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Breitbandantenne für sehr kurze elektrische Wellen Zusatz zum Patent
910081 Für verschiedene Arten von Funkverbindungen ist die Verwendung von Antennen
erforderlich, die ohne besondere Abänderungen an der Antenne selbst oder an den
zugehörigen Kopplungsmitteln eine Verwendung innerhalb eines Frequenzbandes von
vorbestimmter Breite erlauben, ohne da,ß die durch Fehlanpassung entstehenden Leitungsverluste
unzulässig hohe Werte erreichen.
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Für diesen Zweck ist im Patent 92o o8r eine Antenne unter Schutz gestellt,
in welcher parallel zu einem unmittelbar galvanisch gespeisten, Strahler ein zweiter
nicht unmittelbar galvanisch gespeister Strahler in einem gegen die Wellenlänge
kleinen Abstand angeordnet ist. Im Hauptpatent ist schon darauf hingewiesen., daß
die Breitbandwirkung auf den Einfluß der zwischen den beiden Strahlern vorhandenem,
Kapazität im Zusammenwirken mit induktiven Blindanteilen des Eingangswiderstandes
zurückgeführt werden kann. Diese Wirkung wird in erhöhtem Maße erzielt, wenn, wie
im Hauptpatent angegeben, die beiden Strahler verschieden abgestimmt sind.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Weiterbildung der Antenne nach
dem Hauptpatent, hei welcher das Prinzip der in geringem Abstand parallelen Anordnung
eines direkt mit dem Funkgerät verbundenen Strahlers und eines mit dem Funkgerät
nicht unmittelbar verbundenen Strahlers auf Dipolstrahler angewendet wird, vorzugsweise
zur Verwendung im Gebiet der Meterwellen. Erfindungsgemäß soll der unmittelbar gespeiste
Strahler als Hauptdipol und der nicht unmittelbar gespeiste
Strahler
als Nebendipol derartig angeordnet sein, daß beide wenigstens mit Teilen ihrer Länge
einander parallel laufen und dort einen Abstand von weniger als einem Zehntel, vorzugsweise
weniger als einem Zwanzigstel, der mittleren Betriebswellenlänge haben und diel
von. der Symmetrieebene aus nach beiden Seiten sich erstreckenden Zweige von Haupt-
und Nebendipol wenigstens über einen Teil ihrer Länge in einem geringeren Winkel
als i8o°, vorzugsweise in einem Winkel von. ungefähr 9o°, zueinander stehen.
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Eine derartige Antenne vereinigt mit guter Breitbandwirkung gleichzeitig
diejenige einer Rundstrahl- bzw. im Falle eines angeschlossenen. Empfangsgerätes
einer Run.dempfangscharakteristik. Diese Eigenschaften, sind für Verwendungszwecke,
bei denen wahlweise mehrere Sender mit verschiedenen Frequenzen und aus verschiedenen
Richtungen empfangen werden sollen, ebenso von Bedeutung, wie für das Aussenden
von sehr breiten Modulationsbändern. Während der erste- Fall z. B. für die Empfangsantenne
eines Ultrakurzwelleniundfunkempfängers zutrifft, liegt der zweite bei der Antenne
eines Fernsehsenders vor. Bei anderen Aufgaben, beispielsweise! beim gleichzeitigen
Senden und Empfangen über die gleiche Antenne; wird die optimale Anpassung für zwei
bestimmte Frequenzen gefordert, die mit Rücksicht auf die Trennmöglichkeit durch
Filter in einem gewissen Mindestabstand voneinander gewählt werden müssen. Auch
diese spezielle Aufgabe ist mit der Antenne nach der Erfindung zugleich mit der
Erzielung einer Rundstrahlcharakteristik erfüllbar.
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Bisher wurden Kombinationen eines gespeisten Dipols mit einem oder
mehreren ungespeisten Dipolen zur Lösung einer ganz anderen Aufgabe, nämlich zur
Erzielung einer Bündelung verwendet. Dabei wurden besonders Abstände der ungespeisten
Nebendipole vom gespeisten Hauptdipol von der Größe von A/q. verwendet, wobei A,
die Betriebswellenlänge der Antenne bezeichnet. Für besondere Zwecke wurde gelegentlich
auf A/io heruntergegangen. Kleinere Abstände zwischen dem gespeisten und dem ungaspeisten
Strahler erwiesen sich für die Zwecke der Bündelung als nichtgeeignet und erschienen
daher technisch nicht interessant.
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Auf Grund experimenteller Untersuchungen wurde festgestellt, daß Abstände
wesentlich kleiner als A/io, besonders aber kleiner als 2./2o zwischen dem Hauptdipol
und dem Nebendipol bei einer bestimmten Antennenabstimmung ein Verhältnis der Rückwärts-
zur Vorwärtsstrahlung von o,8 und damit praktisch keine ausnutzbare Richtwirkung
mehr ergaben. Jedoch ergab sich innerhalb des Bereiches dieser Abstände bei dieser
Abstimmung eine gute Breitbandwirkung, besonders wenn die Länge des Nebendipols
vom. der des Hauptdipols abweichend gewählt wurde. Eine derartige Anordnung, bestehend
aus einem Hauptdipol und einem Nebendipol, ergibt einenVerlauf der Fehlanpassung
in. Abhängigkeit von der Frequenz mit zwei Frequenzen optimaler Anpassung, von denen
die eine praktisch durch die Länge und die elektrischen Daten des Hauptdipols, die
andere durch die Länge des Nebendipols und seinen Abstand vom Hauptdipol bestimmt
ist. In dem dazwischenliegenden Bereich kann diel Fehlanpassung genügend klein gehalten
werden, was sich durch Zusammenwirken der beiden Strahler infolge der engen Kopplung
erklären läßt. Durch die besondere Form der von der Symmetrieebene aus. sich nach
beiden. Seiten erstreckenden Zweige von Haupt- und Nebendipol, daß sie nämlich wenigstens
über einen Teil ihrer Länge in einem geringeren Winkel als i8o° zueinander stehen,
ergibt sich eine Rundcharakteristik ohne Nullstellen.
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In den Zeichnungen stellt Abb. i eine Antennenanordnung nach der Erfindung
dar; Abb. 2 zeigt den Verlauf der Fehlanpassung bei einer Antennenanordnung gemäß
der Erfindung in einer Kurvendarstellung; Abb. 3 bis 7 stellen weitere Ausführungsbeispiele
von Antennenanordnungen gemäß der Erfindung dar.
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In Abb. i ist der Hauptdipol mit S1 bezeichnet, der eine Länge von
2 - 1i ungefähr gleich der Hälfte einer Betriebswellenlänge hat. S2 ist der Nebendipol,
der im Abstand d " o,o2 A parallel zum Hauptdipol verläuft. Seine Länge 2 - 12 ist
kleiner gewählt als die des Hauptdipols. Die von der Symmetrieebene, angedeutet
durch ihre Schnittgerade x ... x mit der Zeichenebene, nach
beiden Seiten sich erstreckenden Dipolzweige stehen in einem Winkel von ungefähr
9o° aufeinander. Die Verbindung des Hauptdipols S1 mit dem zugehörigen Funkgerät
erfolgt über die koaxiale Leitung 3, welche in den rohrförmigen Fortsatz 4. der
unteren Dipolhälfte eingeführt ist. Bei der Öffnung 5 an diesem Fortsatz tritt der
Innenleiter 6 der Leitung heraus und ist an der der Öffnung 5 gegenüberliegenden
Stelle des Fortsatzes 7 der oberen Dipolhälfte mit dieser verbunden:. Der Schieber
8 und die beiden parallelen Leiter q. und 7 bilden dabei eine Leitungsschleife,
welche kürzer als 2/q. sein soll und innerhalb des Arbeitsfrequenzbereiches als
Induktivität wirkt. Die Schleife übernimmt hier die Aufgabe der Widerstandsanpassung
und Symmetrierung in an sich bekannter Weise. Der Kurzschlußbügel B ist zweckmäßigerweise
verschiebbar. Eine Antenne von der in Abb. i dargestellten Art liefert bei einem
Anschluß an einen unveränderlichen ohmschen Widerstand, z. B. den Wellenwiderstand
einer Hochfrequenzleitung, einen Gang der Fehlanpassung m mit der Frequenz gemäß
der Kurvendarstellung in Abb. 2. In der Abszissenrichtung ist die Frequenz f in
MHz aufgetragen. Die mittlere Bandfrequenz sei fo, entsprechend der mittleren Wellenlänge
des Azbeitsbereiches. In der Ordinatenach.se ist als Maß für die Fehlanpassung der
Wert m, definiert durch das Verhältnis der Größen des Spannungsmaximums zum Spannungsminimum
auf der angeschlossenen Hochfrequenzleitung, für die einzelnen Betriebsfrequenzen
aufgetragen. Es ergibt sich eine Kurve mit zwei Frequenzen optimaler Anpassung fz
und f2
und entsprechend flachem Verlauf, welche die guten Breitbandeigensch.aften
der Antennenanordnung nach der Erfindung erkennen läßt.
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Abb. 3 zeigt statt einer V-förmigen eine U-förmige Dipalanordnung
nach der Erfindung, welche im wesentlichen die gleiche Wirkung ergibt.
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Eine Anordnung ähnlicher Formen von Hauptuni Nebendipolen in verschiedenen
Ebenen ist ebenfalls möglich. Abb. q. zeigt einen U-förmig gebogenen Hauptdipol
S1 mit den beiden kürzeren Nebendipolen S2, S3 in übereinanderliegenden und zueinander
parallelen Ebenen.
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Abb.5 zeigt einen U-förmig gebogenen Hauptdipol S1 und einen ebenfalls
U-förmig gebogenen Nebendipol S2 in den beiden Ebenen 9 und. 1o, die sich in der
Geraden 11 schneiden. Beide Dipole laufen über Teile ihrer Länge zu den Schnittgeraden
parallel und haben; dort den für die Erzielung der Breitbandwirkung geeigneten Abstand
d2 voneinander.
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Es sind auch Ausführungsformen der Erfindung mit zwei Hauptdipolen
zweckmäßig, bei denen diese in einer Ebene längs den Seiten eines Rhombus oder Quadrates
und wenigstens zwei Nebendipole in der gleichen oder einer parallelen Ebene längs
den Seiten eines geometrisch ähnlichen Rhombus oder Quadrates angeordnet sind. Abb.
6 zeigt eine solche Anordnung, bei der alle Dipole in der Zeichenebene liegen. Die
Hauptdipole S1 und S1' sind mit ihren stumpfen Öffnungswinkeln einander gegenübergestellt.
Auch die umgekehrte Anordnung, daß die Öffnungswinkel voneinander weg gerichtet
sind, ist anwendbar und kann in ähnlicher Weise mit den Nebendipolen S2 und S3 zusammenarbeiten.
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Abb. 7 zeigt eine Anordnung, bei derdie Dipole S1 und S2 längs der
Begrenzung einer elldpsenähnlichen Fläche in zwei zueinander parallelen Ebenen liegen.