DE1059980B

DE1059980B - Antenna arrangement for a wide frequency range with at least two dipole radiators of different lengths

Info

Publication number: DE1059980B
Application number: DET14691A
Authority: DE
Inventors: Dr Rudolf Becker
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1958-02-03
Filing date: 1958-02-03
Publication date: 1959-06-25

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.Of all parts of a radio system, the antenna is the part that because of its significant and with The spatial dimensions related to the wavelength differ the least by their nature suitable for use within a very wide frequency range. It has to be special Tricks are used to adapt the base point resistance to the wave resistance of the antenna feed line at two or more frequencies and in approximation also in Maintain a certain frequency range because most antennas have a lower resistance changes quite significantly with frequency. There are many known transformation and Compensation circuits that solve the problem of the complex that changes with the frequency Base resistance of an antenna within a limited frequency range to almost transform constant real resistance, however, one comes with the extension of the usable Frequency range is generally not wide enough if you only have one radiator or combinations used by emitters of the same length.

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.It is already known to use antenna arrangements with several radiators of different lengths, in which the radiators are connected to the antenna feed line via such frequency-dependent coupling elements are that at higher frequencies predominantly a shorter radiator and predominantly at lower frequencies a longer radiator comes into effect. It is also known to use in antenna arrangements one or more radiators to subdivide a radiator electrically in such a way and the separation points by bridging certain combinations of reactive and effective resistances that with the higher frequencies practically only the radiator parts connected to the antenna feed line and at the lower frequencies also connected via an isolating point bridged in the above-mentioned manner Radiator parts become effective. Although also with such antenna arrangements Electrically subdivided radiators already have good broadband effects, have practical experience but show that even better results can be achieved with arrangements which Contain two or more radiators of different lengths if these radiators are used in a suitable manner electrically interconnected.

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 DipolstrahlernWhen using such arrangements with several each only in adjoining partial areas of the entire working frequency range effective individual radiators, however, results in a new one Difficulty because of the transition areas in which both radiators of two adjacent partial antenna arrangements for a wide frequency range with at least two dipole radiators of different lengths

Anmelder:Applicant:

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

Dr. Rudolf Becker, Berlin-Zehlendorf, ist als Erfinder genannt wordenDr. Rudolf Becker, Berlin-Zehlendorf, has been named as the inventor

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.areas that carry finite currents are fairly extensive. It is practically not possible to use coupling elements to be dimensioned from reactances in such a way that a sudden drop in one of the range limits occurs Emitter current to zero and an equally abrupt increase in the other emitter current to his Setpoint occurs. Both radiators are therefore necessarily effective in the transition area. Since the Radiators can not be in the same place, but even essential, generally with one Wavelength must have comparable distances of their parts from each other is in these areas a resulting field strength is present at any far point, which results from the composition the instantaneous values of the partial field strengths resulting from the two radiators. because the different distances from the two effective radiators as transit time or phase differences received, the known pattern of mutual Cancellations and amplifications and - the undesired splitting of the directional diagram of the antenna with the formation of numerous side lobes. The practical consequence of these phenomena is that the usefulness of an antenna arrangement of the type on which it is based, ie an arrangement with several individual radiators connected via frequency-dependent coupling elements, with regard to the Width of the covered working frequency range not due to errors in the resistance adjustment, but rather due to changes in the directional diagram. is restricted.

909 558/319909 558/319

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.The invention is ¹ Hijfc _j Aiifgabe invention to reduce the changes occurring in such an antenna of the directional diagram and significantly extend the utility of the antenna over a larger frequency range. In particular, it is the aim of the invention to bring the frequency range of useful resistance matching and the frequency range in which a good directional diagram is maintained largely in agreement with one another.

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.In an antenna arrangement for a broad, preferably over two octaves Frequency range, with at least two dipole radiators of different lengths, which are frequency-dependent Coupling elements are connected to a common pair of terminals that at higher frequencies mainly a shorter radiator and at lower frequencies mainly a longer one Radiator comes into effect, according to the invention the radiators are arranged in such a way that the associated The origins of the radiation coincide at least in approximation. Below the origin of radiation is here to understand the point in space from which the radiation of a radiator when observed in very seems to emanate from places far from the antenna. Seen from a great distance, it appears Radiator in a very small solid angle, so that the whole radiation as from one point, the radiation origin, can be seen coming. A good definition of the origin of the radiation results from the following consideration: If one lets a radiator around one through the origin of the radiation going, perpendicular to the line connecting this point in space with a distant observation point If you rotate the vertical axis, the length of the path remains between the origin and the observation point and thus the running time is constant. As a result, the rotation of the Radiator around the axis passing through the origin of the radiation also none of the respective position of the Emitter-dependent phase changes of the field, which occur with a rotation around every other axis occur by changing the distance covered by the wave and thus its running time would have to.

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.Are according to the invention two or more simultaneously effective radiators arranged so that their radiation origins coincide, then this statement about the phase independence of "Viewing azimuth" for both or all emitters at the same time. But that is also the cause for the splitting and fringing of the directional diagram observed in known arrangements Antenna arrangement composed of the individual radiators in the transition frequency ranges mentioned switched off, so that there are no more such disturbances within these areas and the entire frequency range in which the desired directional diagram is maintained, considerably is enlarged.

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 In a preferred embodiment of an antenna arrangement according to the invention, the radiators are essentially linear conductors or they have at least linear center lines. The center lines of the arms of each radiator are collinear with one another. Furthermore, the emitter arms can be arranged, at least in approximation, in such a way that their center lines lie in a common plane and intersect at a point 980 lying on the line of intersection of the two planes of symmetry of the emitters

weicher .gleichzeitig für jeden Strahler der Strahlungsursprung ist. softer. At the same time, the origin of the radiation is for each radiator.

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.The angle between the center lines of the longest and the shortest dipole radiator of the antenna arrangement is expediently dimensioned in such a way that the migration of the main radiation direction within the common plane of the radiators is dependent on the operating frequency compared to the main radiation direction given for the mean frequency, which is roughly the same as in the Radiation origin established normal on the bisector of the radiator center lines, remains so small up to the highest and lowest operating frequency that the drop in field strength in a far point lying on said normal is still insignificant, preferably less than 15%. For example, the angle between the center lines of the longest and the shortest dipole radiator can be an acute angle of approximately 30 °.

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.Favorable conditions with regard to the overall covered working frequency range and the transition from one sub-area to the other result when the length ratio of two radiators is sized at least approximately equal to 1: 2. It is advantageous to do this in a manner known per se To subdivide the heater arms electrically and to close the separation points by preferably complex resistors bridge whose ohmic components at least approximately the characteristic impedance of the associated Correspond to the emitter. The reactive components of the complex resistances mentioned can be in certain Cases also be zero. If two radiators of different lengths are provided, the dummy components of the bridging elements for the shorter radiator will be zero, which means that the bridging elements are pure ohmic resistances. The bridging links within the longer radiator can be an inductive reactive component have, which is expediently generated in that the bridging members through a series connection of an ohmic resistor with an inductance can be formed.

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.The frequency-dependent coupling elements, via which the ends of the radiators are connected to the common Antenna feed lines are connected, should expediently be dimensioned in such a way that their reactances at a mean frequency of the working frequency range equal to the wave resistances of the associated emitters are. This dimensioning improves the compensation of the Frequency dependence of the base resistance of the antenna arrangement is achieved, so that in the connection point of the line the resulting resistance within an extended frequency range almost becomes constant.

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-In order to achieve the desired effect, that the individual radiators of different lengths in each other adjacent frequency ranges are effective, a longer radiator can be used via a coupling element be connected, the resulting reactance at frequencies above the middle mentioned Frequency is inductive, while a shorter radiator is connected via a coupling element, its resulting reactance capacitive at frequencies below the middle frequency mentioned is. The coupling elements can also be connected in series with a capacitance and an inductance are formed, in which the individual elements are dimensioned such that the mentioned condition with regard to the capacitive or inductive

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.hold above or below the mean frequency is fulfilled. The composition of the Coupling elements from two different types of individual elements has the advantage that the rest with the Frequency variable deviations of the base point resistance of each individual radiator from the base set setpoint can be compensated even better.

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 the case of an antenna arrangement designed according to the invention, one particular construction has proven itself proven, in which the emitter arms consist of slightly conical plastic tubes, in which are drawn in strip-shaped antenna conductors of adapted shape. Choosing such a construction was based on the idea that in the case of wave resistances, that for the antenna arrangement according to the Invention used radiators in the size of about 300 ohms and at frequencies between 30 and 180 MHz, already very small capacitances in the vicinity of the radiator base points, significant shunts would result. For this reason, a design of the radiators as self-supporting metallic arms was out of the question Consideration. By using slightly conical plastic pipes, which are the actual mechanical form the load-bearing elements of the construction, and by pulling the antenna conductors into these plastic pipes an antenna arrangement resulted which not only has the advantages that can be achieved by the invention possessed to the full extent, but also turned out to be fully satisfactory mechanically.

In Fig. 1 ist eine nach der Erfindung ausgeführte Antennenanordnung schematisch dargestellt;In Fig. 1 an antenna arrangement designed according to the invention is shown schematically;

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. 2 shows a similar antenna arrangement in more detail, the structure of the symmetry and Transformation device is shown, via which the symmetrical antenna arrangement with a coaxial cable is connected;

Fig. 3 ist eine Kurvendarstellung, aus welcher die Welligkeit, gemessen am Anschluß des koaxialen Kabels, in Abhängigkeit von der Arbeitsfrequenz entnommen werden kann;Fig. 3 is a graph showing the waviness measured at the terminal of the coaxial Cable, can be taken depending on the operating frequency;

Fig. 4 zeigt für eine nach der Erfindung ausgebildete Antennenanordnung in der Horizontalebene aufgenommene Richtdiagramme für verschiedene Arbeitsfrequenzen. Fig. 4 shows an antenna arrangement designed according to the invention recorded in the horizontal plane Directional diagrams for different working frequencies.

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.In FIG. 1, the arms of a shorter radiator are denoted by d, d and the arms of a longer radiator are denoted by D, D. The radiator arms are rod-shaped and the arms of each radiator have a common straight central axis. These central axes intersect at point 0 and form the angle β with one another. The central axes of all emitter arms belong to a common plane. The bisector of the angle β is denoted by h. The normal established at point 0 on this bisector bears the designation g. The arms of the shorter radiator d, d are connected to the conductors of the common antenna feed line Le via the capacitors C. The inductors L serve to connect the arms D of the longer radiator to the common line. Advantageously, the longer radiator should be about twice as long as the shorter radiator. Even if only two radiators of different lengths are shown in FIG. 1, it must be assumed that it may be advantageous under certain circumstances to use more than two radiators of different lengths.

Durch die Verwendung der Koppelelemente C für die Arme des kürzeren Strahlers und der entsprechenden Koppelelemente L für die Arme des längeren 980 By using the coupling elements C for the arms of the shorter radiator and the corresponding coupling elements L for the arms of the longer 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.The effect of the radiator is that the shorter radiator is effective primarily in a sub-range of the frequencies above a medium frequency, while the longer radiator is mainly effective in a sub-range below the medium frequency. It has proven to be advantageous to measure the mean frequency, which divides the working frequency ranges of the two radiators, approximately equal to the geometric mean value from the two limit frequencies ίο of the entire working range. If, for example, the lowest operating frequency of the antenna arrangement is related to the highest operating frequency as 1: 6, then this middle cut-off frequency should be selected to be approximately 2.4 times the lowest frequency.

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.By connecting the shorter radiator arms through the capacitors C it is achieved that on this radiator predominantly currents of higher frequencies arrive at which the reactance of the capacitors C is relatively small compared to the wave resistance of the radiator. Conversely, currents of these higher frequencies do not reach the longer radiator to a corresponding extent via the inductances L , since the inductive resistance increases with the frequency and thus becomes so great compared to the wave resistance of the radiator that the inductances L for the higher frequencies increasingly have a Form a lock. The currents of the lower frequencies can, however, reach the radiator arms D of the longer radiator because the inductive reactance of the coupling elements L is correspondingly reduced at these frequencies.

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.In Fig. 2 a similar antenna arrangement designed according to the invention is shown. In order to keep the base point resistances of the radiators almost constant over an even larger frequency range, the radiator arms d, d and D, D of FIG. 1 are divided into sections d _v d ₂ , d ₃ , d _i and D _v D ₂ , D ₃ , D _i split. The separation points are bridged by the resistors R _v R _z , R ₃ and R _i. These resistances can preferably be complex, the ohmic component being intended to correspond at least approximately to the characteristic impedance of the associated radiator. In a practically tested antenna arrangement in which radiators with a characteristic impedance of about 300 ohms were used, the mentioned bridging elements R ₁ to R _i each contained a sheet resistance of 300 ohms. The bridging elements R ₁ and R ₂ within the longer radiator also contained an inductance in series with the mentioned ohmic resistance, which had a size of 820 cm in the practically tested antenna intended for a frequency range from 30 to 180 MHz. Due to the separation points, the radiator lengths of the shorter and longer radiators are preferably divided in a ratio of approximately 1: 3, with the shorter sections on the outside and the longer sections on the inside, ie adjacent to the connection point of the radiator arms. In the above-mentioned, practically tested antenna arrangement according to the invention, the radiator parts D ₂ and D _i consisted of a strip of 0.5 mm thick copper foil and were 460 mm long. The conductor parts D ₁ and D ₃ were formed by corresponding strips of copper foil with a length of 1460 mm. The ladder parts d _{2 and} d ₄ were 220 mm and the ladder parts d _t and d ₃ were 730 mm long. The strip-shaped conductors were drawn into the interior of phenolic resin pipes, the axial section of which they were adapted in their shape.

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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. The electrical subdivision of the heater arms and the use of the bridging elements R ₁ to R _i . council in the antenna arrangement according to the invention light only the meaning that the effect of the base resistance of the radiator is kept almost constant over a larger frequency range; There is also the extremely advantageous effect that the influence of the very close coupling between the closely spaced radiator arms of the shorter and longer radiator is substantially reduced. Only through this desired effect is it possible to arrange the two radiators in the manner shown, ie, to be arranged closely adjacent to one another, without the course of the base point resistance becoming irregular due to the coupling between the two radiators and the directional diagram being undesirably deformed.

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.The frequency-dependent coupling elements L and C of FIG. 1 have been replaced in FIG. 2 by series connections each consisting of an inductance and a capacitance. The radiator arms of the longer radiator are connected to the common connection points of the line _{via the series connections L 1} , C ₁ and L ₂ , C _2. The arms of the shorter radiator are correspondingly connected via the series connections L ₂ , C ₂ and L ₃ , C _s . These series connections or series circuits are dimensioned in such a way that, at the mean frequency of the entire frequency range, the reactance of these series circuits is approximately equal to the base point resistance of the dipole radiators. In addition, the series circuits are dimensioned in such a way that the circles used for connecting the longer radiator have a resulting inductive reactive component, while the circuits intended for connecting the shorter radiator have a resulting capacitive reactive component, so that their effect is that of the corresponding elements L and C. in Fig. 1 corresponds.

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.It is common to FIGS. 1 and 2 that the radiators are arranged in such a way that their radiation origins coincide at point 0. Since the If radiators belong to a common plane, point 0 simultaneously forms the intersection of the central axes the spotlight. Both the radiation of the shorter and the radiation of the longer radiator seems to come from point 0 viewed from a distant point. As a result, there is none Difference of the path lengths to any observation point and those otherwise with known arrangements splitting observed with radiators arranged next to one another for several frequency ranges of the directional diagram at higher frequencies is omitted.

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.In the antenna arrangement shown in FIG. 2, the base point resistance of the entire arrangement on its common symmetrical connecting line is approximately 540 ohms and is almost constant over a very extensive frequency range. By means of the illustrated transformation arrangement with three two-wire lines T ₁ , T ₂ and T ₃ wound in the form of a coil, this resistance of 540 ohms is transformed to the resistance of conventional coaxial lines of 60 ohms. At the same time, the transformation arrangement takes on the task of asymmetry from the symmetrical antenna arrangement to the unbalanced cable line K. The capacitor C ₅ connected in parallel to the input of the cable K had a capacitance of 5 pF in the practically tested transformation arrangement.

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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. The resistors R ₅ and R ₆ used on the transformation arrangement serve to dampen common-mode resonances and are selected to be so high that they have no noticeable influence on the efficiency. In the arrangement carried out in practice, sheet resistors of 500 ohms each were used at this point.

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. 3 shows the ripple j measured at the 60 ohm connection of the antenna as a function of the frequency. It can be seen that between 30 and approximately 200 MHz, the ripple remains below the value of 2.5. In the range from about 45 to 180 MHz, the ripple is even below 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.In FIG. 4, curves a, b and e represent directional diagrams of an antenna arrangement designed according to the invention at different frequencies. During the measurements, the antenna arrangement was constructed in such a way that the arms of the dipole radiators were all in a horizontal plane. The curves a, b and e are representations of the field strength profile within the horizontal plane at the different radiation angles, measured at the same distance from the antenna arrangement. The measured field strength is shown in these diagrams in a known manner by the length of the radius from the origin of the coordinate system to the point of intersection with the respective curve. Curve a applies to a frequency of 25 MHz, curve b to a frequency of 80 MHz and curve e to a frequency of 160 MHz. These diagrams show that in the direction perpendicular to the bisector h of FIG. 1, ie in the direction of the normal g, the field strength in the frequency range from 25 to 160 MHz is almost equal to that in the main maximum of the antenna for the respective frequency. A curve for 180 'MHz was not shown in FIG. 4; At this frequency, the ratio of the field strength mentioned in the direction g of FIG. 1 to the field strength in the direction of the main maximum is still about 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.From the representations of FIGS. 4 and 3 it can be seen clearly that it is through the according to the invention executed antenna arrangement is successful, not only the adjustment resistance over a very large frequency range, the limit frequencies of which are approximately in the ratio 1: 6, almost constant hold, but that at the same time the task has been solved within the same frequency range also maintain the directivity of the antenna. The frequency range in which According to Fig. 3 there is a slight ripple on the line and the adaptation is correspondingly good, and the frequency range in which the directional diagram has the desired shape according to FIG. 4 are correct completely coincide with each other. The antenna arrangement formed according to the invention can therefore extraordinarily without deterioration of the adaptation properties and their directional properties in one wide frequency range can be used.

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 inThe specified antenna arrangement is both as a transmitting antenna for small and medium powers also particularly useful as a receiving antenna. When describing the antenna arrangement to facilitate understanding it was often assumed that - for example in the Measurement according to FIG. 4 - the antenna arrangement was fed with a high-frequency current in order to To record field strength curves in the vicinity of the antenna in this way, it must be assumed that that because of the well-known reciprocity law, the in

Claims

4 also indicate the reception sensitivity of the antenna described in the individual directions of incidence. Patent claims:

1. Antenna arrangement for a broad frequency range, preferably over two octaves, with at least two dipole radiators of different lengths, which are connected to a common pair of terminals via such frequency-dependent coupling elements that at higher frequencies predominantly a shorter radiator and at lower frequencies predominantly a longer radiator comes into effect, characterized in that the radiators (d, d and D, D) are arranged in such a way that the associated radiation origins coincide at least in approximation.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the radiators are essentially linear conductors or have at least linear center lines and the center lines of the arms (d and D) of each radiator are collinear to one another.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the emitter arms (d and D) are arranged at least in approximation so that their center lines lie in a common plane and each other in a point (0) lying on the intersection of the two planes of symmetry of the emitter cut, which is the origin of radiation for each radiator at the same time.

4. Arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the angle (ß) between the center lines of the longest and the shortest dipole radiator is dimensioned so that the migration of the main radiation direction within the common plane of the radiator depending on the operating frequency compared to the for the mean frequency given main radiation direction, which roughly coincides with the normal (g) established in the radiation origin on the bisector (Ii) of the radiation center lines, remains so small up to the highest and lowest working frequency that the field strength drop in one of the normal mentioned

lying far point is still insignificant, preferably less than 15 %.

5. Arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that the angle (ß) between the center lines of the longest and the shortest dipole radiator is an acute angle of approximately 30 ° .

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the length ratio of the two radiators is at least approximately equal to 1: 2 .

7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the radiator arms are electrically subdivided in a manner known per se and the separation points are bridged by preferably complex resistors (R _v R ₂ , R ₃ , i? ₄ ), their ohmic components correspond at least approximately to the wave resistance of the associated radiator.

8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the reactive components of the complex resistances are formed by inductors.

9. Arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the frequency-dependent Kopp el elements are dimensioned such that their reactances at a mean frequency (f ₀ ) of the working frequency range are equal to the wave impedances of the associated radiators.

10. The arrangement according to claim 9, characterized in that a longer radiator via a coupling element (L) is connected, the resulting reactance is inductive at frequencies above said average frequency , while a shorter radiator is connected via a coupling element (C) , whose resul animal forming reactance at frequencies below half of said Inittleren is capacitively _i frequency.

11. Arrangement according to claims 9 and 10, characterized in that the coupling elements each contain a series circuit (L _v C ₁ ; L ₂ , C ₂ ; L ₃ , C ₃ ; L _i , C ₄ ) of a capacitance with an inductance.

12. Arrangement according to claims 1 to 11, characterized in that the radiator arms consist of weakly conical plastic tubes, into which strip-shaped antenna conductors of adapted shape are drawn.

1 sheet of drawings