DE1119348B

DE1119348B - Surface radiator for the emission and reception of electromagnetic waves from several widely spaced frequency bands

Info

Publication number: DE1119348B
Application number: DET18016A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dietrich Kuehne
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1957-03-22
Filing date: 1960-03-09
Publication date: 1961-12-14

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

T18016IXd/21a⁴ T18016IXd / 21a ⁴

ANMELDETAG: 9. MÄRZ 1960REGISTRATION DATE: MARCH 9, 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 14. DEZEMBER 1961 NOTIFICATION OF THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE
EDITORIAL: DECEMBER 14, 1961

Bei Richtfunkstrecken besteht neuerdings die Aufgabe, über eine Antenne bzw. über einen Umlenkspiegel mehrere weit auseinander liegende Frequenzbänder, z. B. die Frequenzbänder 2, 4 und 6 GHz, zu schicken. Die Bündelung einer Richtantenne kann mit Rücksicht auf die Ausbreitungsbedingungen und die mechanischen Schwankungen des Antennenträgers nicht beliebig scharf gemacht werden. Als untere, allerdings nicht sehr scharfe Grenze für die Halbwertsbreite der Strahlungscharakteristik wird im allgemeinen ein mittlerer Wert von 2° angenommen. Die Bündelung eines Flächenstrahlers ist nun um so schärfer, je größer seine Dimensionen, gemessen in Wellenlängen, sind. Die Bündelung einer gegebenen Antenne nimmt also mit steigender Frequenz zu bzw. die Halbwertsbreite ab. Vorausgesetzt ist dabei, daß sich die Belegung der Fläche nicht wesentlich ändert. Ist z. B. ein Umlenkspiegel so dimensioniert, daß seine Strahlungscharakteristik bei 2 GHz etwa die noch zulässige Größe der Halbwertsbreite von 2° besitzt, so wird diese bei 4 GHz nur noch 1° und bei 6 GHz nur noch 0,6° betragen, d. h. daß bei den höheren Frequenzbändern die Bündelung dieser Antenne weit über das zulässige Maß hinausgeht.In the case of directional radio links, there has recently been the task of using an antenna or a deflecting mirror several widely spaced frequency bands, e.g. B. the frequency bands 2, 4 and 6 GHz, to send. The bundling of a directional antenna can take into account the propagation conditions and the mechanical fluctuations of the antenna carrier are not made arbitrarily sharp. As lower, however, there is generally not a very sharp limit for the half-width of the radiation pattern an average value of 2 ° assumed. The bundling of a surface radiator is now all the more sharper, the larger its dimensions, measured in wavelengths, are. The bundling of a given The antenna increases with increasing frequency or the half width decreases. The prerequisite is that the occupancy of the area does not change significantly. Is z. B. dimensioned a deflection mirror so that its radiation pattern at 2 GHz has approximately the size of the half-width of 2 ° which is still permissible, this will only be 1 ° at 4 GHz and only 0.6 ° at 6 GHz, i.e. H. that with the higher frequency bands the bundling of this antenna goes far beyond the permissible level.

Gemäß einem im Hauptpatent gemachten Vorschlag wird bei einem Flächenstrahler zur Ausstrahlung und zum Empfang elektromagnetischer Wellen mehrerer weit auseinander liegender Frequenzbänder, z. B. 2-, A- und 6-GHz-Band, die bei den höheren Frequenzen auftretende Verschmälerang der Hauptkeule ganz oder teilweise dadurch ausgeglichen, daß der Reflektor stufenförmig ausgebildet ist.According to a proposal made in the main patent, several widely spaced frequency bands such. B. 2-, A- and 6-GHz band, the narrowing of the main lobe occurring at the higher frequencies fully or partially compensated by the fact that the reflector is stepped.

Ein solches Beispiel zeigt die Fig. 1 an Hand eines rhombischen Umlenkspiegels. Der obere Teil der Figur zeigt den Spiegel von vorn und der untere Teil von oben. Die rhombische Apertur 1 ist für die tiefste Frequenz der Wellenlänge X_x optimal ausgelegt, d. h., in der Breitenausdehnung ist der Spiegel so groß gewählt, daß die gerade noch zulässige Bündelung erreicht wird. Damit nun bei der doppelten Frequenz der Wellenlänge X₂ diese maximal zulässige Bündelung nicht überschritten wird, sind die Enden des Spiegels um den Betrag X₂₁₄ vorgezogen, so daß bei der Wellenlänge Jl₂ Auslöschung auftritt. Die effektive Größe des Spiegels für die Wellenlänge X₂ ist also durch den Raum zwischen den beiden abgewinkelten Endteilen gegeben, abzüglich einer Fläche, die gleich der der beiden Endteile ist. Dabei kann der Abstand zwischen den beiden abgewinkelten Teilen des Spiegels gerade so bemessen werden, daß auch für Ji₂ die noch eben zulässige Bündelung auftritt. Für die tiefen Frequenzen (X₁) bleiben die Endzipfel 2 und Flächenstrahler zur AusstrahlungSuch an example is shown in FIG. 1 using a rhombic deflecting mirror. The upper part of the figure shows the mirror from the front and the lower part from above. The rhombic aperture 1 is optimally designed for the lowest frequency of the wavelength X _x , that is, the width of the mirror is chosen to be so large that the just permissible bundling is achieved. So that this maximum permissible bundling is not exceeded at twice the frequency of the wavelength X ₂ , the ends of the mirror are brought forward by the amount X ₂₁₄ , so that extinction occurs at the wavelength Jl _2. The effective size of the mirror for the wavelength X ₂ is therefore given by the space between the two angled end parts, minus an area which is equal to that of the two end parts. The distance between the two angled parts of the mirror can be dimensioned in such a way that the bundling that is just permissible also occurs _{for Ji 2.} For the low frequencies (X ₁ ) , the end lobes 2 and surface radiators remain for emission

und zum Empfang elektromagnetischerand to receive electromagnetic

Wellen mehrerer weit auseinander liegenderWaves of several far apart

FrequenzbänderFrequency bands

Zusatz zum Patent 1100 098Addition to patent 1100 098

Anmelder:Applicant:

TelefunkenTelefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3Patentverwertungsgesellschaft mb H.,
Ulm / Danube, Elisabethenstr. 3

Hans-Dietrich Kühne, Backnang (Württ),
ist als Erfinder genannt wordenHans-Dietrich Kühne, Backnang (Württ),
has been named as the inventor

der entsprechende Anteil der Fläche 1 praktisch unwirksam, da die Höhe X₂₁₁ ist. Umgerechnet auf X_x beträgt die Höhe ja nur X₁₁₈, daher tritt also für die längere Welle X₁ nur eine entsprechende Verschlechterang des Wirkungsgrades auf.the corresponding portion of the area 1 is practically ineffective, since the height X is ₂₁₁ . Converted to X _x , the height is only X ₁₁₈ , so there is only a corresponding deterioration in efficiency for the longer wave X _1.

Nun ist es aber zur Erzielung tragbarer Funkfelddämpfungen notwendig, die Entfernung zwischen Umlenkspiegel und der eigentlichen Richtfunkstation klein zu halten. Dabei tritt die Schwierigkeit auf, daß die dem Umlenkspiegel gegenüberstehenden Antennen der Richtfunkstation nicht optimal ausgenutzt werden können, da bei den üblichen sehr scharfen Bündelungen immer nur eine Antenne von der Hauptkeule getroffen wird, während die auf dem anderen Band arbeitende Nachbarantenne nur von der Flanke der Umlenkcharakteristik getroffen wird.But now it is necessary to achieve portable radio field attenuation, the distance between To keep deflecting mirror and the actual directional radio station small. The difficulty arises that the antennas of the directional radio station opposite the deflecting mirror are not optimally used can, since with the usual very sharp bundles only one antenna from the main lobe is hit, while the neighboring antenna working on the other band is only hit by the edge of the Deflection characteristic is taken.

In Fig. 2 ist dieser Sachverhalt schematisch dargestellt. 3 ist die von zwei fernen Richtfunkstationen ankommende Strahlung der Wellenlängen ^₁ und X₂, die über den für beide Strahlungen gemeinsamen Umlenkspiegel 1 den Antennenanlagen 4 für X₁ und 5 für X₂ zugeführt werden soll. Hierbei ist X₁ z. B. eine Wellenlänge des 2-GHz-Bandes und X₂ eine Wellenlänge des 4-GHz-Bandes. Man erkennt in der Fig. 2 deutlich, daß die Hauptkeule 6, die zwar durch die Ausbildung des Reflektors nach Fig. 1 für beide Strahlen X₁ und X₂ die gleiche Halbwertsbreite hat, nur noch die Antenne 4 optimal trifft, während dieThis situation is shown schematically in FIG. 2. 3 is the radiation of wavelengths ^ ₁ and X ₂ arriving from two remote radio relay stations, which is to be fed to the antenna systems 4 for X ₁ and 5 for X ₂ via the deflecting mirror 1 common to both radiations. Here, X _{1 is} e.g. B. a wavelength of the 2 GHz band and X ₂ a wavelength of the 4 GHz band. It can be seen in Fig. 2 shows that the main beam 6, which has the same half-value width through the design of the reflector according to Fig. 1 for both rays X ₁ and X _2, meets only the antenna 4 optimal, while the

109 749/402109 749/402

Antenne 5 für das andere Band nur von der Flanke beaufschlagt wird. Erwünscht wäre ein Umlenkspiegel mit einer Frequenzabhängigkeit der Hauptkeule derart, daß unter Beibehaltung der konstanten Halb- wertsbreite die beiden Hauptstrahlrichtungen für A₁ und A₂ den Winkel Δ Ψ einschließen.Antenna 5 for the other band is acted upon only from the flank. A deflecting mirror with a desired frequency dependence of the main lobe would be such that, while maintaining the constant half-width the two main beam directions for A ₁ and A ₂ include the angle Δ Ψ.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Stufung des Reflektors auf gegenüberliegenden Seiten entgegengesetzt vorgenommen ist, derart, daß für die kürzeste Welle (A₂) .die Höhe der Stufe A_2/4 ist.According to the invention, this object is achieved in that the gradation of the reflector is made opposite on opposite sides, such that for the shortest wave (A ₂ ) .the height of the step A is _2/4 .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. 3 an Hand eines rhombischen Umlenkspiegels. Die Bezugszeichen sind die gleichen wie in der Fig. 1. Zum Unterschied zur Fig. 1 sind erfindungsgemäß die Endteile 2 nicht auf beiden Seiten um den Betrag A_2/4 vorgesehen, sondern der eine Endteil (der linke) ist um die Höhe A_2/4 gegenüber der Fläche 1 zurückgestellt, während der andere Endteil (der rechte) um die Höhe A_2/4 gegenüber der Fläche 1 vorgezogen ist. Für die Verbreiterung der Hauptkeule bei der kurzen Wellenlänge A₂ ist es grundsätzlich gleichgültig, ob die Endteile 2 vorgezogen oder zurückgesetzt sind. Für die Verbreiterung ist neben der Größe des Endteiles allein die Verschiebung der Phase der Aperturbelegung maßgebend. Eine Versetzung der linken Stufe um +A₂/₄ und der rechten um — A_2/4 bedeutet hier nur eine Phasendrehung um 360°, wodurch die Auswirkung der Stufung keine Änderung erfährt.An embodiment of the invention is shown in FIG. 3 on the basis of a rhombic deflecting mirror. The reference numerals are the same as in FIG. 1. In contrast to FIG. 1, according to the invention the end parts 2 are not provided on both sides by the amount A _2/4 , but one end part (the left one) is by the height A _{2 / 4 is set back in} relation to the surface 1, while the other end part (the right one) is _{pulled forward by the height A 2/4 in} relation to the surface 1. For the broadening of the main lobe at the short wavelength A ₂ , it is basically irrelevant whether the end parts 2 are pulled forward or set back. In addition to the size of the end part, only the shift in the phase of the aperture occupancy is decisive for the widening. A displacement of the left stage by + A _{_2/4} and the right-to - _2/4 A represents only a phase rotation about 360 °, whereby the effect of the gradation undergoes no change.

Für die längere Welle A₁ hingegen beträgt die Stufung bei dem in der Praxis vorkommenden Frequenzverhältnis von A₁ zu A₂ von rund 1:2 eine Stufung um +A₁₇₈. Da durch A_1/8 keine Auslöschung mehr stattfinden kann, ergibt sich für diese Wellenlänge infolge der entgegengesetzten Lage der Endteile eine Schwenkung der Diagrammachse gegenüber der Diagrammachse der kürzeren Wellenlänge A₂. Die Größe des Winkels A Ψ hängt dann von dem Verhältnis der gestuften Fläche zur Gesamtfläche ab, also vom Verhältnis der in Fig. 3 mit 2 bezeichneten Fläche des Reflektors gegenüber der mit 1 bezeichneten Fläche. Es läßt sich ohne weiteres eine Schwenkung des Diagramms für die lange WeIIeA₁ um etwa die halbe 3-db-Breite des ebenen Reflektors erreichen, wobei der durch die Stufung herbeigeführte Leistungsverlust äußerst gering ist (ewa 1 bis 1,5 db).For the longer wave A _1, on the other hand, with the frequency ratio of A ₁ to A ₂ of around 1: 2 that occurs in practice, the graduation is + A ₁₇₈ . Since A _{1/8 can} no longer be used for extinction, the opposite position of the end parts results in a pivoting of the diagram axis with respect to the diagram axis of the shorter wavelength A ₂ for this wavelength. The size of the angle A Ψ then depends on the ratio of the stepped area to the total area, that is to say on the ratio of the area of the reflector denoted by 2 in FIG. 3 to the area denoted by 1. The diagram for the long wave A _{1 can} easily be pivoted by about half the 3 db width of the flat reflector, the power loss caused by the gradation being extremely small (about 1 to 1.5 db).

Claims

PATENT CLAIM:

Surface radiator for the emission and reception of electromagnetic waves of several widely spaced frequency bands with a stepped reflector according to patent 1100 098, characterized in that the stepping of the reflector is made opposite on opposite sides, so that for the shortest wave (A ₂ ) the step height ± A _2/4 is.

1 sheet of drawings