DE866956C

DE866956C - Antenna arrangement for the transmission of ultra-short waves

Info

Publication number: DE866956C
Application number: DET2182D
Authority: DE
Inventors: Waldemar Dr Ilberg
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1939-08-17
Filing date: 1939-08-17
Publication date: 1953-02-12

Description

Antennenanordnung zur Übertragung ultrakurzer Wellen Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung zur Übertragung ultrakurzer Wellen zwischen zwei Bodenstationen, insbesondere über gut reflektierenden Boden, wie sumpfiges Gelände, Meeresoberfläche od. dgl. Zur Vermeidung unerwünschter Nullstellen der Übertragung ist es bereits bekannt, zwei oder mehr Einzelstrahler in einem Abstand übereinander anzuordnen, der ein Mehrfaches der Betriebswellenlänge beträgt; und zwar verhalten sich bei der bekannten Anordnung die Höhen der beiden Strahler angenähert wie z : 2.Antenna arrangement for the transmission of ultra-short waves The invention relates to an antenna arrangement for the transmission of ultra-short waves between two Ground stations, especially above highly reflective ground such as swampy terrain, Sea surface or the like. To avoid undesired zeroing of the transmission it is already known to have two or more individual radiators at a distance one above the other to be arranged which is a multiple of the operating wavelength; namely cautiously in the known arrangement, the heights of the two radiators approximated such : 2.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Abstand des niedrigsten Einzelstrahlers vom Boden so groß gegenüber dem gegenseitigen Abstand der Einzelstrahler gemacht, daß Nullstellen nur in nächster Nähe des Senders auftreten. Zum Beispiel sollen zwei Einzelstrahler in einem Abstand von etwa to A, (A, - Arbeitswellenlänge) voneinander in einer Höhe von etwa zoo A, über dem Boden angeordnet sein. Die verbesserte Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Antennenanordnung ergibt sich aus folgender Überlegung: Die Empfangsintensität E bei Nachrichtenübertragung mittels ultrakurzer Wellen ist in Anbetracht des sich am Boden ausbildenden Spiegelbildes der Sende- bzw. Empfangsantenne durch die Gesetzmäßigkeit gegeben wo K ein Proportionalitätsfaktor, y der Abstand der Sende- und Empfangsanordnung, As und he die Höhe der Sende- bzw. Empfangsantenne über dem reflektierenden Boden und A, die Betriebswellenlänge sind. las und lt, sind, um hinreichend weite optische Sicht zu gewährleisten, relativ groß (etwa 2o m) zu wählen. Dieser Ausdruck zeigt, daß man jedesmal dann mit einer Empfangsintensität o zu rechnen hat, wenn das Argument des Sinusausdruckes A, bzw. ein Mehrfaches von A, beträgt. Je kleiner daher die Wellenlänge ist, bei desto größerem y wird bei sonst unveränderten Verhältnissen das Argument des Sinusausdruckes den Wert A. bzw. eines Vielfachen von Z annehmen und damit die Empfangsmöglichkeit unterbunden werden. Diese Erscheinung bringt besondere Schwierigkeiten einer Verständigung mittels Dezimeterwellen übergut reflektierenden Boden mit sich; insbesondere zeigt sich diese Schwierigkeit bei Nachrichtenübermittlung auf Dezimeterwellen zwischen Schiffen. Die letzte sich auf diese Weise ergebende Nullstelle des Empfangs liegt dann- vor, wenn das Argument des Sinusausdruckes den Wert Z annimmt. Diese Entfernung kann unter Umständen mehrere Kilometer betragen; beispielsweise wenn h. und he zu je 2o m angenommen werden und die Betriebswelle 2o cm ist, -ergibt sich in einem Abstand von q. km die äußerste Nullstelle des Empfangs. Während bei weiteren Entfernungen Nullstellen nicht mehr auftreten, häufen sich zu näheren Entfernungen hin die Nullstellen. Hierdurch kann eine wirksame Nachrichtenübermittlung unterbunden werden, da gerade das Interesse besteht, auf kurze beliebige Entfernungen einen Nachrichtenverkehr zu betätigen.According to the present invention, the distance of the lowest individual radiator from the ground is made so large compared to the mutual spacing of the individual radiators that zero points only occur in the immediate vicinity of the transmitter. For example, two individual emitters should be arranged at a distance of about to A, (A, - working wavelength) from each other at a height of about zoo A, above the ground. The improved mode of operation of the antenna arrangement according to the invention results from the following consideration: The reception intensity E when messages are transmitted by means of ultrashort waves is given by the law, considering the mirror image of the transmitting or receiving antenna that forms on the ground where K is a proportionality factor, y is the distance between the transmitting and receiving arrangement, As and he are the height of the transmitting and receiving antenna above the reflective floor and A, the operating wavelength. las and lt, should be chosen to be relatively large (approx. 20 m) in order to ensure a sufficiently wide optical view. This expression shows that you have to reckon with a reception intensity o whenever the argument of the sine expression is A, or a multiple of A. Therefore, the smaller the wavelength, the greater the y, assuming otherwise unchanged conditions, the argument of the sine expression will assume the value A. or a multiple of Z, thus preventing the possibility of reception. This phenomenon brings with it particular difficulties of communication by means of decimeter waves above well reflecting floor; This difficulty is particularly evident when transmitting messages on decimeter waves between ships. The last zero of the reception resulting in this way is then present when the argument of the sine expression takes the value Z. This distance can be several kilometers under certain circumstances; for example if h. and he can be assumed to be 2o m each and the operating wave is 2o cm, - results at a distance of q. km is the outermost zero of the reception. While zeros no longer occur at further distances, the zeros accumulate towards closer distances. In this way, effective message transmission can be prevented, since there is precisely the interest in activating message traffic over any short distance.

Bei der Anordnung von zwei Strahlern übereinander können Nullzonen des Empfangs in erster Linie dann entstehen, wenn zwei Nullzonen der beiden einzelnen Strahler aufeinanderfallen; weiterhin aber auch dann, wenn die von den beiden Strahlern herrührenden Felder gleich groß und gegenphasig sind. Um das Aufeinanderfallen zweier Nullstellen zu vermeiden, dürfen .die Strahlerhöhen, wie sich aus der näheren Rechnung ergibt, nicht im Verhältnis kleiner ganzer Zählen stehen. Zum Beispiel würde bei der eingangs erwähnten bekannten Anordnung, bei der sich die beiden Strahlerhöhen h81 und 11, 12 etwa wie -,: i verhalten, die zweite Nullzone des oberen Strahlers mit der ersten Nullzone des unteren Strahlers zusammenfallen und infolgedessen bei der gleichzeitigen Anwendung beider Strahler erhalten bleiben. Dies folgt bereits aus der angeführten Gleichung, nach der die Nullzonenentfernungen y gegeben sind durch also z. B. bei i km, 1/2 km, 1/3 km usw. liegen, während sie bei doppelter Strahlerhöhe (h, = doppelt so groß) bei 2 km, i km, 2/3 km USW. liegen.When two radiators are arranged one above the other, zero zones of reception can arise primarily when two zero zones of the two individual radiators coincide; but also when the fields originating from the two radiators are of the same size and are in phase opposition. In order to avoid the coincidence of two zeros, the radiator heights, as can be seen from the closer calculation, must not be in the ratio of smaller whole numbers. For example, in the known arrangement mentioned at the beginning, in which the two radiator heights h81 and 11, 12 behave roughly like -,: i, the second zero zone of the upper radiator would coincide with the first zero zone of the lower radiator and, consequently, with the simultaneous use of both The spotlights are retained. This already follows from the equation given, according to which the zero zone distances y are given by so z. B. at 1 km, 1/2 km, 1/3 km etc., while at twice the radiator height (h, = twice as large) at 2 km, 1 km, 2/3 km etc. lie.

Um ein Zusammenfallen erst in unmittelbarer Strahlernähe möglich werden zu lassen, muß die Höhe des unteren Strahlers 8o bis 95 °/o der Höhe des oberen Strahlers betragen.In order to make a coincidence only possible in the immediate vicinity of the radiator, the height of the lower radiator must be 80 to 95 % of the height of the upper radiator.

Die Bildung kombinierter Nullstellen hängt von der Gleichung ab. Diese gefährliche Zone liegt um so näher am Sender, je mehr die beiden Strahlerhöhen h81 und h., übereinstimmen.The formation of combined zeros depends on the equation away. This dangerous zone lies closer to the transmitter, the more the two radiator heights h81 and h., Coincide.

Die Strahlungsdiagramme zeigen dementsprechend beiderbekannten Anordnung mit einem Strahlerhöhenverhältnis von = : 2 Nullzonen in großer Entfernung, während bei der erfindungsgemäßen Anordnung Nullzonen erst in allernächster Nähe des Senders auftreten.The radiation diagrams accordingly show the known arrangement with a radiator height ratio of =: 2 zero zones at a great distance, while in the case of the arrangement according to the invention, zero zones only in very close proximity to the transmitter appear.

Es ist zwar ferner eine Anordnung bekannt, bei der zwei Einzeldipole in einem gegenseitigen Abstand von angenähert einer halben Wellenlänge oder wenig mehr übereinander in größerer Höhe angeordnet und miteinander gekoppelt sind. Hierbei ist jedoch die Anordnung so getroffen, daß die bei einer einzigen Antenne auftretenden Nullwinkel des Vertikaldiagrammes, die beim Verkehr mit einem Flugzeug stören, ausgefüllt werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird jedoch die völlig andere Aufgabe gelöst, die Nullzonen der Bodenstrahlung zu vermeiden.An arrangement is also known in which two single dipoles at a mutual distance of approximately half a wavelength or less more are arranged one above the other at a greater height and are coupled to one another. Here however, the arrangement is such that those occurring with a single antenna Zero angles of the vertical diagram, which interfere with traffic with an airplane, filled out will. In the present invention, however, the completely different object is achieved, to avoid the zero zones of the ground radiation.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. i dargestellt. An einem Mast M befinden sich zwei Strahlersysteme S1 und S2. Die Strahlersysteme seien bestimmt, auf einer Welle von 2o cm zu arbeiten. Das obere Strahlersystem ist in 2o m, das untere in 18 m Höhe über dem reflektierenden Boden angeordnet-Die Station ist auf einem Schiff gedacht, d. h. sie arbeitet unter Verhältnissen, bei welchen die Entfernung zwischen Sende- und Empfangsstation die verschiedensten Werte annehmen kann. An Stelle einzelner Strahler .S1 und S2 können selbstverständlich- auch Mehrfachrichtantennensysteme oder Reflektorsysteme verwendet werden. Die Erfindung hat in gleicher Weise Anwendungsfähigkeit; ob es sich um gebündelte oder ungebündelte Strahlung handelt.An embodiment of the invention is shown in Fig. I. At A mast M has two radiator systems S1 and S2. The radiator systems are destined to work on a shaft of 20 cm. The upper heater system is in 20 m, the lower one 18 m above the reflective floor - the station is intended on a ship, d. H. she works under conditions under which the distance between the sending and receiving stations can take on a wide variety of values can. Instead of individual radiators .S1 and S2, multi-directional antenna systems can of course also be used or reflector systems can be used. The invention is equally applicable; whether it is bundled or unbundled radiation.

Die Speisung der beiden -Strahlersysteme S1 und S2 erfolgt zweckmäßig gleichphasig zueinander. Häufig kann der Wunsch bestehen, die Ausstrahlung der Wellen nur auf eine bestimmte Entfernung zu beschränken, beispielsweise aus dem Grunde, um andere in weiteren Entfernungen auf ähnlichen Übertragungswellen sich abwickelnde Nachrichtenübermittlungen nicht zu beeinträchtigen. Zu diesem -Zweck kann man eine ähnliche Anordnung wie in Abb. i dargestellt bei Senderanordnungen verwenden, nur mit dem Unterschied, daß die Strahler bzw. Strahlersysteme S1 und S2 gegenphasig zueinander betrieben werden. Für hinreichend weite Entfernungen löschen sich in diesem Falle die von den beiden Strahlern S1 und S2 ausgehenden Strahlungen aus; insbesondere findet dies statt, wenn die Leistung, mit der das höher gelegene Strahlersystem S1 betrieben wird, geringer gewählt wird als die Leistung, mit der das niedriger gelegene Strahlersystem gespeist wird. Denn aus der oben angegebenen Formel geht hervor, daß bei großem y die Empfangsenergie proportional der Höhe des Strahlersystems über dem reflektierenden Boden ist. Es kann sich daher für den vorgenannten Zweck der Auslöschung auf weiteren Entfernungen empfehlen, das niedriger angeordnete Strahlersystem mit höherer Leistung zu betreiben. Aus ähnlichen Gründen kann es zweckmäßig sein, gegenphasig mit dem Empfangsgerät verbundene Empfangsantennen zu verwenden, um von Störungen aus weiteren Entfernungen unbeeinträchtigt zu bleiben. Der eingangs erwähnte Effekt der Freiheit von die Übertragung störenden Nullzonen in näheren Entfernungen tritt bei dieser Anordnung auch auf.The feeding of the two radiator systems S1 and S2 is expedient in phase with each other. Often there is a desire to see the waves radiate limited to a certain distance, for example, for the reason, around others unwinding at further distances on similar transmission waves Not affecting messaging. For this purpose one can use a Use a similar arrangement as shown in Fig. i for transmitter arrangements, only with the difference that the radiators or radiator systems S1 and S2 are out of phase operated to each other. For sufficiently long distances, in in this case the radiation emanating from the two radiators S1 and S2; in particular, this takes place when the power with which the higher-lying radiator system S1 is operated, is selected to be lower than the power with which the lower located radiator system is fed. Because from the above formula goes shows that with a large y the received energy is proportional to the height of the radiator system above the reflective floor. It can therefore be used for the aforementioned purpose For extinction at greater distances, we recommend using the radiator system located lower down to operate with higher power. For similar reasons it may be useful to to use receiving antennas connected in phase opposition to the receiving device in order to receive from Remaining undisturbed disturbances from further distances. The one mentioned at the beginning Effect of freedom from zero zones that interfere with the transmission at closer distances also occurs with this arrangement.

In der Abb. 2 ist ein Diagramm für die Empfangsverhältnisse, welche sich unter der Verwendung gegenphasig gespeister Strahlersysteme ergeben, dargestellt. Der Berechnung ist zugrunde gelegt wiederum eine Betriebswellenlänge von 2o cm und Anordnung der Dipolempfänger in 16 bzw. 2o m über dem Boden. Infolge des Gegeneinanderwirkens der Strahlerantennen ergibt sich für weitere Entfernungen eine mit der dritten Potenz des Abstandes abfallende Empfangsintensität.In Fig. 2 is a diagram for the reception conditions, Which result from the use of antiphase fed radiator systems, shown. The calculation is based on an operating wavelength of 20 cm and Arrangement of the dipole receivers at 16 or 20 m above the ground. As a result of the interaction of the radiator antennas, there is one with the third power for further distances Reception intensity falling with the distance.

Wenn im vorstehenden von einer Übereinanderanordnung der Strahlersysteme die Rede ist, so ist damit nicht notwendigerweise zu verstehen, daß dieselben auch mechanisch an einem gemeinsamen Mast angeordnet sind, sondern das Übereinander ist im Sinne eines gleichen Abstandes bis zum Empfangsort zu verstehen; ein Übereinander in Sinne der Erfindung liegt daher stets dann vor, wenn die Entfernung zum Empfangsort praktisch die gleiche ist.If in the above from an arrangement of the radiator systems one above the other is the subject of this, it is not necessarily to be understood that the same also are mechanically arranged on a common mast, but is one above the other to be understood in the sense of an equal distance to the receiving location; one on top of the other in the sense of the invention is therefore always present when the distance to the receiving location is practically the same.

Claims

PATENT CLAIMS: x. Antenna arrangement for transmission of ultra-short Waves between two ground stations in which the Transmission of two or more individual radiators in one a multiple of the wavelength amounting distance are arranged one above the other, characterized in that the Distance of the lowest individual radiator from the ground so large compared to the other The distance between the individual radiators is that zeroing only takes place in the immediate vicinity of the transmitter appear.

2. Antenna arrangement according to claim r, characterized in that the two single radiators at a distance of about zo A from each other at a height of about zoo A above the ground.

3. Antenna arrangement according to claim z or 2 with limited ranges, characterized in that the two individual radiators are fed out of phase to each other. q .. antenna arrangement according to claim 3, characterized characterized in that the lower individual radiator operated with greater power than the higher single radiator.