DE1101535B

DE1101535B - Breitband-Richtstrahlantenne

Info

Publication number: DE1101535B
Application number: DED30328A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Heinz Graziadei
Original assignee: PHIL HEINZ GRAZIADEI DR
Current assignee: PHIL HEINZ GRAZIADEI DR
Priority date: 1959-04-02
Filing date: 1959-04-02
Publication date: 1961-03-09

Description

Breitband-Richtstrahlantenne Breitband-Richtstrahlantennen lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen. Solche mit und solche ohne ohmschen Abschlußwiderstand. Zu den letztgenannien Antennen zählt die sogenannte V- oder Winkelantenne. Ihrer Grundform nach besteht sie aus zwei symmetrisch angeordneten geraden Schenkeln, die zueinander geneigt sind. Eine der bekannten Ausführungsformen zeigt zwei zueinander .geneigte, ebene Flächen, die an den Eingangsklemmen der Antenne in einer Spitze beginnen und die an den offenen Antennenenden ihre größte Breite erreichen.
Eine andere bekannte Ausführungsform besteht aus zwei symmetrisch angeordneten Schenkeln, die als leitende Flächen variabler Breite ausgebildet sind, deren Ebenen, die zueinander geneigt sind, senkrecht zu der durch die Eingangsklemmen gehenden Antennenebene stehen und in Richtung zum offenen Antennenende nach außen abgeknickt sind.
Eine weitere Verbesserung der Breitband-Eigenschaften, und zwar sowohl hinsichtlich des Well,igkeitsfaktors als auch hinsichtlich der Strahlungskennlinie, läßt sich erfindungsgemäß dadurch erzielen, daß bei einer solchen Breitband-Richtstxiahlantenne die Antennenschenkel gekrümmte Flächen sind. Der Eriindungsgedranke wird im folgenden näher .erläutert.
Die bekannte Breitband-Richtstrahlantenne mit zwei nach außen abgeknickten ebenen Antennenflächen weist in geometrischer Hinsicht zwei Unstetiigkeitsstellen auf, die sich hochfrequenztechnisch in einem nicht immer befriedigenden Verlauf des frequenzabhängigen We@lligkeitsfaktors der Speiseleitung äußern. Diese Unstetigkeitsstellen sind die Knickstellen beim Übergang von der Speiseleitung auf die Antennenflächen und die Knickstel.fen der Antennenflächen selbst. Eine Verringerung der Störeffekte läßt sich durch Verwendung gekrümmter statt ebener Flächen erzielen. Die erwähnten Knickstellen sind dadurch bei gleichem wirksamem Öffnungswinkel weit weniger ausgeprägt als ohne diese Maßnahme. Gegebenenfalls können auch an Stelle von nur zwei Knickstellen eine Vielzahl von Knickstellen im Zuge der Antennenschenkel angebracht werden. Der Einfluß der einzelnen Störstelle läßt sich dadurch beliebig klein halten. Im Grenzfall unendlich vieler Knickstellen entstehen derart Antennenflächen mit stetigem `'erlauf der Flächenkrümmung. Die gegenseitige Neigung der Flächen ist dann durch den von den Tangentialflächen eingeschlossenen Winkel ausdrückbar. Dieser tangentielle Neigungswinkel ist bestimmend für das Verhalten der Antenne. Für die erwähnten stetig gekrümmten Antennenflächen wird der t.angentielle Neigungswinkel in Richtung zum offenen Antennenende größer und hat dort seinen Größtwert. Zur Erzielung eines störungsfreien Überganges -der Speiseleitung auf die Antenne soll der tangentielle Neigungswinkel dort den Wert Null oder wenigstens nahezu Null .haben, und ferner soll die Flächenbreite der Speiseleitung und der Antenne möglichst übereinstimmen.
Die zur Erzielung der Breitband-Eigenschaften erforderliche Schenkellänge kann erheblich verkürzt werden, wenn der maximale Neigungswinkel der Antennenflächen im letzten Antennenabschnitt oder zumindest am offenen Antenenende etwa zwischen 90° und 180° liegt. In Abb. 1- sind die Antennenflächen mit 1, 1' und die offenen Enden mit 2, 2' bezeichnet. Die Antennenebene, die hier in die Zeichnungsebene gelegt ist, kann in beliebiger Lage zur Erdoberfläche angeordnet sein. Um gleichzeitig die Strahlungsbündelung und die einseitige Richtwirkung zu verbessern, ist es zweckmäßig, an den Abschnitt mit dem maximalen Neigungswinkel einen weiteren Abschnitt anzufügen, dessen Neigungswinkel allmählich wieder abnimmt. An den offenen Flächenenden kann er je nach den gewünschten Eigenschaften der Strahlungskennlinie größer oder gleich Null sein. Der günstigste maximale Neigungswinkel hängt -im wesentlichen von der Wahl des Wellenwiderstandes des betreffenden Abschnitts ab. Ein grundsätzliches Beispiel einer derartigen Anordnung ist in Abb. 2 gezeigt.
Alle hier genannten erfinderischen Maßnahmen, die am Beispiel von symmetrisch gespeisten Antennen erläutert werden, gelten sinngemäß auch für unsymmetrisch erregte Anordnungen. In diesem Fall ist -die Erdoberfläche oder eine ausgedehnte leitende Ebene gleichsam die Symm.etrie-Ebenie einer durch,das Spiegelbild ergänzten symmetrischen Anordnung. Zur Vermeidung unnötiger Verluste ist die Verlegung eines geeigneten Erdnetzes selbstverständlich unerläßlich. Eine derartige, gegen Erde erregte Breitband-Richtstrahlantenne mit der Antennenfläche 1 ist beispielsweise in Abb. 3 dargestellt. Die Anordnung kann weiierhnn so ausgestaltet werden, daß zur horizontalen Schwenkung der Strahlungskeule eine mechanische Drehmöglichkeit um eine vertikale Achse vorgesehen wird.
Die bisher geschilderten Maßnahmen beziehen sich auf die gegenseitige Lage der beiden Antennenflächen. Die zweckmäßige Lagaheziehung ist aber nur ,eine Voraussetzung für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens. Vielmehr tritt noch hinzu die zweckentsprechende Wahl des Flächenabstandes und der Flächenbreite entlang der Antenne, oder genauer ausgedrückt ihrer Verhältniszahl, die für den Wellenwiderstand bestimmend ist. Die Breithand-Eigenschaften hängen wesentlich ab vom Eingangs-Wellenwiderstand und vom Verlauf des Wellenwiderstandes entlang der Antenne. Der günstige Bereich für den erstgenannten Parameter liegt etwa unterhalb von 200 Ohm für die symmetrische Anordnung bzw. 100 Ohm für die erdunsymmetrische Anordnung. Dies bedeutet, @daß das Verhältnis -des Flächenahstandes zur geometrischen oder zur elektrisch wirksamen Flächenbreite kleiner als etwa 1,3 bzw. 0,65 ist. Entlang der Antenne kann der Wellenwiderstland zunehmen, gleichbleiben oder sogar abnehmen. Entscheidend ist, daß die relative Änderung, falls diese erwünscht oder baulich unvermeidbar ist, ein gewisses Maß, das nicht allgemein angehbar, nicht übersteigt. Das Änderungsgesetz kann beispielsweise exponentiell sein. Im allgemeinem wird die Breite der Antennenflächen mit zunehmendem Abstand zu vergrößern sein. Deshalb wird im allgemeinen auch die beiderseitige Randlinie der Flächen gekrümmt sein. Eine abgewickelte Fläche 1 bzw. 1' mit den Randlinien 3, 3 ist beispielsweise in Abb. 4 gezeichnet. Jede derartige Randlinie 3 kann näherungsweise auch durch eine beliebige Folge von geradlinigen Randlinien ersetzt sein.
Die beschriebene Anordnung lä-ßt sich auch dadurch verwirklichen, daß die Antennenflächen aus flächenhaft angeordneten Drähten, Stäben oder Bändern bestehen.
In der Praxis kann mitunter gefordert sein, die symmetrische Antenne mit einem unsymmetrischen Koaxialkabel zu speisen. Hierzu ist ein Zwischenglied zur Abwärtstransformation und zur Umsymmetrierung erforderlich. Eine bekannte brentbandige Ausführung in Form einer sogenannten kompensierten Exponentialleitung enthält in jedem Zweig der hochohmigen Seite eine Längskapazität und auf .der niederohmigen Seite eine Querinduktivität in Form einer symmetrierenden Doppelleitung, deren .einer Leiter das speisende Kabel ist. Ein solches gesondertes Zwischenglied ist aus baulichen Gründen meist unerwünscht. Um dies zu vermeiden, kann auch ein kürzerer Anfangsabschnitt der Antenne, der einen exponentiellen Verlauf des Wellenwiderstandes erhält, diese Aufgabe mit übernehmen. Die kompensierenden Glieder werden am Anfang und am Ende dieses Abschnitts eingeschaltet.
Einem ganz anderen Zweck, nämlich einer zusätzlichen Verbesserung ödes Welligkeitsfaktors, soll die Einschaltung einer Längskapazität in der Nähe der freien Enden jedes Antennenschenkels dienen.
In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann zur Homogenisierung des Feldes zwischen den Antennenflächen und zur Verbesserung der Richtwirkung der zwischen den Flächen liegende felderfüllte Raum beiderseits durch Begrenzungsflächen abgeschlossen werden. Diese können isolierte leitende Einzelflächen sein oder auch nach Art von Abb. 5 aus einer Vielzahl von draht-, stab- oder streifenförmigen Leitern 4, 4 bestehen. Die Abb. 5 b und 5 c zeigen zwei der möglichen Lagen von streifenförmigen Leitern. Abb. 6 zeigt die Begrenzungsflächen 4, 4 bei einer :erdunsymmetrischen Breitband-Antenne. Die Antennenflächen 1 bzw. 1' sind hier als Schnittlinien mit einer Ebene dargestellt, die zur Antennenebene und zur Symmetrieebene senkrecht steht. Die Leiter der Begrenzungsflächen sind weder miteinander noch mit den Antennenflächen oder mit der Erde leitend verbunden. Um unerwünschte Rückwirkungen auf den Welli:gkentsfaktor zu vermeiden, sollen sie, wenn der Wellenwiderstand der Antenne nicht gleichförmig ist, aus einzelnen von einander isolierten kurzen Abschnitten bestehen. Weiter ist günstig, wenn diese von Leiter zu Leiter gegeneinander versetzt sind. Die Begrenzungsflächen können ferner am offenen Antennenende über den zwischen den Antennenflächen liegenden Raum hinausragen. Die Randlinie .der hinausragenden Begrenzungsfläche muß nicht unbedingt geradlinig sein, sie kann auch eine Krümmung aufweisen, @beispielsweise derart, daß ;die Randlinie -dem Verlauf einer Feldlinie folgt.
Weiter können nach Art von Abb. 5 b auf der Rückseite der Flächen 1, 1' Verbindungsflächen 5, 5' zwischen -den Begrenzungsflächen 4, 4 vorgesehen werden, derart, daß die Spuren der gedachten Begrenzungsebenen eine in-sich geschlossene Kurve bilden. Auch die Begrenzungsflächen-5, 5' bestehen aus quer zu 4, 4 liegenden Einzelleitern. Bei der endunsymmetrischen Antenne wird der felderfüllte Raum, wie Abb. 6 zeigt, von drei Begrenzungsflächen 4, 5, 4 und von der Erdoberfläche eingeschlossen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Breitband-Richtstrahlantenne aus zwei symmetrisch angeordneten Schenkeln, die als leitende Flächen variabler Breite ausgebildet sind, deren Ebenen, die zueinander geneigt sind, senkrecht zu der durch die Eingangsklemmen gehenden Antennenebene stehen und in Richtung zum offenen Antennenende nach außen abgeknickt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenschenkel gekrümmte Flächen sind. 2'. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der tangentielle Neigungswinkel, den die Antennenflächen miteinander bilden, am Ort der Eingangsklemmen den Wert Null oder nahezu Null hat, entlang den Antennenflächen stetig größer wird und an den offenen Enden der Antennenflächen seinen Größtwert hat. 3. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige tangentielle Neigungswinkel der Antennenflächen im letzten Antennenabschnitt und/ oder am offenen Antennenende etwa zwischen 90 und 180° liegt. 4. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Neigungswinkel der Antennenflächen in Richtung zum offenen Antennenende zunächst stetig zunimmt, einen Größtwert erreicht, der kleiner oder gleich 180° ist, sodann aber wieder stetig bis zu einem Endwert abnimmt, der im Grenzfall gleich Null ist. 5. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Flächen mit zunehmendem Flächenabstand größer wird und daß die Randlinie der Flächen gekrümmt ist. 6. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Fläche jedes Antennenschenkels näherungsweise durch eine Folge von ebenen Flächen nachgebildet ist und daß die gekrümmte Randlinie der Flächen näherungsweise durch eine Folge gerader Randlinien ersetzt ist. 7. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenflächen aus flächenhaft ausgebildeten Reusen aus Drähten, Stäben oder Bändern bestehen. B. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Hälfte jedes Antennenschenkels und/oder in der Nähe des freien Endes jedes Antermenschenkel.s eine Längskapazität eingeschaltet ist. 9. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an die Eingangsklemmen eine Induktivität in Form einer Doppelleitung angeschlossen ist. 10. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Symmetrie-Ebene mit der Erdoberfläche zusammenfällt, derart, daß die eine der beiden Antennenflächen oberhalb der Erdoberfläche angeordnet ist, während die Gegenfläche nur fiktiv als Spiegelbild unterhalb der Erdoberfläche vorhanden ist. 11. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Antennenflächen liegende Raum bzw. der zwischen einer Antennenfläche und der Erdoberfläche liegende Raum beiderseits durch Begrenzungsflächen abgeschlossen ist, die aus einer Vielzahl von draht-, Stab- oder streifenförmigen Leitern bestehen, die weder miteinander noch mit den Antennenflächen bzw. mit der Erdoberfläche leitend verbunden sind. 12. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenflächen und der felderfüllte Raum zwischen ihnen innerhalb von Begrenzungsflächen liegen, deren Spur in einer Ebene quer zu den Antennenflächen eine in sich geschlossene Kurve ist. 13. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Antennenflächen nur fiktiv als Spiegelbild unterhalb der Erdoberfläche vorhanden ist und daß die wirklich vorhandene andere Antennenfläche und der felderfüllte Raum zwischen ihr und der Erdoberfläche innerhalb eines von drei Begrenzungsflächen umschlossenen Raumes liegen, derart, daß zusätzlich zu zwei seitlichen Begrenzungsflächen noch eine dritte diese verbindende Begrenzungsfläche vorhanden ist. 14. Breitband-Richtstrahlantenne nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter der Begrenzungsflächen aus voneinander isolierten, kurzen Abschnitten bestehen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung G9425 VIII a/21 a4 (bekanntgemacht am B. 4. 1954).