EP0320827A2 - Dipol-Antennen-Wand für die Ausstrahlung von Kurzwellen - Google Patents

Dipol-Antennen-Wand für die Ausstrahlung von Kurzwellen Download PDF

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EP0320827A2
EP0320827A2 EP88120664A EP88120664A EP0320827A2 EP 0320827 A2 EP0320827 A2 EP 0320827A2 EP 88120664 A EP88120664 A EP 88120664A EP 88120664 A EP88120664 A EP 88120664A EP 0320827 A2 EP0320827 A2 EP 0320827A2
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dipole
dipoles
module
lambda
outside
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Manfred Idselis
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Thomcast Sendeanlagen fur Hoerfunk und Ferns GmbH
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ASEA BROWN BOVERI AG
Asea Brown Boveri AG Germany
Asea Brown Boveri AB
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/062—Two dimensional planar arrays using dipole aerials

Definitions

  • the invention relates to a dipole antenna wall for the emission of short waves, in which the dipoles are arranged in columns and rows.
  • Dipole antenna walls of this type are known. They consist of horizontally polarized dipoles, which are arranged in a vertical plane in columns and rows. These dipole antenna walls are identified by specifying the number of dipoles arranged in a row and the number arranged in a column. For example, the designation dipole antenna wall 4/6 means that 4 dipoles are each arranged in a row and 6 dipoles each in a column. The vertical distance between two dipoles in one column and the center distance between two dipoles in a row corresponds to lambda / 2 at the center frequency. These dipole antenna walls are used to establish radio connections via shortwave using the ionosphere used.
  • the short waves are emitted against the ionosphere at an elevation angle, where they are reflected and returned to the ground.
  • the distance of the supplied area depends on the elevation angle. The distance is greatest at small elevation angles.
  • various properties of the ionosphere determine the quality of the connection.
  • the number of dipoles determines the type of directional radiation. In this way, lower beam angles and thus greater distances can be achieved by operating more dipoles in the vertical plane.
  • the directional beam characteristic can be changed by e.g. higher dipoles are switched off in order to obtain a lower radiation angle. Because of the mutual influence of the supplied and the switched-off dipoles as a result of a radiation coupling to one another, however, unpleasant side effects occur, for example the supplied dipoles greatly change their impedance and the switched-off dipoles carry a still noticeably coupled current; both can lead to significant diagram distortions.
  • the object of the invention is to create a dipole antenna wall (for example a 4/6) with a high number of dipoles in which different operating states such as 2/2, 2/4 or 4/4 should be possible without that diagram distortions may occur.
  • the polarity reversal of some dipoles should also be possible.
  • the vertical distance between adjacent dipoles inside the module is about 0.4 lambda and outside the module about 0.6 lambda and the center distance between adjacent dipoles outside the module is 1.2 lambda. It is advisable to design the module units in such a way that 4 dipoles each form a module unit according to the structure 2/2. However, if for reasons of symmetry, e.g. in the case of dipole walls corresponding to structure 4/6, the smallest radiating module unit should be arranged in the horizontal center, so module units corresponding to structure 1/2 can be provided in the side columns.
  • dipoles are arranged in a row and 8 dipoles in each column. 4 dipoles are combined to form a dipole module DM.
  • the dashed DM 11 dipole module consists of the individual dipoles a, b, c and d.
  • the dipole modules DM 11 to DM 14 are arranged in the middle column of the dipole wall, the dipole modules DM 21 to 24 in the right column and the dipole modules DM 31 to 34 in the left column.
  • the dipoles are arranged vertically at a distance lambda / 2 from each other and horizontally the respective center distance between two neighboring dipoles is also lambda / 2.
  • the mutual vertical distance a2 is smaller than lambda / 2 within a module and outside, i.e. the mutual distance a4 between two neighboring dipoles of different modules is greater than lambda / 2.
  • the center distance ie the horizontal distance from center to center of two adjacent dipoles is always lambda / 2 in the known dipole walls.
  • the center distance between two dipoles within a module is also lambda / 2 and the center distance between two adjacent dipoles of different modules is greater than lambda / 2.
  • FIG. 2 shows a dipole antenna wall 4/6 in which 4 dipoles are provided in each row and 6 dipoles in each column. 4 neighboring dipoles are combined to form a dipole module DM.
  • the dipole module 11 is specially marked and contains the dipoles a, b, c, and d.
  • the dipole modules DM 11 to DM 13 are arranged in the left half of the antenna wall and the dipole modules DM 21 to DM 23 are arranged in the right antenna wall.
  • the dipole module DM 11 is always switched on and, depending on the desired radiation characteristics, the other dipoles are switched on.
  • modules DM-A, DM-C and DM-E each consisting of two stacked dipoles arise and thus form the unit 1/2.
  • a similar arrangement is provided on the right side of the antenna wall.
  • dipole modules are arranged one above the other, each consisting of only 2 dipoles.
  • An embodiment according to FIG. 3 is selected if predominantly only the dipole modules DM 11 to DM13 are fed and the radiation characteristic of the antenna wall would be distorted too much by dipole modules arranged on only one side.
  • FIG. 4 shows the feeding of a dipole antenna wall according to FIG. 1, in which at least 4 dipole modules DM 11 to DM 14 are arranged one above the other.
  • the dipoles of a module are simultaneously supplied with antenna energy by a feed line.
  • the dipole module DM 11 is fed via line L 11, the dipole module DM 12 via line L 12, the dipole module DM 13 via line L13 and the dipole module DM 14 via line L 14.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

Dipol-Antennen-Wand für die Ausstrahlung von Kurzwellen, beidenen die Dipole in Spalten und Reihen angeordnet sind, wobei die Dipolwand aus einzelnen Dipolmodulen (DM 11 bis DM 14, DM 21 bis DM 24 und DM 31 bis Dm 34) aufgebaut ist, wobei jedes Dipolmodul aus zwei horizontalen und/oder zwei vertikalen Dipolen besteht, und wobei der vertikale Abstand jeweils benachbarter Dipole innerhalb des Moduls kleiner als lambda/2 und außerhalb des Moduls größer als lamba/2 ist und der horizontale Abstand von Dipolmitte zu Dipolmitte jeweils benachbarter Dipole innerhalb des Moduls = lambda/2 und außerhalb des Moduls größer als lambda/2 ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Dipol-Antennen-Wand für die Ausstrahlung von Kurzwellen, bei denen die Dipo­le in Spalten und Reihen angeordnet sind.
  • Derartige Dipol-Antennen-Wände sind bekannt. Sie beste­hen aus horizontal polarisierten Dipolen, die in einer senkrechten Ebene und zwar in Spalten und Reihen ange­ordnet sind. Durch die Angabe der Anzahl der Dipole, die in einer Reihe angeordnet sind und der Anzahl, die in einer Spalte angeordnet sind, werden diese Dipol-Anten­nen-Wände gekennzeichnet. Beispielsweise bedeutet die Bezeichnung Dipol-Antennen-Wand 4/6, daß 4 Dipole je­weils in einer Reihe und 6 Dipole jeweils in einer Spal­te angeordnet sind. Der senkrechte Abstand zweier Dipole in einer Spalte und der Mittenabstand zweier Dipole in einer Reihe entspricht lambda/2 bei der Mittenfrequenz. Diese Dipol-Antennen-Wände werden zur Herstellung von Funkverbindungen über Kurzwelle mit Hilfe der Ionosphäre eingesetzt. Die Kurzwellen werden mit einem Erhebungs­winkel gegen die Ionosphäre abgestrahlt, dort reflek­tiert und zum Boden zurückgeleitet. Die Entfernung des versorgten Gebietes richtet sich nach dem Erhebungswin­kel. Bei kleinen Erhebungswinkeln ist die Entfernung am größten. Daneben bestimmen verschiedene Eigenschaften der Ionosphäre die Qualität der Verbindung.
  • Meist besteht der Wunsch, verschiedene Zielgebiete mit einer Antenne zeitlich hintereinander zu versorgen; es kann auch der Wunsch bestehen, bei unterschiedlich hoher Ionosphäre das gleiche Zielgebiet zu erreichen. Dies macht eine Änderung des Vertikaldiagramms notwendig. Die Anzahl der Dipole bestimmt die Art der Richtstrahlung. So erreicht man niedrigere Abstrahlwinkel und damit größere Entfernungen, wenn man mehr Dipole in der verti­kalen Ebene betreibt.
  • Bei einer bereits bestehenden Antenne kann die Richt­strahlcharakteristik dadurch geändert werden, daß z.B. höher gelegene Dipole abgeschaltet werden, um einen nie­drigeren Abstrahlwinkel zu erhalten. Wegen der gegensei­tigen Beeinflußung der gespeisten und der abgeschalteten Dipole infolge einer Strahlungskopplung untereinander treten jedoch unangenehme Nebeneffekte auf, beispiels­weise verändern die gespeisten Dipole stark ihre Impe­danz und die abgeschalteten Dipole führen einen noch merklich eingekoppelten Strom; beides kann zu erhebli­chen Diagrammverzerrungen führen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dipol-Antennen-Wand (z.B. eine 4/6) mit einer hohen Anzahl von Dipolen zu schaffen, bei der verschiedene Betriebszustände wie z.B. 2/2, 2/4 oder 4/4 möglich sein sollen, ohne daß Dia­grammverzerrungen auftreten dürfen. Die Umpolung einiger Dipole soll ebenfalls möglich sein.
  • Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dipolwand aus einzelnen Dipolmodulen aufgebaut ist, wobei jedes Dipolmodul aus zwei horizon­talen und/oder zwei vertikalen Dipolen besteht und der vertikale Abstand jeweils benachbarte Dipole innerhalb des Moduls kleiner als lambda/2 und außerhalb des Moduls größer als lambda/2 ist und der horizontale Abstand von Dipolmitte zu Dipolmitte (Mittenabstand) jeweils benach­barte Dipole innerhalb des Moduls = lambda/2 und außer­halb des Moduls größer als lambda/2 ist.
  • Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der verti­kale Abstand benachbarter Dipole innerhalb des Moduls etwa 0,4 lambda und außerhalb des Moduls etwa 0,6 lambda und der Mittenabstand benachbarter Dipole außerhalb des Moduls 1,2 lambda. Es ist zweckmäßig die Moduleinheiten so auszulegen, daß jeweils 4 Dipole eine Moduleinheit entsprechend dem Aufbau 2/2 bilden. Falls jedoch aus Symmetriegründen, z.B. bei Dipolwänden entsprechend dem Aufbau 4/6 die kleinste abstrahlende Moduleinheit in der waagerechten Mitte angeordnet sein soll, so können in den Seitenspalten Moduleinheiten entsprechend dem Aufbau 1/2 vorgesehen werden.
  • In den Figuren sind schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 Eine Dipol-Antennen-Wand 6/8;
    • Fig. 2 eine Dipol-Antennen-Wand 4/6;
    • Fig. 3 eine Dipol-Antennen-Wand 4/6, die sich von der in Fig. 2 dargestellten unterscheidet und
    • Fig. 4 die HF-Speisung der Dipol-Antennen-Wand nach Figur 1.
  • Bei der in Figur 1 dargestellten Dipol-Antennen-Wand 6/8 sind jeweils 6 Dipole in einer Reihe und jeweils 8 Dipo­le in einer Spalte angeordnet. Jeweils 4 Dipole sind zu einem Dipolmodul DM zusammengefaßt. Das gestrichelt mar­kierte Dipolmodul DM 11 besteht aus den einzelnen Dipo­len a,b,c und d. In der mittleren Spalte der Dipolwand sind die Dipolmodule DM 11 bis DM 14, in der rechten Spalte die Dipolmodule DM 21 bis 24 und in der linken Spalte die Dipolmodule DM 31 bis 34 angeordnet. Bei den bekannten Dipolwänden sind die Dipole vertikal jeweils im Abstand lambda/2 voneinander angeordnet und waage­recht beträgt der jeweilige Mittenabstand zweier benach­barter Dipole ebenfalls lambda/2. Bei der in Figur 1 dargestellen Dipolwand nach der Erfindnung ist innerhalb eines Moduls der gegenseitige senkrechte Abstand a2 kleiner als lambda/2 und außerhalb, d.h. der gegenseiti­ge Abstand a4 zweier benachbarter Dipole verschiedene Module ist größer als lambda/2. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist a2 =0,4 lambda und a4=0,6 lambda.
  • Der Mittenabstand, d.h. der waagerechte Abstand jeweils von Mitte zu Mitte zweier benachbarter Dipole ist bei den bekannten Dipolwänden immer lambda/2. Bei der Anord­nung nach Figur 1 ist der Mittenabstand zweier Dipole innerhalb eines Moduls ebenfalls lambda/2 und der Mit­tenabstand zweier benachbarter Dipole verschiedener Mo­dule ist größer als lambda/2. Bei der in Figur 1 gewähl­ten Darstellung beträgt der Mittenabstand zweier benach­barter Pole verschiedene Module a5 = 0,7 lambda. Der gegenseitige Abstand zweier benachbarter Dipole ver­schiedener Module entspricht a3 = 0,2 lambda.
  • In Figur 2 ist eine Dipol-Antennen-Wand 4/6 dargestellt, bei der in jeder Reihe 4 Dipole und in jeder Spalte 6 Dipole vorgesehen sind. Jeweils 4 benachbarte Dipole sind zu einem Dipolmodul DM zusammengefaßt. Der Dipolmo­dul 11 ist besonder kennzeichnet und enthält die Di­pole a,b,c, und d. In der linken Hälfte der Antennenwand sind die Dipolmodule DM 11 bis DM 13 und in der rechten Antennenwand die Dipolmodule DM 21 bis DM 23 angeordnet. Das Dipolmodule DM 11 ist immer eingeschaltet und je nach der gewünschten Abstrahlcharakteristik werden die ande­ren Dipole zugeschaltet.
  • Für den senkrechten Abstand zweier Dipole innerhalb ei­nes Moduls wurde wieder a2 = 0,4 lambda gewählt, während für den Abstand benachbarter Dipole außerhalb des Moduls a4 = 0,6 lambda gilt. Der Mittenabstand zweier Dipole innerhalb eines Moduls beträgt lambda, während der Mit­tenabstand zweier benachbarter Module a5 = 0,7 lambda beträgt. Wenn nur ein Dipolmodul oder nur Dipolemodule einer Spalte gespeist werden, so ist die Charakteristik unter Umständen unsymmetrisch. Um dies zu vermeiden, kann eine Ausführungsform nach Figure 3 gewählt werden. Diese Figur zeigt ebenfalls eine Dipol-Antennen-Wand 4/6. Das Dipolmodul DM 11 befindet sich jetzt allerdings in der Mitte der Antennenwand. Oberhalb des Moduls DM 11 sind die Module DM 12 und DM 13 angeordnet, die eben­falls aus jeweils 4 Dipole bestehen an der linken Seite ist eine Spalte von Modulen DM-A, DM-C und DM-E angeord­net, die jeweils aus zwei übereinanderangeordneten Dipo­len entstehen und somit die Einheit 1/2 bilden. Eine ähnliche Anordnung ist auf der rechten Seite der Anten­nenwand vorgesehen. Auch hier sind Dipolmodule überein­ander angeordnet, die jeweils aus nur 2 Dipolen beste­hen. Eine Ausführung nach Figur 3 wird gewählt, wenn überwiegend nur die Dipolmodule DM 11 bis DM13 gespeist werden und die Abstrahlcharakteristik der Antennenwand durch nur auf einer Seite angeordnete Dipolmodule zu stark verzerrt würde.
  • Figur 4 zeigt die Speisung einer Dipol-Antennen-Wand nach Figur 1, bei der mindestens 4 Dipolmodule DM 11 bis DM 14 übereinander angeordnet sind. Es werden jeweils die Dipole eines Moduls gleichzeitig von einer Speiseleitung mit Antennenenergie versorgt. Das Dipolmo­dul DM 11 wird über die Leitung L 11, das Dipolmodul DM 12 über die Leitung L 12, das Dipolmodul DM 13 über die Leitung L13 und das Dipolmodul DM 14 über die Leit­uung L 14 gespeist.

Claims (7)

1. Dipol-Antennen-Wand für die Ausstrahlung von Kurzwellen, bei denen die Dipole in Spalten und Reihen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipol­wand aus einzelnen Dipolmodulen
(DM 11 bis DM 14, DM 21 bis DM 24 und DM 31 bis Dm 34) aufgebaut ist, wobei jedes Dipolmodul aus zwei horizon­talen und/oder zwei vertikalen Dipolen besteht, und wo­bei der vertikale Abstand jeweils benachbarter Dipole innerhalb des Moduls kleiner als lambda/2 und außerhalb des Moduls größer als lamba/2 ist und der horizontale Abstand von Dipolmitte zu Dipolmitte jeweils benachbar­ter Dipole innerhalb des Moduls = lambda/2 und außerhalb des Moduls größer als lambda/2 ist.
2. Dipol-Antennen-Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand benachbarter Dipole innerhalb des Moduls etwa 0,4 lambda und außer­halb des Moduls etewa 0,6 lambda und der Mittenabstand benachbarter Dipole außerhalb des Moduls 1,2 lambda be­trägt.
3. Dipol-Antennen-Wand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste Moduleinheit 1/2 ist, d.h. zwei übereinander angeordnete Dipole sind zu einem Modul zusammengefaßt.
4. Dipol-Antennen-Wand nach Anspruch 1 oder 3, da­durch gekennzeichnet, daß als normale Moduleinheit ein Dipolsystem 2/2 verwendet wird, bei dem zwei nebeneinander- und zwei übereinanderliegende Dipole zu einer Moduleinheit zusammengefaßt sind.
5. Dipol-Antennen-Wand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß, ein oder mehrere Dipol-Module in Abhängigkeit von der gewünschten Ab­strahlcharakteristik an einen Sende-Verstärker (Anten­nen-Energie) angeschaltet sind.
6. Dipol-Antennen-Wand nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß nur untere Dipolmodule
(DM 11, DM 12; DM 21, DM 22; DM 31, DM 32) einer oder mehrerer Spalten an einem Sende-Verstärker angeschaltet sind.
7. Dipol-Antennen-Wand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste abstrah­lende Moduleinheit symmetrisch in der Gesamtdipolwand angeordnet ist.
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