DE1101535B

DE1101535B - Broadband directional antenna

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.Broadband directional antenna let broadband directional antenna can be divided into two main groups. Those with and those without an ohmic terminating resistor. One of the last-mentioned antennas is the so-called V or angle antenna. Of their In its basic shape, it consists of two symmetrically arranged straight legs, which are inclined to each other. One of the known embodiments shows two to each other . Inclined, flat surfaces that point at the input terminals of the antenna begin and reach their greatest width at the open antenna ends.

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.Another known embodiment consists of two symmetrical arranged legs, which are designed as conductive surfaces of variable width, their planes, which are inclined to each other, perpendicular to that through the input terminals facing antenna level and facing outwards towards the open antenna end are kinked.

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.Another improvement in broadband properties, both with regard to the waviness factor as well as with regard to the radiation characteristic, can be achieved according to the invention that in such a broadband directional antenna the antenna legs are curved surfaces. The idea of invention is in the following explained in more detail.

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.The well-known broadband directional antenna with two bent outwards flat antenna surfaces have two points of discontinuity in geometrical terms which is not always satisfactory in terms of high frequency technology of the frequency-dependent ripple factor of the feed line. These discontinuities are the kinks at the transition from the feed line to the antenna surfaces and the kinked parts of the antenna surfaces themselves. A reduction in the effects of interference can be achieved by using curved instead of flat surfaces. The mentioned As a result, kinks are far less pronounced with the same effective opening angle than without this measure. If necessary, instead of just two kinks a large number of kinks must be attached in the course of the antenna legs. Of the In this way, the influence of the individual disturbance points can be kept as small as desired. In the borderline case An infinite number of kinks are created in this way with continuous antenna surfaces the surface curvature. The mutual inclination of the surfaces is then determined by that of the angle enclosed by the tangential surfaces can be expressed. This tangential angle of inclination is decisive for the behavior of the antenna. For the continuously curved ones mentioned The antenna surface becomes the angential angle of inclination in the direction of the open antenna end bigger and has its greatest value there. To achieve a smooth transition -the feed line on the antenna should be the tangential angle of inclination there Have a value of zero or at least almost zero, and furthermore the surface width should the feed line and the antenna match as closely as possible.

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.The leg length required to achieve the broadband properties can be shortened considerably if the maximum angle of inclination of the antenna surfaces in the last antenna section or at least at the open antenna end is approximately between 90 ° and 180 °. In Fig. 1- the antenna surfaces are labeled 1, 1 'and the open ends are labeled 2, 2'. The antenna plane, which is placed here in the plane of the drawing, can be arranged in any position relative to the earth's surface. In order to improve the bundling of radiation and the unilateral directivity at the same time, it is expedient to add a further section to the section with the maximum angle of inclination, the angle of which gradually decreases again. At the open surface ends, it can be greater than or equal to zero, depending on the desired properties of the radiation characteristic. The most favorable maximum angle of inclination depends essentially on the choice of the wave resistance of the section in question. A basic example of such an arrangement is shown in FIG.

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.All of the inventive measures mentioned here, based on the example of symmetrically fed antennas are explained, apply mutatis mutandis to asymmetrically excited orders. In this case -the surface of the earth or an extensive one guiding level, as it were, the symmetry level of one through which the mirror image was supplemented symmetrical arrangement. To avoid unnecessary losses, laying a suitable earth network of course indispensable. Such a one against earth excited broadband directional antenna with the antenna surface 1 is for example shown in Fig. 3. The arrangement can also be designed so that to the horizontal Pivoting the radiation lobe is a mechanical one Rotation around a vertical axis is provided.

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.The measures outlined so far relate to the mutual Position of the two antenna surfaces. Purposeful education is only one thing Prerequisite for the realization of the inventive concept. Rather still occurs in addition, the appropriate choice of the surface spacing and the surface width along of the antenna, or more precisely its ratio, that for the wave resistance is decisive. The broad-hand properties essentially depend on the input characteristic impedance and the characteristic of the wave resistance along the antenna. The cheap area for the first-mentioned parameter is approximately below 200 ohms for the symmetrical one Arrangement or 100 Ohm for the unbalanced arrangement. This means that the ratio of the surface area to the geometric or electrically effective Area width is less than about 1.3 or 0.65. The wave resistance can run along the antenna gain, stay the same, or even lose weight. It is crucial that the relative Change, if this is desired or structurally unavoidable, a certain amount, that is not generally approachable, does not exceed. The amending law can for example be exponential. In general, the width of the antenna areas increases with Distance to be increased. Therefore, in general, the edge line on both sides also becomes of the surfaces be curved. A developed surface 1 or 1 'with the edge lines 3, 3 is shown in Fig. 4, for example. Each such edge line 3 can approximately also be replaced by any sequence of straight edge lines.

Die beschriebene Anordnung lä-ßt sich auch dadurch verwirklichen, daß die Antennenflächen aus flächenhaft angeordneten Drähten, Stäben oder Bändern bestehen.The arrangement described can also be implemented by that the antenna surfaces consist of wires, rods or ribbons arranged over a large area exist.

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.In practice, the symmetrical antenna can sometimes be required to feed with an unbalanced coaxial cable. There is an intermediate link for this purpose required for downward transformation and for rebalancing. A well-known brentbandige Execution in the form of a so-called compensated exponential line contains in a series capacitance on each branch of the high-resistance side and on the low-resistance side Side a shunt inductance in the form of a symmetrical double line, whose .einer Conductor is the feeding cable. Such a separate intermediate link is structural Reasons mostly undesirable. To avoid this, a shorter initial section can also be used the antenna, which receives an exponential curve of the wave resistance, this Take on the task. The compensating links are at the beginning and at the end this section switched on.

Einem ganz anderen Zweck, nämlich einer zusätzlichen Verbesserung ödes Welligkeitsfaktors, soll die Einschaltung einer Längskapazität in der Nähe der freien Enden jedes Antennenschenkels dienen.A completely different purpose, namely an additional improvement desolate ripple factor, should the inclusion of a series capacitance in the vicinity serve for the free ends of each antenna leg.

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.In a further embodiment of the inventive concept, homogenization can be used of the field between the antenna surfaces and to improve the directivity of the Field-filled space lying between the surfaces on both sides by boundary surfaces be completed. These can be isolated conductive individual surfaces or else in the manner of Fig. 5 from a large number of wire, rod or strip-shaped conductors 4, 4 exist. Figs. 5 b and 5 c show two of the possible layers of strip-shaped Ladders. Fig. 6 shows the boundary surfaces 4, 4 in a: earth-asymmetric Broadband antenna. The antenna surfaces 1 and 1 'are shown here as intersection lines a plane shown which is perpendicular to the antenna plane and the plane of symmetry stands. The conductors of the boundary surfaces are neither with one another nor with the antenna surfaces or conductively connected to earth. To avoid unwanted repercussions on the wellness factor They should be avoided if the characteristic impedance of the antenna is not uniform consist of individual short sections isolated from one another. Next is favorable if these are offset from one another from ladder to ladder. The boundary surfaces can also be placed at the open end of the antenna above the areas between the antenna surfaces Protrude space. The edge line of the protruding boundary surface does not have to be must be straight, it can also have a curvature, @ for example in such a way that; the edge line follows the course of a field line.

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.Next, as shown in Fig. 5b, on the back of the surfaces 1, 1 'connecting surfaces 5, 5' between the boundary surfaces 4, 4 are provided be in such a way that the traces of the imaginary delimitation planes are self-contained Form a curve. The boundary surfaces 5, 5 'also consist of transverse 4, 4 Single ladders. In the case of the end-asymmetrical antenna, the field-filled space becomes like Fig. 6 shows, enclosed by three boundary surfaces 4, 5, 4 and by the earth's surface.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Broadband directional antenna consisting of two symmetrically arranged legs, which are designed as conductive surfaces of variable width, the planes of which are inclined to one another, are perpendicular to the antenna plane passing through the input terminals and are bent outwards in the direction of the open antenna end, characterized in that the antenna legs are curved surfaces. 2 '. Broadband directional antenna according to Claim 1, characterized in that the tangential angle of inclination which the antenna surfaces form with one another has the value zero or almost zero at the location of the input terminals, increases continuously along the antenna surfaces and is greatest at the open ends of the antenna surfaces. 3. Broadband directional antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the mutual tangential angle of inclination of the antenna surfaces in the last antenna section and / or at the open antenna end is approximately between 90 and 180 °. 4. Broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that the mutual inclination angle of the antenna surfaces in the direction of the open antenna end initially increases steadily, reaches a maximum value that is less than or equal to 180 °, but then decreases again steadily to a final value , which is equal to zero in the borderline case. 5. Broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that the width of the surfaces increases with increasing surface spacing and that the edge line of the surfaces is curved. 6. Broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that the curved surface of each antenna leg is approximated by a sequence of flat surfaces and that the curved edge line of the surfaces is approximately replaced by a series of straight edge lines. 7. Broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that the antenna surfaces consist of two-dimensional traps made of wires, rods or ribbons. B. broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that a longitudinal capacitance is switched on in the first half of each antenna limb and / or in the vicinity of the free end of each Antermenschenkel.s. 9. Broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that an inductance in the form of a double line is connected to the input terminals. 10. Broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that its plane of symmetry coincides with the surface of the earth, such that one of the two antenna surfaces is arranged above the surface of the earth, while the opposite surface is only fictitiously available as a mirror image below the surface of the earth . 11. Broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that the space between the antenna surfaces or the space between an antenna surface and the surface of the earth is closed on both sides by boundary surfaces, which are made of a plurality of wire, rod or strip-shaped There are conductors that are not conductively connected to one another, to the antenna surfaces or to the surface of the earth. 12. Broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that the antenna surfaces and the field-filled space between them lie within boundary surfaces, the track of which is a self-contained curve in a plane transverse to the antenna surfaces. 13. Broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that one of the two antenna surfaces is only fictitiously available as a mirror image below the surface of the earth and that the actually existing other antenna surface and the field-filled space between it and the earth's surface are enclosed within one of three boundary surfaces Space lie in such a way that in addition to two lateral boundary surfaces there is also a third boundary surface which connects them. 14. Broadband directional antenna according to claim 1 or the following, characterized in that the conductors of the boundary surfaces consist of short sections isolated from one another. Considered publications: German patent application G9425 VIII a / 21 a4 (published April 4, 1954).