgruppen untereinander in dem vorerwähnten Ab-stand
angeordnet. Die einem Metallspiegel gleichwertige Wirkung wird dadurch erreicht,
daß zusätzlich auf einer der vorerwähnten- - Fläche entsprechenden gleichartig gekrümmten
Fläche im Abstand von #/¢ ein Däpolrefektor ;angeordnet ist, der wiederum aus .einzelnen
an .der Fläche tangierenden Dipolen besteht. Z jedem Dipol der ersten Fläche ist
also - ein zweiter Düpol firn bekannten Abstand von 2,/4 angeordnet, -und zwar .derart,
daß: der letztere :dem ersten gegenüber einen Refliektor bildet. Wird im Brennpunkt
einer derartigen Reflektorkornbination eine Energiequelle ;angeordnet, so werden
sämtliche Dipole durch Strahlungskopplung so-heaufschlagt, daß nach der Reflektion
eine Strahlrichtung und Strahlform entsteht, die der eines Vallmetallspiegels gleichwertig
'ist. Nach der Theorie von Flächenantennen ist die Bündelungseigenschaft einer solchen
Kombination größer ;als bei einem Metallspiegel gleicher Abmessung, da bei letzterem
nach bekannten Vorstellungen an: dessen Rand Ausgleichströme :entstehen, die die
Wirksamkeit der besamten Metallfläche herabsetzen. Es ist bekannt, daß ein Metallspiegel
eine Absorptionsfläche besitzt, deren Gröle etwa 1/3 bis. 1/2 der geometrischen
Fläche beträgt. Ausgleichströme sind jedoch bei ,der strählungsgekoppelten Dipolspiegelanordn
ung nicht vorhanden, woraus. schonerkennbar ist, daß der Dipolspiegel gleicher Größenabmessungen
seinem Metallspiegel überlegen ist. Die Dipole können an Tragleisten aufs dielektrischem
Werkstoff befestigt sein, die quer zur Längsrichtung der Dipole stehen und infolgedessen
senkrecht zur Feldrichtung verlaufen. Aus diesem Grunde können auch Metallbänder-oder
Stäbe als Träger der Diip!olle dienen, die diarar an--geschraubt oder festgeschweißt
sind.
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In den Abbildungen sind Ausführungen der Erfindung .dargestellt.
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In den Abb. i und 2 ist der Aufbau eines Düpolspiegels in der Ansicht
und in der D.Taufsicht von j obren gezeigt, wobei der Einfachheit halber die Spiegelfläche
in eine Ebene ausgestreckt gedacht ist. Die Spiegelfläche kann normalerweise in
e Form feiner Zylinderfläche gebogen sein, se. daß also z. B. ein Zylinderspiegel
entsteht. Es sind übereinander angeordnet vier Gruppen i von Dipolen vorgesehen,
die je aus sechs Däpolen 2 !etwa. von der Größe 2./2 bestehen. Die Dipole sind im
Abstand von 2,/2 an °ihren Trägern 3 befestigt, und zwar derart, daß @die Verbindung
im Punkt des Spannungsminimums ,erfolgt. Die gegenseitige Lage der Dipölgruppen
ist mittels Halterungen 4 gesichert, die a us, verlustarmen Isolierstoffen bestehen,
da sie in der Richtung des elektrischen Feldvektors angeordnet sind. In diesem Fall
läßt sich also kein Metall als Werkstoff der Halterungen 4 benutzen.
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D,he Draufsicht in Abb.2 läßt insbesondere die Anordnung einer gleichen
Dipolfläche hinter der ersten im Abstand von 2./4 verkennen, die die Reflektorwirkung
der Dpolspilegelanordrnung verürsacht: Der Aufbau der zweiten Dipolanordnung entspricht
izn wesentlichen der in Abb. i beschriebenen davorstehenden Dipolausführumg.
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In Abb. 3 ist im Schnitt die praktische Ausbildung Beines. Dipolreflektors
gemäß der Erfindung dargestellt. Es bandelt sich um einen zylindrischen Hohlspnegel,
dessen einzelne Dipole 6, wie @es dem Wesen der Erfindung entspricht, Tangenten
an,der gestrichelt angedeuteten gedachten Zylinderfläche 8 bilden. In entsprechender
Weise sind die Dipole 9 an der gekrümmten Fläche i i angeordnet, und zwar derart,
daß jeweils hinter .einem Dipol 6 der Fläche 8 ein Dipol 9 der Fläche i i steht,
um somit die vorgesehene Reflektorwirkung zu erzielen. Die Abstände der Dgipole
untereinander sowie zwischen den beiden Flächen sind entsprechend den Angaben zu
den Ausführungen nach Abb. i und 2 bemessen. An Stelle eines. Zylinderhohlspiegels
;aus @einzelnen Dipolen lassen sich daraus auch .andere Hohlspiegel, z. B. soggenannte
Rotationsspiegel, aufbauen. Der Brennpunkt der Spiegelanordnung ist mit i z bezeichnet
und kann die Antenne eines Senders oder Empfängers ,aufnehmen, die ;auf diese Weise
eine außerordentlich gerichtete Ausstrahlung erhält.
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In der Abb.4 ist eine solche Anordnung unter Berücksichtigung der
praktisch auftretenden Verhältnis;see dargestellt. Die Dipolspiegelanordnung 14
sitzt an der Spitze 16 des Mastes oder Turmfies 17. Demgemäß ist die Krümmung der
aus. .den einzelnen Dipolen gebildeten Spiegelfläche derart bemessen, däß der Brennpunkt
des Dipolspiegels am Fuß des Turmes liegt. Im Brennpunkt ist eine Richtantenne mit
Vorbündelung, z. B. ein -sogernannter Hornstrahler 18, für sehr kurze @elektromagnetische
Wellen ,angeordnet. Der zugehörige Seender oder Empfänger ist meinem Siendegebäude
2o untergebracht. Ein solcher Hornstrahler bewirkt die Ausstrahlung der Energie
nach dem Dipolspiegel 14 mit geringer Bündelungsschärfe, wie die gestrichelten Linien.
21 andeuten. Hinter dem Spiegel 14 jedoch entstehen entsprechend den gestrichelten
Linien 22 nahezu Parallelstrahlen finit wesentlich größerer Bündelungsstärke. Auf
diese Weise wird gleichzeitig mit der Strahlenümlenkung eine Feldstärkeerhöhung
erreicht,
wobei ferner eine Energieleitung vom Gerät zur Mastspitze mit ihnen bekannten Verlusten
bei sehr, kurzen elektromagnetischen Wellen vermieden wird.
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Es ist angängig, im Brennpunkt des Dipolspiegels zwei Hornstrahler
anzuordnen, von denen der eine mit dem Seender und der andere mit dem Empfangsgerät
für sehr kurze elektromagnetische Wellen verbunden ist. Auf diese Weise ist es möglich,
Sender und Empfänger über dein gleichen Hohlspiegel zu betreiben, wobei die Entkopplung
vom Sender zum Empfänger durch die Nebenwellenarmut des Hohlspiegels gewährleistet
ist. Eine solche Einrichtung ist daher @außerordentlich wertvoll für den Gegensprechverkehr
auf gleicher oder annähernd gleicher Wellenlänge oder für die Zwecke der Funkortung
oder der Funkmessung, wobei die bisher nötigen Entkopplungsmittel zwischen Seender
und Empfänger wegfallen können.
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Der erfindungsgemäße Vorschlag bat den besonderen Vorteil, daß, der
Dipolspiegel als gutes Sielektionsmittel hinsichtlich der Lage der Vektorrichtu
g oder Wellenlänge ausgenutzt werden kann. Je nach der Wahl des Wellenwiderstandes
jedes einzelnen Dipols, der vom Verhältnis des Durchmessers zur Länge abhängig ist,
können mehr oder weniger große Selektionen mittels der Richtantenne Herreicht werden.
Brei sehr dünnen Dipolen lassen sich bei i oder 2% Wellenänderung schon starke i#aderung,en
der Richteigenschaft herbeiführen, während bei dickeren Dipolen io% Wellenänderung,
die z. B. für Breithandanlagen notwendig ist, noch keine störenden Wellenabhängigkeiten
verursachen.
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Wird ein nach er Erfindung ausgebildeter D!ipolhohlspiegel mit einem
Metallhohlspiegel im Hinblick auf den Winddruck verglichen, so ergeben z. B. Messungen
an deiner Anordnung für io cm Wellenlänge, daß der Winddruck bei gleicher Spiegelfläche
beim Dipolspiegel etwa 5- bis iomal geringer ist Aals bei Vollmetallspiegeln. Wird
dagegen ein Metallspiegel einem Dipolspiegel gleichen Winddrucks gegenübergestellt,
so zeigt der Dipolspiegel mindestens io- bis 2omal bessere Bündelungseigenschaften,
d. h. i o- bis 2omal höhere Leistungsverstärkung in der Hauptstrahlrichtung als
der Metallspiegel. Wird ferner berücksichtigt, daß bei einer Funkverbindung ein
solcher Spiegel sowohl ,auf der Sendeseite als, auch ,auf der Empfangsseite vorgesehen
werden kann, so läßt sich ein ioo- bis 4oofacher Leistungsgewinn erzielen. Dies
bedeutet eine beträchtliche Steigerung der Reichweite der Anlagen b.zw. ermöglicht
eine @erhebliche Vereinfachung der Geräte.