DE894572C - Antennenanordnung mit Strahler und Reflektor - Google Patents
Antennenanordnung mit Strahler und ReflektorInfo
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- DE894572C DE894572C DEI3310D DEI0003310D DE894572C DE 894572 C DE894572 C DE 894572C DE I3310 D DEI3310 D DE I3310D DE I0003310 D DEI0003310 D DE I0003310D DE 894572 C DE894572 C DE 894572C
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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
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 fx 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 fx
gemacht.
Die Arbeitsweise der Anordnung ist folgende: Bei einer Frequenz fx 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 fv 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 fx 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 ft 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 fx 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 fx 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)
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.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US140039A US2195880A (en) | 1937-04-30 | 1937-04-30 | Directional antenna array |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Families Citing this family (3)
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1939
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1062289B (de) * | 1956-11-30 | 1959-07-30 | Telefunken Gmbh | Richtantenne |
Also Published As
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