EP1312136A1 - Shortened dipole and monopole loops - Google Patents

Shortened dipole and monopole loops

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EP1312136A1
EP1312136A1 EP00979586A EP00979586A EP1312136A1 EP 1312136 A1 EP1312136 A1 EP 1312136A1 EP 00979586 A EP00979586 A EP 00979586A EP 00979586 A EP00979586 A EP 00979586A EP 1312136 A1 EP1312136 A1 EP 1312136A1
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EP
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dipole
arrangement according
monopole
line piece
lambda
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Ulrich L. Rohde
Klaus Danzeisen
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Original Assignee
Synergy Microwave Corp
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
    • H01Q9/32—Vertical arrangement of element
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
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    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength

Definitions

  • the invention relates to a loop dipole (folded dipole) or loop monopole.
  • a loop or folding dipole consists of two closely adjacent lambda / 2 dipoles, which are connected at the ends, of which only one is fed. The same direction of current occurs on the dipoles. Both dipoles support each other in their effect.
  • the input impedance can be influenced by different thicknesses of the two dipoles via transformer effects.
  • a so-called loop monopoly works according to the same physical principle, which can be understood as a half loop dipole on a conductive level and consists of two lambda / 4 long dipoles, which in turn are arranged closely adjacent and connected to one another at the upper end.
  • Such loop dipoles or loop monopoles at the conductive level are used as transmit and receive antennas in the short and ultra-shortwave range in various embodiments.
  • radio operation is also carried out in the so-called cut-off wave range.
  • the lowest usable frequency is around 1.5 MHz, which corresponds to a wavelength of almost 200 meters.
  • a common lambda / 2 antenna would therefore have a length of about 100 meters, the realization of which as a horizontal or vertical antenna means considerable mechanical effort. It is known to mechanically shorten such antennas in relation to their desired length and to compensate for the associated disadvantage in terms of efficiency by means of suitable measures such as roof capacities and / or series inductances. These known solutions also require considerable effort, particularly in the case of an antenna in multi-band operation.
  • a loop dipole or loop monopoly according to the invention can be extremely shortened, for example to only 5 to 6% of the operating wavelength at the lowest operating frequency, so that the mechanical length of a loop dipole for an operating frequency of 1.5 MHz is only a mechanical length of 10 to 12 meters , Nevertheless, the radiation resistance is still sufficiently large and greater than 10 ohms.
  • Such a loop dipole according to the invention thus has almost the same properties as a conventional lambda / 2 dipole.
  • the efficiency of the radiating antenna part of an antenna according to the invention without loss of adaptation elements and earth losses is more than 50% at 1.8 MHz and more than 80% at 3.6 MHz, that is to say also in this respect the same properties as with a lambda / 2-dipole can be achieved.
  • the loop dipole or loop monopoly according to the invention can be constructed very simply and inexpensively, since only a non-radiating line section of appropriate length is attached to the ends. Geometrically complicated roof capacities in the form of strained wires or complicated shortening coils in the dipole are avoided.
  • the use of a non-radiating line section to compensate for the shortening of the radiator is also particularly advantageous because of the low losses of such power sections.
  • the arrangement according to the invention is particularly suitable for the construction of multi-band antennas that can be easily switched in frequency.
  • a vertical dipole according to the invention can also because of its short length generate a flat radiation at relatively low frequencies.
  • the field strength of the antenna in the near field is relatively low, so that the strict regulations for the operation of such transmitter antennas can be easily met.
  • the principle according to the invention can be applied to all customary known forms of loop dipoles and loop monopoles, both with radiating simple dipoles and with reflectors or directors of more complex antenna arrangements, as well as with logarithmic-periodic antennas which are constructed with such loop dipoles or loop monopolies.
  • Existing antennas can also be supplemented or converted with little effort according to the principle of the invention. Since the switching devices assigned to the non-radiating line sections can be operated remotely in a simple manner, an antenna consisting of several loop dipoles can be tuned not only to optimal radiation resistance, but also to optimal reflection factor or directional factor.
  • Figure 1 shows schematically a loop dipole according to the invention, which is operated as a horizontal radiator. It consists of two parallel dipole radiators 1 and 2, which are greatly shortened compared to the desired length lambda / 2, which are arranged next to one another in parallel at a small distance from small lambda / 20 and of which only one dipole radiator 1 is fed in the middle.
  • a non-radiating line section is switched on, either in the form of a Parallel wire air line 3, as shown for the right dipole end, or in the form of an unbalanced coaxial cable 4, as shown at the left end of the dipole.
  • the length Lx of this non-radiating line section 3 or 4 is selected such that, taking into account the shortening factor associated with the line section (depending on the dielectric of line 3 or the coaxial cable 4), the loop dipole as a whole again reaches its desired length of lambda / 2.
  • This non-radiating line section at the ends of the greatly shortened dipole radiators 1, 2 significantly increases the radiation resistance compared to the unexpanded dipole, thus avoiding the unfavorable loop antenna effect, so that despite the shortening of the radiating antenna part, the efficiency is almost the same as that of a lambda / 2 dipole is achieved and this with a problem-free radiation resistance in the order of magnitude of the impedance of the source or the consumer.
  • loop monopoles consist of two parallel monopoles 5 and 6 which are greatly shortened compared to the desired length of lambda / 4 and are arranged on a conductive plane 7. They represent one half of a loop dipole that is mirrored at the conductive level 7.
  • the monopole radiators 5, 6 are greatly shortened with respect to the wavelength and are lengthened electrically by a non-radiating line piece 8 connected at the upper ends, as is again indicated in FIG. 2 by a coaxial cable.
  • the non-radiating line pieces 3, 4 and 8 can be mechanically accommodated in a small housing 30 which is attached to the dipole ends or in the middle of the dipole as shown in FIG. Since with such loop dipoles or loop monopoles one of the radiators is usually designed as a hollow tube anyway for transformer reasons, the additional non-radiating line piece can also be easily accommodated in this hollow tube.
  • this extension line is either lambda / 2 or lambda or a multiple of lambda long. The actual switching can thus be carried out, for example, in the central housing 30 while the non-radiating line piece is attached in the hollow tube. In some cases, especially when using air lines, additional shielding of the non-radiating line sections can be advantageous.
  • Figure 3 shows a loop dipole according to the invention, which can be switched to several frequency ranges.
  • a suitable switching device can be used to switch on non-radiating line sections of different lengths at the ends of the loop dipole.
  • this is done by relay changeover switches 10 and 11, which are switched on at predetermined intervals in the non-radiating line section, which in this exemplary embodiment is shown as a two-wire line.
  • this line section consists of three line sections of length L1, L2 and L3. If both switches 10 and 11 assume the switching position a shown in FIG. 3, only the line section L1 is connected to the radiating part 1, 2 of the loop dipole, which corresponds to an operating frequency fl.
  • the switch 10 assumes the switch position b, the line section L2 is additionally switched in, which corresponds to an operating frequency f2. Finally, when the switch 11 also occupies the other switching position b, the line section L3 is also connected, which corresponds to the lowest operating frequency f3.
  • FIG. 4 shows another possibility for such a frequency switchover of the antenna; the relay switches in this exemplary embodiment are filter circuits 13 and 14 replaced, which consist of a series resonance circuit and two parallel resonance circuits and which are matched to the corresponding operating frequencies fl and f2. Automatic multi-band operation of such an antenna is thus possible without switching.
  • the arrangement according to FIG. 3 with relay switches is suitable for transmitting antennas of high power with more than 100 watts
  • the arrangement according to FIG. 4 with resonant circuits is suitable for medium powers up to 100 watts.
  • a combination of mechanical switches and filter circuits can also be advantageous in some applications.
  • Tuning can be achieved by the first line piece
  • the fed part 1 or 5 of the loop dipole according to FIG. 1 or the loop monopole according to FIG. 2 from several parallel ones Build radiators, which can then be switched using a relay switching matrix so that the transformation ratio can be changed in discrete steps over a wide range and adapted to the source or the consumer. If, for example, 3 such parallel emitters are used, accordingly, the transformation ratio between 1: 4 and 1: 9 to 1:16 can be switched.
  • Standard antenna matching devices can be used to adapt a loop dipole according to the invention at the feed point to a feed cable leading to the transmitter or receiver.
  • an adapter circuit according to FIG. 5 which consists of two cascade-connected 1: transmitters 20, 21, the tapping of which is in each case via series resonant circuits 22 to 25 with the feed points 26, 27 of the loop dipole are connected.
  • the nominal resonance frequency of these series resonance circuits 22 to 25 corresponds in each case to the center of the useful bands to which the loop dipole should be switchable.
  • the transformers 20, 21 are connected to the feed cable 29 via a balun 28.
  • the impedance of the transformers at the respective taps is selected in accordance with the real part of the radiation resistance, for the first tap which is connected to the dipole via the series resonant circuit 22, this real part is, for example, 12.5 ohms, for the second tap 50 ohms, for the third tap 100 ohms and for the total cascade of the two transmitters 200 ohms.
  • the imaginary part of the antenna impedance is compensated for by a slight detuning of the series circuits 22 to 25. In this way, a desired VSWR of less than 2 can be maintained.

Abstract

The invention relates to dipole and monopole loops with a much shortened emitter relative to the theoretical length thereof and electrically extended at the ends thereof by non-emitting conductor pieces.

Description

VERKÜRZTE SCHLEIFEN-DIPOL UND SCHLEIFEN-MONOPOL SHORTENED LOOP DIPOLE AND LOOP MONOPOL
Die Erfindung betrifft einen Schleifen-Dipol (Faltdipol) bzw. Schleifenmonopol.The invention relates to a loop dipole (folded dipole) or loop monopole.
Ein Schleifen- bzw. Faltdipol besteht aus zwei dicht benachbarten Lambda/2-Dipolen, die an den Enden verbunden sind, von denen aber nur einer gespeist wird. Auf den Dipolen stellt sich die gleiche Stromrichtung ein. Beide Dipole unterstützen sich in .ihrer Wirkung. Durch unterschiedliche Dicken der beiden Dipole kann über transformatorische Effekte die Eingangsimpedanz beeinflußt werden. Nach dem gleichen physikalischen Prinzip wirkt ein sogenannter Schleifenmonopol, der als halber Schleifendipol auf einer leitenden Ebene aufgefaßt werden kann und aus zwei Lambda/4 langen Dipolen besteht, die wiederum dicht benachbart angeordnet und am oberen Ende miteinander verbunden sind. Solche Schleifendipole bzw. Schleifenmonopole auf leitender Ebene werden als Sende- und Empfangsantennen im Kurz- und Ultrakurzwellenbereich in verschiedenen Ausführungsformen benutzt.A loop or folding dipole consists of two closely adjacent lambda / 2 dipoles, which are connected at the ends, of which only one is fed. The same direction of current occurs on the dipoles. Both dipoles support each other in their effect. The input impedance can be influenced by different thicknesses of the two dipoles via transformer effects. A so-called loop monopoly works according to the same physical principle, which can be understood as a half loop dipole on a conductive level and consists of two lambda / 4 long dipoles, which in turn are arranged closely adjacent and connected to one another at the upper end. Such loop dipoles or loop monopoles at the conductive level are used as transmit and receive antennas in the short and ultra-shortwave range in various embodiments.
Beim Amateur- und auch Militärfunk wird auch im sogenannten Grenzwellenbereich Funkbetrieb durchgeführt. Die tiefste nutzbare Frequenz liegt bei etwa 1,5 MHz, was einer Wellenlänge von knapp 200 Metern entspricht. Eine gebräuchliche Lambda/2-Antenne hätte demzufolge eine Länge von etwa 100 Metern, deren Realisierung als horizontale oder vertikale Antenne erheblichen mechanischen Aufwand bedeutet. Es ist bekannt, solche Antennen gegenüber ihrer Soll-Länge mechanisch zu verkürzen und den damit verbundenen Nachteil an Effizienz durch geeignete Maßnahmen wie Dachkapazitäten und/oder Serieninduktivitäten auszugleichen, auch diese bekannte Lösungen erfordern vor allem bei einer Antenne im Mehrbandbetrieb weiterhin einen erheblichen Aufwand.In amateur and military radio, radio operation is also carried out in the so-called cut-off wave range. The lowest usable frequency is around 1.5 MHz, which corresponds to a wavelength of almost 200 meters. A common lambda / 2 antenna would therefore have a length of about 100 meters, the realization of which as a horizontal or vertical antenna means considerable mechanical effort. It is known to mechanically shorten such antennas in relation to their desired length and to compensate for the associated disadvantage in terms of efficiency by means of suitable measures such as roof capacities and / or series inductances. These known solutions also require considerable effort, particularly in the case of an antenna in multi-band operation.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Schleifendipol (Faltdipol) bzw. Schleifenmonopol zu schaffen, der trotz starker Verkürzung auf beispielsweise nur 5 bis 10% der Betriebswellenlänge einen ausreichend großen Strahlungswiderstand von mehr als 10 Ohm aufweist und zwar ohne Verwendung von diskreten Transformationselementen wie Dachkapazitäten oder Induktivitäten.It is therefore an object of the invention to create a loop dipole (folded dipole) or loop monopoly which, despite being greatly shortened to, for example, only 5 to 10% of the Operating wavelength has a sufficiently large radiation resistance of more than 10 ohms and without the use of discrete transformation elements such as roof capacitors or inductors.
Diese Aufgabe wird für einen Schleifendipol bzw. Schleifenmonopol durch die Maßnahmen nach den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 2 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved for a loop dipole or loop monopoly by the measures according to the independent claims 1 and 2. Advantageous further developments result from the subclaims.
Ein erfindungsgemäßer Schleifendipol bzw. Schleifenmonopol kann extrem verkürzt werden, beispielsweise auf nur 5 bis 6% der Betriebswellenlänge bei der tiefsten Betriebsfrequenz, so daß die mechanische Länge eines Schleifendipols für eine Betriebsfrequenz von 1,5 MHz nur eine mechanische Länge von 10 bis 12 Metern beträgt. Trotzdem ist der Strahlungswiderstand noch ausreichend groß und größer als 10 Ohm. Damit besitzt ein solcher erfindungsgemäßer Schleifendipol nahezu gleichgute Eigenschaften wie ein üblicher Lambda/2 -Dipol . Versuche haben gezeigt, daß auch der Wirkungsgrad des strahlenden Antennenteiles einer erfindungsgemäßen Antenne ohne Verluste von Anpassungselementen und Erdverlusten bei 1,8 MHz mehr als 50% und bei 3,6 MHz mehr als 80% beträgt, also auch diesbezüglich gleichgute Eigenschaften wie bei einem Lambda/2-Dipol erreicht werden. Trotzdem kann der erfindungsgemäße Schleifendipol bzw. Schleifenmonopol sehr einfach und preiswert aufgebaut werden, da an den Enden nur ein nichtstrahlendes Leitungsstück entsprechender Länge angesetzt wird. Geometrisch komplizierte Dachkapazitäten in Form von ausgespannten Drähten bzw. komplizierte Verkürzungsspulen im Dipol werden vermieden. Die Verwendung eines nichtstrahlenden Leitungsstückes zur Kompensation der Strahlerverkürzung ist auch wegen der geringen Verluste solcher Leistungsstücke besonders vorteilhaft. Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich vor allem auch zum Aufbau von Mehrband-Antennen, die auf einfache Weise in der Frequenz umgeschaltet werden können. Eine erfindungsgemäßer vertikaler Dipol kann wegen seiner geringen Länge auch noch bei relativ tiefen Frequenzen eine flache Abstrahlung erzeugen. Dabei ist die Feldstärke der Antenne im Nahfeld nach unten relativ gering, so daß die strengen Bestimmungen für den Betrieb solcher Senderantennen einfach erfüllt werden können.A loop dipole or loop monopoly according to the invention can be extremely shortened, for example to only 5 to 6% of the operating wavelength at the lowest operating frequency, so that the mechanical length of a loop dipole for an operating frequency of 1.5 MHz is only a mechanical length of 10 to 12 meters , Nevertheless, the radiation resistance is still sufficiently large and greater than 10 ohms. Such a loop dipole according to the invention thus has almost the same properties as a conventional lambda / 2 dipole. Experiments have shown that the efficiency of the radiating antenna part of an antenna according to the invention without loss of adaptation elements and earth losses is more than 50% at 1.8 MHz and more than 80% at 3.6 MHz, that is to say also in this respect the same properties as with a lambda / 2-dipole can be achieved. In spite of this, the loop dipole or loop monopoly according to the invention can be constructed very simply and inexpensively, since only a non-radiating line section of appropriate length is attached to the ends. Geometrically complicated roof capacities in the form of strained wires or complicated shortening coils in the dipole are avoided. The use of a non-radiating line section to compensate for the shortening of the radiator is also particularly advantageous because of the low losses of such power sections. The arrangement according to the invention is particularly suitable for the construction of multi-band antennas that can be easily switched in frequency. A vertical dipole according to the invention can also because of its short length generate a flat radiation at relatively low frequencies. The field strength of the antenna in the near field is relatively low, so that the strict regulations for the operation of such transmitter antennas can be easily met.
Das erfindungsgemäße Prinzip kann bei allen üblichen bekannten Formen von Schleifendipolen und Schleifenmonopolen angewendet werden, sowohl bei strahlenden einfachen Dipolen als auch bei Reflektoren bzw. Direktoren von komplexeren Antennenanordnungen, ebenso bei logarithmisch-periodischen Antennen, die mit solchen Schleifendipolen bzw. Schleifenmonopolen aufgebaut sind. Auch vorhandene Antennen können nach dem erfindungsgemäßen Prinzip ergänzt bzw. mit geringem Aufwand umgebaut werden. Da die den nichtstrahlenden Leitungsstücken zugeordneten Umschalteinrichtungen auf einfache Weise fernbedienbar sind, kann eine aus mehreren Schleifendipolen bestehende Antenne nicht nur auf optimalen Strahlungswiderstand, sondern auch auf optimalen Reflexionsfaktor bzw. Direktionsfaktor abgestimmt werden.The principle according to the invention can be applied to all customary known forms of loop dipoles and loop monopoles, both with radiating simple dipoles and with reflectors or directors of more complex antenna arrangements, as well as with logarithmic-periodic antennas which are constructed with such loop dipoles or loop monopolies. Existing antennas can also be supplemented or converted with little effort according to the principle of the invention. Since the switching devices assigned to the non-radiating line sections can be operated remotely in a simple manner, an antenna consisting of several loop dipoles can be tuned not only to optimal radiation resistance, but also to optimal reflection factor or directional factor.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings of exemplary embodiments.
Figur 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Schleifendipol, der als Horizontalstrahler betrieben ist. Er besteht aus zwei gegenüber der Soll-Länge Lambda/2 stark verkürzten parallelen Dipolstrahlern 1 und 2, die im geringen Abstand von kleiner Lambda/20 parallel nebeneinander angeordnet sind und von denen nur der eine Dipolstrahler 1 in der Mitte gespeist ist. Die mechanische Länge L dieser beiden Dipolstrahler 1, 2 beträgt beispielsweise nur 6% der Betriebswellenlänge Lambda, für die untere Grenzfrequenz von 1,5 MHz des Grenzwellenbereiches bedeutet dies eine mechanische Länge von nur L = 12 Meter. An den beiden Enden dieser Dipolstrahler 1, 2 ist jeweils ein nichtstrahlendes Leitungsstück angeschaltet und zwar entweder in Form einer Paralleldraht-Luftleitung 3, wie dies für das rechte Dipolende dargestellt ist, oder in Form eines unsymmetrischen Koaxialkabels 4, wie dies am linken Ende des Dipols dargestellt ist. Die Länge Lx dieses nichtstrahlenden Leitungsstückes 3 bzw. 4 ist so gewählt, daß unter Berücksichtigung des dem Leitungsstück zugehörigen Verkürzungsfaktors (abhängig vom Dielektrikum der Leitung 3 bzw. des Koaxialkabels 4) der Schleifendipol insgesamt wieder seine Soll-Länge von Lambda/2 erreicht. Durch dieses nichtstrahlende Leitungsstück an den Enden der stark verkürzten Dipolstrahler 1,2 wird der Strahlungswiderstand gegenüber dem unverlängerten Dipol beträchtlich erhöht und so der ungünstige Rahmenantenneneffekt vermieden, so daß trotz starker Verkürzung des strahlenden Antennenteiles ein nahezu gleichhoher Wirkungsgrad wie bei einem Lambda/2-Dipol erreicht wird und dies bei eine problemlosen Strahlungswiderstand in der Größenordnung der Impedanz der Quelle bzw. des Verbrauchers.Figure 1 shows schematically a loop dipole according to the invention, which is operated as a horizontal radiator. It consists of two parallel dipole radiators 1 and 2, which are greatly shortened compared to the desired length lambda / 2, which are arranged next to one another in parallel at a small distance from small lambda / 20 and of which only one dipole radiator 1 is fed in the middle. The mechanical length L of these two dipole radiators 1, 2 is, for example, only 6% of the operating wavelength lambda, for the lower cut-off frequency of 1.5 MHz of the cut-off wave range this means a mechanical length of only L = 12 meters. At the two ends of these dipole radiators 1, 2, a non-radiating line section is switched on, either in the form of a Parallel wire air line 3, as shown for the right dipole end, or in the form of an unbalanced coaxial cable 4, as shown at the left end of the dipole. The length Lx of this non-radiating line section 3 or 4 is selected such that, taking into account the shortening factor associated with the line section (depending on the dielectric of line 3 or the coaxial cable 4), the loop dipole as a whole again reaches its desired length of lambda / 2. This non-radiating line section at the ends of the greatly shortened dipole radiators 1, 2 significantly increases the radiation resistance compared to the unexpanded dipole, thus avoiding the unfavorable loop antenna effect, so that despite the shortening of the radiating antenna part, the efficiency is almost the same as that of a lambda / 2 dipole is achieved and this with a problem-free radiation resistance in the order of magnitude of the impedance of the source or the consumer.
Das gleiche Prinzip kann gemäß Figur 2 auch bei sogenannten Schleifenmonopolen angewendet werden, die aus zwei gegenüber der Soll-Länge von Lambda/4 stark verkürzten parallelen Monopolen 5 und 6 bestehen und auf einer leitenden Ebene 7 angeordnet sind. Sie stellen die eine Hälfte eines Schleifendipols dar, der an der leitenden Ebene 7 gespiegelt wird. Auch hier sind die Monopolstrahler 5, 6 gegenüber der Wellenlänge stark verkürzt und werden durch ein an den oberen Enden angeschaltetes nichtstrahlendes Leitungsstück 8 elektrisch verlängert, wie dies in Figur 2 wieder durch ein Koaxialkabel angedeutet ist .The same principle can also be used according to FIG. 2 for so-called loop monopoles, which consist of two parallel monopoles 5 and 6 which are greatly shortened compared to the desired length of lambda / 4 and are arranged on a conductive plane 7. They represent one half of a loop dipole that is mirrored at the conductive level 7. Here, too, the monopole radiators 5, 6 are greatly shortened with respect to the wavelength and are lengthened electrically by a non-radiating line piece 8 connected at the upper ends, as is again indicated in FIG. 2 by a coaxial cable.
Die nichtstrahlenden Leitungsstücke 3, 4 und 8 können mechanisch in einem kleinen Gehäuse 30 untergebracht werden, das gemäß Fig. 5 an den Dipolenden oder in der Dipolmitte angebracht ist. Nachdem bei solchen Schleifendipolen bzw. Schleifenmonopolen aus transformatorischen Gründen meist sowieso einer der Strahler als Hohlrohr ausgebildet ist, kann das zusätzliche nichtstrahlende Leitungsstück auch einfach in diesem Hohlrohr untergebracht werden. Bei höheren Frequenzen, die einen Kurzschluß innerhalb des Hohlrohres erfordern, wird das innerhalb des Hohlrohres untergebrachte, nichtstrahlende Leitungsstück über eine zusätzliche Verlängerungsleitung mit der außerhalb des Hohlrohres angebrachten eigentlichen Schalteinrichtung verbunden, diese Verlängerungsleitung ist entweder Lambda/2 oder Lambda bzw. einem Vielfachen von Lambda lang. Damit kann das eigentliche Schalten beispielsweise in dem zentralen Gehäuse 30 durchgeführt werden, während das nichtstrahlende Leitungsstück im Hohlrohr angebracht ist. In manchen Fällen, vor allem bei Verwendung von Luftleitungen, kann eine zusätzliche Abschirmung der nichtstrahlenden Leitungsstücke vorteilhaft sein.The non-radiating line pieces 3, 4 and 8 can be mechanically accommodated in a small housing 30 which is attached to the dipole ends or in the middle of the dipole as shown in FIG. Since with such loop dipoles or loop monopoles one of the radiators is usually designed as a hollow tube anyway for transformer reasons, the additional non-radiating line piece can also be easily accommodated in this hollow tube. At higher Frequencies that require a short circuit within the hollow tube are connected to the non-radiating line section housed within the hollow tube via an additional extension line with the actual switching device attached outside the hollow tube, this extension line is either lambda / 2 or lambda or a multiple of lambda long. The actual switching can thus be carried out, for example, in the central housing 30 while the non-radiating line piece is attached in the hollow tube. In some cases, especially when using air lines, additional shielding of the non-radiating line sections can be advantageous.
Figur 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Schleifendipol, der auf mehrere Frequenzbereiche umschaltbar ist . Über eine geeignete Umschalteinrichtung können an den Enden des Schleifendipols unterschiedlich lange nichtstrahlende Leitungsstücke angeschaltet werden. In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 geschieht dies durch Relaisumschalter 10 und 11, die in vorbestimmten Abständen in das nichtstrahlende und in diesem Ausführungsbeispiel als Zweidrahtleitung dargestellte Leitungsstück eingeschaltet sind. Dieses Leitungsstück besteht im Ausführungsbeispiel aus drei Leitungsstücken der Länge Ll, L2 und L3. Wenn beide Schalter 10 und 11 die in der Figur 3 dargestellte Schaltstellung a einnehmen, ist nur das Leitungsstück Ll an den strahlenden Teil 1,2 des Schleifendipols angeschaltet, was einer Betriebsfrequenz fl entspricht. Wenn der Schalter 10 die Schaltstellung b einnimmt, wird zusätzlich noch das Leitungsstück L2 zugeschaltet, was einer Betriebsfrequenz f2 entspricht. Wenn schließlich auch noch der Schalter 11 die andere Schaltstellung b einnimmt, wird auch noch das Leitungsstück L3 zugeschaltet, was der tiefsten Betriebsfrequenz f3 entspricht.Figure 3 shows a loop dipole according to the invention, which can be switched to several frequency ranges. A suitable switching device can be used to switch on non-radiating line sections of different lengths at the ends of the loop dipole. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, this is done by relay changeover switches 10 and 11, which are switched on at predetermined intervals in the non-radiating line section, which in this exemplary embodiment is shown as a two-wire line. In the exemplary embodiment, this line section consists of three line sections of length L1, L2 and L3. If both switches 10 and 11 assume the switching position a shown in FIG. 3, only the line section L1 is connected to the radiating part 1, 2 of the loop dipole, which corresponds to an operating frequency fl. If the switch 10 assumes the switch position b, the line section L2 is additionally switched in, which corresponds to an operating frequency f2. Finally, when the switch 11 also occupies the other switching position b, the line section L3 is also connected, which corresponds to the lowest operating frequency f3.
Figur 4 zeigt eine andere Möglichkeit für eine solche Frequenzumschaltung der Antenne, die Relaisschalter sind in diesem Ausführungsbeispiel durch Filterschaltungen 13 und 14 ersetzt, die aus einem Serienresonanzkreis und zwei Parallelresonanzkreisen bestehen und die auf die entsprechenden Betriebsfrequenzen fl und f2 abgestimmt sind. Damit ist ohne Umschaltung ein automatischer Mehrbandbetrieb einer solchen Antenne möglich.FIG. 4 shows another possibility for such a frequency switchover of the antenna; the relay switches in this exemplary embodiment are filter circuits 13 and 14 replaced, which consist of a series resonance circuit and two parallel resonance circuits and which are matched to the corresponding operating frequencies fl and f2. Automatic multi-band operation of such an antenna is thus possible without switching.
Die Anordnung nach Figur 3 mit Relaisschaltern eignet sich für Sendeantennen hoher Leistung mit mehr als 100 Watt, die Anordnung nach Figur 4 mit Resonanzkreisen ist für mittlere Leistungen bis 100 Watt geeignet. Auch eine Kombination von mechanischen Schaltern und Filterschaltungen kann in manchen Anwendungsfällen vorteilhaft sein.The arrangement according to FIG. 3 with relay switches is suitable for transmitting antennas of high power with more than 100 watts, the arrangement according to FIG. 4 with resonant circuits is suitable for medium powers up to 100 watts. A combination of mechanical switches and filter circuits can also be advantageous in some applications.
Durch eine binäre Stufung der unterschiedlich langen Leitungsstücke Ll, L2 und L3 kann eine quasikontinuierlicheA binary gradation of the different lengths of line sections L1, L2 and L3 enables a quasi-continuous
Durchstimmung erreicht werden, indem das erste LeitungsstückTuning can be achieved by the first line piece
Ll beispielsweise 2° = 1 Einheit, das zweite LeitungsstückFor example, 2 ° = 1 unit, the second line section
L2 21 = 2 Einheiten, das dritte Leitungsstück L3 22 = 4L2 2 1 = 2 units, the third line section L3 2 2 = 4
Einheiten usw. lang gewählt wird, so daß damit alle möglichen Längen eingestellt werden können. Dabei ist es vorteilhaft, die Abstimmschrittweite in Relation zur VSWRUnits etc. is selected so that all possible lengths can be set. It is advantageous to adjust the step size in relation to the VSWR
(Stehwellenverhältnis) -Bandbreite zu bringen, also beispielsweise im Grenzwellenbereich für ein VSWR kleiner 2 eine Schrittweite von 50 bis 100 kHz zu wählen. Auch eine Kombination von bandabhängig geschalteten Leitungsstücken und quasikontinuierlich geschalteten Leitungsstücken kann in manchen Anwendungsfällen sinnvoll sein.Bring (standing wave ratio) bandwidth, for example to select a step size of 50 to 100 kHz for a VSWR less than 2 in the cut-off wave range. A combination of line-dependent line sections and quasi-continuous line sections can also be useful in some applications.
Um den meist zu niederohmigen reellen Strahlungswiderstand der Antenne besser an die Impedanz der Quelle bzw. des Verbrauchers anzupassen, kann es vorteilhaft sein, den gespeisten Teil 1 bzw. 5 des Schleifendipols nach Fig. 1 bzw. des Schleifenmonopols nach Fig. 2 aus mehreren parallelen Strahlern aufzubauen, die mit Hilfe einer Relais- Schaltmatrix dann so umgeschaltet werden können, daß das Transformationsverhältnis in diskreten Stufen über einen weiten Bereich geändert und an die Quelle bzw. den Verbraucher angepaßt werden kann. Bei Verwendung von beispielsweise 3 solchen parallelen Strahlern kann durch entsprechendes Umschalten das Transformationsverhältnis zwischen 1:4 über 1:9 bis 1:16 umgeschaltet werden.In order to better adapt the mostly low-impedance real radiation resistance of the antenna to the impedance of the source or the consumer, it can be advantageous to supply the fed part 1 or 5 of the loop dipole according to FIG. 1 or the loop monopole according to FIG. 2 from several parallel ones Build radiators, which can then be switched using a relay switching matrix so that the transformation ratio can be changed in discrete steps over a wide range and adapted to the source or the consumer. If, for example, 3 such parallel emitters are used, accordingly, the transformation ratio between 1: 4 and 1: 9 to 1:16 can be switched.
Zur Anpassung eines erfindungsgemäßen Schleifendipols am Speisepunkt an ein zum Sender bzw. Empfänger führendes Speisekabel können handelsübliche Antennenanpaßgeräte benutzt werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich bei Mehrbandbetrieb erwiesen, hierfür eine Anpaßschaltung nach Figur 5 zu benutzen, die aus zwei in Kaskade geschalteten 1 : -Übertragern 20, 21 besteht, deren Anzapfungen jeweils über Serienresonanzkreise 22 bis 25 mit den Speisepunkten 26, 27 des Schleifendipols verbunden sind. Die Nennresonanzfrequenz dieser Serienresonanzkreise 22 bis 25 entspricht jeweils der Mitte der Nutzbänder, auf welche der Schleifendipol umschaltbar sein soll. Über einen Symmetrierübertrager 28 (Balun) sind die Übertrager 20, 21 mit dem Speisekabel 29 verbunden. Die Impedanz der Übertrager an den jeweiligen Anzapfungen ist entsprechend dem Realteil des Strahlungswiderstandes gewählt, für die erste Anzapfung, die über den Serienresonanzkreis 22 mit dem Dipol verbunden ist, ist dieser Realteil beispielsweise 12,5 Ohm, für die zweite Anzapfung 50 Ohm, für die dritte Anzapfung 100 Ohm und für die Gesamtkaskade der beiden Übertrager 200 Ohm. Der Imaginärteil der Antennenimpedanz wird durch eine geringe Verstimmung der Serienkreise 22 bis 25 kompensiert. Auf diese Weise läßt sich ein gewünschtes VSWR von kleiner 2 einhalten. Standard antenna matching devices can be used to adapt a loop dipole according to the invention at the feed point to a feed cable leading to the transmitter or receiver. In multi-band operation, it has proven to be particularly advantageous to use an adapter circuit according to FIG. 5, which consists of two cascade-connected 1: transmitters 20, 21, the tapping of which is in each case via series resonant circuits 22 to 25 with the feed points 26, 27 of the loop dipole are connected. The nominal resonance frequency of these series resonance circuits 22 to 25 corresponds in each case to the center of the useful bands to which the loop dipole should be switchable. The transformers 20, 21 are connected to the feed cable 29 via a balun 28. The impedance of the transformers at the respective taps is selected in accordance with the real part of the radiation resistance, for the first tap which is connected to the dipole via the series resonant circuit 22, this real part is, for example, 12.5 ohms, for the second tap 50 ohms, for the third tap 100 ohms and for the total cascade of the two transmitters 200 ohms. The imaginary part of the antenna impedance is compensated for by a slight detuning of the series circuits 22 to 25. In this way, a desired VSWR of less than 2 can be maintained.

Claims

A N S P R U C H E EXPECTATIONS
1. Schleifendipol-Anordnung mit zwei gegenüber der Soll-Länge ( Lambda/2) stark verkürzten Dipolstrahlern (1,1. Loop dipole arrangement with two dipole radiators (1, 1, 2) that are greatly shortened compared to the desired length (lambda / 2)
2), die an ihren beiden Enden durch ein nichtstrahlendes Leitungsstück (3, 4) elektrisch verlängert sind.2), which are electrically extended at both ends by a non-radiating line piece (3, 4).
2. Schleifenmonopol-Anordnung auf leitender Ebene mit zwei gegenüber der Soll-Länge (Lambda/4) stark verkürzten2. Loop monopole arrangement at the conductive level with two sharply shortened compared to the target length (Lambda / 4)
MonopolStrahlern (5, 6), die an ihren von der leitenden Ebene (7) abgewandten Enden durch ein nichtstrahlendes Leitungsstück (8) elektrisch verlängert sind.Monopole emitters (5, 6), which are electrically extended at their ends facing away from the conductive plane (7) by a non-radiating line piece (8).
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (L) der Dipol- bzw. Monopol-Strahler (1, 2 ; 5,6) jeweils nur 5 bis 10%, vorzugsweise nur 6% der Wellenlänge (Lambda) der tiefsten Betriebsfrequenz gewählt ist.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the length (L) of the dipole or monopole emitter (1, 2; 5.6) each only 5 to 10%, preferably only 6% of the wavelength (lambda ) the lowest operating frequency is selected.
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtstrahlende Leitungsstück (3, 4, 8) in einer elektromagnetischen Abschirmung untergebracht ist.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the non-radiating line piece (3, 4, 8) is housed in an electromagnetic shield.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtstrahlende Leitungsstück eine am Ende kurzgeschlossene Paralleldrahtleitung (3) ist.5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the non-radiating line piece is a short-circuited parallel wire line (3) at the end.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtstrahlende Leitungsstück ein am Ende kurzgeschlossenes Koaxialkabel (4, 8) ist, dessen Innenleiter mit dem einen (1 bzw. 5) und dessen Außenleiter mit dem anderen (2 bzw. 6) Dipol- bzw. Monopol-Strahler verbunden ist. 6. Arrangement according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the non-radiating line piece is a short-circuited at the end coaxial cable (4, 8), the inner conductor with one (1 or 5) and the outer conductor with the other (2nd or 6) dipole or monopole radiator is connected.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtstrahlende Leitungsstück (3, 4, 8) auf zwei oder mehr unterschiedliche Längen (Ll, L2 , L3) umschaltbar ist.7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the non-radiating line piece (3, 4, 8) can be switched to two or more different lengths (Ll, L2, L3).
8. Anordnung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß die Längenumschaltung mittels dem Leitungsstück zugeordneter Relaisschalter (10, 11) erfolgt.8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the length switching takes place by means of the line piece assigned relay switch (10, 11).
9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8 , dadurch gekennzeichnet, daß die Längenumschaltung mittels zwischengeschalteter auf unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmter Filterschaltungen (13, 14) erfolgt.9. Arrangement according to claim 7 or 8, characterized in that the length switching takes place by means of intermediate filter circuits (13, 14) tuned to different resonance frequencies.
10. Anordnung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der unterschiedlich langen Leitungsstücke (Ll, L2 , L3) binär abgestuft sind.10. The arrangement according to claim 7 to 9, characterized in that the lengths of the different lengths of line pieces (Ll, L2, L3) are graded binary.
11. Anordnung nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmschrittweite der Leitungsstücke entsprechend der gewünschten Stehwellenverhältnis-Bandbreite der Antenne gewählt ist .11. The arrangement according to claim 7 to 10, characterized in that the tuning step size of the line pieces is selected according to the desired standing wave ratio bandwidth of the antenna.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Sende- und/oder Empfangs-Antenne, Reflektor oder Direktor benutzt wird.12. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that it is used as a transmitting and / or receiving antenna, reflector or director.
13. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenschalteinrichtung in einem am Dipol bzw.13. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the length switching device in a on the dipole or
Monopol angebrachten Gehäuse (30) eingebaut sind. Monopoly attached housing (30) are installed.
14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Dipol- bzw. Monopol-Strahler als Hohlrohr ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtstrahlende Leitungsstück in dem Hohlrohr untergebracht ist.14. Arrangement according to one of the preceding claims, in which at least one dipole or monopole emitter is designed as a hollow tube, characterized in that the non-radiating line piece is accommodated in the hollow tube.
15. Anordnung nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß das im Hohlrohr untergebrachte nichtstrahlende Leitungsstück über eine Lambda/2- bzw. n x Lambda-lange Verlängerungsleitung mit der Längenschalteinrichtung verbunden ist.15. The arrangement according to claim 13 and 14, characterized in that the non-radiating line piece accommodated in the hollow tube is connected to the length-switching device via a lambda / 2 or n x lambda-long extension line.
16. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 15, gekennzeichnet durch eine Anpaßschaltung mit einem Übertrager (20, 21) , der mehrere Anzapfungen aufweist, die jeweils über Serienresonanzkreise (22 bis 25) mit den Anschlüssen (26, 27) des Dipols bzw. Monopols verbunden sind und deren Resonanzfrequenzen entsprechend den aufeinanderfolgenden Nutzbändern gewählt sind und die außerdem so bemessen sind, daß der Imaginärteil der jeweils wirksamen Dipol- bzw. Monopol-Impedanz kompensiert wird.16. Arrangement according to one of the preceding claims 7 to 15, characterized by a matching circuit with a transformer (20, 21) which has a plurality of taps, each via series resonant circuits (22 to 25) with the connections (26, 27) of the dipole or Monopoles are connected and their resonance frequencies are selected in accordance with the successive useful bands and they are also dimensioned such that the imaginary part of the respectively effective dipole or monopole impedance is compensated for.
17. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gespeiste Dipol- bzw. Monopol-Strahler (1) bzw. (5) aus mehreren parallelen Strahlern besteht und das Transformationsverhältnis am Speisepunkt über eine diesen parallelen Strahlern zugeordnete Schalteinrichtung umschaltbar ist. 17. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the fed dipole or monopole emitter (1) or (5) consists of a plurality of parallel emitters and the transformation ratio at the feed point is switchable via a switching device assigned to these parallel emitters.
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