EP0320827B1 - Dipole curtain antenna for radiating microwaves - Google Patents
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- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
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Abstract
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.The invention relates to a dipole antenna wall for the emission of short waves, in which the dipoles are arranged in columns and rows.
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.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, reflected there and directed back to the ground. The distance of the supplied area depends on the elevation angle. The distance is greatest at small elevation angles. In addition, various properties of the ionosphere determine the quality of the connection.
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.There is usually a desire to provide different target areas with an antenna in succession; there may also be a desire to reach the same target area with different ionospheres. This makes it necessary to change the vertical diagram. 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.
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.With an existing antenna, the directional beam characteristic can be changed by z. B. higher dipoles can be turned off to get a lower beam 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.
Aus der DE-A-23 37 997 und der mit ihr verbundenen Zusatzanmeldung DE-A-24 29 201 ist eine breitbandige Kurzwellen-Vorhangantenne bekannt, die breitbandiger ist als die bekannten und die als Bestandteil einer Kurzwellen-Vorhang-Antenne mit großem Schwenkwinkel dienen kann. Dabei ist der Frequenzbereich gegenüber anderen bekannten Vorhangantennen um ein Rundfunkband erweitert, so daß er sich über vier KW-Rundfunkbänder erstreckt. Hierfür wird nur eine Antenne benötigt, die zudem auf einem Drehstand schwenkbar angeordnet ist. Erreicht wird die gewünschte Breitbandigkeit durch zu den Dipolen der Antenne führende Speiseleitungen mit bestimmtem Wellenwiderstand sowie darin eingefügte Leitungstransformatoren zur Veränderung des Wellenwiderstandes.From DE-A-23 37 997 and the associated application DE-A-24 29 201 a broadband short-wave curtain antenna is known, which is broadband than the known and which serve as part of a short-wave curtain antenna with a large swivel angle can. The frequency range is expanded compared to other known curtain antennas by a radio band, so that it extends over four KW radio bands. All that is required for this is an antenna, which is also pivotally mounted on a rotating stand. The desired broadband is achieved by feed lines with a certain characteristic impedance leading to the dipoles of the antenna and line transformers inserted therein for changing the characteristic impedance.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Dipol-Antennen-Wand (z. B. eine 4/6) mit einer hohen Anzahl von Dipolen zu schaffen, bei der verschiedene Betriebzustände 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.Based on this prior art, it is an object of the invention to provide a dipole antenna wall (z. B. a 4/6) with a high number of dipoles, in which different operating conditions such. B. 2/2, 2/4 or 4/4 should be possible without diagram distortion may occur. The polarity reversal of some dipoles should also be possible.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dipol-Antennen-Wand aus einzelnen Dipol-Modulen zusammengesetzt ist, daß jedes Dipolmodul aus je zwei übereinander und zwei nebeneinander angeordneten benachbarten Dipolen gebildet ist, die einen vertikalen Abstand von 0,4λ₀ und einen horizontalen Mittenabstand von 0,5λ₀ aufweisen, während der vertikale Abstand benachbarter Dipole verschiedener Module zueinander 0,6λ₀ beträgt, daß der horizontale Mittenabstand benachbarter Dipolmodule 1,2λ₀ beträgt und daß jedes Dipolmodul einzeln an einen Sende-Verstärker zuschaltbar ist.According to the invention, the object is achieved in that the dipole antenna wall is composed of individual dipole modules, that each dipole module is formed from two superimposed and two adjacent dipoles, which have a vertical distance of 0.4λ₀ and have a horizontal center-to-center distance of 0.5λ vertikale, while the vertical distance between adjacent dipoles of different modules is 0.6λ₀, that the horizontal center-to-center distance of adjacent dipole modules is 1.2λ₀ and that each dipole module can be individually connected to a transmit amplifier.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß entsprechend der vorgesehenen Abstrahlcharakteristik die Zuschaltung der einzelnen Module an den Sende-Verstärker erfolgt.According to a further feature of the invention, it is provided that the individual modules are connected to the transmission amplifier in accordance with the radiation characteristic provided.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die kleinste abstrahlende Moduleinheit aus nur einem Modul besteht und dieses vertikal symmetrisch in der Antennenwand angeordnet ist.According to one embodiment of the invention, it is provided that the smallest radiating module unit consists of only one Module exists and this is arranged vertically symmetrically in the antenna wall.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zwei nebeneinander- und zwei übereinanderliegende Dipole zu einer Moduleinheit zusammengefaßt sind und so eine Standard-Moduleinheit mit einem Dipolsystem 2/2 bilden.A further embodiment of the invention provides that two dipoles lying next to one another and two superimposed ones are combined to form a module unit and thus form a standard module unit with a dipole system 2/2.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind ein oder mehrere Dipol-Module in Abhängigkeit von der gewünschten Abstrahlcharakteristik an einen Sende-Verstärker geschaltet, wobei insbesondere nur Dipolmodule (DM 11, DM 12; DM 21, DM 22; DM 31, DM 32) der beiden bodennächsten Reihen einer oder mehrerer Spalten an einem Sende-Verstärker angeschaltet sein können.In an advantageous development of the invention, one or more dipole modules are connected to a transmission amplifier as a function of the desired radiation characteristic, in particular only dipole modules (
Schließlich kann es vorteilhaft sein, daß die kleinste abstrahlende Moduleinheit symmetrisch in der Gesamtdipolwand angeordnet ist.Finally, it can be advantageous for the smallest radiating module unit to be arranged symmetrically in the total dipole wall.
In den Figuren sind schematische Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.In the figures, schematic exemplary embodiments of the invention are shown.
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.
- Fig. 1:
- a dipole antenna wall 6/8;
- Fig. 2:
- a dipole antenna wall 4/6;
- Fig. 3:
- a dipole antenna wall 4/6, which differs from that shown in Fig. 2 and
- Fig. 4
- the HF supply to the dipole antenna wall according to FIG. 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.In the dipole antenna wall 6/8 shown in FIG. 1, 6 dipoles are arranged in a row and 8 dipoles in each column. 4 dipoles are combined to form a dipole module DM. The dashed
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.The center distance, ie the horizontal distance from center to center of two adjacent dipoles is always lambda / 2 in the known dipole walls. In the arrangement according to FIG. 1, 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. In the illustration chosen in FIG. 1, the center distance between two adjacent poles is different modules a5 = 0.7 lambda. The mutual distance between two neighboring dipoles of different modules corresponds to 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.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
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.For the vertical distance between two dipoles within a module, a2 = 0.4 lambda was again chosen, while for the distance between neighboring dipoles outside the module a4 = 0.6 lambda. The center distance between two dipoles within one module is lambda, while the center distance between two neighboring modules is a5 = 0.7 lambda. If only one dipole module or only dipole modules of a column are fed, the characteristic may be asymmetrical. To avoid this, an embodiment according to Figure 3 can be selected. This figure also shows a dipole antenna wall 4/6. The
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.FIG. 4 shows the feeding of a dipole antenna wall according to FIG. 1, in which at least 4
Claims (7)
- Dipole-antenna-wall for the emission of short waves, having dipoles which are arranged in vertical columns and horizontal rows, having a vertical separation between adjacent dipoles of at least 0.4λ₀ and a horizontal centre separation between adjacent dipoles of at least 0.5λ₀, characterised in that the dipole-antenna-wall is composed of individual dipole modules in that each dipole module is formed from in each case two adjacent dipoles which are arranged one above the other and two adjacent dipoles which are arranged side-by-side, which dipoles have a vertical separation of 0.4λ₀ and a horizontal centre separation of 0.5λ₀, while the vertical separation between adjacent dipoles of different modules from one another is 0.6λ₀, in that the horizontal centre separation between adjacent dipole modules is 1.2λ₀, and in that each dipole module can be individually connected to a transmission amplifier.
- Dipole-antenna-wall according to Claim 1, characterised in that the individual modules are connected to the transmission amplifier in accordance with the emission characteristic which is provided.
- Dipole-antenna-wall according to Claim 1 or 2, characterised in that the smallest emitting module unit consists of only one module and this module is arranged vertically and symmetrically in the antenna wall.
- Dipole-antenna-wall according to Claim 1 or 3, characterised in that two side-by-side dipoles and two dipoles located one above the other are combined to form a module unit, and thus form a standard module unit having a 2/2 dipole system.
- Dipole-antenna-wall according to one of Claims 1 to 4, characterised in that one or more dipole modules are connected to a transmission amplifier as a function of the desired emission characteristic.
- Dipole-antenna-wall according to Claim 5, characterised in that only dipole modules (DM 11, DM 12; DM 21, DM 22; DM 31, DM 32) of the two rows closest to the ground of one or more columns are connected to one transmission amplifier.
- Dipole-antenna-wall according to one of Claims 1 to 6, characterised in that the smallest emitting module unit is arranged symmetrically in the complete dipole wall.
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