DE917319C - Aus einer Kettenschaltung von Strahlern bestehende Breitbandantenne - Google Patents

Aus einer Kettenschaltung von Strahlern bestehende Breitbandantenne

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DE917319C
DE917319C DES28884A DES0028884A DE917319C DE 917319 C DE917319 C DE 917319C DE S28884 A DES28884 A DE S28884A DE S0028884 A DES0028884 A DE S0028884A DE 917319 C DE917319 C DE 917319C
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DE
Germany
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radiators
antenna according
waveguide
reactances
steepness
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Expired
Application number
DES28884A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Herbert Simon
Dipl-Ing Walter Wild
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10Resonant slot antennas

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

  • Aus einer Kettenschaltung von Strahlern bestehende Breitbandantenne Um bei Antennen starke Bündelungseigenschaften zu erzielen, benutzt man die Kombination Bleich-oder verschiedenphasig gespeister Strahler, die über Leitungsgebilde miteinander verbunden sind. Es entstehen so aus Dipolgruppen bestehende Kettenstrahler, bei denen die Dipole durchlaufend mit Leitungsstücken von der Länge n - A/2 (n = 1, 2, 3 usw.) verbunden sind und die Speisung dieser Strahlerketten von einem Ende dieser Ketten aus erfolgt. Die Kettenschaltung mehrerer Strahler ergibt bei bestimmter Frequenz einen verhältnismäßig hohen Leistungsgewinn, der jedoch bei Frequenzabweichung stark abnimmt. Der Gewinnabfall ist zum Teil bedingt durch die wachsende Fehlanpassung der Strahler an die Verbindungsleitungen. Zu diesem Zweck ist es bereits bekannt, bei derartigen Antennen die Dipole so mit Blindwiderständen zu kombinieren, daß ihr Wellenwiderstand gleich dem Wellenwiderstand der Verbindungsleitungen ist. Nachteilig ist jedoch bei solchen Antennen noch der Phasengang der Verbindungsleitungen, so daß die Antennen sehr schmalbandig werden, d. h. nur in einem bestimmten Frequenzbereich gut brauchbar sind.
  • Bekannt sind solche aus einer Kettenschaltung von Strahlern bestehenden Antennen auch bereits im Gebiet der Dezimeter- und Zentimeterwellen, in dem die Strahler beispielsweise durch Schlitze in einem Hohlleiter gebildet werden. Mit Vorteil werden hierbei Hohlleiter mit rechteckförmigem Querschnitt verwendet, in deren Breitseite schräg zur Leitungsachse verlaufende Schlitze in bestimmten Abständen voneinander angebracht sind. Diese Schlitze sind hierbei so dimensioniert und zur Leitungsachse geneigt, daß ihr charakteristischer Widerstand dem der Leitung angepaßt ist. Auf diese Weise werden zwar Antennen mit guter Bündelungsschärfe und großem Gewinn, aber keine Antennen mit guter Breitbandigkeit erzielt.
  • Bei einer aus einer Kettenschaltung von Strahlern bestehenden Breitbandantenne, bei der die Strahler durch Leitungen, Vierpole aus konzentrierten Schaltelementen od. dgl. miteinander verbunden sind, sind gemäß der Erfindung die Strahler, gegebenenfalls durch eine entsprechende Ergänzung, so zu einem Vierpol ausgebildet, daß sie einen im Vergleich mit den die Strahler verbindenden Gliedern entgegengesetzt verlaufenden Phasengang bzw. eine entgegengesetzt verlaufende Phasensteilheit aufweisen, wobei die Beträge der beiden Phasensteilheiten in einem breiten Frequenzbereich einander gleich sind. Da Leitungen, insbesondere solche mit Hochpaßcharakter, immer einen positiven Phasengang aufweisen, werden Strahlervierpole benötigt, die in einem möglichst großen Frequenzbereich eine negative Phasensteilheit besitzen.
  • Aus der Vierpoltheorie ist bekannt, daß Vierpole mit reinen Blindwiderständen niemals negativen Phasengang, sondern nur einen negativen Phasensprung aufweisen können. Führt man jedoch in ein solches Netzwerk endliche Verluste ein, dann geht der negative Phasensprung in einen kontinuierlich verlaufenden negativen Phasengang über. Unter den möglichen Schaltungen erscheint als vorteilhaft beispielsweise die Abzweigsperre nach Fig. z, weil bei ihr die Dämpfung bei einer mittleren Frequenz durch ein Maximum geht, die Phase durch Null läuft und der Wellenwiderstand ohmisch wird. Solche Vierpolstrahler können beispielsweise durch die Kombination von zwei oder mehr Strahlerelementen oder durch ein Strahlerelement in Verbindung mit wenigstens einem Blindwiderstand gebildet werden. Es ist aber auch möglich, bei Strahlern, z. B. bei Schlitzstrahlern, die Form so zu wählen, daß die Strahler Vierpoleigenschaften mit negativem Phasengang besitzen.
  • Bei der Breitbandantenne gemäß der Erfindung kann für die Einzelstrahler ein einfacher Strahlervierpol aus Resonanzgliedern, z. B. Strahlerelementen, insbesondere in der Form einer Bandsperre nach Fig.2 mit auf die gleiche Frequenz abgestimmten Resonanzgliedern gewählt werden. Ein solcher Vierpol ist so zu dimensionieren, daß er; einen negativen Phasengang aufweisend, bei einer bestimmten Frequenz, z. B. bei der mittleren Betriebsfrequenz (Bandmittenfrequenz), einen reellen Wellenwiderstand besitzt. Der Verlauf der Phase a dieses Vierpols ist in Fig. 3 abhängig von der Frequenz oa dargestellt. a nimmt mit wachsender Frequenz bis zu einem Maximalwert zu, sinkt bei der mittleren Betriebsfrequenz u),. auf Null und erreicht dann einen negativen Maximalwert, der bei der Frequenz co = co wieder gegen Null steigt. In der Nähe der Bandmitte ändert sich a praktisch linear mit negativer Steilheit.
  • Es läßt sich zeigen, daß Kettenstrahler mit an die Verbindungsleitungen angepaßten Strahlern und mit konstanter abgestrahlter Leistung je Strahler möglich sind. Ist m die Zahl der Strahlervierpole plus Abschlußwiderstand, so erhält man folgende Bemessung des Strahlervierpols nach Fig.2 für kleine Dämpfung b (ZO = Wellenwiderstand des Vierpols) Aus Gleichung (z) folgt, daß wird; die Größe ist aber bei z-Gliedern nach Fig. 2 gleich C5itt b, also ein Maß für die Dämpfung b. Ist die Gliedzahl m der Kette groß, so wird die Dämpfung b klein und Diese Größe wird vorteilhafterweise bei der Berechnung der Strahlervierpole benutzt, wobei noch die Güte des Schwingkreises bzw. des Strahlers eingeführt wird. Es ergibt sich so eine Phasensteilheit für den Strahlervierpol mit wobei a) die jeweilige Frequenz ist. Die einzelnen Strahlervierpole werden mit Zwischengliedern, beispielsweise mit Leitungen untereinander verbunden.
  • Bei sehr kurzen Wellen werden als Strahlerelemente vorzugsweise Schlitze in Hohlleitungen verwendet, die z. B. längs eines Hohlleiters in bestimmten Abständen in der Hohlleiterwand angebracht sind. Für solche Schlitzstrahlergruppen (Kettenstrahler) hat die Erfindung besondere Bedeutung, da es sich hierbei um mit Leitungsstücken verbundene Strahler handelt.
  • Es ist bereits bekannt, die Lage und Richtung der Schlitze in der Hohlleiterwand so zu bestimmen, daß ihr Strahlungswiderstand dem der Hohlleiter angepaßt ist. Den Strahlungswiderstand solcher Schlitzstrahlerelemente kann man beispielsweise dadurch verändern, daß man den Schlitz in der Wandung des Hohlleiters schräg zur Leitungsachse anordnet, wie dies beispielsweise aus Fig. q. zu ersehen ist.
  • Gemäß der Erfindung werden nun die Abmessungen solcher Schlitze, d. h. ihre Länge und Breite und ihre Lage zur Leitungsachse so bemessen, daß die Steilheit des Phasengangs der Hohlleitung dem Betrage nach gleich der Steilheit des Phasengangs der Schlitzstrahler ist. Bekanntlich ist die Wellenlänge !I einer elektromagnetischen Welle in einem Hohlkabel gleich wobei A. gleich der Betriebswellenlänge und mit 0)g gleich Grenzfrequenz des Hohlleiters. Die Rohrlänge für die mittlere Halbwellenlänge beträgt demnach (o gleich mittlere Frequenz). Daraus berechnet sich das Phasenmaß und die Phasensteilheit Durch Verändern der Hohlrohrgrenzfrequenz co, kann man demnach erreichen, daß der durch die Schlitzstrahler bewirkte Phasengang kompensiert wird. Andererseits aber läßt sich bei schräg zur Leitungsachse gestellten Schlitzen oder bei aus Längs- und Querschlitzen bestehenden Strahlern durch entsprechende Dimensionierung, insbesondere der Schlitzbreite, Schlitzlänge und der Lage des Schlitzes, die Phasensteilheit der Strahler in gewissen Grenzen wählen. Die in Frage stehenden Größen können nach bekannten Rechenverfahren ermittelt werden, so daß daraus auch die Phasensteilheit abgeleitet werden kann. Auch experimentell kann die Kompensation der zwei Phasengänge eingestellt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung für eine aus einer Hohlleitung mit Schlitzen bestehende Breitbandantenne ist in Fig. 5 wiedergegeben. Der Hohlleiter besitzt, wie die Figur zeigt, eine gegen das Ende zu abnehmende Breite, so daß auf Grund der unterschiedlichen Grenzfrequenz co, die Größe der Phasensteilheit für jeden Ort der Leitung entsprechend bestimmt ist und die Phasenverschiebungen in Verbindung mit den hier T-förmig ausgebildeten Schlitzstrahlern kompensiert werden. Eine derartige Gestaltung des Hohlleiters ist, aber im Falle, daß man mehrere solche Strahlergruppen nebeneinanderzusetzen wünscht, nicht immer günstig: Man bildet daher mit Vorteil die Hohlleiter so aus, daß ein Teil des sich nach der Breite erstreckenden Hohlleiterteils längs der in Fig. 5 gestrichelt gezeichneten Linie z. B. senkrecht zur Breitseite des Hohlleiters nach der der Strahlerfläche abgekehrten Seite umgebogen wird. Fig. 6 stellt einen derartig ausgebildeten Hohlleiter dar. Ein symmetrisch ergänzter Hohlleiterschlitz-Strahler ist in Fig. 7 gezeigt. Durch Nebeneinandersetzen mehrerer solcher Strahlergruppen kann eine Breitbandschlitzflächenantenne hergestellt werden, wobei es von Vorteil sein kann, jeden der Hohlleiterteile mit Rücksicht auf phasengleiche und frequenzunabhängige Speisung über unter sich gleiche Verbindungskabel mit der Speiseleitung zu verbinden.
  • Bei mehreren an eine Speiseleitung angeschlossenen Strahlergruppen ist es möglich, diese Strahlergruppen in Kettenschaltung an die Speiseleitung zu legen. Es ist dann darauf zu achten, daß jede Strahlergruppe an ihrem Speisepunkt Vierpolcharakter mit negativem Phasengang aufweist. Die diese Strahlergruppen verbindenden Leitungsstücke sind dann so zu dimensionieren, daß sie einen entgegengesetzten Phasengang von gleicher Phasensteilheit aufweisen.
  • Die Erfindung hat insbesondere große Bedeutung auch für mit beliebigen Leitungen, z. B. Doppel-Leitungen oder koaxialen Leitungen verbundene Dipolgruppen. Es ist bekannt, daß für einen Dipol, der im Gebiet seiner Spannungs- oder Stromresonnanz arbeitet, ein Parallel- oder Serienschwingkreis als Ersatzschaltbild angegeben werden kann. Der Strahlungswiderstand eines Dipols stellt dann den Verlustwiderstand des Schwingkreises dar. Dipole oder Kombinationen von Dipolen können daher ohne weiteres so verwendet werden, daß sie Teil eines aus Blindwiderständen bestehenden Vierpols sind oder den Vierpol selbst darstellen, so daß der Strahlungswiderstand als Verlustwiderstand in diesen Vierpol eingeht.
  • Bei der Antenne nach der Erfindung ist es auch möglich, die Strahlervierpole und die diese verbindenden Glieder so zu bemessen, daß die Verteilung der abgestrahlten Leistung längs einer Strahlergruppe nach einer erwünschten Funktion verläuft, um z. B. die Nebenzipfel des Antennenrichtdiagramms klein zu halten.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Aus einer Kettenschaltung von Strahlern bestehende Breitbandantenne, bei der die Strahler durch Leitungen, Vierpole aus konzentrierten Schaltelementen od. dgl. miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler, gegebenenfalls durch entsprechende Ergänzung, z. B. bei Dipolen, so zu einem Vierpol ausgebildet sind, daß sie einen negativen Phasengang bzw. eine negative Phasensteilheit aufweisen und daß die negative Phasensteilheit der Strahler dem Betrage nach in einem breiten Frequenzband gleich oder angenähert gleich der positiven Phasensteilheit der diese Strahler verbindenden Glieder ist.
  2. 2. Antenne nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Kettenschaltung besteht, die in abwechselnder Reihenfolge Vierpole aus Blindwiderständen, insbesondere Leitungen und Vierpole aus Strahlerelementen und gegebenenfalls zusätzlichen Blindwiderständen aufweist.
  3. 3. Antenne nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Strahlern z. B. durch Ergänzung mittels Blindwiderständen als Hochpaß ausgebildet sind. q..
  4. Antenne nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen Hohlleiter mit schräg zur Leitungsachse verlaufenden, lang gestreckten Öffnungen.
  5. 5. Antenne nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen mit Längs- und Querschlitzen versehenen Hohlleiter.
  6. 6. Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine solche Bemessung der Strahlervierpole und der diese verbindenden Glieder, daß die Verteilung der abgestrahlten Leistung längs der Antenne nach einer gegebenen Funktion verläuft.
  7. 7. Antenne nach einem der Ansprüche q. bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite von Hohlleitern rechteckförmigen Querschnitts veränderbar ist.
DES28884A 1952-06-12 1952-06-12 Aus einer Kettenschaltung von Strahlern bestehende Breitbandantenne Expired DE917319C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0074311A1 (de) * 1981-09-11 1983-03-16 Thomson-Csf Rechteckhohlleiterschlitzantenne für breiten Frequenzbereich

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0074311A1 (de) * 1981-09-11 1983-03-16 Thomson-Csf Rechteckhohlleiterschlitzantenne für breiten Frequenzbereich
FR2513022A1 (fr) * 1981-09-11 1983-03-18 Thomson Csf Guide d'onde a fentes rayonnantes et a large bande de frequence
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