DE963072C - Scharf buendelnde, nullstellenfreie Antennenkombination - Google Patents

Description

Scharf bündelnde Richtantennen im Bereich kürzerer Wellen, insbesondere im Ultrakurzwellenbereich, werden vorzugsweise aus Strahlerkombinationen (Untergruppen) zusammengesetzt, die auf einem gemeinschaftlichen Träger in bestimmten Anordnungen angebracht sind. Abb. ι zeigt eine solche Anordnung auf einer senkrechten geraden Linie (Leitlinie), wobei die Ziffern i, 2, 3 und 4 jeweils die Lage der Schwerpunkte der Untergruppen darstellen. Bei gleichphasiger Einspeisung und .'gleicher, den einzelnen Untergruppen zugeführter Energie ergibt sich ein Strahlungsdiagramm, wie es in Abb. 2 dargestellt ist. Hierbei ist nur der untere Winkelbereich zwischen 0 und 24° unterhalb der Horizontalen eingezeichnet, weil die übrigen Bereiche versorgungsmäßig uninteressant sind. Eine derartige Antennenkombination (Obergruppe) weist eine Anzahl von scharfen Nullstellen auf, die insbesondere im Fernsehbetrieb zu Schwierigkeiten Anlaß geben können. Zwar ist durch Verwaschungseffekte im Gelände und durch die endliehe Höhe der Empfangsantenne noch eine gewisse Restfeldstärke in den theoretischen Nullstellen praktisch vorhanden. Diese Restfeldstärke ist aber oft nicht groß genug gegenüber der von benachbarten Hügeln reflektierten, so daß sich beim Fernsehen auf dem Empfangsschirm starke »Geister«· bemerkbar machen. Wünschenswert ist es daher, im Fernsehbetrieb Antennenkombinationen zu verwenden, die

keine derartige Nullstellen aufweisen und deren Welligkeit im Versorgungsgebiet derartig gering ist, daß die Feldstärkenunterschiede zwischen benachbarten Hügeln und dem Versorgungsgebiet etwa 6 db nicht überschreiten.

Es ist bekannt, derartige Antennendiagramme durch Obergruppen zu erzeugen, deren Einzelelemente (Untergruppen) mit verschiedener Energie eingespeist werden. Abb. 3 zeigt ein solches Antennendiagramm, das allerdings immer noch eine breite Nullstelle im Versorgungsgebiet aufweist. In diesem Beispiel ist angenommen, daß die äußeren Untergruppen nur ein Drittel der Amplitude der inneren Untergruppen haben. Eine solche Untergruppe mit binomischer Amplitudenverteilung hat allerdings einen Gewinnverlust gegenüber einer Antenne mit der gleichen Anzahl von Untergruppen und gleich starker Einspeisung. Das Verhältnis des Gewinns der binomisehen Obergruppe zu- dem Gewinn der gleichförmig eingespeisten Gruppe beträgt bei vier Untergruppen 0,8. Dieses Verhältnis sinkt mit zunehmender Anzahl von Untergruppen.

Hinzu kommt, daß aus technischen Gründen eine energiemäßig unterschiedlich starke Einspeisung der einzelnen Untergruppen zu Schwierigkeiten führt, insbesondere wird die Breitbandigkeit einer solchen Anordnung vielfach zerstört.

Aus diesen Gründen wäre es vorzuziehen, eine Antennenkombination zu wählen, bei der die einzelnen Untergruppen mit gleicher Energie eingespeist werden. Zur Gestaltung des Antennendiagramms bleibt dann zunächst nur noch der Weg einer phasenmäßig verschiedenen Einspeisung der einzelnen Untergruppen. Bisher ist noch keine Vorschrift bekannt» wie man ein solches durch die Obergruppe bewirktes Diagramm nullstellenfrei und nebenzipfelarm gestalten kann.

Gegenstand der Erfindung ist es, anzugeben, wie man die Phaseneinspeisung gestalten muß, um dieses Ziel zu erreichen.

Die erste Maßnahme ist eine verschiedene elektrische Schwenkung nach unten der Einzeldiagramrne der inneren und äußeren Antennengruppen. Dies ist in Abb. ι dargestellt, wo angenommen ist, daß die inneren Antennenteilgruppen (Untergruppen 2 und 3) etwas weiter nach unten geschwenkt sind als die äußeren Teilgruppen (Untergruppen 1 und 4). Hierdurch kann bewirkt werden, daß die Nullstellen der äußeren Teilgruppe, die schneller aufeinander folgen, nicht mit den Nullstellen der inneren Teilgruppe zusammenfallen.

Diese Maßnahme allein bewirkt aber bei gleich starker Einspeisung der einzelnen Untergruppen nur eine Verschiebung der Nullstellen, nicht aber deren Verschwinden. Sorgt man jetzt zusätzlich dafür, daß die Einspeisung der äußeren Teilgruppe gegenüber der Einspeisung derinneren Teilgruppe eine feste Phasenverschiebung erhält, so wird zwar die Addition der Abstrahlung der inneren und äußeren Gruppe nicht mehr vollkommen, sondern unter dem. erwähnten elektrischen Verschiebungswinkel erfolgen. Dies bedeutet einen gewissen Gewinnverlust. Der Vorteil dieser Anordnung ist aber, daß die Subtraktion der Strahlungen der beiden Teilgruppen ebenfalls nicht vollkommen erfolgt, sondern eine beachtliche Reststrahlung an den früheren Nullstellen übrigbleibt. Es ist möglich, auf diese Art und Weise sämtliche Nullstellen zu vermeiden, allerdings bei einem gewissen Verlust gegenüber dem maximalen Gewinn bei gleichphasiger Einspeisung. Die Breitbandigkeit einer solchen Anordnung wird durch diese Maßnahme nicht beeinträchtigt. Ein solches Antennendiagramm ist in Abb. 5 dargestellt. Das Funktionieren einer solchen Anordnung ist am Fernsehsender Stuttgart erprobt worden. Die vorher sehr starken Klagen der Bevölkerung über Geisterbildung sind nach Einführung der Erfindung verstummt.

Der Gewinn der Antenne in dem angeführten Beispiel ist immer noch 82% der gleichphasig eingespeisten Gruppe. Diese Anordnung ist also schon etwas günstiger als die rein binomische.

Zur weiteren Verringerung des Verlustes an Antennengewinn wird vorgeschlagen, die Anordnung der Schwerpunkte der einzelnen Untergruppen auf der Leitlinie nicht in gleichförmigem, sondern in ungleichförmigem Abstand vorzunehmen. Diese ungleichförmige Verteilung muß derart vorgenommen werden, daß die Schwerpunkte der äußeren Gruppe oder Gruppen und der inneren Gruppe bzw. Gruppen nicht zusammenfallen, sondern einen gewissen räumlichen Abstand aufweisen (siehe auch Abb. 1). In diesem Falle überlagert sich dem Phasenunterschied der Einspeisung noch ein höhenwinkelabhängiger Gangunterschied zwischen den beiden Schwerpunkten. Hierdurch kann man bewirken, daß der Phasenunterschied der Abstrahlungen der äußeren und inneren Gruppe oder Gruppen in der Richtung des resultierenden Hauptmaximums der Antennenkombination relativ gering oder nahezu Null wird, aber bei der ersten Minimumstelle des resultierenden Antennendiagramms schon beachtliche Werte annimmt. Ein solches Diagramm ist in Abb. 6 dargestellt. Der Antennengewinn geht hier gegenüber der gleichphasig gespeisten Obergruppe nur auf 93% zurück. Den Schwerpunktsabstand der inneren und äußeren Gruppen zu groß zu machen, verbietet häufig der dann zu groß werdende räumliche Bedarf, da die Mindestentfernung zwischen zwei Untergruppen aus konstruktiven und elektrischen Gründen gegeben ist. Außerdem würde eine Vergrößerung der Obergruppe bei gleichzeitiger Innehaltung der Anzahl der Untergruppen zu einer unangenehmen Verschärfung des Antennendiagramms führen.

Ein Diagramm mit sechs Untergruppen nach dem eben erwähnten Prinzip ist in Abb. 7 dargestellt. Der Gewinn dieser Antenne ist aber 50% größer als derjenige mit vier Gruppen. Trotzdem ist die Nullstellenfreiheit wiederum restlos erhalten. Hierbei müssen natürlich sinngemäß alle Teilgruppen jeweils gegeneinander phasenverschoben eingespeist werden.

Legt man die Nullstellen der äußeren Teilgruppe bzw. Teilgruppen im räumlichen Winkel symmetrisch zu der dazwischenliegenden Nullstelle der inneren Teilgruppe bzw. Teilgruppen, so werden die kleinsten Minima des gesamten Antennendiagramms verschieden groß. Will man dieses vermeiden, muß man entsprechend Abb. 4a und 4b die Nullstelle der inneren Teilgruppe

bzw. Teügruppen unsymmetrisch zu den Nullstellen der äußeren Teügruppe bzw. Teügruppen legen, und

zwar um einen Betrag —~, wobei α den Nullstellen-

abstand der äußeren Teügruppe bzw. Teügruppen und η das Verhältnis des NuUsteUenabstandes der inneren Teügruppe bzw. TeUgruppen zu dem NullsteUenabstand der äußeren Teügruppe bzw. TeUgruppen bedeutet.

Eine solche nullsteUenfreie Obergruppe kann naturgemäß nicht erreichen, daß die NullsteUen der Unter-. gruppe ebenfalls verschliffen werden, da das Obergruppendiagramm multiplikativ mit dem Untergruppendiagramm in das Gesamtdiagramm eingeht. Es wird deshalb weiterhin vorgeschlagen, auch die Untergruppe gemäß den obenerwähnten Grundsätzen auszulegen, um im gesamten Winkelbereich der Abstrahlung nullstellenfrei zu arbeiten.

Der einfacheren Ausdrucksweise wegen sind die ganzen Betrachtungen auf eine im wesentlichen senkrecht stehende Leitlinie der Untergruppenschwerpunkte bezogen worden. An den Betrachtungen wird jedoch nichts geändert, wenn man die Leitlinie in einer beliebigen Lage abweichend von der senkrechten zum Erdboden annimmt. Die Ausdrücke oben und unten müssen dann sinngemäß abgewandelt werden. Es wird deshalb weiter in Anspruch genommen, die oben geschüderten Grundsätze auch für Antennen mit horizontaler Bündelung und Bündelung in beliebigen räumlichen Richtungen anzuwenden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Scharf bündelnde nullstellenfreie Antennenkombination (Obergruppe), bestehend aus mit gleicher Energie gespeisten Unterkombinationen (Untergruppen), deren Schwerpunkte auf einer vorzugsweise in einer vertikalen Ebene liegenden Leitlinie angeordnet sind, wobei die Teügruppen (der Obergruppe) verschiedenen räumlichen Abstands mit unterschiedlicher elektrischer Schwenkung nach unten versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullstelle der inneren Teilgruppe oder TeUgruppen winkelmäßig zwischen den Nullstellen der äußeren Teügruppe oder Teügruppen liegt und daß gleichzeitig zwischen der Speisungsspannung der inneren Teilgruppe oder Teügruppen und derjenigen der äußeren Teügruppe oder Teügruppen ein Phasenunterschied bis zu oder gleich 90⁰ besteht.
2. 2. Antennenkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der äußeren Teügruppe oder Teügruppen gegenüber dem Schwerpunkt der inneren Teügruppe oder Teügruppen räumlich versetzt ist, derart, daß bei dem vertikalen Winkel, der der Nullsteile der inneren Teügruppe oder Teügruppen entspricht, der Gangunterschied zwischen der Abstrahlung der äußeren Teügruppe oder Teügruppen und derjenigen der inneren Teügruppe oder Teügruppen bis zu einer Viertelwellenlänge beträgt, daß aber bei demjenigen vertikalen Winkel, der dem Hauptmaximum der gesamten Anordnung entspricht, der eben erwähnte Gangunterschied höchstens ein Zwölftel der Wellenlänge ist.
3. 3. Antennenkombination nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einer Nullstelle der inneren Teügruppe oder Teügruppen benachbarten Nullstellen der äußeren Teügruppe oder Teügruppen im vertikalen Winkel nicht symmetrisch zu der Nullstelle der inneren Teügruppe oder Teügruppen liegt, sondern daß eine Unsymmetrie von —5- des eben erwähnten NuIl-

   stellenabstandes der äußeren Teügruppe oder Teügruppen vorhanden ist, wobei der Faktor η das Verhältnis des räumlichen Winkelabstandes zweier benachbarter Nullstellen der äußeren Teilgruppe oder Teügruppen zu dem Winkelabstand der Nullstellen der inneren Teügruppe oder Teügruppen bezeichnet.
4. 4. Antennenkombination nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau der Antennenunterkombinationen (Untergruppen) dem der Obergruppe entspricht.
5. 5. Antennenkombination nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitlinie sich in einer Ebene beliebigen Winkels zur horizontalen Lage befindet.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   © 609 658/323 10.56 (609 873 4.57)