DE894575C - Kurzwellenantenne fuer breite Frequenzbaender - Google Patents

Description

(WiGBI. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 26. OKTOBER 1953

R 2C)Si Villa/'21 α⁴

ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für kurze Wellen. Gemäß der Erfindung besteht eine Antenne aus einem oder mehreren Leitern, deren Durchmesser einen relativ großen Bruchteil der Arbeitswellenlänge ausmacht. Zum Beispiel wurde bei der Durchführung der Erfindung ein Leiter benutzt, dessen Durchmesser an der dicksten Stelle 15 cm betrug, während ein zweiter Leiter mit einem maximalen Durchmesser von 26 cm vorhanden war. Bei einigen Antennenformen gemäß der Erfindung nimmt der Durchmesser der Antenne mit wachsendem Abstand von den neutralen Spannungsebenen der Leiter ab.

Die Antenne gemäß der Erfindung wird mit der angeschlossenen Hochfrequenzapparatur durch eine konzentrische Energieleituiig verbunden, wobei sich diese Energieleitung am Anschlußpunkt langsam erweitert, um einen glatten Übergang von der Energieleitung mit relativ schmalem Durchmesser auf die Antennenelemente mit relativgroßemDurchmesser zu erzielen. In diesem Übergangsgebiet wird das Verhältnis der Durchmesser von Innen- und Außenleiter der Energieleitung konstant gehalten, damit keine Änderungen des Wellenwiderstandes längs der Leitung auftreten.

Bei einer Aus führungs form der Antenne gemäß der Erfindung ist die Anordnung zur Erzielung eines konstanten Verhältnisses von Widerstand zu (der relativ geringen) Reaktanz so getroffen, daß der Außenleiter der konzentrischen Energieleitung einen Teil des Strahlers bildet, während die verdickte Verlängerung des Innenleiters einen anderen

Teil des Strahlers bildet. Die Gesamtlänge dieser Kombination beträgt in diesem Fall vorzugsweise ein Viertel der Arbeitswellenlänge.

Die ganze Antenne wird vorzugsweise an der S Übergangsstelle zwischen dem Außenleiterteil und dem Innenleiterteil eines jeden Viertel wellenelements gespeist. Dadurch wird der Außenleiterteil eine Parallelreaktanz von vorwiegend induktivem Charakter, während der Innenleiterteil eine ίο Reihenreaktanz von vorwiegend kapazitivem Charakter wird.

Die dargestellten Prinzipien der Erfindung können mit Erfolg bei einer sogenannten Turnstile-Antenne angewandt werden, welche aus einer Mehrzahl von horizontalen Viertelwellenelementen aufgebaut ist, die rund um einen zentralen Punkt in mechanischem und elektrischem Kontakt angeordnet sind. Diese Strahler können in geeigneter Phasenbeziehung so gespeist werden, daß ein rotierendes elektrisches Feld auftritt, wie dies in der USA.-Patentschrift 2 086 976 näher dargestellt ist. Es können auch mehrere derartige Turnstile-Antennen übereinander angeordnet werden, welche verschiedene Signale ausstrahlen, wobei zur besseren Entkopplung vorzugsweise die Phasenrotation in verschiedenen Richtungen läuft.

Die Antenne' gemäß der Erfindung kann auch mit einer Schleifenantenne kombiniert werden, bei welcher mehrere je zu einer Schleife zusammengefaltete Dipole in einer horizontalen Ebene derart angeordnet sind, daß sie insgesamt einen Kreis bilden.

Die Erfindung soll an Hand der Abbildungen in mehreren Ausführungsformen näher erläutert werden. In Abb. 1 ist ein gewöhnlicher Strahler π dargestellt, welcher die Länge einer Viertelwelle besitzt. Dieser Strahler wird von einer konzentrischen Energieleitung gespeist, welche aus dem - Außenleiter 13 und dem Innenleiter 14 besteht. Die Energieleitung ist mit ihrem Außenleiter am Anschlußpunkt der Antenne mit einer leitenden Oberfläche oder Platte 12 verbunden, welche z. B. durch das Metalldach eines Hauses oder Turmes oder durch ein Gegenwicht gebildet werden kann. Der Leiter 11 besitzt einen wesentlich größeren Durchmesser als dies bei bisherigen Anordnungen üblich war. Bei einem ausgeführten Beispiel, bei dem mit einer Wellenlänge von 175 cm gearbeitet wurde, betrug der Durehmesser etwa 2V2 cm. Der Wellenwiderstand der Leitung war von der Größenordnung von 36 Ohm, welches der theoretische Fuß punktwiderstand eines Viertelwellenstrahlers ist.

Trägt man den gemessenen Reflexionsfaktor in einer Kurve gegen die Frequenz auf, so erhält man die Kurve c der Abb. 2. Der Reflexionsfaktor wurde hierbei auf der Energieleitung gemessen, und zwar wurde er aus dem Verhältnis des Maximums zum Minimum des Stromes an verschiedenen Stellen auf der Leitung bestimmt. Reflexionen können auf verschiedene Weise auftreten. Erstens kann der Belastungswiderstand von dem Wellenwiderstand der Leitung verschieden sein. Zweitens kann zwar die Größe der Belastungsimpedanz richtig sein, wobei aber eine reaktive Komponente auftritt. Drittens können beide Fehler gemeinsam auftreten. Die Größe und die Ursache der Reflexion läßt sich durch die Lage der Maxima und Minima der stehenden Welle auf der Leitung bestimmen. Wenn man einen prozentualen Ausdruck für die Reflexion erhalten will, so geht man folgendermaßen vor, wenn man z. B. ein Verhältnis von 1,1 : ι für die maximale Spannung zur minimalen Spannung gemessen hat. Man findet den Ausdruck

1,1 — ι 1,1 + 1

0,1

2,1

= 4.76%,

wobei R den prozentualen Reflexionsfaktor angibt. In -der Abb. 2 sind nicht diese Zahlen an der Ordinatenachse angegeben, sondern direkt das Verhältnis zwischen der maximalen und der minimalen Spannung auf der Leitung.

Benutzt man einen dünneren Leiter als Strahler 11 von z.B. 1,5cm Durchmesser, so erhält man die Kurve & der Abb. 2. Man sieht, daß der dickere Strahler die bessere Anpassung bei einem breiteren Frequenzband ergibt.

In Abb. 3 ist eine Modifikation der Strahlerform nach Abb. 1 dargestellt, bei welcher der Strahler 21 nach oben zugespitzt ist. Hierdurch erreicht man für ein relativ schmales Frequenzband eine verbesserte Anpassung, wie der Minimumspunkt der Kurve in Abb. 4 zeigt. Für eine gute Fernsehübertragung ist also auch ein derartiger Strahler noch nicht geeignet, weil die erforderliche Bandbreite bei der Anpassung noch nicht vorhanden ist.

Gemäß der Erfindung werden die Strahlungseigenschaften einer derartigen Antenne dadurch wesentlich verbessert, daß der Außenleiter der ¹Q⁰ Übertragungsleitung mit zur Ausstrahlung herangezogen wird. Abb. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Anordnung. Hierbei ist ein Teil des Außenleiters der konzentrischen Energieleitung über einenErdungspunkt hinaus geführt und bildet einen Teil des insgesamt etwa eine Viertelwelle langen Strahlers. Den Erfolg dieser Maßnahme zeigt die Kurve der Abb. 6, in welcher wieder die Reflexion gegen die Wellenlänge aufgetragen ist. Man sieht, daß eine bessere Anpassung für ein sehr viel breiteres Frequenzband erzielt wird,- und zwar gilt dies insbesondere dann, wenn der mirdem Innenleiter verbundene Strahler- teil gemäß Abb. 1 dicker ist als dies bisher üblich war. Der mit dem Innenleiter verbundene Strahlerteil 31 in Abb. s, welcher über den Außenleiter hinausragt, besitzt eine Reihenreaktanz von vorwiegend kapazitivem Wert für die Länge B, während der durch den Außenleiter 33 gebildete Strahlerteil A eine Parallelreaktanz besitzt, welche vorwiegend induktiv ist. Diese beiden Elemente in Reihe geschaltet besitzen eine breitere Bandcharakteristik wie die obengenannten Strahler. Wie man aus der Abb. 6 sieht, ist die Reflexionskurve sehr viel flacher und breiter über einen großen Frequenzbereich zwischen f und f.

Zusätzlich zu diesen Vorteilen tritt noch der weitere Vorteil auf, daß man durch richtige Wahl der Längen Anpassung an jede konzentrische Leitung herstellen kann. Für verschiedene Durchmesser des Leiters 31 ändert sich das Verhältnis der Längen A zu B für eine optimale Bandbreite von / bis /' bei geringem Reflexionscharakter nicht sehr wesentlich. Über einen Bereich von Wellenwiderständen zwischen 70 und 145 Ohm kann man einen Leitungswellenwiderstand von 110 Ohm wählen, welcher noch befriedigende Bandbreite ergibt. Für einen konstanten Strahlerdurchmesser vergrößert sich das Verhältnis von A zu B, wenn die Leitungsimpedanz vergrößert wird. Dies ist jedoch nicht der einzige Faktor, welcher die Längen A und B beeinflußt, denn dies kann noch durch die äußeren Dimensionen und Formgebungen der Leiter 31 und 33 geschehen. Es soll erreicht werden, daß durch eine Kombination des kapazitiven Effektes des Leiters 31 und des induktiven Effektes des Leiters 33 für ein breites Frequenzband die Gleichung ]/i/c = R möglichst gut erfüllt wird, wobei L die Induktivität des Leiters 33, C die Kapazität des Leiters 31 und R den Strahlungswiderstand einer jeden strahlenden Komponente der Antenne bedeutet.

Wo in dieser Beschreibung der Wellenwiderstand der Leitung erwähnt wird, ist sein Wert aus der Formel Z = 138 log {Did) bestimmt, wo D der innere Durchmesser des Außenleiters und d der äußere Durchmesser des Innenleiters ist und wo mit log der Briggsche Logarithmus gemeint ist. Es ist häufig wünschenswert, den Antennenelementen einen größeren Durchmesser zu geben als den Elementen der Energieleitung, deren Verlängerung sie sind. Ein bekannter Weg, um dies zu erreichen, besteht in der Zwischenschaltung eines konischen Übergangsstückes, wie dies in Abb. 7 dargestellt ist. Dies Übergangsstück 42, 43 besitzt entweder strenge Kegelform oder kann die Form eines Hornes besitzen, dessen Mantellinie nach einer Exponentialkurve, einer Ellipse oder einem anderen Gesetz verläuft.

Abb. 8 zeigt eine Antenne gemäß der (Erfindung, welche gemäß obigem ausgeführt ist. Hierbei besteht der mit dem Innenleiter des Kabels verbundene Strahlerteil aus einem ellipsoidartigen Körper 51. Der größte Durchmesser war z. B. 8 cm, während die Gesamtlänge der Antenne 55,5 cm betrug, was etwa 0,28 der Arbeitswellenlänge entspricht. Der Außenleiter 13 ist an seiner inneren Oberfläche nach der Antenne hin aufgeweitet, so daß er einen Kegel 52 darstellt. Die äußere Oberfläche des Außenleiters wird durch einen Zylinder dargestellt, welcher z. B. 15 cm Durchmesser und 24 cm Höhe besitzt. Auch der Innenleiter verdickt sich innerhalb des konischen Stücks des Außenleiters langsam, wie man an der Stelle 42 sieht, und geht dann stetig in den ellipsoidartigen Körper 51 über.

Bei dieser Form der Antenne gemäß der Erfindung wurde ein konzentrisches Kabel zur Speisung benutzt, bei dem der Außenleiter einen Durchmesser von etwa 5 cm und der Innenleiter einen Durchmesser von etwa 0,8 cm besaß, was einem Wellenwiderstand der Leitung von 110 Ohm entspricht.

Man sieht in der Abb. 9, daß die Anordnung nach Abb. 8 eine flachere Charakteristik besitzt, und zwar über einen breiteren Frequenzbereich als die Anordnung nach Abb. 5, deren Charakteristik in Abb. 6 gezeigt ist.

Abb. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei ist zusätzlich noch ein metallischer Leiter 54 zwischen dem ellipsoidartigen Strahler 51 und dem durch das Außenleiterende gebildeten Strahler 53 vorgesehen. Es wurde experimentell festgestellt, daß die Anbringung eines solchen Gleiters 54 äußerst vorteilhaft ist. Ohne die Verbindung zwischen dem Strahlerteil 51 und dem Strahlerteil 53 besitzt offenbar die Phasenbeziehung zwischen diesen beiden Leiterteilen eine zu große Freiheit, so daß gewisse Unregelmäßigkeiten der Impedanz innerhalb des Arbeitsfrequenzbereiches auftreten können. Diese Unregelmäßigkeiten werden durch die metallische Verbindung der beiden Strahlerteile mittels eines Leiters 54 vermieden. Die Anwendung eines solchen Verbindungsleiters ist auch deshalb von großer Wichtigkeit, da hierdurch eine Erdung aller Antennenteile für Gleichspannungen, Blitzschläge u. dgl. gewährleistet ist. Auch wird dadurch der Vorteil erzielt, daß die mechanische Festigkeit der ganzen Anordnung wesentlich erhöht ist, wodurch sich eine Ersparnis an Isolatoren u. dgl. ergibt. Wie die Abb. 10 zeigt, ist bei dieser Strahlerform auch der Außenleiterteil 53 nicht zylinderförmig, sondern bauchig ausgebogen. Auch die innere Oberfläche des Außenleiters besitzt eine etwas andere Form als bei der iAbb. 8, indem sie bei 52 nicht kegelförmig, sondern etwa exponentiell erweitert ist. Die Oberflächen 52 und 53 können vorzugsweise die Form von Toroidausschnitten, welche durch Rotation einer Ellipse um eine außerhalb derselben liegenden Achse entstehen, besitzen. Der ganze Strahler ist auf eine Metallplatte oder auf einen metallischen Kegelstumpf 1012 aufgesetzt.

Die Kurve in Abb. 11 zeigt die Verbesserung der Bandbreite, welche man durch eine Anordnung gemäß Abb. 10 erreichen kann, wenn der Durchmesser des Strahlerteils 51 12 cm beträgt und Anpassungsbedingungen erreicht. Die Länge des Strahlerteils 53 betrug 24 cm, während sein Durchmesser 26 cm war.

Durch eine Anordnung, wie sie in Abb. 12 gezeigt ist, und die entsprechende Reflexionscharakteristik der Abb. 13 konnte gezeigt werden, daß durch weitere Vergrößerung der Durchmesser noch bessere Resultate erzielt werden können. Der Durchmesser des Strahlerteils 51 beträgt hier 15 cm, und die Längen sind so eingestellt, daß die Bedingung ]/"Z/c~ = R erfüllt ist. Zur mechanischen Halterung des Strahlers 51 ist eine metallische Flosse 55 vorgesehen, welche entweder hohl oder auch solide ausgeführt sein kann. Der Querschnitt der Flosse kann etwa kreisförmig sein und geht

nach oben in der Nähe des Anschlußpunktes an den Strahler 51 langsam in ein flaches Profil über, ebenso wird es am Anschlußpunkt an dem Außenleiterteil des Strahlers vorzugsweise abgeflacht. Die Einführung dieser Halterungsflosse 55" besitzt noch einen weiteren bemerkenswerten Effekt. Es wird dadurch nämlich ein Parallelweg für den Strom hergestellt, so daß die durch die Antenne auf die Leitung übertragene Impedanz vergrößert wird. Dieser Parallelweg ist induktiv. Ein Weg, um diese Induktivität zu kompensieren, besteht darin, die Länge des Strahlerteils 51 zu vergrößern. Eine andere Möglichkeit besteht in der Verminderung des Wellenwiderstandes der Leitung gegen das Anschlußende zu. Dies erreicht man vorzugsweise durch allmähliche Verkleinerung des Verhältnisses der Durchmesser von Innenleiter zu Außenleiter. Hierdurch erhält man einen Abfall des Wellenwiderstandes längs des sich erweiternden Teiles der Leitung, wodurch eine Kapazität auftritt, welche die durch den Parallelweg gegebene Induktivität kompensiert.

Für Zwecke der Einstellung kann man den Antennenteil 51 und den Verbindungsleiter. 5 5 mit zylindrischen ausziehbaren Teilen versehen, welche Veränderungen während des Betriebes gestatten.

Abb. 13 zeigt die Reflexionscharakteristik einer Anordnung nach Abb. 12, wobei der Durchmesser D des Strahlerteiles 51 15 cm betrug, während die Gesamtlänge des strahlenden Teiles 60 cm ist. Der Durchmesser des Außenleiters 53 war an seinem oberen Ende 18 cm und an seiner Basis 26 cm. Die Parallelverbindung 55 war an der kürzesten Stelle zwischen dem Strahler 51 und dem Außenleiter 53 10 cm lang und besaß einen Durchmesser von 0,8 cm.

Abb. 14 zeigt teilweise im Schnitt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, tei welcher ein noch dickerer Strahler 51 und zwei flossenartige Halter 55 benutzt werden. Die kleinere Achse des Ellipsoids 51 war 27 cm lang, und der Außenleiterteil des Strahlers hatte Halbkugelform. Der Teil 53 bildet hiermit seinem Spiegelbild am Gegengewicht 12 einen Halbwellenstrahler. Bei dieser Form der Antenne zeigte sich, daß das Optimum der Strahlungseigenschaften bereits überschritten war, jedoch ist es möglich, durch andere Formgebungen der übrigen Teile eventuell auch noch bei Strahlerformen, wie sie die Abb. 14 zeigt, ebenso gute Resultate zu bekommen wie durch einen Strahler nach der Abb. 12, welcher bei den durchgeführten Versuchen das Optimum ergab.

Abb. 15 zeigt die Anwendung der Erfindung auf Mehrfach-Antonnen zur Rundstrahlung, wie sie unter dem Namen Turnstile bekannt sind. Hierbei ist ein zentraler im wesentlichen kugelförmiger Metallteil 53 von einem Sockel 56 getragen. Innerhalb dieses Sockels befindet sich die Energieleitung. Der kugelförmige Teil 53 ist mit vier Öffnungen versehen, welche " die aufgeweiteten Innenleiterenden für die Antennen nach den Abb. 18, 12 oder 14 darstellen. Innerhalb dieser Öffnungen 52 und daraus hinausragend sind die Strahlerteile"5i, welche mit dem Innenleiter der Energieleitung verbunden sind, angebracht. Je zwei gegenüberliegende Strahler 51 bilden zusammen mit dem Mittelteil 53 eine einzelne HaIbwellenantenne, indem die gegenüberliegenden Strahler in Phasenopposition gespeist werden. Einander benachbarte Strahler werden mit einer Phasenverschiebung von 90⁰ gespeist, so daß sich insgesamt ein rotierendes Feld ausbildet. Die Schaltung zur Erzielung dieser Phasenbeziehungen soll weiter unten noch näher diskutiert werden.

Um eine Vertikalstrahlung der Antenne zu vermeiden, wird die Höhe der Säule 56 gleich der halben Arbeitswellenlänge gewählt, und zwar gemessen zwischen den Strahlern 51 und der reflektierenden Metallfläche 12, welche in diesem Fall durch die Deckfläche des Kegelstumpfes 1500 gebildet wird.

Um die Komplikationen zur Vermeidung von Kreuzmodulation bei der Benutzung einer einzigen Antenne für Ton- und Bildsendung bei Fernsehübertragungen zu vermeiden, werden bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 15 getrennte Antennensysteme für die beiden Signalarten benutzt. Es sind daher weitere Antennen für die Tonübertragung vorgesehen, welche aus Strahlern 61 bestehen, die in gleicher Weise, wie dies weiter oben ausgeführt wurde, aus den zurückgebogenen und erweiterten Außenleitern 63 ihrer jeweiligen Energieleitungen herausragen. Auch diese Antennen bilden vorzugsweise ein System, welches ein umlaufendes Feld' erzeugt, wobei die Umlaufrichtung der beiden elektrischen Felder vorzugsweise verschieden gewählt wird, um eine möglichst gute Entkopplung der beiden Systeme zu erzielen. Im übrigen können die Antennen 61, 63 nach denselben Prinzipien aufgebaut sein wie bei der oben ausgeführten.

Bei dem praktischen Ausführungsbeispiel, welches auf dem Empire State 'Building in New York aufgebaut wurde, -waren noch Warnlichter für Flugzeuge 65 und Wetterinstrumente 66 vorgesehen, welche auf einer Verlängerung der Tragsäule 56 angebracht waren.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Abb. 15 besteht die Rundstrahlantenne aus vier Einzelantennen, aber es können natürlich, ohne von dem Grundgedanken der Erfindung abzugehen, auch irgendeine andere Anzahl von Antennen N benutzt.werden, wobei zur Erzielung eines guten Runddiagramms benachbarte Antennen mit einer Phasenverschiebung von 36o°/iV gespeist werden müssen.

Abb. 16 zeigt eine Ausführungsform, die im wesentlichen mit der der Abb. 15 übereinstimmt, nur daß die Tonantenne 61, 63 hier oberhalb der Bildantenne 51, 53 angebracht ist. Man wird vorzugsweise anders als es in der Zeichnung dargestellt ist, die Antennen 61 gegen die Antennen 51 in der Horizontalebene um 45° verdrehen, um eine weitere Entkopplung zwischen den beiden Antennensystemen zu erhalten.

Da man für die Tonübertragung eine sehr viel schmalere Bandbreite benötigt als für die Bild-

übertragung, kann man zur Tonübertragung auch eine andere Antennenform benutzen, deren Prinzipien im folgenden an Hand der Abb. 17 erläutert werden sollen. Dieses Diagramm zeigt den Strom X in einer Schleife zu irgendeinem gegebenen Moment, verglichen mit einem Strom Y, welcher im gleichen Moment in einer koaxial zu der Schleife angeordneten Turnstile-Antenne fließt. Man sieht, daß die beiden Antennensysteme sehr gut voneinander entkoppelt sind, denn jeder in einem Durchmesser liegende Strahler befindet sich in einer neutralen Zone des von dem Rahmen erzeugten Feldes. So besteht also zwischen den beiden Antennensystemen X und Y keinerlei Kopplung.

Die Abb. 18 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem von dieser Eigenschaft Gebrauch gemacht ist. Hier ist wiederum eine Turnstile-Antenne 51, 53 gezeigt, wie es bereits an Hand der Abb. 15 und 16 beschrieben wurde. Die Tonantenne jo, 71, J2, welche an Stelle der Antennen 61, 63 der Abb. 16 tritt, besteht aus vier gefalteten Dipolelementen, wie sie für sich bereits vorgeschlagen wurden und welche hier zu einem Kreis zusammengebogen sind. Abb. 20 zeigt die Speisung dieser Antenne von einer Speiseleitung her, während an Hand der Abb. 19 das Prinzip, auf dem die Wirkungsweise ruht, näher erläutert werden soll.

Abb. 19 zeigt einen gefalteten Dipol, der aus zwei Leitern 70 und 71 besteht, welche parallel zueinander in nahe benachbarten Ebenen verlaufen. Der Leiter 71 ist in der Mitte unterbrochen und mit einer Doppeldrahtleitung Z verbunden, welche an den Punkten e und / gegenphasige Spannungen zuführt. Wenn die Leiterlänge vom Punkte e nach g und von f nach g je eine halbe Wellenlänge beträgt, besitzen die Leiter 70 und 71 an ihren zusammengeführten Enden 72 jeweils eine gemeinsame Spannung, welche in Phase ist. Die Impedanz, welche durch die Antenne an den Punkten e und / erzeugt wird, ist viermal so groß wie bei einem gewöhnlichen Dipol, welcher von der Mitte gespeist wird, also etwa 288 Ohm. Ein gefalteter Dipol von kleinerer Ausdehnung kann dann erhalten werden, wenn die Abstände von e nach g und von / nach g jeweils eine Viertelwellenlänge sind. In diesem Falle tritt das Maximum der Spannung nicht an den Punkten 72, sondern an den Punkten e und / auf, so daß die Übertragungsleitung einen sehr hohen Wellenwiderstand besitzen muß. Die Ströme 71 und 70 besitzen nun zwar in gewissem Maße entgegengesetzte Richtungen, da sie jedoch nicht von gleicher Größe sind, erhält man trotzdem ein resultierendes Feld, welches zur Ausstrahlung führt. Obwohl nun diese elementare Form des Dipols für sich alleine einen Ankopplungswiderstand besitzt, welcher nicht brauchbar ist, sind doch die kleineren Dimensionen, die man durch ihn erhalten kann, so sehr erwünscht, insbesondere im Zusammenhang mit der Aufstellung in der Nähe einer Bildantenne 51, 53, daß man sich näher damit beschäftigen muß. Versuche zeigen, daß, wenn man derartige Elemente von großem Ankopplungswiderstand zu einer Rund-Strahlantenne aus vier Einzelstrahlern zusammensetzt, wie dies in Abb. 20 gezeigt ist, eine gegenseitige Beeinflussung der benachbarten Umkehrpunkte 72 auftritt, welche den Ankopplungswiderstand des einzelnen Dipols, welcher zwischen den Punkten e und f auftritt, sehr herabsetzt. Dadurch ist es möglich, eine solche Dipolkombination trotz der beim Einzelelement vorhandenen großen Ankopplungsimpedanz als Ganzes von einer praktisch durchführbaren Speiseleitung zu speisen. 'Die resultierende Ankopplungsitnpedanz liegt wegen der gegenseitigen Reaktanz zwischen den Enden 72 in der Größenordnung von etwa 220 Ohm. Die tatsächlich durchgeführte Länge des Einzelstrahlers bei einem Ausführungsbeispiel war nicht genau wie oben ausgeführt, eine Achtelwellenlänge, sondern etwas größer, jedoch lag die Länge des Strahlers näher bei ein Achtel als bei ein Viertel der Wellenlänge. Die brauchbare Länge wurde empirisch festgestellt.

Abb. 20 zeigt die Art der Ankopplung der vier zu einem Kreis gebogenen, gefalteten Dipolen an eine Energieleitung. Die Leiter 75 sind sämtlich gemeinsam mit dem Außenleiter verbunden, welcher mit 73 bezeichnet ist. Die Leiter 76 sind gemeinsam mit dem Innenleiter des Kabels verbunden. Auf diese Weise ist eine Phasendifferenz von i8o° zwischen dem Außenleiter und dem Innenleiter und damit zwischen den Leitern 75 und γ6 hergestellt. Der Ankopplungswiderstand eines jeden gefalteten Dipols 70, 71 liegt in der Größenordnung von etwa 220 Ohm, so daß bei der Parallelverbindung mit der Energieleitung insgesamt ein Widerstand von 55 Ohm auftritt, welcher eine gute Anpassung an die Energieleitung ergibt. In der Mitte jedes Teils 70 der einzelnen Dipole sind metallische Halterungsstäbe 80 angebracht, welche nicht isoliert zu sein brauchen, da sie sich im Spannungsknotenpunkt befinden. Sie können also direkt mit der geerdeten Tragsäule verbunden werden, ohne daß eine Beeinflussung der Strahlungseigenschaften zu befürchten ist, während der Vorteil auftritt, daß die Dipole gegen Blitzeinschläge direkt geerdet sind. Innerhalb der Tragsäule 56', welche die Tonantenne 70, no 71 trägt, ist, wie die Abb. 21 zeigt, in einem Abstand von 2/4 vom Anschlußpunkt der Dipole an die Speiseleitung 73 der Kabelaußenmantel durch ein Kurzschlußglied yy mit der inneren Oberfläche der Tragsäule verbunden. Die kurzgeschlossene 2/4-Leitung, welche auf diese Weise gebildet wird, entkoppelt durch ihre hohe Impedanz die Außenhaut des Außenleiters der Energieleitung von der Arbeitswellenlänge. Obwohl die Energieleitung zunächst keine symmetrische Spannung führt, wird durch diese Maßnahme eine Ankopplung an die symmetrische Antenne erreicht, wenn, wie dies durch die Mittelverbindung 80 geschehen ist, die Belastung selbst streng symmetrisch ist.

Abb. 21 zeigt im einzelnen die Verbindung der Tonantenne und der Bildantenne mit den ent-

sprechenden Energieleitungen. Für die Bildantenne ist die Verbindung nur mit zwei Einzelstrahlern gezeigt, um die Zeichnung nicht allzu kompliziert zu machen. Der Innenleiter 14 der konzentrischen Energieleitung ist mit dem linken ellipsoidartigen Strahlerteil 51 verbunden, während der Außenleiter 13 in den aufgeweiteten und zurückgebogenen Teil 53 der Antenne übergeht. Die Zuführung zu dieser Antenne ist durch eine Schleife 81 um Xl4 langer gemacht als die Zuführung zu der benachbarten nach hinten führenden Einzelantenne. Dadurch wird die oben bereits erwähnte Phasenziehung zwischen den Einzelantennen hergestellt, durch welche insgesamt das rotierende Feld erzeugt wird. Diese Art der Verbindung hat den weiteren Vorteil, daß die reaktiven Komponenten zweier Einzelantennen, welche eventuell noch vorhanden sein können, sich in ihrem Einfluß auf die gemeinsame Energieleitung gerade kompensieren, wenn ihr Abstand vom Verzweigungspunkt der Leitung 78 sich um ein ungerades Vielfaches der Arbeitswellenlänge unterscheidet. Eventuell vorhandene induktive oder kapazitive Reaktanzen besitzen daher auf die Speiseleitung 13', 14' keinen Einfluß.

Die Bandbreite einer solchen Antenne beträgt etwa 30% bei einer Reflexion von weniger als 5% innerhalb des ganzen Bandes. Es ist noch zu beachten, daß am Zusammenschlußpunkt 78 der Leitungen 13', 14' mit der Leitung 13, 14 der Innenleiter eine kleine Verdickung aufweist, welche dazu dient, die Änderung des Wellenwiderstandes, welche durch die Öffnung im Außenleiter der einen Leitung, die zur Durchführung des Innenleiters der anderen Leitung dient, bewirkt wird, zu kompensieren. Die beiden anderen Bildstrahler, deren Speiseleitungen nicht gezeichnet sind, werden von einer zweiten Speiseleitung, die genau so wie die gezeichnete ausgebildet ist, gespeist, welche jedoch einen Strom führt, der um i8o^Oi in der Phase gegenüber dem Strom der ersten Leitung verschoben ist.

Zur Zentrierung des Innenleiters an der Übergangsstelle in den Strahler ist ein Isolator 59 vorgesehen, und zum Schutz gegen Regen und Schnee sind halbkreisförmige bzw. kreisförmige Schirme 57 und 58 vorgesehen, welche ebenfalls aus Isoliermaterial bestehen. Wenn gewünscht, können innerhalb der Strahlerteile 51 Heizvorrichtungen vorgesehen sein, welche Rauhreif und Eis von dem Strahler fernhalten.

Abb. 22 zeigt in schematischer Form den Anschluß sämtlicher vier Strahler an die Speiseleitung, welche vom Bildverstärker herkommt. Die beiden Speiseleitungen 14' werden im Gegentakt gespeist. Durch Anschalten der beiden Leitungen an die Punkte R statt an die dargestellten Punkte kann die Drehrichtung des elektrischen Feldes umgekehrt werden.

Abb. 23 zeigt Kurven, welche die extreme Bandbreite erkennen lassen, welche durch Antennen gemaß Abb. 18 erreicht werden können. Diese Kurven wurden unter Benutzung einer Wellenlänge von cm als Bezugswellenlänge erhalten. Die ausgezogene Linie wurde bei der ersten Konstruktion erhalten, während die punktiert eingezeichnete Kurve nach Korrektion der Anpassungsverhältnisse an die Energieleitung erhalten wurde. Die Maße der Antenne, mit der diese Ergebnisse erzielt wurden, waren die folgenden: Die kleinere Achse des Ellipsoids 51 war 15 cm, die größere Achse 41 cm lang, der Durchmesser des Außenleiterteils 53 war an seinem äußeren Ende 18 cm, während sein größter Durchmesser 26 cm war. Die Länge vom Mittelpunkt der Tragsäule bis zum Ende des Außenleiterteils 53 betrug 29 cm. Der größte Durchmesser der Tragstreben 55' betrug 1,3 cm in dem mittleren Teil und 0,9 cm an den aufgespaltenen Anschlußstellen 55". Die Anschlußstelle 55" an jeden Ellipsoidkörper 51 war 17 cm vom Ende des Außenleiterteils entfernt, während die Anschlußstelle 55" am Außenleiterteil 53 8 cm von diesem Ende entfernt war.

Man sieht aus der Abb. 23, daß die Bandbreite, in welcher die Reflexion kleiner als 5 °/o ist, so vergrößert ist, daß es möglich ist, zwei vollständige Fernsehprogramme gleichzeitig über eine einzige Antenne auszustrahlen. Dies kann z. B. durch eine Schaltungsanordnung ermöglicht werden, welche schematisch in den Diagrammen der Abb. 24 und 25 dargestellt ist. Wenn für Ton und Bild nur eine einzige Antenne verwendet werden soll, kommt das Schema nach Abb. 24 in Frage. Der erste Bildsender 101 und der zugehörige Tonsender 102 werden in einem Filternetzwerk 103 mit ihren Ausgängen zusammengeschaltet. In gleicher Weise ist der zweite Bildsender 201 und der zweite Tonsender 202 mit dem Filter 203 verbunden. Die beiden Kanäle 104 und 204 werden dann durch das Filter 105 zu einem einzigen Kanal 106 kombiniert und einer Antenne gemäß der Erfindung zugeführt. Sollen die Bildsignale zusammen und die Tonsignale zusammen über getrennte Antennen ausgestrahlt werden, so wird man nach dem Schema der Abb. 25 verfahren, in welchem der erste Tonsender 102 und der zweite Tonsender 202 in dem Filter 213 zusammengeführt werden, dessen Ausgang mit einer Antenne 70, 71 gemäß Abb. 18 verbunden ist. Ebenso sind die Ausgänge des ersten Bildverstärkers und des zweiten Bildverstärkers 101 und 201 in einem Filter 113 zusammengeführt, dessen Ausgang mit einer Bildantenne 51, 53 gemäß Abb. 18 verbunden sein kann.

Selbstverständlich können alle dargestellten Antennenformen auch als Empfangs antennen verwendet werden. Es ist auch eine Kombination der Tonstile-Antennen nach den Abb. 15, 16, 18 und 21 mit einer vertikal polarisierten Antenne gemäß den Abb. 5 bis 12 möglich, wie dies in Abb. 26 dargestellt ist. Eine nähere Beschreibung dieser Abbildung erübrigt sich, da sie aus den Beschreibungen der Einzelantennen ohne weiteres verstandlieh ist.

Es kann auch gemäß Abb. 27 eine Mehrzahl von Halbwellenantennen, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind, in einer gemeinsamen Ebene um einen Mittelpunkt herum so angeordnet werden, daß sie in den Tangenten eines gemeinsamen Kreises

liegen. Durch die Benutzung der Strahler gemäß der Erfindung bei einer derartigen Antenne können weitere wesentliche Vorteile erzielt werden.

Weiterhin ist es natürlich möglich, zur Erzielung einer gebündelten Strahlung einen Einzelstrahler gemäß der Erfindung in einem Reflektor, vorzugsweise einen Parabolreflektor, anzuordnen. Auch die Anordnung in Tannenbaumform zur Erzielung eines gewünschten Richtdiagramms ist möglich und

ίο kann vorteilhaft sein.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß die Theorie der Arbeitsweise, welche in der obigen Beschreibung hier und dort gegeben wurde, nur zu Erklärungszwecken ausgeführt wurde und nicht den Anspruch auf absolute Richtigkeit machen will. Die Erfindung beruht nicht auf der speziellen. Theorie, sondern auf empirischen Ergebnissen, die bei Versuchen über verschiedene Antennenformen erhalten wurden.

Claims (13)

1. Patentansprüche:

   i. Kurzwellenantenne für breite Frequenzbänder, gekennzeichnet durch einen Strahler, dessen elekrische Länge angenähert λ/4 beträgt und der zum Teil aus dem überstehenden Ende des Innenleiters und zum anderen Teil aus der Außenhaut des Endes des Außenleiters einer koaxialen Energieleitung gebildet ist.
2. 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Strahlung ausgenutzte Teil des Innen- und/oder Außenleiters der Energieleitung mit vergrößertem Durchmesser ausgeführt ist.
3. 3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter der Energieleitung zur Austrittsstelle des Innenleiters hin trichterförmig, z. B. koaxial nach einem Exponentialgesetz oder mit elliptisch gekrümmter Mantellinie, erweitert ist.
4. 4. Antenne nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der strahlende Teil des Innenleiters und gegebenenfalls auch der strah- !ende Teil des Außenleiters der Energieleitung annähernd die Form eines Ellipsoids bzw. eines Teiles davon hat.
5. 5. Antenne nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der strahlende Teil des Innenleiters mit dem strahlenden Teil des Außenleiters über einen (oder mehrere) induktiv wirkenden Leiter verbunden ist.
6. 6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Leiter als mechanische Stütze des strahlenden Teiles des Innenleiters dient.
7. 7. Antenne nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von diesem Leiter gebildete Induktivität durch die kapazitive Wirkung einer Verlängerung des strahlenden Teiles des Innenleiters oder einer Verminderung des Wellenwiderstandes gegen das Ende der trichterförmigen Erweiterung gemäß Anspruch 3 kompensiert ist.
8. 8. Rundstrahlantenne, gekennzeichnet durch die radialsymmetrische Aufstellung von Einzelantennen nach Anspruch 1 bis 7.
9. 9. Rundstrahlantenne, gekennzeichnet durch die tangentialsymmetrische Aufstellung von Einzelantennen nach Anspruch 1 bis 7.
10. 10. Rundstrahlantenne nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine derartige Speisung, daß ein elektrisches Drehfeld ausgestrahlt wird.
11. 11. Rundstrahlantenne nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ihre Kombination mit einer aus gefalteten, zu einem Kreis zusammengebogenen Dipolen aufgebauten, ebenfalls mit einem Drehfeld gekoppelten Antenne.
12. 12. Rundstrahlantennenkombination nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur unabhängigen Ausstrahlung der BiId- und Tonsendung eines Fernsehprogrammes.
13. 13. Kurzwellenantenne für breite Frequenzbänder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quadratwurzel aus dem Verhältnis der Induktivität (L) der Außenhaut des Endes des Außenleiters zur Kapazität (C) des überstehenden Endes des Innenleiters genau oder annähernd gleich dem Strahlungswiderstand (R) der Antenne ist.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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