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Richtantennen-Anordnung Dem Zwecke der Erzielung möglichst starker
Bündelungen elektromagnetischer Wellen und dem der Erhöhung der ausgestrahlten Energie
dienen meist Antennensysteme, bei denen eine Mehrzahl von Einzelstrahlern gleicher
Dimension in zweckmäßiger Weise zusammengeschaltet ist. Bei der Speisung solcher
Systeme ist es von grundlegender Wichtigkeit, daß die einzelnen Speiseleitungen
für die Strahler - vorzugsweise Dipole - einen Wellenwiderstand aufweisen, der möglichst
gleich dem Widerstand der Strahler, bei Vernachlässigung der Eigendämpfungen also
gleich dem Strahlungswiderstand ist. Andernfalls entstehen stehende Wellen auf den
Zuleitungen, die erhöhte Leitungsverluste und möglicherweise unzulässig hohe Überspannungen
verursachen. Ähnliche Probleme treten bei der Zusammenschaltung und Speisung sonstiger
Verbraucher für ultrahochfrequente Energie auf.
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Es empfiehlt sich nun, insbesondere in dem vorliegenden Fall der gleichphasigen
Erregung der Strahler, vom Gesichtspunkt einer günstigen Speisung aus, das Antennensystem
aus 2n (n = z, 2, 3 ... ), also beispielsweise aus 2, q., 8, 16, 32 ... Einzelstrahlern
aufzubauen. Diese Systematik bietet nämlich die Möglichkeit, bei der Speisung jeweils
zwei Einzelstrahler, sodann zwei Paare, zwei Vierer usw. zusammenzufassen und auf
diese Weise einen sowohl in elektrischer als auch konstruktiver Hinsicht symmetrischen
und einfachen Aufbau zu erzielen. Außerdem kann hierbei sehr leicht der Notwendigkeit,
alle Speiseleitungen gleich lang zu gestalten, Rechnung getragen werden. Die Hauptsache
aber ist, daß
gerade diese Anordnung, bei der die Speiseleitungen
jeweils paarweise zusammengefaßt werden, in besonders günstiger Weise die erfindungsgemäße
Beseitigung des in folgendem beschriebenen Nachteiles gestattet.
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Der Abschlußwiderstand einer Zuführungsleitung, der Widerstand eines
Dipols also, sei -Jis. Er ist, wie bemerkt, praktisch gleich dem Strahlungswiderstand
des Dipols. Bei Voraussetzung der notwendigen richtigen Anpassung muß also die Speiseleitung
für einen Dipol einen Wellenwiderstand &u = R3 aufweisen. Schaltet man zum Zwecke
der parallelen Speisung zweier Dipole zwei dieser Leitungen zusammen, so bedarf
es einer Zuführungsleitung mit dem Wellenwiderstand
Bei Speisung aller P-Dipole eines Antennensystems, die in irgendeiner Weise zusammengeschaltet
sind, benötigt man für das Antennensystem eine Sueiseleitung, deren Wellenwiderstand
nur
beträgt. Gelangen also zum Beispiel Dipole mit einem Strahlungswiderstand R3 = i2o
Ohm zur Anwendung, so würde für die Speisung eines Strahlergebildes von beispielsweise
sechzehn Dipolen bei Nichtanwendung der vorliegenden Erfindung eine Energiezuleitung
mit dem Wellenwiderstand
Ohm notwendig werden. Solche Leitungen, welche teilweise beachtliche Entfernungen
zu überbrücken haben und infolgedessen auch einen erheblichen Anteil der Gesamtkosten
der Sendeanlage fordern, werden - der Zweckmäßigkeit entsprechend - meist als erdasymmetrische
Koaxialkabel ausgebildet.
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Nun hat aber der geforderte Wellenwiderstand derartiger Leitungen
einen erheblichen Einfluß auf die Kosten ihrer Herstellung. Es hat sich gezeigt,
daß Koaxialleitungen bei Wahrung einer innerhalb vernünftiger Grenzen liegenden
Wirtschaftlichkeit nur mit Wellenwiderständen von etwa q.o bis 8o Ohm herstellbar
sind. Leitungen mit einem dem obigen Beispiel entsprechenden Wellenwiderstand von
7,5 Ohm oder noch geringeren Werten bei Antennensystemen von mehr als sechzehn Strahlern
oder gleichzeitiger Speisung mehrerer Antennensysteme lassen sich zwar herstellen,
aber nur unter einem unverhältnismäßig hohen Kostenaufwand, ganz abgesehen von dem
weiteren Nachteil der Notwendigkeit eines sehr großen Durchmessers solcher Leitungen.
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Die Erfindung zeigt nun einen Weg, der es gestattet, mit normalen
Koaxialleitungen, zum Beispiel Antennensysteme beliebigen Ausmaßes, vorzugsweise
jedoch solchen mit 2n (n = i, 2, 3 ... ) Einzelstrahlern, unter Wahrung
der notwendigen Anpassungsbedingungen zu speisen.
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Die erfindungsgemäße Richtantennenanordnung, insbesondere aus gleichphasig
erregten Dipolen, bei der die Einzelstrahler in Gruppen staffelweise zu größeren
Einheiten zusammengefaßt sind, ist dadurch gekennzeichnet; daß zur Speisung ein
einziges Kabel vorgesehen ist, an das gleichrangige Strahlergruppen über an sich
bekannte Symmetrierglieder angeschlossen sind, derart, däß je zwei gleichrangige
Strahlergruppen über je ein Symmetrierglied und je zwei solcher Symmetrierglieder
über weitere Symmetrierglieder in pyramidenförmigem Aufbau zusammengefaßt sind,
von denen das letzte mit dem Kabel verbunden ist, und daß zur Überführung in die
Symmetrierglieder bzw. in die höherrangigen Symmetrierglieder der Pyramide jeweils
zwei erdfreie Leiter zu einem erdunsymmetrischen Leiterpaar zusammengefaßt sind.
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Mit Hilfe dieser Methode kann unter Benutzung der Eigenschaften der
bekannten Symmetrierglieder eine Zusammenschaltung von je zwei erdunsymmetrischen
Leitern unter Erhöhung des Wellenwiderstandes erfolgen. Hat beispielsweise die erdsymmetrische
Leitung einen Wellenwiderstand 2x, der Einzelleiter also einen solchen von
gegen Erde, so hat das nach einer in an sich bekannter Weise im Verhältnis i : i
durchgeführten Umwandlung entstehende erdunsymmetrische System ebenfalls einen Wellenwiderstand
'2x, der nicht auf Erdpotential liegende Leiter dieses letzteren Systems also einen
Wellenwiderstand von 13" gegen .Erde. Bei Zusammenführung zweier solcher Einzelleiter
gleicher Ordnung erhält man also ein erdsymmetrisches Leitungssystem, dessen Wellenwiderstand
2 2" beträgt.
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Diese Methode hat weiterhin den bekannten Maßnahmen zur Speisung von
Richtantennenanordnungen gegenüber den Vorteil, daß - nur ein Speisekabel benötigt
wird.
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Die Erfindung soll im nachfolgenden an Hand Von Zeichnungen erläutert
werden.
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Fig. = zeigt die erfindungsgemäße Anordnung in schematisierter Form
für ein Antennensystem mit sechzehn übereinander angeordneten gleichphasig erregten
Dipolen; Fig.2 zeigt eine konstruktive Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
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Die Dipole i gemäß Fig. i mit dem Strahlungswiderstand R, werden von
je einer erdsymmetrischen Leitung 2 mit einem Wellenwiderstand 22 = 3#s gespeist.
Jeweils zwei dieser Leitungen werden an der Stelle 3 zu je einer erdsymmetrischen
Leitung q. mit dem Wellenwiderstand
zusammengefaßt, worauf an der Stelle 5 wiederum eine Zusammenführung zweier Leitungen
q. zu einer Leitung 6 mit dem Wellenwiderstand
erfolgt. Die erdsVmmetrische Leitung 8 mit dem Wellenwiderstand
entsteht in gleicher Weise durch Zusammenführung von je zwei Leitungen 6 an der
Stelle 7.
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. Diese Leitung 8 wird nun mittels eines UKW-Symmetrieübertragers
9 mit dem Übersetzungsverhältnis z : i in eine erdunsymmetrische Leitung gleichen
Wellenwiderstandes; z. B. in eine Koaxialleitung, umgewandelt. Der auf Erdpotential
liegende Außenleiter braucht jedoch gar nicht herausgeführt zu werden, sondern nur
der Innenleiter io, dessen Wellenwiderstand gegen Erde
beträgt. Bei phasennichtiger Zusammenführung des Leiters io mit
einem
entsprechenden Leiter 1i entsteht wieder eine erdsymmetrische Leitung 12 mit dem
Wellenwiderstand
. Nun erfolgt mittels eines weiteren Symmetrieübertragers 13 mit dem Übersetzungsverhältnis
i : i wiederum eine Umwandlung in eine erdunsymmetrische Koaxialleitung 14, mit
dem Wellenwiderstand
die Antennen-Energiezuführungsleitung. Beträgt gemäß obigem Beispiel der Dipol-Strahlungswiderstand
R, = 12o Ohm, so wäre für das in Fig. i dargestellte Ausführungsbeispiel eine Speiseleitung
mit dem Wellenwiderstand 214 =300hm notwendig. Wünscht man einen Wellenwiderstand
dieser Leitung von 6o Ohm, so muß man innerhalb des Speisungssystems, beispielsweise
bei den Leitungen 6, eine zusätzliche Umwandlung der beschriebenen Art vornehmen.
An sich ist es gleichgültig, an welchen Stellen des Systems -diese Umwandlungen
erfolgen, aber es erscheint, abgesehen von noch zu erwähnenden konstruktiven Vorteilen,
günstig, diese Umwandlungen in die Hauptverzweigungen, also in die elektrische Nähe
des Speisepunktes zu legen, weil es dann der geringsten Anzahl solcher Übertrager
bedarf.
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Es muß jeweils streng beachtet werden, daß alle Leitungsabschnitte
gleicher Ordnung die gleiche Länge aufweisen. Unter diesen Umständen kann die richtige,
d. h. gegenphasige Zusammenführung der Leiter 1o und 1i nur erfolgen, wenn vor der
Umwandlung in den Übertragern 9 eine Kreuzung der beiden Leitungen 8 erfolgt ist,
was in Fig. i an der Stelle 15 geschehen ist.
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Man ist natürlich nicht unbedingt an die den günstigsten Fall darstellende
Anordnung von 7,71 Dipolen gebunden. Bei Zusammenführungen von erdsymmetrischen
Leitungen, die nicht in erdunsymmetrische umgewandelt werden, also beispielsweise
an den Stellen 3 und 5 der Fig. i, können natürlich ebensogut mehr als zwei erdsymmetrische
Leitungen zu einer zusammengefaßt werden, was selbstverständlich jedoch eine Verringerung
des Wellenwiderstandes zur Folge hat. Werden z. B. im Punkt 3 der Fig. i drei Dipole
mit dem Strahlungswiderstand Ns=12o Ohm angeschlossen, so betragen die nötigen Wellenwiderstände
der Leitungen 2 = 12o Ohm, 4 = 40 Ohm, 6 = 2o Ohm, 8 = io Ohm, 1o und ii = io Ohm
gegen Erde, 12 = 2o Ohm und 14 = 20 Ohm. Hatte man, z. B. bei der Leitung
6, eine zusätzliche Umwandlung vorgesehen, so würde das Gesamtsystem in diesem Falle
einer Energieleitung mit dem wirtschaftlich tragbaren Wellenwiderstand von 40 Ohm
bedürfen.
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Die Fig. i läßt auch bereits die Möglichkeit einer einfachen Konstruktion
eines solchen Antennensystems erkennen, das aus einer Reihe sich gleichender Schaltkombinationen
aufgebaut ist. Diese Anordnung legt es nahe, gleiche und sich wiederholende Zusammenschaltungen
in gleichen Bauelementen unterzubringen, die sodann in beliebiger Form zusammengebaut
oder zusammengestellt werden können.
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Fig. 2 gibt ein Beispiel, in welcher Form die Anlage des Beispiels
der Fig. i konstruktiv aufgebaut werden könnte. Hier sind jeweils vier Dipole i
an einem Flanschrohrstück 16 angebracht, dessen Inneres die Leitungen und Kreuzungen
2, 3, 4, 5 und 6 (Fig. i) enthält. Die kürzeren, ebenfalls mit Flanschen versehenen
Rohrstückchen 17 enthalten die Übertrager 9, während das mittlere Rohrstück 18 den
Übertrager 13 enthält. Die koaxiale Energiezuführungsleitung 14 ist beispielsweise
unten herausgeführt. Die einzelnen Rohrstücke sind mit Hilfe der Flansche irgendwie
miteinander verbunden.
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Abschließend sei noch gesagt, daß bei der Beschreibung aus Gründen
der Übersichtlichkeit die Betrachtungsreihenfolge der Speiserichtung in jedem Falle
entgegengerichtet ist.