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Antennenanordnung für ein Drehfunkfeuer
Die Erfindung bezieht sich
auf eine spezielle Antennenanordnung für ein Drehfunkfeuer. Es ist bereits eine
Antennetanordnung für ein Drehfunkfeuer in Form einer Käfigantenne bekanntgeworden.
Diese Antenne, die aus einem rotierenden Dipol und einem diesen Dipol symmetrisch
umschließenden Käfig besteht, erzeugt ein umlaufendes, kardioidenförmiges Strahlungsdiagramm,
das horizontal polarisiert ist. Der Käfig ist bei dieser bekannten Anordnung über
den Teil, in dem der Dipol rotiert, hinaus nach oben verlängert. Dadurch wird die
in der Strahlung noch vorhandene vertikal polarisierte Komponente unterdrückt.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist es nunmehr, in diesen oberen
Käfigteil, der bisher nur der Kompensation diente, weitere Strahlereinheiten so
einzubauen, daß das umlaufende kardioidenförmige Feld nicht gestört wird. Insbesondere
wird vorgeschlagen, in den oberen Käfigteil eine Antennenanordnung für eine der
Entfernungsmessung dienende Rückstrahlbake einzubauen, deren Strahlung vertikal
polarisiert ist.
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Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch dazu verwendet werden, unter
Benutzung der ursprünglichen Käfigantenne drei Antennen mit voneinander unabhängigen
Strahlungscharakteristiken übereinander anzuordnen. Ein solcher Aufbau wird besonders
in bezug auf die konstruktive Gestaltung und die Anwendungen der Gesamtantennenanordnung
wirtschaftlich, da durch die ursprüngli.che Käfigantenne diese Daten bereits festliegen
und nicht geändert zu werden brauchen.
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Ausgangspunkt der Erfindung ist also eine Antennenanordnung für ein
Drehfunkfeuer, die aus einem durch eine Metallplatte in einen oberen und einen unteren
Abschnitt unterteilten Käfig besteht,
der im unteren Teil eine horizontal
polarisiert stralilende Antenne mit umlaufendem Richtdiagramm enthält und über beide
Abschnitte hinweg aus einer Mehrzahl in gleichen Abständen voneinander auf dem Umfang
eines Kreises angeordneter senkrechter Leiter besteht, die in ihrer Gesamtheit die
vertikal polarisierte Strahlungskomponente des unteren Käfigteiles unterdrücken.
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Erfindungsgemäß ist hierbei im oberen Käfigabschnitt ein zweiter,
unabhängig arbeitender Strahler für andere Verwendungszwecke angeordnet, der derart.bemessen
ist, daß durch die Schlitzwirkung auf Grund der zwischen den senkrechten Leitern
entstandenen Zwischenräume die vertikal polarisierte Strahlungskomponente des zweiten
Strahlers durchgelassen wird.
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An Hand von Figuren soll eine Ausführungsform der Erfindung im folgenden
näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht der Antennenanordnung sowie ein Schaltbild,
wobei der Übersichtlichkeit halber die vorderen und hinteren Käfigteile weggelassen;
sind; Fig. 2 und 3 zeigen Schnittansichten längs der Linien II-II und III-III der
Fig. I.
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Fig. I zeigt ein Drehfunkfeuer, das eine Grundplatte I enthält, auf
der ein kleiner sich drehender Dipol 2 angeordnet ist. Der Dipol wird durch einen
Motor 3 angetrieben, der auf einer dielektrischen Platte 4 befestigt ist. Er rotiert
mit x8oo Drehungen je Minute und erzeugt ein umlaufendes Feld, dessen Richtcharakteristik
die Form einer Acht aufweist. Oberhalb des Dipols befindet sich eine Kreisantenne
5, die ein Rundstrahldiagramm erzeugt. Die beiden Antennen 2 und 5 werden von einem
äußeren Käfig6 umgeben, der als obere Begrenzung die metallische Platte 7 besitzt.
Auf dem Umfang des Käfigzylinders befindet sich eine Anzahl leitender Stäbe 8 in
einem gewissen Abstand voneinander. Dieser Aufbau ist deutlich aus den Fig. 2 und
3 zu erkennen. Der äußere Käfig wirkt als Resonator, der durch die Antennen 2 und
5 angeregt wird. Der Abstand der Grundplatte 1 von der oberen Begrenzungsplatte
7 des Käfigs ist etwas größer als die halbe Betriebswellenlänge. Der gegenseitige
Abstand der Stäbe8 voneinander ist so gering, daß eine Abschirmung der vertikal
polarisierten Wellen stattfindet und somit nur die horizontal polarisierte Komponente
ausgestrahlt wird. Jeweils zwei benachbarte Stäbe 8 bilden die Begrenzung eines
kurzen Hohlleiterstückes, das als eigentlicher Strahler wirkt. Da dieses Hohlleiterstück
etwas länger ist als die halbe Betriebswellenlänge, werden Wellen vom Typ TElo ohne
Dämpfung abgestrahlt.
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Der Aufbau beider Antennen ergibt eine umlaufende Kardioide als Richtcharakteristik,
deren Strahlung horizontal polarisiert ist. Allerdings tritt durch die Resonatorwirkung
des Käfigs noch eine gewisse Vertikalpolarisation auf, die durch die Abstrahlung
der oberen Käfigbegrenzung verursaclit ist. Durch Verlängerung des Käfigaufbaues
über die Platte 7 hinaus kann die Vertikalpolarisation bekanntlich gänzlich vermieden
werden. Die Abschnitte g und 10 eines solchen verlängerten Käfigs zeigt die Fig.
I. Da der Dipol 2 kurz im Verhältnis zur Wellenlänge ist, hat er einen geringen
Strahlungswiderstand und einen unerwünscht hohen kapazitiven Blindwiderstand. Der
durch den Käfig 6 gebildete Resonator vermeidet diese Nachteile des kurzen Dipols
nicht vollkommen. Um die Dipolantenne richtig zu belasten und damit eine Kompensation
zu erreichen, wird die Kreisantenne 5 mitherangezogen, die Teil eines inneren Käfigs
6a ist, der ebenfalls aus einer Mehrzahl längs des Kreisumfanges angeordneter Stäbe
8a besteht. Wenn diese Kreisantenne 5 in einen richtigen Abstand vom Dipol 2 innerhalb
des zweiten Käfigs 6a gebracht wird, wirkt der durch den Käfig 6 gebildete Resonator
als Induktivität. Die bisher geschilderte gesamte Anordnung ist an sich bekannt.
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Für den Betrieb der Funkbake sind zwei Sender 12 und I3 vorgesehen,
wovon der SenderI3 als Reservesender dient. Jeder der beiden Sender enthält einen
Oszillator 14, dem die Sprachmodulation und das Bakenkennzeichen aufmoduliert werden.
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Zusätzlich wird diesem Oszillator ein Bezugssignal von 30 Hz aufmoduliert,
dessen Phase unabhängig von der jeweiligen Winkelstellung des rotierenden Dipols
ist. Der Ausgang dieses Oszillators wird einem nur beschränkt wirksamen Modulationsunterdrücker
15 zugeführt, der seinerseits zwei Ausgänge besitzt. Der eine dieser Ausgänge führt
über Relais x6 und Übertragungsleitung I7 zum Dipol 2, der andere über den Phasenschieber
I8 zu einem zweiten Relais 19 und weiter über ein einstellbares Anpassungsglied
20 zur Ubertragungsleitung 2I, die an den Kreisstrahler 5 angeschlossen ist. Der
Motor 3, der zur Drehung des Dipols 2 dient, erhält seine Spannung von der Spannungsquelle
22. Die Drehung des Dipols 2 erzeugt mit Hilfe des Tonrades 23, das sich auf der
Motorachse befindet, ein Bezugssignal. Dieses Bezugssignal, das über die Leitung
24 dem Sender 14 zugeführt wird, ist beispielsweise im Bereich von 9,48 bis Io,44kHz
frequenzmoduliert, wobei diese Frequenzmodulation im Rhythmus von 30 Hz erfolgt.
Das der Kreisantenne zugeführte Hochfrequenzsignal wird also mit diesem Bezugssignal
moduliert. Die Hochfrequenz, die an den Dipol gelangt, trägt keine solche Modulation.
Die Rotation des Dipols erzeugt im Raum ebenfalls eine Erz quenz von 30 Hz mit variabler
Phase.
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Aus der bisherigen Beschr.eibung ist ersichtlich, daß ein umlaufendes
Diagramm mit Hilfe des umlaufenden Dipols 2, der Kreis antenne 5 und der Käfigresonatoren
6 und 6a erzeugt wird. Die Kreisantenne erzeugt nicht nur die zur Herstellung der
Kardioide notwendige Rundstrahlung, sie dient auch dazu, in Zusammenarbeit mit dem
Resonanzkäfig 6a den kapazitiven Fulßpankbswiderstand des Dipols zu kompensieren.
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Die über den Abschnitt 6 hinausragenden Käfigabschnitte g und 10
dienen nicht nur dazu, die vertikal polarisierte Strahlungskomponente zu unter-
drücken,
sie haben auch noch gemäß der Erfindung eine zusätzliche Aufgabe. Innerhalb des
Käfigabschnittes g ist die Antenne 25 für eine der Entfernungsmessung dienende Rückstrahlbake
angeordnet. Diese Antenne enthält eine senkrecht übereinander angeordnete Strahleranordnung,
bestehend aus den Elementen 26a Hierdurch wird ein vertikal polarisiertes Rundstrahldiagramm
erhalten, wobei das Diagramm in der Vertikalebene durch die Übereinanderstafflung
der einzelnen Elemente sehr schmal wird. Die Antennenelemente werden so eingespeist,
daß das sich ergebende Strahlungsdiagramm je nach Wunsch mit beliebigem Höhenwinkel
einstellbar ist. Der Käfigabschnitt g ist durch eine Platte 27a in zwei Teile unterteilt,
deren jeder kleiner als eine halbe Wellenlänge ist; durch diese Maßnahme wird eine
gleichförmigere Abstrahlung der Wellenfront dieser Antenne erreicht.
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Die Antenne 25 beeinflußt das Strahlungsdiagramm der umlaufenden
Antenne nicht. Es ist allerdings zweckmäßig, einen zweiten Käfig, der durch. eine
Anzahl- längs der Peripherie in gleichem Abstand angeordneter .Stäbe 26 gebildet
wird, um die Antenne 25 herum vorzusehen. Die Stäbe 26 können dabei den gleichen
Durchmesser wie die Stäbe 8a des zweiten Käfigs des Abschnittes 6 haben. Dieser
zweite Käfig um die Antenne 25 herum wirkt dann wie eine Doppelstichabstimmleitung
und dient dazu, diese Antenne an den freien Raum anzupassen. Die -Antenne 25 wirkt
also als Strahlungsquelle für den Höchstfrequenzbereich, deren Energie durch die
Öffnungen benachbarter Stäbe- der beiden konzentrischen Käfige abgestrahlt wird.
Da die Frequenz hier größer als im Abschnitt 6 gewählt ist, entfällt die Sperrwirkung
für vertikal polarisierte Strahlung. Die Zwischen räume zwischen den Stäben stellen
Unstetigkeiten für die radial sich ausbreitende Energie dar. Der Radius des inneren
Käfigs 26 ist so gewählt, daß die Impedanz der Antenne an den freien Raum durch
richtige Lage . der Unstetigkeitsstellen des inneren Käfigs im Hinblick zu denen
des äußeren Käfigs angepaßt ist. Diese Anordnung hat somit die gleiche Wirkung wie
eine Doppelstichleitung bei Paralleldrahtübertragungsleitungen.
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Durch die Anordnung der Antenne 25 in dem Doppelkäfig g tritt eine
Unterdrückung der Nebenmaxima des Strahlungsdiagramms dieser Antenne in vertikaler
Richtung auf. Diese Unterdrückung kommt jedoch einer Energiekonzentration in der
Hauptstrahlrichtung gleich und erhöht somit die effektive Reichweite der Antenne.
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Das Speisekabel der Antenne 25 ist durch einen der Stäbe des inneren
oder äußeren Käfigs des Abschnittes 6 geführt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird
es durch den hohlen Stab 27 zum Anschlußstück 28 der Antenne 25 geführt.
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Der obere Abschnitt der gesamten Antennenanordnung enthält die Bakenantenne
29, deren Frequenzbereich sehr hoch liegt. Diese Antenne besteht aus einer Empfangsantenne
30 und einer Sendeantenne 3 I. Die koaxiale tSbereinanderanordnung dieser beiden
Antennen beeinflußt das Strahlungsdiagramm jeder einzelnen Antenne nicht. Die Stäbe8
haben ebenfalls keinen Einfluß auf die Strahlungsdiagramme, da die Frequenz entsprechend
groß gewählt ist. Die zur Speisung dieser beiden Antennen 30 und 3I notwendigen
Hohirohrleitungen sind so nach oben geführt, daß das Strahiungsfeld der unteren
Antennen nicht verzerrt wird: Dies wird durch Verwendung rechteckiger Hohlrohrleitungen
erreicht, die, wie die Fig. 2 und 3 zeigen, zwei Stäbe 32 und 33 des äußeren Käfigs
bilden Die Hohlrohrleitung 32 speist die Sendeantenne 3I ein, wohingegen die Hohlrohrleitung
33 an die Empfangsantenne 30 angeschlossen ist. Die, Hohlrohrleitung 32 steht mit
dem Sender 34, die Hohlrohrleitung 33 mit dem Empfänger 35 eines kombinierten Sende-Empfangs-Gerätes,
das zur Gegensprechnachrichtenübertragung dient, in Verbindung.
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Die Antennenanordnung nach Fig. I besteht also aus drei Einzelantennen,
die unabhängig voneinander arbeiten und gegenseitig keine Störungen verursachen.
Das umlaufende Antennensystem im unteren Abschnitt 6 benötigt zur Unterdrückung
der vertikal polarisierten Komponente der Strahlungsenergie die oberen Abschnitteg
und IO des Käfigaufbaues. Die Antenne im Abschnitt g be nutzt den Außenkäfig 8 zum
Durchlaß ihres Speisekabels. Dieser Käfig 8 zusammen mit dem durch die Stäbe 26
gebildeten inneren Käfig dient außerdem der Antenne 25 als abgestimmtes Filter,
das die vertikal polarisierte Strahlungskomponente durchläßt und die Antenne an
den freien Raum anpaßt.
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Während bei der Antenne im unteren Abschnitt 6 der Käfig die vertikal
polarisierte Komponente unterdrückt, bevorzugt er bei der Antenne im mittleren Abschnitt
g diese Komponente und vergrößert damit ihre Reichweite in der Hauptstrahlrichtung.
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Die Antenne im oberen Abschnitt IO benutzt einzelne Stäbe des Außenkäfigs
als Energieleitung für ihren Sende bzw. Empfangsteil. Der sie umgebende Käfig hat
keinen Einfluß auf ihre Strahlungsdiagramme.
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Durch die Übereinanderanordnung dieser drei Antennen entsteht somit
ein einheitliches betriebssicheres System mehrerer Antennen, dessen Gesamthöhe bedeutend
geringer ist, als wenn die einzelnen Antennen unabhängig voneinander aufgebaut wären.
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Die Erfindung wurde an Hand eines Ausführungsbeispieles gezeigt.
Dies stellt jedoch keine Beschränkung ihres Wesens und ihrer Anwendbarkeit dar.