DE894572C - Antennenanordnung mit Strahler und Reflektor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Richtantennengebilde und befaßt sich insbesondere mit solchen Anordnungen, bei denen ein Reflektor verwendet wird, der zur gleichzeitigen Übertragung einer Mehrzahl verschiedener Frequenzen geeignet ist.

Erfindungsgemäß soll eine Antennenanordnung geschaffen werden, die in ihrem Aufbau einfach ist und trotzdem zur Ausstrahlung einer Mehrzahl verschiedener Frequenzen entweder gleichzeitig oder getrennt voneinander benutzt werden kann.

Bisher war es üblich, den sogenannten Dipol oder die Halbwellenantenne nur zur Übertragung einer einzigen Frequenz zu verwenden. Derartige Antennen sind jedoch in ihren Übertragungsqualitäten nicht sehr scharf abgestimmt, arbeiten verhältnismäßig aperiodisch und können daher auch zur Übertragung eines breiteren Frequenzbandes benutzt werden.

Der einzige Unterschied, der sich ergibt, wenn die Antenne einmal mit ihrer wahren Halbwelle, das andere Mal mit einer von der Halbwelle abweichenden Frequenz erregt wird, liegt darin, daß sich die Impedanz, die die Antenne gegenüber der Übertragungsleitung einnimmt, ändert. In den Fällen, in denen die ausgestrahlte Frequenz der Halbwelle der Antenne entspricht, nimmt die Impedanz, die die Antenne gegenüber der Übertragungsleitung bildet, einen Ohmschen Wert an, während bei der Verwendung anderer Frequenzen die Impedanz eine kapazitive

oder induktive Komponente aufweist. Erfolgt jedoch eine Anpassung der Antenne an die Übertragungsleitung innerhalb des Frequenzbereiches, der übertragen werden soll, so ist es auch möglich, eine so-S genannte Halbwellenantenne, die aus zwei gleichen Hälften besteht, die über eine Zweidrahtenergieleitung in der Mitte gespeist werden, in brauchbarer Weise innerhalb eines breiteren Frequenzbandes, das sich etwa bis zur doppelten Frequenz der Eigenfrequenz der Antenne erstreckt, zur Ausstrahlung zu benutzen.

Ebenso wie Richtantennenanordnungen aus einer Mehrzahl von Halbwellenelementen aufgebaut werden können, können sie auch aus gleichen Elementen von von einer Halbwelle abweichenden Länge hergestellt werden. Der Einfachheit halber sollen derartige Anordnungen als Pseudohalbwellenantennen oderPseudohalbwenenelemente bezeichnet werden. Eine Mehrzahl derartiger Elemente kann in einer Reihe angeordnet werden und wird dann in Phase gespeist, so daß sich eine stark konzentrierte, nach zwei Seiten gerichtete Strahlung ergibt. Im Gegensatz zu den normalerweise verwendeten Halbwelleneinrichtungen ist eine solche Antennenanordnung zur Übertragung von zwei, drei oder mehr vorbestimmten Frequenzen geeignet. Allgemein läßt sich sagen, daß eine derartige Antennenanordnung den besten Wirkungsgrad bei einer Frequenz ergibt, für die die Länge der einzelnen Pseudohalbwellenelemente in der Gegend von ein, zwei Wellenlängen liegt und wenn diese Länge für die übrigen Frequenzen etwas niedriger ist. Die Verstärkungsabnahme bei Änderung der Frequenz ist gegenüber der Maximalenergie verhältnismäßig gering. Der Hauptvorteil einer Mehrfrequenzantennenanordnung ist der verhältnismäßig hohe Wirkungsgrad pro Einheit, während der Nachteil in der Doppeldeutigkeit der Ausstrahlung liegt. Der letztere Nachteil ist besonders dann schwerwiegend, wenn die Richtantenne für höhere Frequenzen und für einen Verkehr über verhältnismäßig lange Leitungen benutzt wird. Durch die doppelt gerichtete Charakteristik der Strahlung können häufig unangenehme Echoerscheinungen auftreten.

Um die rückwärts gerichtete Strahlung einer Mehrfrequenzenantennenanordnung von PseudohaTbwellenelementen herabzusetzen, ist es notwendig, einen entsprechenden Mehrfrequenzenreflektor vorzusehen. Es wäre an sich möglich, eine weitere Mehrfrequenzenantennenanordnung direkt hinter oder vor der oben beschriebenen aufzustellen und sie derart zu speisen, daß die Strahlung nach rückwärts vollständig kompensiert wird. Erfindungsgemäß soll jedoch eine besondere Reflektoranordnung, die ohne zusätzliche Speisung arbeitet, Verwendung finden, da dadurch der Aufbau wesentlich vereinfacht wird.

Der übliche Reflektortyp, der lediglich aus einem Draht besteht, der etwas länger als eine halbe Wellenlänge ist, kann bei Mehrfrequehzenantennenanordnungen nicht verwendet werden, da er nur für eine einzige Frequenz einwandfrei arbeitet.

Erfindungsgemäß wird ein Reflektor benutzt, der ein einwandfreies Arbeiten bei einer Mehrzahl verschiedener Frequenzen gestattet. Dieser Reflektor wird ähnlich wie die Pseudohalbwellenantenne aufgebaut und besteht aus zwei gleichen Hälften, die in der Mitte mit einem die Phase einregulierenden Leitungsabschnitt verbunden sind. Die Gesamtlänge beider Hälften ist etwa die gleiche wie die der Pseudohalbwellenantenne. Die zum Abgleich oder der Phasenregulierung dienende Übertragungsleitung ist mit Hilfsdrähten ausgerüstet, die entweder einen Kurzschluß oder einen offenen Kreis darstellen, um die richtige Phasenbeziehung der reflektierten Wellen bei den verschiedenen zu übertragenden Frequenzen herzustellen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In der Fig. 1 ist eine Pseudohalbwellenantenne 1 dargestellt, die von einer Energiequelle 2 gespeist wird. Die Antennenimpedanz ist für eine gegebene Frequenz durch die Anpassungseinrichtung 3 an den Wellenwiderstand der Übertragungsleitung angepaßt, und es ist ferner angenommen, daß die Impedanz der Energiequelle 2 für alle in Frage kommenden Frequenzen die gleiche ist. Wird die Anordnung der Fig. 1 mit einer Reihe verschiedener Frequenzen betrieben, so sei zunächst angenommen, daß die Anpassung über die Einrichtung 3 derart getroffen ist, daß die Antennenimpedanz bei jeder Frequenz an die Übertragungsleitung angepaßt ist. Unter diesen Bedingungen strahlt die Pseudohalbwellenantenne unter Vernachlässigung des Leitungswiderstandes für jede Frequenz die gleiche Energie aus.

Wird die Antenne von der Länge L so aufgebaut, daß die Wirkungen der Reflexion am Erdboden vernachlässigt werden können, so ergibt sich an einem entfernten Punkt, der in einer die Antenne unter einem rechten Winkel schneidenden Ebene liegt, für die einzelnen Frequenzen eine Feldverteilung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Die Abszisse stellt das Verhältnis der Gesamtlänge der Antenne. L zur WeEenlänge λ dar und ist somit proportional der Frequenz. Die Ordinate ist der Feldstärke an dem Beobachtungspunkt proportional.

Die Fig. 2 zeigt deutlich, daß es mit Hilfe der Pseudohalbwellenantenne möglich ist, ein über einen großen Frequenzbereich gleichmäßiges elektrisches Feld zu erzielen.

Wird der Ohmsche Widerstand der Leiter mit in Rechnung gesetzt, so wird dieser Frequenzbereich

etwas verkleinert. Wird der Wert -τ- kleiner als 0,5,

so fällt der Strahlungswiderstand unter Berücksichtigung einer Leitungsschleife verhältnismäßig

schneller, wie der Wert -5- abnimmt, so daß der in

dem Leitungsabschnitt zwischen Antenne und Anpassungseinrichtung 3 durch die Energiequelle hervorgerufene Strom ansteigt. Für eine gegebene Energie, die der Antenne zugeführt wird, steigt daher der Ver-

lust I²A wenn -=- abnimmt, so daß für sehr kleine

Werte von —=- das am entfernten Punkt erzeugte

Feld stark abfällt und sich dem Wert Null nähert. Bei dem normalen Aufbau erfolgt dieser Abfall in der

Strahlungswirkung nicht unmittelbar nachdem der Wert — unter 0,5 gesunken ist, sondern geht allmählich vor sich und ist verhältnismäßig gering, solange -γ über 0,25 liegt.

In der Praxis kann daher eine Pseudohalbwellenantenne als brauchbarer Strahler in einem Bereich

= 0,3 und

angesehen werden, der zwischen ,
λ

-γ = 1,45 liegt, also in einem Frequenzbereich von etwa 5:1. Innerhalb eines Frequenzbereiches von 2 :1, d. h. zwischen 0,7 und 1,4 ist die Anordnung besser als eine Halbwellenantenne.

Wird die Antenne in einer bestimmten Höhe über dem Erdboden aufgebaut, so kann der wirksame Frequenzbereich, der zur Verbindung mit einem bestimmten Punkt benutzt wird, unter gewissen Umständen herabgesetzt werden, da das Maximum der Strahlung unter dem gewünschten Winkel zum Horizont bei einer Frequenz und unter einem anderen unerwünschten und auch nicht so wirksamen Winkel bei einer zweiten Frequenz zur Ausstrahlung kommt.

Werden die beiden Frequenzen zur Verbindung mit zwei verschiedenen Punkten verwendet, so hängt es von der Lage der beiden Punkte zueinander ab, ob hier Nachteile auftreten oder nicht. Die vorerwähnten Überlegungen treffen auf alle Antennenanordnungen zu, die mit mehr als einer Frequenz arbeiten und stellen keine Besonderheit der Pseudohalbwellenantenne dar, so daß hierauf im einzelnen nicht näher eingegangen zu werden braucht. Die Pseudohalbwellenantennen mit Längen zwischen 0,8 und 1,4 λ sind besonders als Einzelelemente von Antennenanordnungen brauchbar, da sie eine größere Zeichenstärke pro Element am entfernten Punkt ergeben. Um die Wirkung derartiger Pseudohalbwellenantennen klarzustellen, wird nachstehend die Wirkung an Hand

einer Antennenanordnung mit dem Wert -j- > 1 gegeben. Es ist bekannt, daß das an einem fernen Punkt erzeugte Feld, das durch eine Antennenanordnung aus zwei Halbwellenantennen erzeugt wird, die getrennt gespeist und, wie in Fig. 3 gezeigt, in einer Richtung aufgestellt sind, von dem Abstand 8 zwischen den Halbwellenelementen abhängt. Für kleine Werte von 8 drängt die gegenseitige Impedanz zwischen den Elementen zu einer Verringerung des Stromes, der durch eine Energiequelle in den Halbwellenelementen erzeugt wird, und dadurch ergibt sich eine Verringerung des Feldes am fernen Punkt. Mit einer Vergrößerung des Wertes S vergrößert sich auch die Feldstärke an der Empfangsstelle.

Eine Pseudohalbwellenantenne, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, hat eine Stromverteilung, die der der beiden getrennten Halbwellenantennen der Fig. 3 sehr ähnlich ist. Der einzige Unterschied besteht in dem zusätzlichen Strom entgegengesetzter Phase, dessen Fläche in Fig. 4 schraffiert gezeichnet ist. Ist der Abstand S verhältnismäßig klein, so ist auch der gegenphasige Strom klein und ebenfalls das Feld, das durch diesen Strom am entfernten Punkt hervorgerufen wird. Dieses Feld verläuft entgegengesetzt zu dem der eigentlichen Hauptstrahlung. Wird der Wert L über ι λ vergrößert, so vergrößert sich zunächst die gegenseitige Impedanz zwischen den beiden Antennenhälften, und damit vergrößert sich auch das Feld, das von dem Sender am fernen Punkt erzeugt wird. Wird der Wert L weiter vergrößert, so wird schließlich die Strahlung auf Grund der schraffierten Fläche der Fig. 4 beachtlich und übt eine solche Wirkung auf die Hauptstrahlung aus, daß das Feld H am fernen Ende wieder verkleinert wird. Dieser Fall tritt ein, wenn L größer als 1,3 λ wird. Die Wirkung kann jedoch teilweise dadurch ausgeglichen werden, daß Hilfsstrahler 4-4, die mit i8o° Phasenverschiebung gegenüber dem Hauptstrahler erregt werden, Anwendung finden, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Weiterhin ist es möglich, eine besonders gute Strahlung auch bei kleineren Werten von L dadurch zu erzielen, daß die Enden der Antenne mit Kapazitäten 5-5 belastet werden, wie dies beispielsweise aus Fig. 6 hervorgeht.

Wenn eine Reihe von Pseudohalbwellenantennen in einer Antennenanordnung zusammen arbeitet, ist es nötwendig, dafür zu sorgen, daß sie alle derart zusammen wirken, daß am fernen Punkt ein maximales Feld erzielt wird. Die genaue Berechnung des gegenseitigen Zusammenwirkens zwischen den Pseudohalbwellenelementen ist verhältnismäßig kompliziert, es lassen sich jedoch angenäherte Ergebnisse erzielen, wenn jede Pseudohalbwellenantenne als aus zwei getrennten Halbwellenantennen bestehend aufgefaßt wird, die einen Abstand von S = L — λ aufweisen. Diese Annahme ist annähernd genau, wenn Hilfsleiter gemäß der Fig. 5 verwendet werden.

Die besten Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn zwei Pseudohalbwellen breitseit miteinander und parallel zueinander verbunden sind und ihr Abstand 0,6 bis 0,75 λ beträgt. Abstände zwischen den Enden von 0,2 bis 0,6 λ ergeben gute Resultate, wenn die zwei Pseudohalbwellenantennen breitseit in einer Linie aufgestellt werden.

Aus dem vorerwähnten ergibt sich, daß eine Antennenanordnung gemäß der Fig. 7, die aus einer Reihe von Abschnitten 6, 7, 8 und 9 besteht, deren jeder 0,64 λ lang ist, eine maximale Ausstrahlung in einer senkrecht zur Antenne verlaufenden Ebene ergibt, wenn die zur Phasenverschiebung dienenden Teile 10 so eingestellt sind, daß die Phasenverzögerung etwa ¹Z₄ λ und nicht, wie sonst üblich, ¹Z₂ λ beträgt. Diese Antennenart wird um so weniger aperiodisch, je größer die Zahl der Halbwellenelemente wird. Darüber hinaus ergibt sich eine Strahlung der zur Phasenbeeinflussung dienenden Teile, die bei Vergrößerung der Zahl der strahlenden Teile von den Enden weiter entfernt sind. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, an Stelle der Leitungsschleifen zur Phasenänderung in der Nähe der Speiseleitung Spulen zu verwenden.

Um Echoerscheinungen zu vermeiden, ist es im allgemeinen notwendig, Antennen zu verwenden, die eine einseitig gerichtete Strahlung aufweisen. Zu diesem Zweck muß die Antennenanordnung mit Pseudohalbwellenelementen mit einer Reflektoranordnung in Verbindung gebracht werden. Ein solcher Reflektor kann entweder gespeist werden oder auch

ohne Speisung als Reflektoranordnung Verwendung finden. Bei gespeisten Reflektoren wird im allgemeinen der Reflektor in gleicher Weise wie der Strahler ausgebildet und ist um einen bestimmten Betrag, der einem Bruchteil der Betriebswellenlänge entspricht, vor oder hinter dem Strahler aufgebaut, wobei er mit solcher Phase betrieben wird, daß die rückwärtige Strahlung dadurch unterdrückt wird. Wird ein Antennengebilde aus Pseudohalbwellenantennen verwendet und mit mehr als einer Frequenz betrieben, so ist es leichter, nicht gespeiste Reflektoren abzustimmen. Darüber hinaus wird der Materialaufwand geringer, ohne daß die Wirkung bezüglich der Unterdrückung der rückwärtigen Strahlung dadurch verschlechtert wird. Eine derartige Reflektoranordnung soll nachstehend beschrieben werden.

Die bekannten Reflektoren bestehen aus einem Draht, der hinter dem Strahler in einem Abstand von 0,2 bis o,3 angeordnet wird und eine solche Länge erhält, daß seine rückwärtige Strahlung in der rückwärtigen Richtung gegenüber der Strahlung der Antenne um i8o° phasenverschoben ist. Derartige Reflektoren sind jedoch nur für eine einzige Frequenz brauchbar.

Eine Reflektoranordnung die erfindungsgemäß für mehrere Frequenzen benutzt werden kann, ist in den Fig. 9 und 10 gezeigt. Der Reflektor besteht aus.einer Pseudohalbwellenantenne 11, dem Teil einer Übertragungsleitung iz und eine Reihe von Hüfsabschnitten 13 und 14, die mit dem Leitungsabschnitt 12 verbunden sind. Wird ein solcher Reflektor im Abstande eines Bruchteiles einer Wellenlänge hinter dem Strahler aufgestellt, so wird infolge der gegenseitigen Impedanz zwischen ihnen in dem Reflektor eine bestimmte Spannung I? erzeugt. Diese elektromotorische Kraft erzeugt ihrerseits einen Strom, der von der Gesamtimpedanz des Reflektors abhängt. Diese Gesamtimpedanz setzt sich aus zwei Teilen zusammen: Der Impedanz Z₁ des Reflektors selbst und der Impe-

danz Z₂ der Übertragungsleitung. Bei einer gegebenen Frequenz bleibt die Impedanz Z₁ konstant, solange die Pseudohalbwellenantenne selbst nicht geändert wird, Die Impedanz der Übertragungsleitung Z₂ jedoch kann nach Wunsch geändert werden, beispielsweise dadurch, daß die Stellung eines Kurzschlußbügels 15 (Fig. 10) geändert wird. Mit einer Änderung von Z₂ wird auch der Strom im Reflektor sowohl der Größe als auch der Phase nach geändert, da der Strom der Gleichung folgt:

_E

- Durch Einstellung von Z₂ ist es daher möglich, einen Strom zu erzielen, der annähernd die gewünschte Phase und Amplitude im Reflektor besitzt, vorausgesetzt, daß die Spannung E eine genügende Größe und. annähernd richtige Phase aufweist. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn der Reflektor zwischen 0,1 und 0,3 λ von der Antenne entfernt ist. Wie später jedoch auch auseinandergesetzt ist, können andere Abstände zweckmäßig sein. So kann z. B. abhängig von der Länge der Antenne und des Reflektors ein Abstand von weniger als o,r λ benutzt werden.

Unter der Annahme, daß die induzierte Spannung E von ausreichender Größe und einer solchen Phase ist, daß die durch Z₂ hervorgerufene Phasenregelung zur Erzielung eines Stromes richtiger Phase ausreicht, ergibt sich, daß bei der Bewegung des Kurzschlußbügeis 15 in verschiedene Stellungen j eder Wert von Z₂ zwischen — /00 und -\- j 00 erreicht werden kann. Für eine gegebene Frequenz f_x ist der Reflektor abgestimmt, wenn sich der Kurzschluß 15 in der Stellung 4 befindet. Für eine andere Frequenz f₂ muß der Kurzschluß in der Stellung B stehen. Soll der Reflektor gleichzeitig für beide Frequenzen eingestellt sein, so kann mit einem gewöhnlichen Kurzschluß nicht mehr gearbeitet werden. Im letzteren Falle kann eine Anordnung, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, Verwendung finden. In dieser Figur ist an Stelle des Kurzschlusses in der Stellung A ein Leitungsabschnitt 13 vorgesehen, und das offene Ende der Leitung 14 wird gleich einer Viertelwellenlänge der Frequenz f_x gemacht.

Die Arbeitsweise der Anordnung ist folgende: Bei einer Frequenz f_x erzeugt der Leitungsabschnitt 14 für den Punkt A eine Impedanz von annähernd Null, so daß er wie ein eigentlicher Kurzschluß an der Stelle A wirkt. Diese Wirkungsweise des Leitungsabschnittes wird in keiner Weise durch den Anschluß des Abschnittes 13 beeinflußt, da die Gesamtimpedanz, wie sie aus der Parallelschaltung eines endlichen Wertes und des Wertes Null hervorgeht, immer gleich Null ist. -Die Länge des Abschnittes 13 kann beliebig geändert werden, ohne die Wirkungsweise der Abstimmung des Reflektors auf die Frequenz f₁ zu beeinflussen. Andererseits kann die Impedanz Z₂ bei der zweiten Frequenz f₂ durch Änderung der Länge des Leitungsabschnittes 13 geändert .werden. Die Länge dieses Abschnittes kann so eingestellt werden, daß sich der gleiche Wert von Z₂ ergibt, als wenn ein Kurzschluß in der Stellung B erfolgen würde. Es sei angenommen, daß der Abstand zwischen der Stellung A und der Stellung B bei der Frequenz f₂ gleich Φ no ist und daß ferner X₁ die Wellenlänge der Frequenz ^₁ und λ₂ die Wellenlänge der Frequenz /yist und daß die Länge des Abschnittes 13 in bezug auf die Frequenz f ₂ gleich Θ ist.

Um zu erreichen, daß die Impedanz im Punkt B für die Frequenz f ₂ gleich Null ist, ist es notwendig, daß die Impedanz im Punkt A bei der gleichen Frequenz gleich — / ctg (90 — Φ) ist. Die Impedanz, die tatsächlich in diesem Punkt erreicht wird, ist Z und ergibt sich aus der folgenden Gleichung:

— 7 ctg 90-^- = —j-ctg© + j- tg

⁹⁰ TT

(i)

Wird der Abschnitt 13 richtig eingestellt, so ist

Z = — j -ctg (90— Φ), so daß

ι ( f \

— = + j · tg (90 — Φ) = — j · ctg Θ + j ■ tg 90-?-

ist. Diese Gleichung ermöglicht die Festlegung von Θ für jeden gegebenen· Wert von -j- und Φ. Der Wert Θ ergibt sich aus der Gleichung

ctg Θ = — ctg Φ + tg 90

(2)

Die wirkliche Länge des Abschnittes ist gegeben

durch S = -^- λο, wobei Θ in Graden und S in der-360 ^2>

selben Einheit wie /I₂ gemessen wird.

Muß der Reflektor auf drei Frequenzen abgestimmt werden, so müssen drei Kurzschlußstellungen berücksichtigt werden. Es sei angenommen, daß diese Stellungen für die Frequenzen /^, f₂ und f_& bei A, B und C (Fig. 9 und 11) liegen. Die Abstimmung kann wie folgt vorgenommen werden. Zunächst müssen die Punkte für A, B und C festgelegt werden, an denen Kurzschlüsse zur richtigen Abstimmung des Reflektors auf die Frequenzen f_v f₂ und f ₃ notwendig sind. Diese Festlegung erfolgt durch die Hinundherbewegung eines Kurzschlußgliedes auf dem Übertragungsleitungsabschnitt des Reflektors, während die zugehörige Antenne mit der gewünschten Frequenz erregt wird und die rückwärtige Strahlung zur Feststellung des Minimums gemessen wird. Dieses Minimum gibt die richtige Stellung des Kurzschlusses an, es kann jedoch auch zur Bestimmung das Maximum der Strahlung nach vorwärts festgelegt werden, da dies in erster Linie maßgebend ist. Die drei Punkte A, B und C werden auf dem Leitungsabschnitt festgelegt. Anschließend wird am Punkt A ein Leitungsabschnitt von einer Viertelwellenlänge für die Fre- quenz f_x angebracht und gleichzeitig die Länge eines Abschnittes S, die ein Kurzschlußgebilde für die Frequenz f₂ im Punkt A darstellt, festgelegt. An Stelle der Anbringung eines solchen Kurzschlußabschnittes der Länge S wird ein offener Leitungs-

abschnitt der Länge S und — vorgesehen. Der Re-

flektor ist nunmehr auf die beiden Frequenzen f_t und f₂ abgestimmt. Zur weiteren Abstimmung des Reflektors auf die dritte Frequenz wird ein Leitungsabschnitt von der Länge D parallel an den Abschnitt von der

Länge S -\ — in dem Punkt angeschlossen, der —

vom offenen Ende dieses Abschnittes entfernt ist. Der neue Leitungsabschnitt D stört die Wirkungsweise des Reflektors für die Frequenzen f_x und f₂ in keiner Weise, ermöglicht jedoch die Abstimmung auf eine dritte Frequenz.

Die Länge D des neuen Abschnittes kann zunächst dadurch bestimmt werden, daß angenommen wird, daß nur die Frequenzen f_x und f₃ vorhanden sind. Die Länge S' des neuen Abschnittes, die den Reflektor auf die Frequenz f₈ abstimmt, kann dann aus der Gleichung (2) entnommen werden.

Wenn diese Länge 5' bekannt ist, läßt sich die go wirkliche Länge D leicht bestimmen. Die Impedanz, die durch den kurzgeschlossenen Leitungsabschnitt von der Länge S' bei der Frequenz f₃ gebildet wird, ist gleich j · tg (A^-S'). Um zu erreichen, daß der

zusammengesetzte Abschnitt, bestehend aus —, D

und (9, dieselbe Impedanz bei der Frequenz f₃ aufweist wie ein einfacher kurzgeschlossener Abschnitt der Länge S', muß die folgende Gleichung erfüllt sein

oder

und daher

2 π S'

(3)

Hieraus kann der Wert D bestimmt werden. Ergibt sich aus den Gleichungen (2) und (3) ein Wert von D, der länger als eine Viertelwellenlänge ist, so kann der Leitungsabschnitt um eine Viertelwellenlänge gekürzt werden und muß dann offenbleiben, anstatt daß er am fernen Ende kurzgeschlossen wird.

Vorstehend wurde gezeigt, wie der Reflektor auf eine Zahl verschiedener Frequenzen abgestimmt werden kann, so daß er bei einer gegebenen Stellung im Verhältnis zur Antenne eine maximale Strahlung nach vorwärts und eine minimale Strahlung nach rückwärts ergibt. Wie bereits erwähnt, hängt die Spannung, die in dem Reflektor einen Strom induziert, in ihrer Größe und Phase vom Abstand zwischen Reflektor und Strahler ab. Da bei jeder gegebenen Länge des Strahlers und Reflektors sich ein günstigster Wert des Abstandes in bezug auf die maximale Vorwärtsstrahlung und ein anderer Wert des Abstandes bezüglich der Rückwärtsstrahlung ergibt, so muß, wenn die ganze aus Strahler und Reflektor bestehende Anordnung mit einer Mehrzahl von Frequenzen betrieben werden soll, ein Zwischenwert gewählt werden.

Aus Versuchen mit derartigen Antennenanordnungen hat sich ergeben, daß, um eine Anordnung zu

finden, die über einen Frequenzbereich von 2 : 1 wirksam ist, der Abstand zwischen Reflektor und Strahler annähernd 0,2 bis 0,22 λ für die höchste Frequenz, mit der die Anordnung betrieben werden soE, zu wählen ist.

Die Wirkungsweise der Antennenanordnung ist

nicht dann am günstigsten, wenn die Länge des Strahlers allein den günstigsten Wert hat, und es hat sich gezeigt, daß, wenn der Abstand zwischen Reflektor und Strahler 0,2 λ- ist, die Antennenanordnung günstiger wird, wenn Strahler und Reflektor ι λ lang sind, statt eines Wertes von 1,28 λ. Andererseits hat der letzterwähnte Wert den Vorteil, daß das Verhältnis von Vorwärts- und Rückwärtsstrahlung günstiger wird.

In Fig. 12 und 13 sind Kurven dargestellt, bei denen als Abszisse der Phasenwinkel von Z₁ + Z₂, d. h. der Gesamtimpedanz des Reflektors, und als Ordinate das Quadrat der Feldstärke nach vorwärts und rückao wärts aufgetragen ist. Aus Fig. 12 ergibt sich, daß, wenn der Phasenwinkel Z₁ + Z₂ = O ist, die vorwärts gerichtete Strahlung ein Maximum hat, während bei einem Phasenwinkel von 40° das Minimum der rückwärts gerichteten Strahlung liegt. Das günstigste Verhältnis der vorwärts gerichteten Strahlung zur rückwärtigen Strahlung liegt daher zwischen diesen beiden Werten.

Bei der Anordnung nach Fig. 13, bei der der Wert L = 1,28 λ ist, liegt das Maximum der vorwärts gerichteten Strahlung wiederum bei einem Phasenwinkel Z₁ -j- Z₂ = O, während diesmal das Minimum der rückwärts gerichteten Strahlung bei etwa 23⁰ liegt. Da in diesem Falle Maximum und Minimum dichter beieinander liegen, läßt sich ein günstigeres Verhältnis der vorwärts gerichteten Strahlung zur rückwärts gerichteten Strahlung erzielen, wobei jedoch die Größe der vorwärts gerichteten Strahlung etwas geringer ist als die, die sich bei einer der Fig. 12 zugrunde liegenden Anordnung ergibt. Es sei darauf hingewiesen, daß in beiden Fällen für das Maximum der vorwärts gerichteten Strahlung sich annähernd die doppelte nach vorwärts ausgestrahlte Energie ergibt, woraus hervorgeht, daß ungespeiste Reflektoren, die erheblich langer als eine halbe Wellenlänge sind, wenn sie von Strahlern der gleichen Länge gespeist werden, annähernd die gleiche oder eine noch bessere Reflektorwirkung aufweisen, wie sie sich mit Anordnungen, bei denen Reflektor und Strahler eine halbe Wellenlänge lang sind, erzielen läßt. Aus der Antennenanordnung, die der Fig. 12 entspricht, läßt sich ersehen, daß, wenn sie mit der halben Frequenz betrieben wird, sie einer Halbwellenantenne entspricht mit einem Reflektor, der 0,1 λ vom Strahler entfernt ist, wobei die An-.Ordnung so eingestellt werden kann, daß sich ein günstiges Verhältnis zwischen Vorwärts- und Rückwärtsstrahlung ergibt. Durch Versuche konnte festgestellt werden, daß auch mit Reflektoren und Strahlern, die eine Länge zwischen 1,3 λ und 0,5 λ auf-So weisen, eine gute Vorwärtsstrahlung bei starker Unterdrückung der Rückwärtsstrahlung zu erzielen ist, wenn der Abstand zwischen Strahler und Reflektor bei der höchsten Frequenz etwa 0,22 λ beträgt.

Wenn es notwendig ist, ein vorhandenes Antennengebilde, das aus einer Pseudohalbwellenantenne und einem Pseudohalbwellenreflektor besteht, auf eine Frequenz abzustimmen, für die der Abstand zwischen Strahler und Reflektor größer als 0,22 λ ist, so ist auch hier noch eine Abstimmung zwecks Vergrößerung der nach vorwärts gerichteten Strahlung auf Kosten der seitlichen und rückwärtigen Strahlung möglich. Es ergibt sich jedoch nicht die oben beschriebene gute Wirkung, da der in dem Reflektor induzierte Strom verhältnismäßig gering ist.

Eine Mehrzahl von Antennensystemen, deren jedes aus einer Pseudohalbwellenantenne und einem Pseudohalbwellenreflektor besteht, kann breitseit zueinander oder in einer Linie aufgebaut und als einheitliches Antennengebilde benutzt werden. Bei einer breitseitigen Aufstellung ist es zweckmäßig, den Abstand zwischen den Enden einander gegenüberliegender Antennen für die niedrigste Frequenz 0,2 λ oder größer zu wählen, um Beeinflussungen zwischen den verschiedenen Strahlern und Reflektoren zu vermeiden, da andernfalls Rückwirkungen bei der Abstimmung der verschiedenen Reflektoren untereinander auftreten und die Abstimmung damit erschweren.

Die vorstehend erläuterten Ausführungsforrnen stellen nicht die einzige Möglichkeit zur Auswertung des Erfindungsgedankens dar. So ist es z. B. möglich, die gleichen Antennenanordnungen auch auf der Empfangsseite zu verwenden. Ebenso kann auch eine Abstimmung des jeweiligen Reflektors auf mehr als drei Frequenzen stattfinden, wobei der Abstimmvorgang durch mehrfache Wiederholung des vorstehend beschriebenen Abstimmvorganges durchgeführt wird.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Antennenanordnung mit Strahler und Reflektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor auf eine Mehrzahl verschiedener Frequenzen abgestimmt ist.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Strahler und Reflektor für die höchste Frequenz nicht größer als 0,25 λ und für die tiefste Frequenz größer als 0,08 λ ist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1, bei der der Strahler aus einem Paar entgegengesetzt gerichteter Strahlerelemente besteht, die an ihren einander gegenüberliegenden Enden gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge des Strahlerpaares angenähert 1,2 λ der Betriebsfrequenz entspricht.

4. Antennenanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes der Strahlerelemente ein Hilfsstrahler vorgesehen ist, der in seiner Wirkung einer Verlängerung des Strahlerelementes gleichkommt und das andere Strahlerelement so weit überlappt, daß das freie Ende desselben angenähert eine Länge von einer halben Wellenlänge der Betriebsfrequenz aufweist.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten Strahlerpaaren, deren jedes

bei der höchsten Frequenz eine Länge von annähernd 1,3 λ aufweist.

6. Antennenanordnung nach Anspruch ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einander gegenüberstehenden Enden der Strahlerpaare eine Übertragungsleitung angeschlossen ist und zwischen den einander gegenüberstehenden Strahlerelementen jedes einzelnen Paares Phasenverschiebungsmittel vorgesehen sind, die eine Phasenänderung zwischen 6o und I2O° ergeben.

7. Antennenanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Strahler und Reflektor je aus zwei Strahlerelementen von annähernd gleicher Länge bestehen und zwischen den Strahlerelementen des Reflektors eine Übertragungsleitung angeschlossen ist, die in einer Mehrzahl von Hilfsleitungen verschiedener Länge endet, deren Zahl zum wenigsten gleich der Zahl der Frequenzen ist, mit denen die Antennenanordnung betrieben werden soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

1 5509 10.