DE973198C - Antennenanordnung fuer kurze und sehr kurze elektromagnetische Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung für kurze und sehr kurze elektromagnetische Wellen mit mehr oder weniger starker vertikaler Bündelung, wobei die Antenne in einem verhältnismäßig breiten Frequenzband verwendet werden kann.

Um eine vertikale Bündelung zu erzielen, werden vielfach spannungsgespeiste Dipole verwendet, bei denen zur Anpassung zwischen dem verhältnismäßig großen Strahlungswiderstand der Antenne und dem niederohmigen Wellenwiderstand des Antennenzuführungskabels Transformationsglieder, z. B. Il\- Leitungen mit induktiver Teilkopplung {X = Wellenlänge) dienen. Infolge der notwendigen hohen Übersetzung durch die Transformationsglieder ist die Antennenanordnung nur in einem schmalen Frequenzbereich verwendbar. Wollte man solche Antennen z. B. bei Funkanlagen, bei denen der gegenseitige Funkverkehr auf verschiedenen Frequenzen erfolgt, verwenden, dann wären für jede Station zwei verschiedene, auf die Sende- und Empfangsfrequenz abgestimmte Antennen notwendig.

Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, eine in einem verhältnismäßig breiten Frequenzband verwendbare Antennenanordnung zu schaffen, wobei die Bündelungseigenschaften von spannungsgespeisten Dipolen erzielt werden sollen. Die Antennenanordnung soll dabei aus mehreren auf einer gemeinsamen Achse angeordneten, stromgespeisten rohrförmigen Dipolen bestehen.

Es sind Antennenanordnungen mit nebeneinander auf einer gemeinsamen Achse angeordneten, über eine gemeinsame Leitung gespeisten Dipolen bekannt. Die Speiseleitung ist dabei innerhalb der zylinderförmigen Dipole verlegt. Bei anderen bekannten Anordnungen sind mehrere zylinderförmige Strahlerelemente mit verschiedenem Durchmesser nebeneinander angeordnet. Die Strahlerelemente sind strahlungsgespeist.

Die Strahlerelemente der bekannten Einrichtungen besitzen jedoch einen frequenzabhängigen Scheinwiderstand, der insbesondere bei Antennen für breite Frequenzbänder sehr nachteilig ist.

Die Erfindung betrifft eine aus mehreren auf einer gemeinsamen Achse angeordneten, stromgespeisten rohrförmigen Dipolen bestehende Antennenanordnung mit Kompensationsmitteln, die so bemessen sind, daß eine Kompensation der Blindwiderstandsanteile der Dipole in dem benutzten Frequenzbereich erfolgt. Bei der Antennenanordnung nach der Erfindung ist wenigstens einem der Dipole innerhalb und/oder in Fortsetzung des Dipols ein rohrförmiger Sperrtopf als Kompensationsmittel zugeordnet, wobei bei Anordnung innerhalb des rohrförmigen Dipols das eine Ende des Sperrtopfes leitend mit dem rohrförmigen Dipol verbunden ist, während bei Anordnung in Fortsetzung des Dipols eine nicht galvanische Kopplung mit dem Dipol vorhanden ist. Die Sperrtöpfe können also koaxial innerhalb der rohrförmigen Dipole oder längs der gemeinsamen Achse axial neben den Dipolen liegen. Die Dipole werden vorteilhafterweise durch eine innerhalb des das Antennensystem tragenden Rohres verlaufende Leitung miteinander verbunden·; an einem geeigneten Punkt dieser Leitung kann die Speiseleitung angeschlossen werden.

Ein innerhalb des rohrförmigen Dipolteiles angeordneter Sperrtopf kann vorteilhafterweise durch ein Rohr gebildet werden, das koaxial zu dem die Antennenanordnung tragenden Rohr bzw. Stab liegt, an einem seiner Enden mit diesem Rohr und an dem anderen Ende mit dem Ende des um diesen Sperrtopf koaxial angeordneten Dipols leitend verbunden ist. Die neben dem Dipol angeordneten Sperrtöpfe werden vorzugsweise mit gleichem Außendurchmesser wie die Dipole gebaut.

Um die Antennenanordnung in einem großen Frequenzbereich verwenden zu können, werden die Sperrtöpfe so bemessen, daß durch sie die Blindwiderstandsanteile der Dipole in diesem Frequenzbereich möglichst kompensiert werden. Außerdem können die Dipole und/oder die Sperrtöpfe in an sich bekannter Weise unter Verwendung von dielektrischen und/oder ferromagnetischen Stoffen 1 auf eine elektrische Länge in der Größenanordnung einer Viertelwellenlänge gebracht werden, so daß die geometrische Länge der Dipolteile kleiner ausfällt als die der Wellenlänge in Luft entsprechende Länge.

Zur Erläuterung der Erfindung seien im folgenden einige Ausführungsbeispiele dargestellt.

Fig. ι zeigt eine Antennenanordnung nach der Erfindung, bei der der Einfachheit halber nur der untere Teil der Antennenanordnung dargestellt ist. Der obere Teil der Antennenanordnung kann beliebig durch einen stromgespeisten Dipol ergänzt werden, etwa durch einen in den weiteren Figuren dargestellten Antennenteil. Der in der Fig. 1 dargestellte untere Antennenteil besteht aus einem die Antennenanordnung tragenden Rohr ι, welches auf seiner Verlängerung den oberen Teil der Antennenanordnung trägt. Koaxial zu diesem Rohr liegt ein kürzeres, etwa eine Viertelwellenlänge langes Rohr 2, das mit seinem unteren Ende mit dem Rohr ι und mit seinem oberen Ende mit einem weiteren Rohr 3 verbunden ist, das ebenfalls koaxial zu Rohr 1 liegt und über Rohr 2 angeordnet ist. Auf dem'Rohr ι ist neben den zueinander koaxial angeordneten Rohren 2 und 3 ein weiteres, angenähert eine Viertelwellenlänge langes Rohr 4 über einem den Durchmesser des Rohres 1 vergrößernden Rohrstück 5 angeordnet; das Rohrstück 4 wird vorteilhafterweise so ausgebildet, daß es denselben Durchmesser wie das Rohr 3 aufweist. Auf der zu den Rohren 2 und 3 zugekehrten Seite ist das Rohr 4 mit dem Rohrstück S verbunden. Die hier gezeigte Antennenanordnung kann auf dem nach oben verlängerten Rohr 1 durch einen weiteren stromgespeisten Dipol ergänzt werden.

Die Speisung der Dipole erfolgt am Ende des durch das Rohr 1 und das Rohrstück 2 gebildeten koaxialen Leitungsstückes am Punkt 7, an dem der Innenleiter des unsymmetrischen koaxialen Kabels 6 angeschlossen ist. Der Außenleiter dieses Kabels ist in der Nähe des Punktes 7 mit dem Rohr ι verbunden. Auf diese Weise kann mit Hilfe des durch Rohr 1 und 2 gebildeten Sperrtopfes das unsymmetrische Kabel mit dem symmetrischen Dipol verbunden werden. Die Speisepunkte 7 der Dipole werden durch die Verbindungsleitung 6 mit dem Wellenwiderstand Z₆ verbunden. An einem geeigneten Punkt, vorzugsweise in der Mitte dieser Verbindungsleitung, wird eine Antennenzuführungsleitung 8 mit dem Wellenwiderstand Z₈ angeschlossen, die zum Sender bzw. Empfänger führt. Die Zuführungsleitung 8 ordnet man zweckmäßigerweise ebenfalls in Rohr 1 an. Die Wellenwiderstände Z₆ und Z₈ der Leitungen 6 und 8 werden in bekannter Weise den gegebenen Bedingungen angepaßt.

Der hier als Ausführungsbeispiel beschriebene Teil der Antennenanordnung stellt eine symmetrische, durch die Rohrteile 3 und 4 gebildete Dipolantenne dar, die in ihrer Mitte gespeist werden kann. Die Rohre 3 und 4 bilden mit den darunterliegenden Teilen 2 und 5 koaxiale Leitungsstücke, die in elektrischer Hinsicht den Phasengang der

Dipole beeinflussen. Der durch das Rohrstück 2 und das Rohr 1 gebildete Sperrtopf kommt einem Parallelschwingkreis gleich, der am Speisepunkt 7 an das Kabel 6 angeschlossen ist, also parallel zum stromgespeisten Dipol liegt. Diesem Sperrtopf kommt daher außer der Symmetrierung des unsymmetrischen Kabels noch die weitere Aufgabe zu, den Blindwiderstand der Dipole und der zugehörigen, durch die Rohrteile 2 und 3 bzw. 4 und 5 gebildeten Sperrtöpfe für einen verhältnismäßig großen Frequenzbereich in guter Annäherung zu kompensieren bzw. für zwei bestimmte Frequenzen eine gute Kompensation zu erzielen. Dies ist insofern nicht möglich, als bekanntlich die Sperrtöpfe einen im Vergleich zum stromgespeisten Dipol entgegengesetzten Phasengang aufweisen. Die Kompensation des Phasenganges der Sperrtöpfe und der Dipole kann dadurch für einen großen Frequenzbereich erzielt werden, daß man den Wellenwider-

ao stand der Sperrtöpfe entsprechend wählt. Auch die Blindwiderstandsanteile der Leitung 6 können bei der Kompensierung berücksichtigt werden.

Zweckmäßigerweise sind an den Enden der Sperrtöpfe Abdeckungen aus Isolierstoff vorzusehen, um ein Eindringen von Wasser in die Sperrtöpfe zu verhindern. Die mechanische Festigkeit der Dipolanordnung kann z. B. durch einen Ring aus Isolierstoff, der über die mittleren Teile der Dipole geschoben werden kann, vergrößert werden.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Teil der Antennenanordnung nach der Erfindung dargestellt. In der Figur sind auf dem Rohr ι axial nebeneinander die Sperrtöpfe 9 und 10 angeordnet. Der obere Sperrtopf 9 wird durch die Verbindungsleitung 6 am Punkt 11 gespeist. Die Sperrtöpfe sind mit einem dielektrischen Stoff gefüllt, wodurch die geometrische Länge bei einer relativen Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Stoffe von z. B. 4 auf die geometrische Länge von Ve Wellenlänge verkürzt werden kann. In der Figur ist im oberen Teil noch ein weiterer Sperrtopf angedeutet, der aber im Falle, daß dieser Antennenteil als der oberste Teil der Antennenanordnung verwendet wird, nicht nötig ist.

In Fig. 3 ist die gesamte Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels wiedergegeben, bei dem eine mit dielektrischen Stoffen gefüllte offene /./2-Leitung 12 zwischen den stromgespeisten Dipolen angeordnet ist. Bei der Darstellung der Antennenanordnung wurde für die dielektrischen Stoffe die gekreuzte Schraffur und für die Darstellung des Metalls die einfache Schraffur gewählt. Bei einem solchen Aufbau der Antenne erhält die Antenne einen einheitlichen Außendurchmesser.

Die Verkürzung der geometrischen Länge der Sperrtöpfe kann außer durch Einbringen von dielektrischen Stoffen auch dadurch erzielt werden, daß man die Sperrtöpfe etwa nach den in Fig. 4 dargestellten Beispielen gestaltet, z. B. die den Sperrtopf bildenden Flächen faltet oder mäanderförmig ausbildet oder durch Abschlußkapazitäten elektrisch eine Viertelwellenlänge verlängert. Den Abstand zwischen den Mitten der Dipole wählt man vorzugsweise ³A λ, wobei λ die mittlere Betriebswellenlänge bedeutet.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Antennenanordnung für kurze und sehr kurze elektromagnetische Wellen unter Anwendung von mehreren auf einer gemeinsamen Achse angeordneten stromgespeisten rohrförmigen Dipolen und von Kompensationsmitteln, die so bemessen sind, daß eine Kompensation der Blindwiderstandsanteile der Dipole in dem benutzten Frequenzbereich erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Dipole innerhalb und/oder in Fortsetzung des Dipols ein rohrförmiger Sperrtopf als Kompensationsmittel zugeordnet ist, wobei bei Anordnung innerhalb des rohrförmigen- Dipols das eine Ende des Sperrtopfes leitend mit dem rohrförmigen Dipol verbunden ist, während bei An-Ordnung in Fortsetzung des Dipols eine nicht galvanische Kopplung mit dem Dipol vorhanden ist.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stromgespeisten Dipole koaxial zu zylindrischen Sperrtöpfen, die vorzugsweise durch koaxiale Leitungsstücke gebildet werden, angeordnet sind.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 öder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrtopf aus einem Rohr besteht, das koaxial zu einem das Antennensystem tragenden Stab bzw. Rohr liegt und an einem seiner Enden mit dem Stab bzw. Rohr leitend verbunden ist, während es an dem anderen Ende mit dem um diesen Sperrtopf koaxial angeordneten Dipolteil verbunden ist.

4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Länge der Sperrtöpfe und/oder der Dipolteile durch Verwendung von dielektrischen und/oder ferromagnetischen Stoffen auf eine elektrische Länge in der Größenordnung einer Viertelwellenlänge gebracht ist.

5. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromgespeisten Dipole und die neben den Dipolen angeordneten Sperrtöpfe so bemessen sind, daß ihr Außendurchmesser einheitlich ist.

6. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die stromgespeisten Dipole durch eine im Stab angeordnete Leitung miteinander verbunden sind und daß an einem geeigneten Punkt dieser Leitung ein Antennenzuführungskabel angeschlossen ist.

7. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Länge der Sperrtöpfe durch eine besondere mechanische Ausbildung,

beispielsweise durch Faltung oder durch eine mäanderförmige Gestaltung der Oberfläche, auf eine elektrisdhe Länge von etwa einer Viertelwellenlänge gebracht ist.

8. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Länge der Sperrtöpfe durch kapazitiv wirkende Mittel auf etwa eine Viertelwellenlänge gebracht ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 549857, 600 on; USA.-Patentschriften Nr. 2 509 253, 2 521 550; Proc. of the IRE, 1943, S. 633;

Elektrotechnik, Mai 1948, S. 137 bis 142;

Bericht der Zentrale für wissenschaftliches Berichtswesen der Luftfahrtforschung, »Ausgewählte Fragen über Theorie und Technik von Antennen«, 1943, H. i, S. 16 und 72 bis 87.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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