-
Antennenanordnung mit einem Dipolstrahler in Schmetterlingsform Die
Erfindung geht von einer Strahlerform für Antennenanordnungen aus, welche unter
der Bezeichnung »Schmetterlings-Dipol« bekanntgeworden ist .und wegen ihrer günstigen
Brei.tbandeigensdhaften besonders für das Fernsehen; verwendet wird. Ein Dipolstrahler
in Schmetterlingsform besteht aus zwei flügelartigen flächenhaften oder gitterförmigen
Strahlerhälften, deren längs der inneren Kanten geführte Leier eine auf beiden Seiten.
kurzgeschlossene Doppelleitung bilden, an deren Mitte die zum Funkgerät führende
Speiseleitung angeschlossen ist. In der Praxis ist 'diese Strahlenform ausschließlich
in Drehkreuzanordnung verwendet worden,, wobei zum Zwecke der horizontalen Bündelung
mehrere D.rehkreuzgruppen übereinander an dem.gleichen Tragmast angeordnet worden
sind. Die Strahlerform als solche sowie ihre entwicklungsgeschichtliche Herleitung
aus verwandten Strahlern sind beschrieben und dargestellt in dem Buch »Fernsehen
«,herausgegeben von L e i t h ä u s e r und Winckel, Springer-Verlag, auf den S.
124 und I25, besonders in den Abb. 95, 9 und 96, 3.
-
Aus der Fachliteratur ist ferner bekannt, daß diegünstigen Breitba-ndeigensc'haften
dieser Strahlenform sich außer durch die verschiedenen Längen der Stromwege auf
dem Strahler auch dadurch erklären lassen, daß der Blindwiderstandsgang des Strahlers
sich mit dem Blindwiderstandsgaug der durch die
einander.parallelen
Innenkanten und den Mast gebildeten Leitung in einem ausgedehnten Frequenzbereich
kompensiert. Der Schmetterlingsstrahler wurde auch miit einem der Länge nach geschlitzten
Flächenstrahler verglichen, bei welchem der Einfluß des als Paralleldr#.htleitung
aufzufassenden Schlitzes sich ebenfalls in der Richtung einer Blindwiderstandskoriipensation
verwerten läßt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Erhaltung der erwähnten
guten Eigenschaften der bekannten Schmetterlingsstrahler diese konstruktiv so zu
gestalten, daß sie nicht nur in der bekannten Weise in einer Drehkreuzanordnung
verwendet werden können, sondern universell anwendbar sind. Besonders soll die Anwendung
der Schmetterlingsstrahler auch in, -solchen Fällen ermöglicht werden;. in denen
- beispielsweise wegen der bei hohen Antennenanordnungen gesteigerten mechanischen
B@eansprudhung =- dicke Rohr- oder Gittermaste als Träger der Strahler erforderlich
sind.
-
In- einer Antennenanordnung mit einem Dipolstrahler in: Schmetterlingsform
mit zwei flügelartigen flächenhaften oder gitterartigen Strahler-!hälften, deren
längs der :inneren Kanten geführte Leiter eine auf beiden Seiten kurzgeschlossene
Doppelleitung bilden, an deren Mitte die zum Funkgerät führende Hodhfrequenzleitung
angeschlossen ist, soll erfindungsgemäß der Strahler wenigstens mit Teilen seiner
Hauptebene im wesentlichen par-, allel zu gegenüberliegenden Oberflächenteilen einer
reflektierenden Fläche, besonders eines Rohr- oder Gittermastes, angeordnet sein;
ferner soll zur Halterung des Strahlers wenigstens eine elektrisch leitende und
mit beiden Strahlerhälften über eine Kurzschlußverbindung der Doppelleitung leitend
verbundene Stütze vorgesehen sein, welche durch wenigstens einen über die Kurzschlußstelle
hinaus verlängerten Leiter der Doppelleitung oder ein an einer Kurzschlußverbindung
angreifendes Stützglied gebildet wird und deren Achse im wesentlichen innerhalb
der Symmetrieebene des Strahlers liegt und gegen die Hauptebene einen Winkel bildet.
-
Als Hauptebene des Strahlers soll dabei diejenige zur Symmetrieebene
senkrechte Ebene bezeichnet werden, welche durch die Flächenschwerpunkte beider
Strahlerhälften geht. Bei, ebenen Strahlern ist die Hauptebene mit der Strahlerebene
identisch. Bei Strahlerformen mit albgeknickten oder gewölbten Flügeln bildet die
in der erwähnten Weise definierte Hauptebene einen nützlichen: Bezugsort für die
Orientierung des. Strahlers in bezug auf die mit ihm zusammenarbeitende-Relektorfläche.
-
Die Erfindung ergibt den Vorteil, daß Söhmetterlingsstrahler ohne
Beschränkung auf das. Drehkreuzprinzip auch für Antennenanordnungen mit sehr großen
Gewinnziffern und entsprechend höher, übereinander gestaffelter Bauweise ausführbar
sind, wobei aus Festigkeitsgründen verhältnismäßig dicke Maste verwendet werden.
müssen. Diese können bei der Anordnung nach der Erfindung als Rohr- oder Gittermaste
gleichzeitig die Refiektorfläche bilden und innen.,so geräumig gehalten werden,
da.ß sie die zur Speisung der Strahlergruppen erforderlichen Leitungsverzweigungen
und Transformationsstücke im Innenraum aufnehmen und außerdem. auch von innenbestiegen
werden können, was die Wartungsarbeiten in an sich bekannter Weise wesentlich vereinfacht.
Im Vergleich zu bekannten Strahlergruppen mit etwa gleich großer Gewinnziffer ergibt
sich durch die Verwendung von Schmetterlingsstrahlern, nicht nur ein Vorteil hinsichtlich
der erzielbaren. Bandbreiteh, "sondern die Gesamtanlagen werden auch billiger. Dieses.
Ergebnis zeigt sich 'beispielsweise beim Vergleich mit Breitbandantennen besonders
deutlich, welche aus Ganzwellend:ipolstrahlern aufgebaut sind und deren mechanischer
und elektrischer Aufwand- auch hinsichtlich der erforderlichen Speisung über Lecherleitungen
und Symmetrnereinrichtungen (hoch ist. Demgegenüber bilden die unter Verwendung
des Erfindungsgedankens ausgeführten, in den nachfolgenden Beispielen genauer beschriebenen
Antennenanlagen mit Schmetterlingsstrahlern eine wesentliche Vereinfachung bei noch
besseren Breitbandeigenschaften und vereint mit der Möglichkeit, Wünsche auf sehr
hohe Gewinnziffern nach Wegfall der durch die Festigkeit dünner Rohrmaste gegebenen
Grenzen durch eine. praktisch beliebig ausdehnbare Höhenstaffelung'zu erfüllen.
-
Eine in mechanischer und elektrischer Hins'ie'ht 'besonders vorteilhafte
Ausführungsform der Antennenanordnung nach der Erfindung besitzt. das zusätzliche
Merkmal, daß die Leiter der Doppelleitung über die Begrenzungen der Strahler hinaus
verlängert sind und -beiderseits der Strahler je ein in einiger Entfernung von der
Strahlerbegrenzung kurzgeschlossenes Doppelleitungsstück bilden, dessen Teile gleichzeitig
mechanische Stützelemente für die Halterung sind. Zur Verbindung mit dem tragenden
Bauteil können die Leiter umgebogen oder abgeknickt sein. Wenigstens eine der beiden
Kurzschlußverbindwngen. kann durch einen einstellbaren Schieber gebildet werden,
an dessen Mite@ein Stützglied angreift. Vorzugsweise können aber auch beide Leiter
der Doppelleitung über die Kurzschlußverlindungen hinausgeführt und mit dem geerdeten
tragenden Bauteil verbunden sein.
-
Die bei dieser Ausführungsform einer Antennenanordnung nach der Erfindung
erzielteVerwendung von Teilen. der Halterungskonsbruktion als elektrisch wirksame
Schailtelemente ergibt den zusätzlichen Vorteil, daß durch zweckentsprechende Bemessung
der Längen der beiderseits der Strahler gebildeten Doppelleitungsstücke eine weitere
Freiheit in der Abstimmung der Kompensationswirkung für den B'lindwiderstandsgang
der vers.chiedenen Teile gewonnen wird. Die von der mittleren Speisungsstelle aus
gemessene Länge der durch die inneren Strahlerkanten gebildeten Doppelleitung muß
nun nicht mehr notwendigerweise ,gleich der halben Strahlerliöhe sein, sondern-
kann länger bemessen werden. Diese -Frei'hei't, *die Strahlenhöhe und die Längen.
der K:ompensationsleitungsstücke unabhängig voneinander zu wählen, kann zu einer
weiteren Ausdehnung des Bereiches guter Widustandsanpassung ausgenutzt werden.
Durch
Feineinstellung der Kurzschlußschieber wird eine sehr bequeme und genaue Einstellung
auf das zu übertragende Frequenzband ermöglicht. Durch die über die Strahlergrenzen
hinaus verlängerten Kompensationsleitungsstücke lassen sich auch Blindwiderstände
verwirklichen, wie sie bei vom bekannten Drehkreuzprinzip abweichenden Gruppenanordnungen
solcher Strahler vorteilhaft sind. Es können dabei-speziell die beim Zusammenwirken
von Schmetterlingsdipolen mit ebenen oder gewölbten Reflektorflächen (oder mit weiteren
Schmetterlingsstrahlern in parallelen Ebenen) auftretenden Blindwiderstan:dsgänge
kompensiert werden. Auch können Reihenanordnungen von Schme@tterlingsstrahl:ern
auf diese Weise leicht für besonders breite Frequenzbänder .eingestellt werden.
Infolge des Kurzschlusses sind die überstehenden Leitungsenden praktisch elektrisch
neutral; sie können daher ohne Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften der Antenne
beliebig lang gehalten und gebogen werden sowie auch mit geerdeten Tragelementen
mechanisch und elektrisch verbunden werden. Dabei können die kompensierenden, also
elektrisch aktiven Leitungsteile in die gebogenen Längen hineinreichen. Da die Leiter
der Innenkanten gewöhnlich als stabile Rohre ausgeführt werden, ergibt sich ohne
Mehraufwand eine mechanisch überaus robuste Halterung, deren zwischen den Kurzschlußverbindungen
und den Strahlern liegende Teile gleichzeitig nützliche elektrische Wirkungen ergeben.
-
Ausführungsformen von Antennenanordnungen mit Dipölstrahlern in Schmetterlingsform
nach der Erfindung sind in den Abb. i bis $ der Zeichnung dargestellt.
-
In Abb. i ist im linken Teil der Zeichnung die Ansicht einer Antennenanordnung
mit einem Schmetterlingsdipol nach der Erfindung dargestellt. Der rechte Teil der
Zeichnung bildet die zugehörige Seitenansicht. i und 2 sind die gitterförmigen Strahlcrhälften,
die an den rohrförmigen Leitern 3 und q. befestigt sind. Diese Leiter sind in Richtung
auf den tragenden Mast oder Reflektor 9 abgeknickt und am Mast befestigt. Auf dem
Leiterpaar 3, 4 sind Kurzschluß,schieber 5 und 6 angebracht, durch welche die elektrisch
wirksame Länge der durch die Leiter gebildeten Leitungsstücke bestimmt werden kann.
Die Dipolstrabler werden in ihrer Mitte gespeist; zu diesem Zweck ist eine koaxiale
Speiseleiturig i i, wie im linken Teil der Abbildung angedeutet, durch das Rohr
q. bis zur Mitte geführt, wo der Innenleiter dies Rohrstutzens 7 zu dem Anschluß
8 in der Mitte des Rohres 3 hinübergeleitet ist. Durch die Einstellung der Kurzschlußschieber
5 und 6 auf den über die Strahler Üi.nausragenden Doppelleitungsstücken läßt ,sich
das Bl:i:ndwiderstandsverhalten der parallel arbeitenden Strahler sehr fein regulieren.
-
In Abb. 2 ist in perspektivischer Ansicht eine aus Dipolstrahlern
nach der Erfindung aufgebaute An-
tennenanordnung dargestellt, welche drei
mittels der umgebogenen Leiter auf dem Mantel eines zylindrischen Mastes io befestigte
Schmetterlings-Strahler aufweist. Die Strahler sind um je i2o' gegeneinander
versetzt. Der dritte hinter dem Mast liegende Strahler ist in der Zeichnung nicht
dargestellt, da seine Teile durch den Mast verdeckt werden. In dieser Anordnung
s.indi dlie Dipolstrahler derartig angeordnet, daß die Mitten ihrer inneren Kanten
auf einer diese Kanten rechtwinklig schneidenden Ebene liegen. Bei vertikaler Mastanordnung
liegen demnach die Strablermitten sämtlich auf gleicher Höhe. Um mit einer Antennenanordnung
nach Abb. 2 ein möglichst rundes Horizontalstrahlungsäsagramm zu erzeugen, sind
die Ebenen der Hälften eines jeden Strahlers so angeordnet; daß sie miteinander
einen in Richtung auf den Mast geöffneten stumpfen Winkel bilden. Die Kurzschlußsehieber
5 und 6 dienen, wie in Abb. i, zur Einstellung der elektrisch wirksamen Leitungslängen
und damit zur Feinabstimmung der Antenne. Die über die Kurzsdh@lußsohieber hinausreichenden
Leiterstücke sind unmittelbar an dem Mast io befestigt. Dieser Mast -ist so dick
angenommen, daß er neben seinen Aufgaben als Tragelement auch die Aufgabe eines
Reflektors erfüllt. In Abb. 6 ist der Grundriß der Anordnung nach Abb. 2 in einem
veT-kleinerten Maßstab dargestellt. Durch das Zusammenwisken der Schm:etterlingsd-ipole
mit einem Reflektor werden die Blindwiderstandsgänge dieser Strahler gegenüber dem
Fadl der'freien Aufstellung im Raum, wie bei der Drehkreuzanordnung, verändert.
Durch die Eigenschaften der entsprechend der Erfindung vorgesehenen verlängerten
Kompensationsleitungen lassen sich jedoch diese Einflüsse in der erwünschten Weise
ausgleichen.
-
In Abb. 3 ist eine Antennenanordnung -mit Schmetterlingsdipolen nach
der Erfindung für einseitige Richtwirkung dargestellt, welche mit einem ebenen Reflektor
12 zusammenarbeitet. Zum Unterschied von der Anordnung der Abb. 2 sind die Dipolstrahler
i, 2 .und 1', 2' in Abb. 3 in einer Reihe angeordnet, derart, daß ihre einander
entsprechenden inneren Kanten auf zwei einander parallelen Geraden liegen und die
längs dieser Kanten geführten Leiter 3 und, q. eine durchgehende Doppelleitung bilden,
deren zwischen zwei zu verschiedenen Strahlern gehörenden Kurzsdhlußverbindungen
liegende Teilstücke Halterungsteile bilden. Diese. Halterungsteile sind in Abb.
3 durch die Kurzschlußschieber 5 und 6 gegenüber der Traverse des Mastes io elektrisch
abgegrenzt. An den Außenenden sind die Leiter 3 und q. in einfacher Weise haarnadelförmig
gebogen, ohne daß es an -diesen Enden einer besonderen Einstellmöglichkeit für die
Länge bedarf.
-
Antennenanordnungen ähnlich derjenigen nach Abb. 3 können auch an
Turmkonstruktionen mit rechteckigem oder quadratischem Grundriß aufgehängt werden,
wobei die Teile der Turmkonstruktion selbst als Reflek torelemente mitwirken. Der
Grundriß einer solchen Anordnung ist als Schema in Abb. 5 dargestellt. Der turmartige
Träger io ist auf zwei Seiten mit Strahlergruppen nach Abb. 3 ausgestattet. Eine
solche Anordnung könnte beispielsweise zweckmäßig sein, wenn ein Winkel von
ungefähr
i8o° oder weniger als i8o° ausgeleuchtet werden soll. Wird eine vollkommene Rundstrahlung
gewünscht, so wäre selbstverständlich auch eine entsprechende Anordnung mit vier
auf den Seiten des Quadrats.angebrachten Strahlern möglich.
-
Abb. 4 läßt erkennen., wie "vorteilhaft die Anwendung der Erfindung,
besonders beim Aufbau von Gruppen mixt einer größeren Anzahl von Schmetterlingsdipolen,
ist. D;iedargestellteStrahlerreihe mit den Strahlerhälften 1,:2 und i', 2' usw.
ist in Paare aufgeteilt, welche von zugehörigen durchgehenden Leitungen 3, 4 getragen
werden. Die durchgehenden Leitungen 3, 4 eines jeden. Paares werden in der Mitte
mittels einer an den Leitungszwischenstücken angreifenden Stütze 13 getragen. Beiderseits
dieser Stütze liegen. auf den Leitungszwischenstücken die Kurzschlußschieber 5 und
6. Duzch den Innenraum der Stützen. 13 ist die Speiseleitung geführt, welche
sich"in der Strahlerebene in zwei Zweige gabelt, die zu den einzelnen Strahlern
gehören. An den Enden der durchgehenden Leitungen 3, 4 eines jeden Paares sind Kurzschlußverbindungen
vorgesehen, welche im allgemeinen nicht verstellbar zu sein brauchen. An den Mitten
dieser Kurzschlußverbindungen greifen die Stützen 15 an, weiche die Enden gegen
den Reflektor 14 abstützen. Diese Stützen haben keine besondere elektrische Aufgabe
und ,können, wenn die Konstruktion. der Leiter 3, 4 genügende Steifigkeit ergibt,
auch wegfallen.
-
Außer der -in Abb. 6 dargestellten Anordnung mit drei Strahlerreihen,
die um einen Rundmast-herum verteilt sind, können bei dickeren Masten oder bei Strahlern
für kürzere Wellenlängen. auch Anordnungen mit vier Strahlerreihen um einen Rundmast
entsprechend Abb. 7 verwendet werden.
-
In Abb. 8 ist eine besonders. zweckmäßige Ausführungsform einer Antennenanordnung
mit derartigen um einen Rundmast verteilten Strahlerreihen dargestellt. Die Schmetterlingsstrahler
sind in Paaren konstruktiv zusammengefal3t, wobei jedes Paar eine Mittelstütze i3
aufweist, durch welche die zu dem entsprechenden Paar gehörende Speiseleitung hindurchgeführt
ist. Die Abstützung der Enden eines jeden Strahlerpaares erfolgt in ihn, licher
Weise wie in Abb. i, jedoch sind nicht beide Leitungen 3 und 4 als Stütze bis zu
dem Befestigungspunkt am Mast geführt, sondern es sind. einzelne Stützen 16 vorgesehen,
welche an der Kurzsch'lußverbindung am freien Ende eines Strahlerpaares angreifen
und in einem spitzen Winkel zum Mast geführt sind.