DE1059980B - Antennenanordnung fuer einen breiten Frequenzbereich mit wenigstens zwei verschieden langen Dipolstrahlern - Google Patents

Description

Von allen Teilen einer Funkanlage ist die Antenne derjenige Teil, der wegen seiner erheblichen und mit der Wellenlänge in Zusammenhang stehenden räumlichen Ausmaße sich seiner Natur nach am wenigsten für eine Verwendung innerhalb eines sehr breiten Frequenzbereiches eignet. Es müssen bekanntlich besondere Kunstgriffe angewendet werden, um die Anpassung des Fußpunktwiderstandes an den Wellenwiderstand der Antennenzuleitung bei zwei oder mehreren Frequenzen und in Annäherung auch in einem gewissen Frequenzbereich aufrechtzuerhalten, weil bei den meisten Antennen sich der Fußpunktwiderstand mit der Frequenz ganz erheblich ändert. Es gibt zwar viele bekannte Trans formations- und Kompensationsschaltungen, welche die Aufgabe lösen, den mit der Frequenz veränderlichen komplexen Fußpunktwiderstand einer Antenne innerhalb eines begrenzten Frequenzbereiches auf einen nahezu konstanten reellen Widerstand zu transformieren, jedoch kommt man mit der Ausdehnung des nutzbaren Frequenzbereiches im allgemeinen noch nicht weit genug, wenn man nur einen Strahler oder Kombinationen von Strahlern gleicher Länge verwendet.

Es ist bereits bekannt, Antennenanordnungen mit mehreren verschieden langen Strahlern zu verwenden, in denen die Strahler über derartig frequenzabhängige Koppelelemente mit der Antennenzuleitung verbunden sind, daß bei höheren Frequenzen vorwiegend ein kürzerer Strahler und bei tieferen Frequenzen vorwiegend ein längerer Strahler zur Wirkung kommt. Ferner ist es bekannt, in Antennenanordnungen mit einem oder mehreren Strahlern einen Strahler elektrisch derartig zu unterteilen und die Trennstellen durch derartig bestimmte Kombinationen von Blind- und Wirkwiderständen zu überbrücken, daß bei den höheren Frequenzen praktisch nur die mit der Antennenzuleitung verbundenen Strahlerteile und bei den tieferen Frequenzen außerdem die über eine in der erwähnten Weise überbrückte Trennstelle angeschlossenen Strahlerteile wirksam werden. Obwohl sich auch mit solchen Antennenanordnungen mit elektrisch unterteilten Strahlern bereits gute Breitbandwirkungen erzielen lassen, haben praktische Erfahrungen doch ergeben, daß sich noch bessere Ergebnisse mit Anordnungen erzielen lassen, welche zwei oder mehrere Strahler verschiedener Länge enthalten, wenn man diese Strahler in geeigneter Weise elektrisch zusammenschaltet.

Bei der Verwendung derartiger Anordnungen mit mehreren jeweils nur in aneinandergrenzenden Teilbereichen des ganzen Arbeitsfrequenzbereiches wirksamen Einzelstrahlern ergibt sich jedoch eine neue Schwierigkeit, weil die Übergangsbereiche, in denen beide Strahler zweier aneinandergrenzend'er Teil-Antennenanordnung für einen breiten Frequenzbereich mit wenigstens zwei verschieden langen Dipolstrahlern

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H., Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dr. Rudolf Becker, Berlin-Zehlendorf, ist als Erfinder genannt worden

bereiche endliche Ströme führen, ziemlich ausgedehnt sind. Es ist praktisch nicht möglich, Koppelelemente aus Blindwiderständen so zu bemessen, daß bei einer Bereichgrenze ein sprunghaftes Absinken des einen Strahlerstromes auf Null und ein ebenso sprunghaftes Ansteigen des anderen Strahler stromes auf seinen Sollwert eintritt. In dem Ubergangsbereich sind daher notwendigerweise beide Strahler wirksam. Da die Strahler sich nicht am gleichen Ort befinden können, sondern sogar wesentliche, im allgemeinen mit einer Wellenlänge vergleichbare Entfernungen ihrer Teile voneinander aufweisen müssen, ist in diesen Bereichen in einem beliebigen Fernpunkt eine resultierende Feldstärke vorhanden, welche sich aus der Zusammensetzung der von den beiden Strahlern herrührenden Momentanwerte der Teilfeldstärken ergibt. Weil dabei die verschiedenen Entfernungen von den beiden wirksamen Strahlern als Laufzeit- bzw. Phasenunterschiede eingehen, ergibt sich in Abhängigkeit von der Frequenz das bekannte Muster von gegenseitigen Auslöschungen und Verstärkungen und - die unerwünschte Aufspaltung des Richtdiagrammes der Antenne mit der Bildung zahlreicher Nebenzipfel. Die praktische Folge dieser Erscheinungen besteht darin, daß die Brauchbarkeit einer Antennenanordnung der zugrunde gelegten Art, also einer Anordnung mit mehreren über frequenzabhängige Koppelelemente angeschlossenen Einzelstrahlern, hinsichtlich der Breite des überdeckten Arbeitsfrequenzbereiches nicht durch Fehler der Widerstandsanpassung, sondern durch Veränderungen des Richtdiagrammes einge-. schränkt wird.

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Der Erfindung liegt ¹Hijfc_j Aiifgabe zugrunde, die bei einer solchen Antenne auftretenden Veränderungen des Richtdiagrammes wesentlich zu vermindern und die Brauchbarkeit der Antenne über einen größeren Frequenzbereich auszudehnen. Besonders ist es das Ziel der Erfindung, den Frequenzbereich brauchbarer Widerstandsanpassung und den Frequenzbereich, in welchem ein gutes Richtdiagramm erhalten bleibt, miteinander weitgehend in Übereinstimmung zu bringen.

In einer Antennenanordnung für einen breiten, vorzugsweise über zwei Oktaven hinausgehenden Frequenzbereich, mit wenigstens zwei verschieden langen Dipolstrahlern, welche über derartig frequenzabhängige Koppelelemente mit einem gemeinsamen Paar von Anschlußklemmen verbunden sind, daß bei höheren Frequenzen vorwiegend ein kürzerer Strahler und bei tieferen Frequenzen vorwiegend ein längerer Strahler zur Wirkung kommt, sind erfindungsgemäß die Strahler derartig angeordnet, daß die zugehörigen Strahlungsursprünge wenigstens in Annäherung zusammenfallen. Unter dem Strahlungsursprung ist hierbei der Raumpunkt zu verstehen, von dem die Strahlung eines Strahlers bei der Beobachtung in sehr weit von der Antenne entfernten Orten auszugehen scheint. Aus großer Entfernung gesehen, erscheint der Strahler in einem sehr kleinen Raumwinkel, so daß die ganze Strahlung als aus einem Punkt, dem Strahlungsursprung, kommend angesehen werden kann. Eine gute Definition des Strahlungsursprunges ergibt sich aus folgender Überlegung: Läßt man einen Strahler um eine durch den Strahlungsursprung gehende, senkrecht zur Verbindungslinie dieses Raumpunktes mit einem fernen Beobachtungsort stehende Achse rotieren, so bleibt die Weglänge zwischen dem Ursprung und dem Beobachtungsort und damit die Laufzeit konstant. Infolgedessen ergeben sich am Beobachtungsort bei der Rotation des Strahlers um die durch den Strahlungsursprung gehende Achse auch keine von der jeweiligen Lage des Strahlers abhängige Phasenänderungen des Feldes, welche bei einer Rotation um jede andere Achse durch Änderung der von der Welle zurückgelegten Wegstrecke und damit ihrer Laufzeit eintreten müßten.

Sind entsprechend der Erfindung zwei oder mehrere gleichzeitig wirksame Strahler so angeordnet, daß ihre Strahlungsursprünge zusammenfallen, so gilt diese Aussage über die Phasenunabhängigkeit vom »Betrachtungsazimut« für beide bzw. alle Strahler gleichzeitig. Damit ist dann aber auch die Ursache für die bei bekannten Anordnungen beobachtete Aufspaltung und Verzipfelung des Richtdiagrammes der aus den Einzelstrahlern zusammengesetzten Antennenanordnung in den erwähnten Übergangs-Frequenzbereichen ausgeschaltet, so daß sich innerhalb dieser Bereiche keine derartigen Störungen mehr ergeben und der ganze Frequenzbereich, in welchem das gewünschte Richtdiagramm erhalten bleibt, erheblich vergrößert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Antennenanordnung nach der Erfindung sind die Strahler im wesentlichen lineare Leiter oder sie besitzen wenigstens lineare Mittellinien. Dabei liegen die Mittellinien der Arme jedes Strahlers kollinear zueinander. Ferner können die Strahlerarme wenigstens in Annäherung so angeordnet sein, daß ihre Mittellinien in einer gemeinsamen Ebene liegen und einander in einem auf der Schnittgeraden der beiden Symmetrieebenen der Strahler liegenden Punkt schneiden, 980

weicher .gleichzeitig für jeden Strahler der Strahlungsursprung ist.

Zweckmäßigerweise wird der Winkel zwischen den Mittellinien des längsten und des kürzesten Dipol-Strahlers der Antennenanordnung so bemessen, daß die Auswanderung der Hauptstrahlungsrichtung innerhalb der gemeinsamen Ebene der Strahler in Abhängigkeit von der Arbeitsfrequenz gegenüber der für die mittlere Frequenz gegebenen Hauptstrahlungsrichtung, welche etwa mit der im Strahlungsursprung errichteten Normalen auf der Winkelhalbierenden der Strahlermittellinien übereinstimmt, bis zur höchsten und tiefsten Arbeitsfrequenz so klein bleibt, daß der Feldstärkeabfall in einem auf der genannten Normalen liegenden Fernpunkt noch unwesentlich, vorzugsweise geringer als 15 °/o, ist. Beispielsweise kann der Winkel zwischen den Mittellinien des längsten und des kürzesten Dipolstrahlers ein spitzer Winkel von ungefähr 30° sein.

Günstige Verhältnisse hinsichtlich des insgesamt überdeckten Arbeitsfrequenzbereiches und des Überganges von einem Teilbereich auf den anderen ergeben sich, wenn das Längenverhältnis zweier Strahler wenigstens ungefähr gleich 1 :2 bemessen ist. Vorteilhaft ist es, dabei in an sich bekannter Weise die Strahlerarme elektrisch zu unterteilen und die Trennstellen durch vorzugsweise komplexe Widerstände zu überbrücken, deren Ohmsche Komponenten wenigstens annähernd dem Wellenwiderstand des zugehörigen Strahlers entsprechen. Die Blindkomponenten der genannten komplexen Widerstände können in gewissen Fällen auch Null sein. Wenn zwei Strahler verschiedener Länge vorgesehen sind, können die Blindkomponenten der Überbrückungsglieder für den kürzeren Strahler Null sein, was bedeutet, daß die Überbrückungsglieder reine Ohmsche Widerstände sind. Die Überbrückungsglieder innerhalb des längeren Strahlers können eine induktive Blindkomponente aufweisen, welche zweckmäßigerweise dadurch erzeugt wird, daß die Überbrückungsglieder durch eine Reihenschaltung eines Ohmschen Widerstandes mit einer Induktivität gebildet werden.

Die frequenzabhängigen Koppelelemente, über weiche die Enden der Strahler mit der gemeinsamen Antennenzuleitung verbunden werden, sollen zweckmäßigerweise derartig bemessen sein, daß ihre Blindwiderstände bei einer mittleren Frequenz des Arbeitsfrequenzbereiches gleich den Wellenwiderständen der zugehörigen Strahler sind. Durch diese Bemessung wird eine Verbesserung der Kompensation der Frequenzabhängigkeit des Fußpunktwiderstandes der Antennenanordnung erreicht, so daß im Anschlußpunkt der Leitung der resultierende Widerstand innerhalb eines ausgedehnten Frequenzbereiches nahezu konstant wird.

Um die gewünschte Wirkung zu erzielen, daß die einzelnen Strahler verschiedener Länge in einander angrenzenden Frequenzbereichen wirksam werden, kann ein längerer Strahler über ein Koppelelement angeschlossen sein, dessen resultierender Blindwiderstand bei Frequenzen oberhalb der genannten mittleren Frequenz induktiv ist, während ein kürzerer Strahler über ein Koppelelement angeschlossen ist, dessen resultierender Blindwiderstand bei Frequenzen unterhalb der genannten mittleren Frequenz kapazitiv ist. Die Koppelelemente können auch durch eine Reihenschaltung einer Kapazität mit einer Induktivität gebildet werden, in welcher die einzelnen Elemente derartig bemessen sind, daß die erwähnte Bedingung hinsichtlich des kapazitiven bzw. induktiven Ver-

haltens oberhalb bzw. unterhalb der mittleren Frequenz erfüllt ist. Die Zusammensetzung der Koppelelemente aus je zwei verschiedenartigen Einzelelementen hat den Vorteil, daß restliche mit der Frequenz variable Abweichungen des Fußpunktwiderstandes jedes einzelnen Strahlers von dem zugrunde gelegten Sollwert noch besser ausgeglichen werden können.

Bei einer nach der Erfindung ausgeführten Antennenanordnung hat sich besonders eine Konstruktion bewährt, in welcher die Strahlerarme aus schwach konischen Kunststoffrohren bestehen, in welche streifenförmige Antennenleiter von angepaßter Form eingezogen sind. Der Wahl einer solchen Konstruktion lag die Überlegung zugrunde, daß bei Wellenwiderständen der für die Antennenanordnung nach der Erfindung verwendeten Strahler in der Größe von etwa 300 Ohm und bei Frequenzen zwischen 30 und 180 MHz bereits sehr kleine Kapazitäten in der Nähe der Strahlerfußpunkte wesentliche Nebenschlüsse ergeben würden. Daher kam eine Ausführung der Strahler als selbsttragende metallische Arme nicht in Betracht. Durch die Benutzung schwach konischer KunststofFrohre, welche die eigentlichen mechanisch tragenden Elemente der Konstruktion bilden, und durch Einziehen der Antennenleiter in diese Kunststoffrohre ergab sich eine Antennenanordnung, welche nicht nur die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile in vollem Umfange besaß, sondern auch mechanisch voll befriedigend ausfiel.

In Fig. 1 ist eine nach der Erfindung ausgeführte Antennenanordnung schematisch dargestellt;

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Antennenanordnung mehr im einzelnen, wobei auch der Aufbau der Symmetrierund Transformationseinrichtung gezeigt ist, über welche die symmetrische Antennenanordnung mit einem koaxialen Kabel verbunden wird;

Fig. 3 ist eine Kurvendarstellung, aus welcher die Welligkeit, gemessen am Anschluß des koaxialen Kabels, in Abhängigkeit von der Arbeitsfrequenz entnommen werden kann;

Fig. 4 zeigt für eine nach der Erfindung ausgebildete Antennenanordnung in der Horizontalebene aufgenommene Richtdiagramme für verschiedene Arbeitsfrequenzen.

In Fig. 1 sind die Arme eines kürzeren Strahlers mit d, d und die Arme eines längeren Strahlers mit D, D bezeichnet. Die Strahlerarme sind stabförmig ausgebildet und die Arme jedes Strahlers besitzen eine gemeinsame geradlinige Mittelachse. Diese Mittelachse schneiden einander im Punkt 0 und bilden miteinander den Winkel ß. Die Mittelachsen sämtlicher Strahlerarme gehören einer gemeinsamen Ebene an. Die Winkelhalbierende des Winkels β ist mit h bezeichnet. Die im Punkt 0 errichtete Normale auf dieser Winkelhalbierenden trägt die Bezeichnung g. Die Arme des kürzeren Strahlers d, d sind mit den Leitern der gemeinsamen Antennenzuleitung Le über die Kondensatoren C verbunden. Zur Verbindung der Arme D des längeren Strahlers mit der gemeinsamen Leitung dienen die Induktivitäten L. Vorteilhafterweise soll der längere Strahler etwa doppelt so lang sein wie der kürzere Strahler. Wenn auch in Fig. 1 nur zwei Strahler verschiedener Länge dargestellt sind, so ist doch zu unterstellen, daß es unter Umständen vorteilhaft sein kann, mehr als zwei Strahler unterschiedlicher Länge zu verwenden.

Durch die Verwendung der Koppelelemente C für die Arme des kürzeren Strahlers und der entsprechenden Koppelelemente L für die Arme des längeren 980

StrahlersJwird erreicht, daß der .kürzere Strahler, vorwiegend in einem Teilbereich der Frequenzen oberhalb, einer mittleren Frequenz wirksam ist, während der längere Strahler hauptsächlich in einem Teilbereich unterhalb der mittleren Frequenz zur Wirkung_ kommt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die mittlere Frequenz, welche die Arbeitsfrequenzbereiche der: beiden Strahler teilt, ungefähr gleich dem geometrischen Mittelwert aus den beiden Grenzfrequenzen ίο des gesamten Arbeitsbereiches zu bemessen. Wenn beispielsweise die niedrigste Arbeitsfrequenz der Antennenanordnung sich zur höchsten Arbeitsfrequenz verhält wie 1 : 6, so sollte diese mittlere Grenzfrequenz etwa gleich dem 2,4fachen der niedrigsten Frequenz gewählt werden.

Durch den Anschluß der kürzeren Strahlerarme über die Kapazitäten C wird erreicht, daß auf diesen Strahler vorwiegend Ströme der höheren Frequenzen gelangen, bei denen der Blindwiderstand der Kapaziao täten C verhältnismäßig klein gegenüber dem Wellenwiderstand des Strahlers ist. Umgekehrt gelangen Ströme dieser höheren Frequenzen nicht in entsprechendem Maße über die Induktivitäten L auf den längeren Strahler, da der induktive Widerstand mit der Frequenz zunimmt und dadurch so groß gegenüber dem Wellenwiderstand des Strahlers wird, daß die Induktivitäten L für die höheren Frequenzen in zunehmendem Maße eine Sperre bilden. Die Ströme der tieferen Frequenzen können jedoch auf die Strahlerarme D des längeren Strahlers gelangen, weil bei diesen Frequenzen der induktive Blindwiderstand der Koppelelemente L entsprechend verringert ist.

In Fig. 2 ist eine ähnliche entsprechend der Erfindung ausgebildete Antennenanordnung dargestellt. Um die Fußpunktwiderstände der Strahler über einen noch größeren Frequenzbereich nahezu konstant zu halten, sind die Strahlerarme d, d und D, D der Fig. 1 in die Teilstücke d_v d₂, d₃, d_i und D_v D₂, D₃, D_i aufgeteilt. Die Trennstellen sind durch die Widerstände R_v R_z, R₃ und R_i überbrückt. Diese Widerstände können vorzugsweise komplex sein, wobei die Ohmsche Komponente wenigstens annähernd dem Wellenwiderstand des zugehörigen Strahlers entsprechen soll. Bei einer praktisch erprobten Antennenanordnung, in welcher Strahler mit einem Wellenwiderstand von etwa 300 Ohm verwendet wurden, enthielten die genannten Überbrückungsglieder R₁ bis R_i je einen Schichtwiderstand von 300 Ohm. Die Überbrückungsglieder R₁ und R₂ innerhalb des längeren Strahlers enthielten außerdem in Reihe mit dem erwähnten Ohmschen Widerstand noch eine Induktivität, welche bei der praktisch erprobten, für einen Frequenzbereich von 30 bis 180 MHz bestimmten Antenne eine Größe von 820 cm aufwiesen. Durch die Trennstellen werden die Strahlerlängen des kürzeren und des längeren Strahlers vorzugsweise in einem Verhältnis von ungefähr 1 : 3 geteilt, wobei jeweils die kürzeren Teilstücke außen liegen und die längeren Teilstücke innen, d. h. dem Anschlußpunkt der Strahlerarmebenachbart liegen. Bei der erwähnten praktisch erprobten Antennenanordnung nach der Erfindung bestanden die Strahlerteile D₂ und D_i aus einem Streifen aus 0,5 mm dicker Kupferfolie und waren 460 mm lang. Die Leiterteile D₁ und D₃ wurden durch entsprechende Streifen aus Kupferfolievon einer Länge von 1460 mm gebildet. DieLeiterteiled₂Undd₄ waren 220 mm und die Leiterteile d_t und d₃ waren 730 mm lang. Die streifenförmigen Leiter wurden in den Innenraum von Phenolharzrohren eingezogen, deren Axialschnitt sie in ihrer Form angepaßt waren.

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Die elektrische Unterteilung der Strahlerarme und lie Verwendung der,Überbrückungsglieder R₁ bis R_i. rat in der Antennenanordnung nach der Erfindung licht nur die Bedeutung, daß durch ihre Wirkung der Fußpunktwiderstand der Strahler über einen größeren Frequenzbereich nahezu konstant gehalten wird; es ;rgibt sich außerdem die überaus vorteilhafte Wirkung, daß der Einfluß der sehr engen Kopplung zwischen den nahe beieinander befindlichen Strahlerarmen des kürzeren und des längeren Strahlers wesentlich verringert wird. Erst durch diese erwünschte Wirkung ist es möglich, die beiden Strahler in der dargestellten Weise, d. h., einander dicht benachbart anzuordnen, ohne daß durch die Kopplung zwischen den beiden Strahlern der Verlauf des Fußpunktwiderstandes unregelmäßig wird und das Richtdiagramm sich in unerwünschter Weise verformt.

Die frequenzabhängigen Koppelelemente L und C der Fig. 1 sind in Fig. 2 durch Reihenschaltungen aus je einer Induktivität und einer Kapazität ersetzt worden. Die Strahlerarme des längeren Strahlers sind über die Reihenschaltungen L₁, C₁ und L₂, C₂ mit den gemeinsamen Anschlußpunkten der Leitung verbunden. Entsprechend sind die Arme des kürzeren Strahlers über die Reihenschaltungen L₂, C₂ und L₃, C_s angeschlossen. Diese Reihenschaltungen bzw. Serienkreise sind so bemessen, daß bei der mittleren Frequenz des gesamten Frequenzbereiches der Blindwiderstand dieser Serienkreise etwa gleich dem Fußpunktwiderstand der Dipolstrahler ist. Außerdem sind die Serienkreise so bemessen, daß die für den Anschluß des längeren Strahlers dienenden Kreise eine resultierende induktive Blindkomponente haben, während die für den Anschluß des kürzeren Strahlers bestimmten Kreise eine resultierende kapazitive Blindkomponente aufweisen, so daß ihre Wirkung derjenigen der entsprechenden Elemente L und C in Fig. 1 entspricht.

Für Fig. 1 und 2 gilt gemeinsam, daß die Strahler derartig angeordnet sind, daß ihre Strahlungsursprünge in dem Punkt 0 zusammenfallen. Da die Strahler einer gemeinsamen Ebene angehören, bildet der Punkt 0 gleichzeitig den Schnittpunkt der Mittelachsen der Strahler. Sowohl die Strahlung des kürzeren als auch die Strahlung des längeren Strahlers scheint von einem Fernpunkt betrachtet aus dem Punkt 0 zu kommen. Infolgedessen ergibt sich keine Differenz der Weglängen zu einem beliebigen Beobachtungspunkt und die sonst bei bekannten An-Ordnungen mit nebeneinander angeordneten Strahlern für mehrere Frequenzbereiche beobachtete Aufspaltung des Richtdiagrammes bei höheren Frequenzen fällt weg.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Antennenanordnung beträgt der Fußpunktwiderstand der ganzen Anordnung an ihrer gemeinsamen symmetrischen Anschlußleitung etwa 540 Ohm und ist über einen sehr ausgedehnten Frequenzbereich nahezu konstant. Durch die dargestellte Transformationsanordnung mit drei in Spulenform aufgewickelten Zweidrahtleitungen T₁, T₂ und T₃ wird dieser Widerstand von 540 Ohm auf den Widerstand gebräuchlicher Koaxialleitungen von 60 Ohm transformiert. Gleichzeitig übernimmt die Transformationsanordnung die Aufgabe der Unsymmetrieru::g von der erdsymmetrischen Antennenanordnung auf die erdunsymmetrische Kabelleitung K. Der dem Eingang des Kabels K parallel geschaltete Kondensator C₅ besaß in der praktisch erprobten Transformationsanordnung eine Kapazität von 5 pF.

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Die an der Transformationsanordnung verwendeten Widerstände R₅ und R₆ dienen zur Dämpfung von Gleichtaktresonanzen und sind so hoch gewählt, daß sie auf den Wirkungsgrad keinen merklichen Einfluß haben. In der praktisch ausgeführten Anordnung wurden an dieser Stelle Schichtwiderstände von je 500 Ohm verwendet.

In Fig. 3 ist die am 60-Ohm-Anschluß der Antenne gemessene Welligkeit j in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt. Man erkennt, daß zwischen 30 und ungefähr 200 MHz die Welligkeit unterhalb des Wertes von 2,5 bleibt. In dem Bereich von etwa 45 bis 180 MHz liegt die Welligkeit sogar unter 1,6.

In Fig. 4 stellen die Kurven a, b und e Richtdiagramme einer entsprechend der Erfindung ausgebildeten Antennenanordnung bei verschiedenen Frequenzen dar. Bei den Messungen war die Antennenanordnung so aufgebaut, daß die Arme der Dipolstrahler sämtlich in einer Horizontalebene lagen. Die Kurven a, b und e sind Darstellungen des Feldstärkeverlaufes innerhalb der Horizontalebene unter den verschiedenen Abstrahlungswinkeln, gemessen in gleicher Entfernung von der Antennenanordnung. Die gemessene Feldstärke wird in diesen Diagrammen in bekannter Weise durch die Länge des Radius vom Ursprung des Koordinatensystems bis zum Schnittpunkt mit der jeweiligen Kurve dargestellt. Die Kurve a gilt für eine Frequenz von 25 MHz, die Kurve b für eine Frequenz von 80 MHz und die Kurve e für eine Frequenz von 160 MHz. Aus diesen Diagrammen ergibt sich, daß in der Richtung senkrecht zur Winkelhalbierenden h der Fig. 1, also in Richtung der Normalen g, die Feldstärke in dem Frequenzbereich von 25 bis 160 MHz nahezu gleich derjenigen im Hauptmaximum der Antenne für die jeweilige Frequenz ist. Eine Kurve für 180' MHz wurde in Fig. 4 nicht eingezeichnet; bei dieser Frequenz ist das Verhältnis der genannten Feldstärke in der Richtung g der Fig. 1 zur Feldstärke in Richtung des Hauptmaximums immer noch etwa 0,7.

Aus den Darstellungen der Fig. 4 und 3 ergibt sich übersichtlich, daß es durch die nach der Erfindung ausgeführte Antennenanordnung gelungen ist, nicht nur den Anpassungswiderstand über einen sehr großen Frequenzbereich, dessen Grenzfrequenzen etwa im Verhältnis 1 :6 stehen, nahezu konstant zu halten, sondern daß gleichzeitig auch die Aufgabe gelöst worden ist, innerhalb desselben Frequenzbereiches auch die Richtwirkung der Antenne aufrechtzuerhalten. Der Frequenzbereich, in welchem nach Fig. 3 eine geringe Welligkeit auf der Leitung vorhanden und die Anpassung entsprechend gut ist, und der Frequenzbereich, in welchem nach Fig. 4 das Richtdiagramm die gewünschte Form besitzt, stimmen dabei vollständig miteinander überein. Die nach der Erfindung ausgebildete Antennenanordnung kann daher ohne Verschlechterung der Anpassungseigenschaften und ihrer Richteigenschaften in einem außerordentlich weiten Frequenzbereich benutzt werden.

Die angegebene Antennenanordnung ist sowohl als Sendeantenne für kleine und mittlere Leistungen als auch ganz besonders als Empfangsantenne verwendbar. Wenn bei der Beschreibung der Antennenanordnung zur Erleichterung des Verständnisses häufig davon ausgegangen wurde, daß — beispielsweise bei der Messung gemäß Fig. 4 — die Antennenanordnung mit einem Hochfrequenzstrom gespeist wurde, um auf diese Weise Feldstärkekurven in der Umgebung der Antenne aufzunehmen, so ist doch zu unterstellen, daß wegen des bekannten Reziprozitätsgesetzes die in

Claims (12)

Fig. 4 dargestellten Kurven gleichzeitig auch die Empfangsempfindlichkeit der beschriebenen Antenne in den einzelnen Einfallrichtungen angeben. Patentansprüche:

1. Antennenanordnung für einen breiten, vorzugsweise über zwei Oktaven hinausgehenden Frequenzbereich mit wenigstens zwei verschieden langen Dipolstrahlern, welche über derartig frequenzabhängige Koppelelemente mit einem gemeinsamen Paar von Anschlußklemmen verbunden sind, daß bei höheren Frequenzen vorwiegend ein kürzerer Strahler und bei tieferen Frequenzen vorwiegend ein längerer Strahler zur Wirkung kommt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler (d, d und D, D) derartig angeordnet sind, daß die zugehörigen Strahlungsursprünge wenigstens in Annäherung zusammenfallen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahler im wesentlichen lineare Leiter sind oder wenigstens lineare Mittellinien aufweisen und die Mittellinien der Arme (d bzw. D) jedes Strahlers kollinear zueinander liegen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerarme (d und D) wenigstens in Annäherung so angeordnet sind, daß ihre Mittellinien in einer gemeinsamen Ebene liegen und einander in einem auf der Schnittgeraden der beiden Symmetrieebenen der Strahler liegenden Punkt (0) schneiden, welcher gleichzeitig für jeden Strahler der Strahlungsursprung ist.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (ß) zwischen den Mittellinien des längsten und des kürzesten Dipolstrahlers so bemessen ist, daß die Auswanderung der Hauptstrahlungsrichtung innerhalb der gemeinsamen Ebene der Strahler in Abhängigkeit von der Arbeitsfrequenz gegenüber der für die mittlere Frequenz gegebenen Hauptstrahlungsrichtung, welche etwa mit der im Strahlungsursprung errichteten Normalen (g) auf der Winkelhalbierenden (Ii) der Strahlermittellinien übereinstimmt, bis zur höchsten und tiefsten Arbeitsfrequenz so klein bleibt, daß der Feldstärkeabfall in einem auf der genannten Normalen

liegenden Fernpunkt noch unwesentlich, vorzugsweise geringer als 15 %, ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (ß) zwischen den Mittellinien des längsten und des kürzesten Dipolstrahlers ein spitzer Winkel von ungefähr 30° ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Längenverhältnis der beiden Strahler wenigstens ungefähr gleich 1 :2 ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerarme in an sich bekannter Weise elektrisch unterteilt und die Trennstellen durch vorzugsweise komplexe Widerstände (R_v R₂, R₃, i?₄) überbrückt sind, deren Ohmsche Komponenten wenigstens annähernd dem Wellenwiderstand des zugehörigen Strahlers entsprechen.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindkomponenten der komplexen Widerstände von Induktivitäten gebildet werden.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzabhängigen Kopp el elemente derartig bemessen sind, daß ihre Blindwiderstände bei einer mittleren Frequenz (f₀) des Arbeitsfrequenzbereiches gleich den Wellenwiderständen der zugehörigen Strahler sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein längerer Strahler über ein Koppelelement (L) angeschlossen ist, dessen resultierender Blindwiderstand bei Frequenzen oberhalb der genannten mittleren Frequenz induktiv ist, während ein kürzerer Strahler über ein Koppelelement (C) angeschlossen ist, dessen resultierender Blindwiderstand bei Frequenzen unterhalb der genannten Inittleren_iFrequenz kapazitiv ist.

11. Anordnung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelelemente je eine Reihenschaltung (L_v C₁; L₂, C₂; L₃, C₃; L_i, C₄) einer Kapazität mit einer Induktivität enthalten.

12. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerarme aus schwach konischen Kunststoffrohren bestehen, in welche streifenförmige Antennenleiter von angepaßter Form eingezogen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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