DE1154839B - Dipol-Antennenfeld - Google Patents

Description

Es ist bereits bekannt, größere Antennensysteme und zwar insbesondere solche, die für angenäherte oder vollkommene Rundstrahlung vorgesehen sind, aus einer Vielzahl von gleichen, verhältnismäßig kleinen Elementen, den sogenannten Antennenfeldern aufzubauen. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, daß die Antennenfelder in großen Stückzahlen und damit verhältnismäßig preisgünstig hergestellt werden können.

Ein Antennenfeld der herkömmlichen Bauart besteht aus einer bestimmten Anzahl von meist rohrförmigen Dipolen, deren Speisung nach dem sogenannten »Breitbandverfahren« erfolgt, wobei jeweils zwei benachbarte Dipole über Leitungen parallelgeschaltet werden (Doppelgruppe), in deren Mitte eine weitere Leitung zur Zusammenfassung von zwei derartigen Doppelgruppen angreift, so daß unter eventueller Wiederholung dieses Verfahrens alle (meist 4 oder 8) Dipole des Feldes über gleiche Leitungslängen gespeist sind. Die Anwendung des Breitbandverfahrens erfordert, da die einzelnen Leitungskategorien, um eine gegenseitige Kopplung auszuschließen, in einem bestimmten Abstand voneinander angebracht werden müssen, eine Unterbringung der Leitungen in einer entsprechenden Anzahl von verschiedenen Ebenen. Vorschläge, eine wirtschaftliche Herstellung von Antennenfeldern durch Anbringen von bandförmigen Dipolen auf einer als Träger dienenden Isolierstoffplatte zu ermöglichen, waren deshalb bei Anwendung der Breitbandspeisung stets mit dem Nachteil behaftet, daß nur die zur unmittelbaren Verbindung der Dipole vorgesehenen Leitungen ebenfalls auf der Isolierstoffplatte untergebracht werden konnten, während für sämtliche anderen Leitungskategorien je eine zusätzliche Isolierstoffplatte erforderlieh war, wenn man es nicht vorzog, diese weiteren Verbindungsleitungen in herkömmlicher Weise auszuführen, was zu einer konstruktiven unbefriedigenden Verquickung der verschiedenen Aufbauprinzipien führte.

Die bekannte Antennenanordnung nach Fig. 1, bei welcher auf den beiden Seiten einer Isolierstoffplatte 1 die bandförmigen Strahler und Leitungssysteme 2 beziehungsweise 3 angebracht sind, konnte für Antennenfelder nicht angewendet werden, obwohl der mit ihr erzielbare Betriebsfrequenzbereich trotz Verzichts auf die Breitbandspeisung für die meisten Fälle ausgereicht hätte. Der Grund für die mangelnde Eignung dieses bekannten Systems für Antennenfelder ist darin zu suchen, daß bei denselben zur Erzielung besonderer Strahlungseigenschaften (wenigstens annähernde Strahlungsfreiheit in den Richtungen Dipol -Antennenfeld

Anmelder:

Rohde & Schwarz,
München 8, Mühldorfstr. 15

Dipl.-Ing. Franz Reinhold Huber,

Neu-Keferloh über München,
und Manfred Schiller, München,
sind als Erfinder genannt worden

senkrecht zur Hauptstrahlrichtung) und auch mit Rücksicht auf die Widerstandsanpassung stets ein gegenseitiger Abstand benachbarter Strahler von etwa einer halben Wellenlänge erwünscht ist. Zudem müssen aber die Dipole eines derartigen Antennenfeldes wenigstens annähernd gleichphasig gespeist werden, da sich andernfalls eine unzulässige Verlagerung der Hauptstrahlrichtung ergeben würde. Die letztgenannte Bedingung konnte aber bei der bekannten Anordnung nach Fig. 1 nicht erfüllt werden, da die zur Herstellung der Platte 1 verwendeten Isoliermaerialien eine dielektrische Konstante aufwiesen, deren Größe weit über dem an sich erforderlichen Wert 1 und zwar meistens in der Größe von 2 ... 6 lag. Dadurch konnte die wegen der alternierenden Anordnung der Dipole zur Erzielung der erwünschten Gleichphasigkeit erforderliche Phasendrehung von 180° auch nicht annähernd erreicht werden; die praktisch erzielbaren Werte lagen mindestens bei 270° oder sogar noch weit darüber, wodurch sich eine für Antennenfelder völlig unzulässige Verlagerung des resultierenden Strahlungsmaximums ergeben hätte.

Die oben geschilderten Mängel der bekannten Dipol-Antennenfelder mit mindestens zwei, durch Bandleitungen verbundenen, in einer Strahlerreihe angeordneten flächenhaften Dipolen, deren Einzelstrahler auf verschiedenen Seiten eines als Träger dienenden Isolierstoffkörpers in alternierender Folge angeordnet sind, werden erfindungsgmäß dadurch behoben, daß der Isolierstoffkörper aus einem Werkstoff, vorzugsweise aus einem auf geschäumten Kunststoff besteht, dessen Dielektrizitätskonstanten an-

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nähernd gleich der des freien Raumes ist. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit auf Leitungen, die auf einem derartigen Isolierstoffkörper angebracht sind, entspricht praktisch der des freien Raumes, so daß sich bei einem Abstand der von solchen Leitungen gespeisten Dipole von Lambda/2 auch gleichzeitig eine Phasendrehung von 180° ergibt, womit die erwünschte Gleichphasigkeit sämtlicher Dipole erreicht ist. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anleitenden Platten kann nach allen oben bereits erwähnten Verfahren vorgenommen werden; darüber hinaus ist auch die Anwendung von metallisierten selbstklebenden Folien in Betracht zu ziehen.

Obwohl die hinsichtlich ihrer Dielektrizitätskonstanten mit der Luft vergleichbaren Isolierstoffe infolge ihres außerordentlich geringen Gewichts mit großer Wandstärke vorgesehen werden können und damit eine verhältnismäßig hohe Festigkeit aufweisen,

Ordnung ergibt sich daraus, daß der an sich unver- i₀ genügt ihre Oberflächenhärte noch nicht in allen FaI-

meidliche Versatz von je zwei einen Dipol bildenden l_en den gestellten Anforderungen. Hier ist eine Um-

Einzelstrahlern um die Wandstärke des Isolierstoff- mantelung mit einem die Oberfläche verfestigenden

körpers bei einer Dielektrizitätskonstante, die mit der Kunststoff vorgesehen, der insbesondere dann aufge-

der Luft vergleichbar ist, keine praktisch feststell- bracht wird, wenn die Metallteile bereits auf der

baren Beeinflussungen des Strahlungsdiagrammesver- ₁₅ Oberfläche des Isolierstoffkörpers angebracht sind,

ursacht. D_a diese Schichten nur in verhältnismäßig geringen In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können

die Einzelstrahler in einer eine besonders günstige und breitbandige Anpassung vermittelnden Weise geformt sein; insbesondere kommen dreieck-, rauten-, halbkreis- oder auch keulenquerschnittförmige Flächen in Frage. Derartige Formgebungen waren bei den bisher üblichen rohrförmigen Strahlern aus Gründen der Herstellungskosten und des Gewichts kaum anwendbar.

Die flächenhaften Dipole nebst ihren Verdrahtungsteilen können in Ausnehmungen beziehungsweise Vertiefungen des Isolierstoffkörpers eingelegt

Wandstärken vorgesehen werden müssen, ergibt sich durch sie keine nennenswerte Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften des Systems.

Wird das erfindungsgemäße Antennenfeld unter Verwendung eines Reflektors als einseitig gerichteter Strahler verwendet, so kann der Isolierstoffkörper wannenförmig ausgebildet sein und mit dem Reflektor eine stabile Einheit bilden. Eine Erdung der das Strahlersystem bildenden Metallteile kann mit Hilfe von metallischen Stützen erfolgen, die an den Spannungsminima der Einzelstrahler angreifen. In den meisten Fällen ist es ausreichend, wenn diese Stützen

werden, die den Umrißlinien dieser Teile entsprechen. _nur mit den Strahlern in unmittelbarer Verbindung Das Aufbringen der Metallteile auf dem Isolier- 30 stehen, die auf der der Erdungsebene, normalerweise Stoffkörper kann durch Kleben oder Einbetten erfol- dem Reflektor, zugewandten Seite des Isolierstoffgen. Im Falle des Einlegens in vorbereitete Ausneh- körpers angebracht sind.

mungen des Isolierstoffkörpers ist es auch möglich, Einen weitgehenden Ausgleich von Strahlungsunvon den Metallteilen nicht ausgefüllte Bereiche der Symmetrien, wie sie beispielsweise durch eine nicht Ausnehmungen durch Isolierstoff aufzufüllen, wozu 35 ausreichend breitbandige Symmetrierungseinrichtung vorzugsweise das auch beim Isolierstoffkörper selbst hervorgerufen werden können, kann man dadurch zum Einsatz gelangende Material verwendet wird. erzielen, daß die Dipole zu mindestens einer Mittel-Weiterhin kann eine kraftschlüssige Verbindung zwi- achse des Isoliersitoffkörpers symmetrisch angeordnet sehen den metallischen Strahler- und Leitungsteilen werden. Nimmt man beispielsweise die gemeinsame und dem Isolierstoffkörper dadurch erzielt werden, ₄₀ Einspeisung aller Strahler in der Mitte der durch daß in die Metallteile Bohrungen eingebracht werden, den Isolierstoffkörper bestimmten Fläche vor, so ist durch welche der Isolierstoff bereits bei seiner Ver- _es zweckmäßig, die Dipole spiegelbildlich zu einer arbeitung von einer Seite her durchdringt und auf der durch den Speisepunkt gehenden zu den Dipolen anderen Seite eine pilzförmige Verankerang bildet. Es parallelen Linie anzuordnen. Daraus ergibt sich, daß ist selbstverständlich auch möglich, die erwähnten ₄₅ die unmittelbar an der Speisestelle angeordneten EinMaßnahmen der Verbindung der Metallteile mit dem zelstrahler, soweit sie an ein und demselben Strang Isolierstoffkörper zu kombinieren. der Bandleitung angeschlossen sind, sich nach der In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch gleichen Seite erstrecken, was auch für die entfernmöglich, statt die erforderlichen Metallteile, wie oben teren Strahler sinngemäß gilt. Diese Anordnung erangenommen, aus entsprechenden Metallfolien oder 50 gibt einen weitgehenden Ausgleich von eventuell vor-Metallplatten zu schneiden oder zu stanzen, die ge- handenen Unsymmetrien in sämtlichen Ebenen, wünschte Form mit elektrisch leitender Farbe auf Der Isolierstoffkörper kann in weiterer Ausgestal-Isolierstoffplatten zu drucken oder sie aus metal- tung der erfinderischen Lehre versteifende Rippen kaschiertem Isoliermaterial zu ätzen. Werden bei An- aufweisen, von denen eine sich vorzugsweise senkwendung dieses Verfahrens die bedruckten bzw. ge- 55 recht zur Strahlerebene erstreckende, als Träger eines ätzten nichtleitenden Platten derart auf dem Isolier- beispielsweise als gedruckte Schaltung ausgebildeten

Stoffkörper befestigt, daß die Metallseiten einander gegenüberstehen, so hat man im wesentlichen die im obigen beschriebenen günstigen elektrischen Eigenschaften. Man kann aber auch die metallisierten Seiten der nichtleitenden Platten nach außen anordnen, wodurch sich dann ein geschichtetes Dielektrikum ergibt, dessen Eigenschaften hinsichtlich der Beeinflussung der Fortpflanzungsgeschwindigkeit für die

Symmetrierübertragers dienen kann. Dieser Übertrager kann als Verbindung zwischen der Ebene der Strahler und der des Reflektors dienen.

Soweit die oben erwähnte galvanische Erdung der Strahlerelemente noch nicht ausreichen sollte, ist es möglich, zum Schutz des Antennenfeldes gegen Blitzeinschläge einen vorzugsweise vor der Strahlerebene verlaufenden Metallbügel vorzusehen, der dann ohne

meisten Bedarfsfälle ausreichen, wenn die Wandstärke 65 nennenswerten Einfluß auf die Strahlungseigendes Isoherstoffkörpers groß gegen die der zusätzlich schäften des Feldes bleibt, wenn die Hauptrichtung aufgebrachten nichtleitenden Platten bemessen wer- seiner Erstreckung senkrecht zu der Polarisationsden kann. Die Befestigung der zusätzlichen nicht- richtung steht.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist im Nachstehenden an Hand der Fig. 2 erläutert und zwar ist hier ein Ausführungsbeispiel mit einem wannenförmigen Isolierstoffkörper in drei zueinander senkrechten Schnitten dargestellt.

Nach Fig. 2 ist der wannenförmige Isolierstoffkörper 4, der aus einem geeigneten Isoliermaterial z. B. aufgeschäumtem Polystyrol besteht, an zwei Stirnseiten mit den Abschrägungen 5 und 6 versehen. Diese dienen dazu, den Isolierstoffkörper kraftschlüssig in einen entsprechend geformten Reflektor einzupassen, wodurch sich ein stabiles Gebilde ergibt. Die weiteren Abschrägungen 7 und 8 dienen dazu, eine zusätzliche in einem Seitenriß gestrichelt eingetragene Vereisungsschutzwanne 9 aufzunehmen, wie sie beispielsweise bei besonders hohen Anforderungen an die Witterungs-, insbesondere Vereisungsfestigkeit des Systems erforderlich werden kann. Diese zusätzliche Vereisungsschutzwanne wird zweckmäßig derart vorgesehen, daß sich ein lichter Abstand 10 zwischen dem Strahlersystem und dem Außenraum ergibt, wodurch der Einfluß von sich eventuell ansetzendem Eis vermindert wird. In dem Isolierstoffkörper 4 sind die Ausnehmungen 11 und 12 vorgesehen, die genau entsprechend den einzusetzenden Strahler- und Leitungsteilen geformt sind. Es ist deutlich erkennbar, daß die Dipole aus je zwei dreieckigen und damit sehr breitbandigen Strahlern bestehen, wobei je ein Strahler auf jeder Seite des Isolierstoffkörpers angebracht ist; so ist beispielsweise der Strahler 13 auf der Außenfläche und der Strahler 14 auf der Innenfläche befestigt. Jeweils in einer Ebene, also z. B. auf der Außen- oder Innenfläche des Isolierstoffkörpers gelegene Strahler stehen über bandförmige Leiter in Verbindung, wobei immer zwei auf den beiden Seiten des Isolierstoffkörpers einander gegenüberliegende Leiter eine symmetrische Doppelleitung bilden. Die auf der Innenfläche des Isolierstoffkörpers angebrachten Strahler sind paarweise über die Leiter 15 und 16 verbunden und bilden jeweils zusammen mit den entsprechenden gegenüberliegenden Strahlern eine Doppelgruppe. Die Verbindung jeder Doppeigrappe mit dem gemeinsamen Einspeisepunkt 17 erfolgt durch die Leitung 18 beziehungsweise 19. Die Leitungen 15 und 16 einerseits und 18 und 19 andererseits sind entsprechend dem erforderlichen Wellenwiderstand bemessen; da die Doppelgruppen gegenüber den Dipolen einen niedrigeren Wellenwiderstand aufweisen, kommen hier die breiteren Leiter zur Anwendung. Zur Erleichterung der Verbindungsherstellung zwischen dem Einspeisepunkt 17 und der nicht dargestellten Verbindungsleitung zu dem Symmetrierübertrager sind im Isolierstoffkörper 4 die Durchbrüche 20 und 21 vorgesehen. Um einen Ausgleich von eventuellen Unsymmetrien der Strahlungsverhältnisse herbeizuführen, sind die dem gemeinsamen Speisepunkt 17 benachbarten Strahler 22 und 23 nach der einen und die nach außenhin darauffolgenden Strahler nach der anderen Seite gerichtet. Durch die Ausrichtung der gleichen Strahlerzahl auf jeder Fläche des Isolierstoffkörpers nach der einen, wie auch nach der anderen Seite, ergibt sich ein Ausgleich von Unsymmetrien in der Ebene, die zu den elektrischen Hauptachsen der Dipole (z. B. 26) parallel und zu der durch die Strahler bestimmten Ebene senkrecht steht. Aus der spiegelbildlichen Anordnung der Doppelgruppen und 25 in Bezug auf die Mitte des Antennenfeldes resultiert ein Ausgleich der Strahlungsdiagramme in der Ebene, die zu der vorgenannten sowie gleichzeitig zu der durch die Strahler bestimmten Fläche orthogonal ist. Man hat somit einen Ausgleich der Strahlungsverhältnisse in den beiden Hauptebenen (beispielsweise Horizontal- und Vertikalebene).

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Dipol-Antennenfeld mit mindestens zwei durch Bandleitungen verbundenen, in einer Strahlerreihe angeordneten flächenhaften Dipolen, deren Einzelstrahler auf verschiedenen Seiten eines als Träger dienenden Isolierstoffkörpers in alternierender Folge angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Isolierstoffkörper aus einem Werkstoff, vorzugsweise aus einem aufgeschäumten Kunststoff, besteht, dessen Dielektrizitätskonstante annähernd gleich der des freien Raumes ist.

2. Dipol-Antennenfeld nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen gegenseitigen Abstand der Dipole von etwa der Hälfte der mittleren Betriebswellenlänge.

3. Dipol-Antennenfeld nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Einzelstrahler in Form eines Dreiecks, einer Raute, eines Halbkreises oder eines Keulenquerschnittes.

4. Dipol-Antennenfeld nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Isolierstoffkörper Ausnehmungen vorgesehen sind, die den Umrißlinien der Dipole nebst Leitungen entsprechen.

5. Dipol-Antennenfeld nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Metallteilen der Dipole und/oder der Leitungen einerseits und dem Isolierstoffkörper andererseits durch Kleben, Einbetten oder Eindringen von Isolierstoff in entsprechende Bohrungen der Metallteile bewirkt wird.

6. Dipol-Antennenfeld nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipole und/oder die zugehörigen Verbindungsleitungen in der Art von gedruckten oder geätzten Schaltungen auf nichtleitenden Platten aufgebracht sind, die ihrerseits auf den beiden Seiten des Isolierstoffkörpers befestigt werden.

7. Dipol-Antennenfeld nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffkörper, vorzugsweise nach Aufbringen der Metallteile, mit einem die Oberfläche verfestigenden Kunststoff ummantelt wird.

8. Dipol-Antennenfeld nach einem der obigen Ansprüche, insbesondere in seiner Anwendung als einseitig gerichteter Strahler unter Hinzufügung eines Reflektors, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoffkörper wannenförmig ausgebildet ist.

9. Dipol-Antennenfeld nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierstoffkörper und Reflektor eine stabile Einheit bilden.

10. Dipol-Antennenfeld nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile durch metallische Stützen, die an den Stellen der Spannungsminima an den Einzelstrahlern angreifen, geerdet sind.

11. Dipol-Antennenfeld nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen

Stützen nur an den Strahlern angreifen, die auf der der Erdungsebene, insbesondere einem Reflektor, zugewandten Seite des Isolierstoffkörpers angebracht sind.

12. Dipol-Antennenfeld nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zu mindestens einer Mittelachse des IsolierstofEkörpers symmetrische Anordnung der Dipole.

13. Dipol-A,ntennenfeld nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch versteifende Rippen des IsolierstofEkörpers und durch Befestigung eines vorzugsweise als gedruckte Schaltung ausgebildeten Symmetrierübertragers auf einer dieser Rippen.

14. Dipol-Antennenfeld nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Symmetrierübertrager eine Verbindung zwischen der Strahlerund der Reflektorebene herstellt.

15. Dipol-Antennenfeld nach einem der obigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in der Mittelebene des Feldes senkrecht zur Polarisationsrichtung verlaufenden geerdeten Metallbügel.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1023 498;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1799 747;
Fernmeldetechnische Zeitschrift, 1955, S. 312
bis 315.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen