DE977474C - Ebener elektrischer Metallspiegel zur Strahlumlenkung elektromagnetischer Wellen bei Richtantennensystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen ebenen elektrischen Metallspiegel zur Strahlumlenkung sehr kurzer elektromagnetischer Wellen bei Richtantennensystemen.

Bei Antennenanordnungen dieser Art ist eine Antenne mit starker Bündelung, beispielsweise eine Parabol- oder eine Linsenantenne, in der Nähe des Bodens aufgestellt, während der von dieser Antenne angestrahlte Umlenkspiegel erhöht über dem Boden, z. B. auf einem Turm, angebracht ist. Hierbei ist die Strahlung der Antenne steil aufwärts auf den Umlenkspiegel gerichtet, der die elektromagnetischen Wellen in die gewünschte Richtung umlenkt. Der Umlenkspiegel vermeidet die ansonsten notwendigen Verbindungsleitungen zwischen dem am Boden aufgestellten Sender und dem erhöht angeordneten Richtantennensystem, die insbesondere bei größerer Länge zu Übertragungsstörungen Anlaß geben.

Es wäre nun naheliegend, anzunehmen, daß es hinsichtlich der Abstrahlung der elektromagnetischen Wellen günstig wäre, sehr große Umlenkspiegel zu verwenden. Es zeigt sich jedoch, daß übergroße Umlenkspiegel keinen Gewinn, sondern im Gegenteil einen Verlust an elektromagnetischer Energie mit sich bringen können. Ferner ist der große mechanische Aufwand zu beachten, der mit Rücksicht auf den aufzunehmenden starken Wind-

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druck bei derart großflächigen Gebilden notwendig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Antennenanordnung der einleitend beschriebenen Art unter Berücksichtigung der örtlichen und elektrischen Gegebenheiten eine optimale Bemessungsangabe für einen ebenen Umlenkspiegel anzugeben.

Ausgehend von einem ebenen elektrischen Metallspiegel zur Strahlumlenkung sehr kurzer elektromagnetischer Wellen bei Richtantennensystemen, bei denen eine Antenne mit starker Bündelung, beispielsweise eine Parabol- oder eine Linsenantenne, in der Nähe des Bodens aufgestellt ist, während der von dieser Antenne angestrahlte Umlenkspiegel erhöht über dem Boden, z. B. auf einem Turm, angebracht ist, wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Größe der auf eine zur Strahlrichtung senkrecht stehende Ebene projizierten Fläche des Metallspiegels gleich der Flächengröße des Richtstrahlers, vermehrt um etwa das doppelte Produkt aus Wellenlänge der Strahlung und Abstand zwischen Richtstrahler und Umlenkspiegel ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Umlenkspiegels läßt sich nicht nur ein Verlust an elektromagnetischer Energie vermeiden, sondern darüber hinaus ein zusätzlicher, und zwar optimaler Gewinn gegenüber einer Richtstrahleranordnung ohne Umlenkspiegel erzielen, bei der der Richtstrahler an der Stelle des Umlenkspiegels angeordnet ist. Verluste an elektromagnetischer Energie würden auch schon dann vermieden, wenn die Spiegelflächenprojektion in Strahlrichtung größer als die Fläche des Richtstrahlers, vermehrt um das halbe Produkt aus Wellenlänge der Strahlung und dem Abstand zwischen Richtstrahler und Umlenkspiegel, gewählt wird.

Es ist bereits bekannt, die Abmessungen eines ebenen Umlenkspiegels groß gegenüber der verwendeten Wellenlänge der Strahlung, und zwar in der Größenordnung von 10 bis 20 Wellenlängen zu wählen. Mit solchen Abmessungen können gegebenenfalls die durch die Zwischenschaltung des Umlenkspiegels in den Strahlengang des Primärstrahlers bedingten elektromagnetischen Verluste über den Gewinn des Umlenkspiegels gerade kompensiert werden. Eine andere bekannte Bemessungsregel für derartige Umlenkspiegel sieht vor, die Breite des Umlenkspiegels so zu wählen, daß sie einem Fünftel der Halbwertsbreite der Richtstrahlcharakteristik am Ort der Aufstellung entspricht. Auch diese Bemessung führt zu anderen Spiegelabmessungen, wie sie für die Erzielung eines optimalen Systemgewinns nach der Lehre der Erfindung erforderlich sind.

Die bei der Anordnung gemäß der Erfindung erzielten Vorteile können mit Hilfe bekannter Rechenmethaden der Beugungstheorienaehgewiesen werden. Die Erscheinung, daß man bei geeigneter Wahl der Größe des Umlenkspiegels und des Abstandes des Umlenkspiegels von dem Strahler einen Gewinn gegenüber einer Antennenanordnung ohne Umlenkspiegel erzielen kann, kann ähnlich den Verhältnissen an der Fresnelschen Zonenlinse der Optik durch die Ausblendung falschphasiger Strahlen erklärt werden.

Genauere Untersuchungen zeigen, daß der Übertragungswirkungsgrad, d. h. das Verhältnis der Empfangs- zu Sendeleistung einer Antenne, bei Richtantennensystemen gemäß der Erfindung bei gleichbleibender Anordnung von Richtstrahler und Umlenkspiegel nicht mit dem Quadrat der Richtstrahlerfläche wie bei Antennensystemen ohne Umlenkspiegel, sondern nur mit einer Potenz der Richtstrahlerfläche wächst, deren Exponent kleiner als ι ist. Eine Vergrößerung der Antennenfläche bei gleich groß gehaltenen Umlenkspiegelflächen bringt also eine weit weniger wirksame Vergrößerung des Übertragungswirkungsgrades als bei Richtantennensystemen ohne Umlenkspiegel. Eine Verkleinerung der Richtantennenfläche der verhältnismäßig teuren Richtantennen kann durch eine Vergrößerung der wesentlich billiger herzustellenden Umlenkspiegel gemäß der Erfindung ausgeglichen werden, wenn der Übertragungswirkungsgrad in gewissen Grenzen auf gleicher Größe gehalten werden soll. Diese Erkenntnis soll an Hand eines praktischen Beispieles für den Fall erläutert werden, daß die Betriebswellenlänge gleich 12 cm ist und der Abstand zwischen Richtantenne und Umlenkspiegel 50 m beträgt. Soll bei einer Richtantennenanlage beispielsweise ein Parabolspiegel von 3 m Durchmesser verwendet werden, dann ist ein Umlenkspiegel von 3,6 m Durchmesser, gemessen an seiner Projektion in Strahlrichtung, erforderlich, wenn dieses Richtantennensystem denselben Gewinn bzw. denselben Übertragungswirkungsgrad aufweisen soll wie der Parabol-Richtstrahler allein ohne Umlenkspiegel. Diesem Beispiel ist die empirisch festgelegte Regel zugrunde gelegt, daß man die Fläche der Umlenkspiegel normalerweise um mindestens 20°/o· größer wählen soll als die Öffnungsfläche der Richtstrahler. Soll nun statt des Parabolspiegels von 3 m Durchmesser ein solcher mit nur 2 m Durchmesser verwendet werden, so würde man ohne Umlenkspiegel nur etwa die halbe Empfangsleistung erzielen. Bei Verwendung eines Parabolrichtstrahlers von nur 2 m Durchmeser in Verbindung mit einem nach der Erfindung bemessenen Umlenkspiegel, dessen auf eine zur Strahlrichtung senkrecht stehende Ebene projizierte Fläche einen Durchmesser von 4,1 m (Projektionsdurchmesser) aufweist, würde man dieselben elektrischen Eigenschaften wie beim System mit einem Richtstrahler von 3 m Durchmesser und einem Umlenkspiegel von 3,6 m Projektionsdurchmesser erzielen.

Ausführungsbeispiele für die Anordnung gemäß der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 gezeigt. Fig. ι stellt eine Richtfunkstrecke mit den beispielsweise am Boden angeordneten Parabolspiegeln 1 und den erhöht angeordneten Umlenkspiegeln 2 dar. Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt eine Anordnung für Richtfunkverbindung, die aus den Trichter-Strahlern 3 und den rechteckförmigen Umlenk-

spiegeln 4 besteht. Die Dimensionierung dieser Spiegel erfolgt in analoger Weise wie bei Anlagen mit Parabolrichtstrahlern.

Die Erfindung ist sinngemäß für alle Richtstrahler anwendbar. Es läßt sich nämlich für alle vorkommenden Richtstrahlersysteme eine Strahlerfläche ermitteln, die zur Bestimmung der Umlenkspiegelfläche dient.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Ebener elektrischer Metallspiegel zur Strahlumlenkung sehr kurzer elektromagnetischer Wellen bei Richtantennensystemen, bei denen eine Antenne mit starker Bündelung, beispielsweise eine Parabol- oder eine Linsenantenne, in der Nähe des Bodens aufgestellt ist, während der von dieser Antenne angestrahlte Umlenkspiegel erhöht über dem Boden, z. B. auf einem Turm angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der auf eine zur Strahlrichtung senkrecht stehende Ebene projizierten Fläche des Metallspiegels gleich der Flächengröße des Richtstrahlers, vermehrt um etwa das doppelte Produkt aus Wellenlänge der Strahlung und Abstand zwischen Richtstrahler und Umlenkspiegel ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 700339;

   französische Patentschriften Nr. 855 688,
   880561.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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