DE940909C - Ultrakurzwellenantenne - Google Patents
UltrakurzwellenantenneInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/20—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/28—Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave comprising elements constituting electric discontinuities and spaced in direction of wave propagation, e.g. dielectric elements or conductive elements forming artificial dielectric
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultrakurzwellenantenne, bei der längs einer Achse eine Reihe
koaxialer Teile angeordnet ist, wobei die Teile aus einem Dielektrikum oder aus Metall bestehen können.
Dielektrische Stabantennen mit einem Richtdiagramm in Richtung der Längsachse sind bekannt.
Künstliche dielektrische Stabantennen bestehen aus Metallplatten, die parallel zueinander längs einer gemeinsamen
Achse angeordnet sind.
ίο Bekanntlich haben solche Stabantennen ein Strahlungsdiagramm,
das nicht über eine gegebene Grenze hinaus verbessert werden kann, auch wenn die Länge
des Stabes vergrößert wird. Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Antenne der erwähnten Art
mit erheblich verbessertem axialem Richtdiagramm.
Die erfindungsgemäße Antenne besteht aus einer Reihe von Elementen mit einem geometrischen Parameter,
der periodisch oder wenigstens quasiperiodisch längs ihrer Längsachse schwankt und so abwechselnd
Maxima und Minima aufweist. Demgemäß ist es ein Merkmal der erfindungsgemäßen Antenne, daß der
Brechungsindex des Mediums, das diese Elemente bildet, längs seiner Achse von einem Ende zum anderen
schwankt, so daß die entsprechende Kurve des Brechungsindex in Abhängigkeit von der Entfernung
längs der Achse eine Folge von Maxima und Minima aufweist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung.
Es zeigt
Fig. ι eine erfindungsgemäße dielektrische Antenne
im Längsschnitt,
Fig. 2 das Schrägbild einer erfindungsgemäßen künstlichen dielektrischen Antenne,
Fig. 3 und 4- einen Längsschnitt und einen Querschnitt
durch eine Ausführungsform des Anregungssystems, .das für die Antenne nach Fig. 2 besonders
geeignet ist,
ίο Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsart
einer Anordnung zur Anregung und zur Impedanzanpassung,
Fig. 6 einen Längsschnitt einer anderen Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen, künstlichen dielektrischen Antenne,
Fig. 7 im Längsschnitt einen Teil einer künstlichen dielektrischen Antenne gemäß der Erfindung,
Fig. 8 Strahlungsdiagramm der erfindungsgemäßen Antenne, worin die Feldstärke ch gegen die Winkeiao
entfernung Θ von der Achse aufgetragen ist,
Fig. 9 schematisch eine andere Ausführungsart der erfindungsgemäßen Antenne und
Fig. 10 die Änderung des Brechungsindex der Antenne nach Fig. 9 längs der Achse.
Fig. ι zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne. Es handelt sich um eine dielektrische
Antenne, die in Form eines Umdrehungskörpers um die Achse X1-X2 aufgebaut ist und aus
vier spindelartigen Teilen at, a2, as und a4 besteht, deren
jeweilige größte Durchmesser in dieser Reihenfolge abnehmen. Das ßnke Ende dieser Antenne kann in
einen Hohlleiter I1 über ein den Leiter begrenzendes
Horn C1 eingefügt sein.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsart der erfindungsgemäßen Antenne, nämlich eine künstliche
dielektrische Antenne, die aus einer Folge koaxialer Metallscheiben besteht. Die Scheiben^ und E10,
E2 und E9, E3 und EB usw. haben jeweils gleichen
Durchmessei, wobei die Scheibendurchmesser von E1
bis E5 und von E10 bis Ee zunehmen. Die Antenne
besteht aus vier gleichen Spindeln 1, 2, 3 und 4. Die Scheiben sind von einem Stab T getragen. Die Anordnung
wird am linken Ende der Spindel 4 angeregt, während die Strahlung sich in Richtung des Stabes T
fortpflanzt.
Das Experiment zeigt, daß eine Endstrahlung bei dieser Antenne auftritt, wenn die Durchmesser den
Wert %\2 nicht überschreiten.
Sowohl im Falle der Fig. 1 als auch im Falle der Fig. 2 beträgt die Länge jeder Spindel einige Wellenlängen,
beispielsweise zwei bis drei Wellenlängen. Der Abstand zwischen den Elementen jeder Spindel von
Fig. 2 ist von der Größenordnung einer Viertelwellenlänge.
Wie schon erwähnt, folgt die axiale Änderung des Brechungsindex des Strahlungsgliedes im wesentlichen
der Änderung des Durchmessers des Antennenquerschnittes.
Solche Antennen haben ein Strahlungsdiagramm, · das eine größere Richtkräft aufweist als Stabantennen
derselben Länge und desselben Durchmessers.
Fig, 3, 4 und 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Anregungssystemen, die bei der erfin
dungsgemäßen Antenne verwendet werden können. Sie bestehen aus einer koaxialen Leitung mit einem
Außenleiter5 und einem Innenleiter6. Im Leiters
ist eine Öffnung 7 vorgesehen, durch welche ein Metallstab 8 hindurchgeht, dessen Durchmesser etwas
kleiner als derjenige der Öffnung 7 ist. Dieser Stab ist mit einem Ende an den Innenleiter 6 angeschweißt
und trägt an seinem anderen Ende eine halbkreisförmige Metallplatte 8°, die wie in Fig. 4 angeordnet
ist, d. h. senkrecht zur Achse der koaxialen Leitung, und einen Durchmesser hat, der im wesentlichen gleich
demjenigen des Leiters 5 ist. An den Außenleiter 5
ist ein Stab 9 angeschweißt, der eine Platte ga trägt,
wobei der Stab 9 und die Platte ga mit dem Stab 8 bzw.
der Platte 8a übereinstimmen und die Anordnung 8, 8°, 9 und 9° symmetrisch zur Achse der koaxialen
Leitung angeordnet ist. Die beiden Leiter der koaxialen Leitung sind mittels Isolierscheiben L (Fig. 3)
voneinander isoliert. Die koaxiale Leitung wird von ihrem linken Ende her erregt. Der Stab T, welcher
die Scheiben E1 bis E10 trägt (Fig.'2), ist an dem
Leiter 5 (Fig. 3) befestigt. Zusätzlich ist die gesamte
' Anregungsanordnung nach Fig. 3 in ein Horn 10 (Fig. 2) eingeschlossen. Dieses Horn verbessert die
Strahlung in der gewünschten Richtung sowie die Anpassung der Impedanz der Antenne an diejenige
des koaxialen Kabels.
Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung enthält einen Metallzylinder io°, dessen Aufgabe dieselbe wie diejenige
des Horns 10 nach Fig. 2 ist, nämlich die Verbesserung der Antennenanpassung und die Ausschaltung,
der Rückstrahlung, Der Zylinder ioa überdeckt
das Anregungssystem sowie die Anfangsscheiben F1,
F2 und F3 der ersten Antennenspindel 4. Am linken
Ende ist der Zylinder durch ein ringförmiges Element 13
abgeschlossen, das an einer mit Gewinde versehenen Hülse 11 befestigt ist. Letztere ist auf eine andere
Muffe 12 aufgeschraubt, die am Außenleiter 5 befestigt
ist. Auf diese Weise ist -es möglich, die Lage des Zylinders io° abzustimmen, indem die Hülse 11
verschraubt wird, um so eine befriedigende Impedanzanpassung zu erreichen. Ferner kann ein zusätzliches
Impedanzanpassungsglied in das koaxiale Antennenkabel eingefügt werden.
Die Anordnung nach Fig. 5 wird insbesondere angewandt,
wenn die Leitung 5-6 sich vom einen Ende der Antenne bis zum anderen erstreckt und so den
Stab T ersetzt. In diesem Falle trägt sie die Scheiben (Fig. 6 und 7).
Die dielektrischen oder künstlichen dielektrischen Antennen können in bezug auf ihre Richtkraft noch
verbessert werden, wenn jede Spindel oder jede Spindelgruppe im wesentlichen in Phase mit der
Welle erregt wird, welche sich innerhalb der Leitung längs der Achse fortpflanzt. Dies erreicht man auf die
in Fig. 6.dargestellte Weise. In dieser Figur werden die Scheiben der Spindeln K1, K2, Ks und Z4 von dem
Außenleiter 5 getragen.
Die erreichten Ergebnisse können an Hand zweier ausgeführterBeispiele
I und II deutlich gemacht werden. Die verwendeten Antennen besaßen zwei bzw. drei Spindeln.
Jede Spindel (Fig. 7) besteht aus 13 Metallscheiben,
E1 bis E13, deren Durchmesser folgende Werte haben:
20, 22,5, 25, 27,5. 30, 32,5. 35, 32,5, 3O, 27,5, 25,
• 22,5; 20 mm. Diese Scheiben sind ungefähr 2 mm dick. Sie werden durch einen metallischen Stab T1 getragen
und mittels einander gleicher MetaUröhrchen O1,
O8 usw. voneinander getrennt, deren jedes 15 mm lang
ist und 8 mm Durchmesser hat.
Die erreichten Ergebnisse sind in der folgenden Tafel aufgezeichnet, und die entsprechenden Strahlungsdiagramme
sind in Fig. 8 gestrichelt bzw. ausgezogen aufgezeichnet.
Beispiel:
I II
I II
Spindelanzahl 2 '3
Feldstärkegewinn 3,2 3,7
Leistungsgewinn 16 db 17,5 db
Halbwertswinkel 29° 230
Nebenmaxima 13 db 12 db
Rückstrahlung 30 db 30 db
Die Gewinne beziehen sich auf eine isotrope Strahlungsquelle. Diese Ergebnisse wurden mit Antennen
erreicht, die durch einen runden Hohlleiter erregt wurden.
Die obigen Beispiele zeigen, daß der Antennengewinn mit der Anzahl der Spindeln wächst. Mit einer
großen Zahl von Spindeln, wie beispielsweise zehn Spindeln, können sehr hohe Gewinne erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Antenne könnte auch mit Scheiben gleichen Durchmessers erreicht werden, die
längs der Achse X1-X^ mit veränderlichem Abstand
angeordnet sind. Das Experiment zeigt, daß die erwähnte Änderung des Brechungsindex auf diese Weise
ebenso gut erreicht werden kann wie mit Hilfe gleichförmig längs der Achse verteilter Scheiben verschiedenen
Durchmessers. Ferner kann eine Durchmesserveränderung mit der Abstandsänderung kombiniert
werden, wie in Fig. 9 dargestellt.
Die Änderungen des Brechungsindex bei den erfindungsgemäßen Antennen sind in dem Diagramm
der Fig. 10 in Abhängigkeit vom Abstand längs der Achse X1-X2 aufgetragen. Die erhaltene Kurve ist
eine Wellenlinie, deren Mittelwert stetig vom Speisungsende zum Ausgangsende der Antenne zu abnimmt.
Dieser Wert ist umgekehrt proportional zum Scheibendurchmesser.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern kann alle im Bereich des fachmännischen Könnens liegenden Abwandlungen
erfahren. So können bei künstlichen dielektrischen Antennen anstatt der runden Scheiben
ovale oder vieleckige Elemente verwendet werden.
Claims (8)
1. Ultrakurzwellenantenne, bestehend aus einer Reihe längs einer Achse angeordneter koaxialer
Teile, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein geometrischer Parameter jedes Teiles periodisch
oder fast periodisch sich in Richtung der Längsachse derart ändert, daß abwechselnd Maxima unä
Minima dieses Parameters und damit des Brechungsindex entstehen.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile aus dielektrischem
Material bestehen und daß ihr Querschnitt senkrecht zur Achse periodisch zu- und abnimmt, wobei
die größten Querabmessungen in der Größenordnung der Wellenlänge, für welche die Antenne
bestimmt ist, liegen.
3. Antenne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen stabförmigen metallischen Träger, auf
dem kreisförmige Metallscheiben zentrisch sitzen.
4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben gleichmäßig Abstand
voneinander haben, während ihr Durchmesser 75-periodisch zu- und abnimmt.
5. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Scheiben voneinander
periodisch zu- und abnimmt.
6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Dimension der Platten
stetig vom einen Ende der Antenne zum anderen hin abnimmt.
7. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der stabförmige Träger hohl ist und
den Außenleiter einer koaxialen Leitung bildet, welche die Verlängerung der Antennenspeiseleitung
darstellt.
8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben eine Reihe spindelförmiger
Abschnitte bilden, während Speise- und Anpassungsmittel für jede Gruppe benachbarter
Spindeln vorgesehen sind, wobei jede Gruppe wenigstens eine Spindel umfaßt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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