DE1020065B

DE1020065B - Directional antenna

Info

Publication number: DE1020065B
Application number: DET11306A
Authority: DE
Inventors: Dr Paul Mann; Dr Erich Schuettloeffel
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1955-08-23
Filing date: 1955-08-23
Publication date: 1957-11-28
Also published as: GB800466A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen.The invention relates to a directional antenna for very short electromagnetic waves.

In der Richtfunktechnik tritt immer häufiger die Forderung auf, die beispielsweise bei Parabolspiegelantennen auftretenden Nebenmaxima, die in rückwärtiger Richtung der Antenne liegen, zu beseitigen oder zumindest in bestimmten Sektoren wesentlich zu vermindern. Es ist dies vor allem deshalb erforderlich, weil man in der Richtfunktechnik dazu übergehen will, in Relaisstationen eines Richtfunknetzes aus Gründen der Frequenzersparnis Sender und Empfänger einer bestimmten Verkehrsrichtung auf der gleichen Wellenlänge zu betreiben. Die dafür benötigte Übertragungsdämpfung zwischen den Antennen des Senders und Empfängers dieser einen Übertragungsrichtung muß mindestens in der Größenordnung von 70 db liegen. Mit den bisherigen Mitteln war es nicht möglich, derartige Werte zu erreichen. Fernerhin kommt es bei den Richtantennen für derartige Zwecke darauf an, einen möglichst hohen Antennengewinn zu erzielen unter gleichzeitig möglichst guter Ausnutzung der Antennenfläche. Der hohe Antennengewinn führt zu einer nach dem Rand hin, etwa nach einem cos²-Gesetz, abnehmenden Belegung, während die gute Flächenausnutzung der Antenne eine möglichst gleichförmige Belegung der Antennenfläche voraussetzt.In directional radio technology, the requirement arises more and more frequently to eliminate or at least substantially reduce the secondary maxima occurring in parabolic mirror antennas, for example, which are in the rearward direction of the antenna. This is necessary above all because in radio relay technology one wants to switch over to operating transmitters and receivers of a certain traffic direction on the same wavelength in relay stations of a radio relay network in order to save frequency. The transmission loss required for this between the antennas of the transmitter and receiver of this one transmission direction must be at least in the order of magnitude of 70 db. With the means up to now it was not possible to achieve such values. Furthermore, with directional antennas for such purposes it is important to achieve the highest possible antenna gain while at the same time utilizing the antenna surface as effectively as possible. The high antenna gain leads to an occupancy decreasing towards the edge, for example according to a cos ² law, while the good use of the antenna area requires an occupancy of the antenna area that is as uniform as possible.

Bekannt ist eine Anordnung für Trichterstrahler, bei der mit Hilfe eines konischen Ringes, der vor der Trichteröffnung angebracht ist, die Rückwärtsstrahlung kompensiert wird. Diese Rückwärtsstrahlung entsteht dadurch, daß die vom Innern des Trichters an den Antennenrand gelangenden Strahlen an diesem Rand abgebeugt werden. Die Beugung ist meist so stark, daß im Antennendiagramm in Gegenrichtung des Strahlers ein stark ausgeprägtes Maximum, das sogenannte Nebenmaximum, auftritt.An arrangement for funnel radiators is known, in which with the help of a conical ring, which is in front of Funnel opening is attached, the backward radiation is compensated. This backward radiation arises from the fact that the rays coming from the inside of the funnel to the edge of the antenna at this Edge can be bent. The diffraction is usually so strong that in the antenna diagram in the opposite direction of the emitter a strongly pronounced maximum, the so-called secondary maximum, occurs.

Bei Spiegelantennen bisher bekannter Ausführungsformen tritt ebenfalls eine unerwünschte Rückwärtsstrahlung auf, teilweise bedingt durch die Überstrahlung des Antennenspiegels von der Erregerquelle her. Um dies zu verhindern oder die schädliche Rückstrahlung wenigstens in erträglichen Grenzen zu halten, erhöhte man die Richtwirkung des Erregers, oder man war gezwungen, den Spiegelrand entsprechend groß auszubilden. Dann müßte man aber durch die schlechte Flächenausnutzung einen sehr kleinen Spiegelwirkungsgrad in Kauf nehmen.In the case of mirror antennas of previously known embodiments, undesired backward radiation also occurs on, partly due to the over-exposure of the antenna mirror from the excitation source. In order to prevent this or at least to keep the harmful reflection within tolerable limits, increased one the directivity of the exciter, or one was forced to the mirror edge accordingly large to train. Then one would have to have a very low mirror efficiency due to the poor use of space accept.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, der es ermöglicht, alle diese an sich gegensätzlichen Forderungen in besonders zweckmäßiger Weise zugleich zu erfüllen.The invention is based on the object of showing a way that makes it possible to do all of these per se to meet conflicting requirements in a particularly expedient manner at the same time.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Richtantenne für sehr kurze elektromagnetische Wellen, be-Richtantenne According to the invention it is proposed a directional antenna for very short electromagnetic waves, be directional antenna

Anmelder:Applicant:

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

Dr. Paul Mann, Neu-Ulm,Dr. Paul Mann, Neu-Ulm,

und Dr. Erich Schüttlöffel, Backnang (Württ),and Dr. Erich Schüttlöffel, Backnang (Württ),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

stehend aus einem über einen Primärstrahler erregten reflektierenden Flächenstrahler, in der Weise auszugestalten, daß der Primärstrahler zur Erhöhung des Antennengewinns in seiner Strahlungscharakteristik derart bemessen ist, daß bei nach dem Flächenstrahlerrand hin abnehmender Belegung ein vorzugsweise ge-standing from a reflective surface radiator excited by a primary radiator, to be designed in such a way that the primary radiator to increase the antenna gain in its radiation pattern is dimensioned in such a way that if the occupancy decreases towards the surface radiator edge, a preferably low

a5 ringer Anteil der Erregerstrahlung an dem reflektierenden Flächenstrahler vorbeigestrahlt wird, und daß in der Nähe des Flächenstrahlerrandes im Bereich der Vorbeistrahlung Sekundärstrahler vorgesehen sind, die derart angeordnet und bemessen sind, daß die Strahlung in einem rückwärtigen Bereich des Flächenstrahlers wenigstens nahezu ausgelöscht wird. Der Flächenstrahler kann beispielsweise ein ebener Spiegel oder ein Parabolspiegel sein.a5 Small fraction of the excitation radiation in the reflective Surface radiator is radiated past, and that in the vicinity of the surface radiator edge in the area secondary radiators are provided for the pre-radiation, which are arranged and dimensioned in such a way that that the radiation is at least almost extinguished in a rear region of the surface radiator. The surface emitter can be, for example, a plane mirror or a parabolic mirror.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention is described in more detail using an exemplary embodiment.

In der Zeichnung ist ein als Parabolspiegel ausgebildeter reflektierender Flächenstrahler 1 dargestellt, der von einem Hornstrahler 2 erregt wird. Die Charakteristik des Erregerstrahlers 2 ist derart bemessen, daß die reflektierende Hohlfläche des Paraboloids vom Scheitel des Paraboloids aus nach dem Rand 2 abnehmend ausgeleuchtet wird. Diese Abnahme wird im allgemeinen bei Hornstrahlern einem cos- oder cos²-Gesetz folgen, im Idealfall müßte sie etwa einer Binomialverteilung entsprechen. Die Bemessung des Erregerstrahlers im Vergleich zum Durchmesser d der Spiegelapertur ist des weiteren derart getroffen, daß ein geringer Anteil der Hauptstrahlung der Erregerantenne 2 an dem Paraboloid vorbeigestrahlt wird, wobei Untersuchungen gezeigt haben, daß dieser vorbeigestrahlte Anteil der Erregerstrahlung zweckmäßig etwa 10% der gesamten Hauptstrahlungsenergie des Erregerstrahlers beträgt. Normalerweise würde eine derartige Richtantenne in-In the drawing, a reflective surface radiator 1 designed as a parabolic mirror is shown, which is excited by a horn radiator 2. The characteristics of the exciter emitter 2 are dimensioned in such a way that the reflective hollow surface of the paraboloid is illuminated in a decreasing manner from the apex of the paraboloid towards the edge 2. In the case of horn radiators, this decrease will generally ^{follow a cos or cos 2} law; in the ideal case, it should correspond approximately to a binomial distribution. The dimensioning of the exciter radiator in comparison to the diameter d of the mirror aperture is also made such that a small proportion of the main radiation from the exciter antenna 2 is radiated past the paraboloid, and studies have shown that this portion of the exciter radiation radiated past is expediently about 10% of the total main radiation energy of the exciter is. Normally such a directional antenna would

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folge der Ströme an dem Rand 3 des Paraboloids und der dadurch verursachten Beugungserscheinungen auch Nebenmaxima besitzen, die in rückwärtiger Richtung, also nach der der Erregerantenne 2 abgewandten Seite.des Paraboloids I hin, gerichtet sind. Zur Beseitigung des - Einflusses dieser unerwünschten Nebenmaxima ist erfindungsgemäß in der Nähe des Flächenstrahlerrandes 3 im Bereich der Vorbeistrahlung" ein Sekundärstrahler 4 — im Ausführungsbeispiel ein Metallring —■ vorgesehen. Dieser Metall- *° ring 4 ist derart angeordnet und bemessen, daß die Strahlung in einem rückwärtigen Bereich des Flächen Strahlers wenigstens nahezu ausgelöscht wird. Man kann, sich die Wirkungsweise dieses Sekundärstrahlers derart vorstellen, daß sich vom Flächenstrahlerrand 3 aus ein Wellenzug ablöst — verursacht durch die Randströme —, der beispielsweise ein Hauptmaximum in der in der Zeichnung eingetragenen Richtung 5 besitzt. Bemißt man nun die Erregercharakteristik der Erregerantenne 2 derart, daß der Metall ring 4 noch im Bereich der Vorbeistrahlung liegt, so kann man durch geeignete Ausbildung und Anordnung des Metallringes 4 erreichen, daß sich von diesem Sekundärstrahler ebenfalls ein Wellenzug ablöst, dessen Hauptmaximum in der Richtung 6 liegt und mit dem Hauptmaximum der Richtung 5 zusammenfällt. Die Anordnung kann des weiteren derart getroffen werden, daß die in der Richtung 6 vom Sekundärstrahler 4 sich ablösende Wellenfront gerade gegenphasig sich der von dem Rand 3 des reflektierenden Flächenstrahlers 1 überlagert, wodurch eine Auslöschung der unerwünschten Rückstrahlung in der durch 5 und 6 bestimmten Richtung erzielt wird.follow the currents at the edge 3 of the paraboloid and the diffraction phenomena caused thereby also have secondary maxima that are in the rearward direction, that is to say after that facing away from the exciter antenna 2 Side of the paraboloid I. To eliminate the - influence of these undesirable According to the invention, secondary maxima are in the vicinity of the surface radiator edge 3 in the area of the radiation " a secondary radiator 4 - in the exemplary embodiment a metal ring - ■ provided. This metal * ° ring 4 is arranged and dimensioned such that the radiation in a rear region of the surface emitter is at least almost extinguished. You can see how this secondary radiator works Imagine in such a way that a wave train detaches itself from the surface radiator edge 3 - caused by the Edge currents - which has, for example, a main maximum in the direction 5 shown in the drawing. If you measure the excitation characteristics of the excitation antenna 2 such that the metal ring 4 is still is in the area of the pre-irradiation, so one can through suitable training and arrangement of the Metal ring 4 achieve that from this secondary radiator also replaces a wave train whose main maximum lies in the direction 6 and with the Main maximum of direction 5 coincides. The arrangement can also be made in such a way that that the wavefront detaching from the secondary radiator 4 in the direction 6 is in phase opposition that of the edge 3 of the reflective surface radiator 1 superimposed, whereby an extinction of the undesired reflection in the determined by 5 and 6 Direction is achieved.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung einer Richtantenne stellt einerseits sicher, daß infolge der nach dem Rand 2 abnehmenden Belegung die Nebenmaxima in der gewünschten Übertragungsrichtung hinreichend klein bleiben und andererseits auch eine hinreichend gute Flächenausnutzung sichergestellt ist, was bei der erfindungsgemäßen Anordnung dadurch erreicht wird, daß die Belegung mit Erregerstrahlung am Rand 3 des reflektierenden Flächenstrahlers noch nicht auf den Wert Null abgesunken ist, sondern noch" einen endlichen Wert besitzt. Diese Bemessung gibt aber auch zugleich die Möglichkeit, die durch Randströme verursachten, in rückwärtiger Richtung der reflektierenden Antenne liegenden Nebenmaxima, die vornehmlich Beugungsnebenmaxima sind, mittels eines Sekundärstrahlers zu beseitigen. Es ist dabei auch völlig ausreichend, daß, wie beim Ausführungsbeispiel gezeigt, im allgemeinen ; nur ein einziger derartiger Sekundärstrahler vorgesehen wird, denn es genügt in der Praxis häufig, wenn nur in einem bestimmten rückwärtigen Winkelbereich des reflektierenden Flächenstrahlers keine Nebenmaxima der Richtantenne existieren.The proposed according to the invention formation of a directional antenna ensures on the one hand that as a result the occupancy decreasing after edge 2, the secondary maxima in the desired transmission direction remain sufficiently small and, on the other hand, ensure a sufficiently good use of space is what is achieved in the arrangement according to the invention that the occupation with excitation radiation at the edge 3 of the reflective surface radiator has not yet dropped to zero, but still "has a finite value. This measurement but at the same time there is also the possibility of rearward movement caused by marginal currents The secondary maxima lying in the direction of the reflective antenna, the mainly diffraction secondary maxima are to be eliminated by means of a secondary radiator. It is also completely sufficient that, as shown in the exemplary embodiment, in general; only a single such secondary radiator is provided, because in practice it is often sufficient if only in a certain rearward angular range of the reflective surface radiator no secondary maxima the directional antenna exist.

An Stelle des in der Zeichnung dargestellten Metallringes 4 sind als Sekundärstrahler auch nur Segmente eines Metallringes anwendbar oder auch hiervon in der Form verschiedene Sekundärstrahler. Als Sekundärstrahler kann des weiteren mit Vorteil auch dielektrisches Material Anwendung finden, welches entweder unmittelbar als Ring oder Segment am Flächenstrahlerrand angesetzt oder in geringem Abstand hiervon angeordnet ist. Dieses dielektrische Material muß lediglich so bemessen sein, daß sich bei der vorausgesetzten, an sich geringen Vorbeistrahlung, in der im vorliegenden Fall das dielektrische Material liegen muß, die Ablösung von zwei Wellenfronten ergibt, die in der Richtung der auszulöschenden Nebenmaxima etwa gleichen Betrag, aber gegensätzliche Phase besitzen, so daß eine praktisch völlige Auslöschung erzielt wird.Instead of the metal ring shown in the drawing 4, only segments of a metal ring can also be used as secondary radiators, or in FIG Secondary radiators different in shape. As a secondary radiator Dielectric material can also advantageously be used, which either directly attached as a ring or segment on the surface radiator edge or at a short distance from it is arranged. This dielectric material only has to be dimensioned in such a way that, with the assumed, per se low pre-radiation, in which the dielectric material lies in the present case must, the separation of two wavefronts results in the direction of the secondary maxima to be canceled have about the same amount but opposite phase, so that a practically complete extinction is achieved will.

Claims

Patent claims:

1. Directional antenna for very short electromagnetic waves, consisting of one over one Primary radiators excited reflective surface radiators, characterized in that the primary radiator to increase the antenna gain in its radiation pattern so dimensioned is that with decreasing occupancy towards the surface radiator edge, a preferably lower one Part of the excitation radiation is radiated past the reflective surface radiator, and that Secondary radiators are provided near the edge of the surface radiator in the area of the pre-radiation are arranged and dimensioned such that the radiation in a rear region of the Surface radiator is at least almost extinguished.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that that a metal ring is provided as the secondary radiator, which is the edge of the surface radiator surrounds at a small distance.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the secondary radiator segments a metal ring are provided.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that as a secondary radiator at the edge of the surface radiator, preferably at a small distance therefrom, dielectric is provided.

Publications considered: Der Fernmelde-Ingenieur, May 1951, no. 2, p. 8 and 9;

"Das Elektron", April 1949, pp. 149 to 152 ..

1 sheet of drawings