DE1244253B - Aus mehreren Strahlern oder Strahlergruppen bestehende Antennenanordnung - Google Patents

Description

DEUTSCHES MfTWi- PATENTAMT DeutscheKl.: 21 a4-64/01

AUSLEGESCHRIFT

Nummer: 1244 253

Aktenzeichen: S 80969IX d/21 a4 1 244 253 Anmeldetag: 17.August 1962

Auslegetag: 1.3. Juli 1967

Es ist bekannt, Antennenanordnungen in einem Isolierstoffhohlkörper unterzubringen und dadurch die einzelnen Strahler der Antenne vor Witterungseinflüssen zu schützen. Es ist ferner bekannt, diese Isolierstoffhohlkörper auch als mechanische Halterungen für die Antennenelemente zu verwenden, wodurch ein zusätzlicher Träger, z. B. in Form eines Gittermastes, entfallen kann. Bei derartigen Antennenanordnungen ergibt sich die Schwierigkeit, daß die durch die Isolierstoffhohlkörper hervorgerufenen Rückwirkungen auf die Strahler das elektrische Verhalten der Antennenanordnung beeinträchtigen. Derartige störende Einwirkungen der Isolierstoffhohlkörper ergeben sich besonders dann, wenn die Dielektrizitätskonstante des Isoliermaterials den Wert eins wesentlich übersteigt oder wenn aus mechanischen Gründen besonders starkwandige Isolierstoffhohlkörper erforderlich sind.

Es ist bekannt, bei aus Isolierstoff bestehenden Schutzabdeckungen den Strahlern besondere Kompensationskörper vorzulagern, die von der Strahlung durchsetzt werden. Dies bringt jedoch gegenüber den üblichen Antennenanordnungen einen zusätzlichen Aufwand mit sich.

Es ist auch bekannt, bei im Inneren eines Isolierstoffhohlkörpers angeordneten Strahlern als erste Kompensationsmaßnahme eine Änderung des Radius des Isolierstoffhohlkörpers in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ vorzunehmen. Für verschiedene Wellenlängen werden demgemäß verschiedene Änderungen des Radius und damit auch verschiedene Durchmesser für die Isolierstoffhohlkörper erforderlich. Außerdem wird dabei eine zweite Kompensationsmaßnahme benutzt, durch die eine Amplitude geändert wird. Die Einstellung dieser zweiten Größe erfolgt so, daß die Dicke und die Dielektrizitätskonstante des Isolierstoffhohlkörpers entsprechend gewählt werden. Neben der Notwendigkeit, Isolierstoffhohlkörper mit unterschiedlichem Durchmesser herzustellen, wird damit zusätzlich noch die Schwierigkeit auftreten, daß auch in ihrer Wandstärke und in ihrer Dielektrizitätskonstante verschiedene Typen von Isolierstoffhohlkörpern erforderlich werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile weitgehend zu vermeiden und die durch die Isolierstoffhohlkörper verursachten Schwierigkeiten in einfacher Weise zu beheben. Gemäß der Erfindung, welche sich auf eine aus mehreren Strahlern oder Strahlergruppen bestehende Antennenanordnung, die im Inneren eines Isolierstoffhohlkörpers angeordnet ist, bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß die räumliche Zuordnung der Strahler und/oder Strahlergrup-Aus mehreren Strahlern oder Strahlergruppen
bestehende Antennenanordnung

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Walter Stöhr, München

pen zu der Wandung des Isolierstoffhohlkörpers in der Weise mit unterschiedlichen Abständen vorgenommen ist, daß die durch die Wandung hervorgerufenen Rückwirkungen auf die Strahler bzw. Strahlergruppen sich an den zugehörigen ZusammenschaItstellen weitgehend gegenseitig kompensieren. Während bei den bekannten Anordnungen bisher die Rückwirkungen der Isolierstoffhohlkörper auf die Strahlungseigenschaften der Antennen nur durch komplizierte Änderungen an der Wandstärke und dem Durchmesser der Isolierstoffhohlkörper zu erreichen war, zeigt die Erfindung, daß bereits durch eine bestimmte räumliche Zuordnung von Strahler und Isolierstoffhohlkörper eine Kompensation der Rückwirkungen der Isolierstoffhohlkörper möglich ist. Dies ist insbesondere bei aus Fiberglaszylindern aufgebauten Antennenanordnungen von großer Bedeutung, bei denen gleichzeitig der Isolierstoffhohlkörper als tragendes Konstruktionselement dient, weil auch bei größeren Wandstärken deren Rückwirkungen auf die Strahleranordnung ausgeglichen werden können und Wandstärke sowie Durchmesser der Isolierstoffhohlkörper in erster Linie nach den mechanischen Forderungen ausgewählt werden können.
Für die Durchführung der erfindungsgemäßen Kompensationsmaßnahmen ergeben sich verschiedene Ausfuhrungsformen, wobei entweder durch geeigneten Aufbau des Isolierstoffhohlkörpers oder durch entsprechende Anordnung der Strahler in bezug auf den Isolierstoffhohlkörper oder die Kombination beider Maßnahmen eine Kompensation erreichbar ist. In besonders vorteilhafter Weise kann die Kompensation dadurch vorgenommen werden, daß die Abstände zwischen den Strahlern und dem Isolierstoffhohlkörper derart gewählt sind, daß durch Erzeugung gegenphasiger Rückwirkungen zumindest für einen Teil der Strahler eine gegenseitige Kompensation der Reflexionen an den Zusammenschaltstellen der Strah-

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Ier oder Strahlergruppen eintritt. Erreicht wird dies in einfacher Weise dadurch, daß die Strahler in einer ebenen Anordnung angebracht werden, während der Isolierstoffhohlkörper die Strahler in einer gewölbten Anordnung umschließt und sich dadurch jeweils verschiedene Abstände zwischen den Strahlern und dem. Isolierstoffhohlkörper ergeben, die bei entsprechender Abstimmung eine Kompensation ermöglichen. Dabei wird zweckmäßig die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Abstand von dem Isolierstoffhohlkörper zwischen zwei Einzelstrahlern oder den Strahlern einer Strahlergruppe (Dipolfeld) zu mindestens einer Viertelwellenlänge, bezogen auf die mittlere zu übertragende Frequenz, gewählt.

Während bei den bisher beschriebenen Anordnungen der äußere Isolierstoffhohlkörper längs seiner Achse mit unterschiedlichen Querabmessungen ausgestaltet wurde, kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Wandung des Isolierstoffhohlkörpers parallel zu ihrer eigenen Längsachse verlaufen, d. h., die Isolierstoffhohlkörper sind mit konstantem Durchmesser ausgeführt, während durch geeignete Anordnung der Strahler oder Strahlergruppen die Kompensationswirkung herbeigeführt wird. Eine weitere Möglichkeit für die Kompensation der durch den Isolierstoffhohlkörper hervorgerufenen Rückwirkungen besteht darin, daß bei zur Erzeugung eines Rundstrahldiagramms in einem Vieleck angeordneten Strahlern bzw. Strahlergruppen die Längsachse des durch die Strahler bzw. Strahlergruppen gebildeten Vielecks und die des Isolierstoffhohlkörpers exzentrisch zueinander liegen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, bei denen aus verschiedenen Baueinheiten zusammengesetzte Antennenanordnungen für den Meter- und Dezimeterwellenbereich dargestellt sind, wie sie insbesondere zur Abstrahlung von Fernsehprogrammen verwendet werden.

F i g. 1 zeigt in Seitenansicht einen Schnitt durch eine Antennenanordnung, die aus zwei Baueinheiten 1 und 2 aufgebaut ist. Die Wandungen dieser Baueinheiten bestehen aus Isolierstoff, insbesondere aus Glasfaser-Gewebebahnen, die durch ein Bindemittel zusammengehalten sind. Die beiden Baueinheiten 1 und 2 sind stockwerkartig aufeinandergesetzt und an der Verbindungsstelle 3 durch Schrauben, Niete od. dgl. verbunden. Jeweils acht Dipole sind mit einem gemeinsamen Reflektor zu einem eine feste Baueinheit bildenden Dipolfeld 4 und 5 zusammengefaßt. Bei Rundstrahlantennen sind mehrere Felder in einer Vieleckanordnung im Inneren des Isolierstoffhohlkörpers angeordnet. Die Dipole liegen in einer Ebene, die parallel zur Mastachse verläuft. Bei Verwendung abgewinkelter Strahler liegen die einander entsprechenden Punkte, z. B. die Speisestellen in einer Ebene. Da der Durchmesser infolge der faß- oder tonnenförmigen Ausbildung des Isolierstoffhohlkörpers sich ändert, ergeben sich unterschiedliche Abstände zwischen den Dipolen und dem Isoliermaterial, wodurch bei geeigneter Wahl der Abstände gegenphasige Rückwirkungen auftreten, die sich weitgehend gegenseitig aufheben. Der Unterschied zwischen dem kleinsten Durchmesser und dem größten Durchmesser der Baueinheiten 1 und 2 beträgt mindestens etwa eine halbe Wellenlänge bezogen auf die mittlere zu übertragende Frequenz. Dabei ist die Anordnung der Strahler etwa so gewählt, daß die Differenz zwischen dem kleinsten

und dem größten Abstand eines der Strahler der Dipolfelder 4 bzw. 5 von der Wandung 6 mindestens etwa eine Viertelwellenlänge beträgt.

In F i g. 2 ist zur Erläuterung das Speiseschema eines Dipolfeldes zusammen mit einem Teil der Wandung 6 der Isolierstoff hohlkörper dargestellt. Die Dipole 7 bis 14 sind untereinander gleichphasig gespeist und jeweils in Paaren nach dem System fortgesetzter Anpassung auf die gemeinsame Leitung 16 zusammengeschaltet, die von einer hochfrequenten Spannungsquelle 17 über entsprechende Zwischenglieder in Form von Verteilern usw. gespeist wird. Bei einem Abstandsunterschied von λ/4 zwischen den Strahlern 7 bzw. 10 und der Wandung 6 ergeben sich an der Zusammenschaltstelle 15 gegenphasige Reflexionen. Die von den Strahlern 8 und 9 an der Wandung 6 reflektierten Energieanteile sind zwar an der Stelle 15 nicht genau gegenphasig; jedoch ergibt sich auch für sie infolge des Phasenunterschiedes gegenüber gleich-

ao phasigen Reflexionen eine Verbesserung. Bei Übertragung breiter Frequenzbänder kann für die größeren Wellenlängen eine Kompensation in der vorstehend beschriebenen Weise für die Strahler 7 und 10 vorgenommen werden, während sich bei kleineren

as Wellenlängen die reflektierten Anteile der Strahler 8 und 9 aufheben, weil hier geringere Wegunterschiede auftreten. Eine weitere günstige Möglichkeit zur Reflexionskompensation besteht darin, daß die Strahler 8 und 10 einerseits und die Strahler 7 und 9 andererseits an der Zusammenschaltstelle 15 gegenphasige Reflexionsanteile liefern.

Dies läßt sich bei Außenflächen erreichen, wie sie in F i g. 3 dargestellt sind und wo der Isolierstoffhohlkörper 20 aus zwei Kegelstumpfen 21 und 22 zusammengesetzt ist. Unter der Annahme, daß auch hier eine Speisungsart wie in F i g. 2 angewandt ist, kann der Abstand der Strahler 7 und 9 gleichzeitig auch der Strahler8 und 10 von der den Kegelstumpf 21 bildenden Wandung so gewählt werden, daß die Wegdifferenz für die reflektierten Wellen insgesamt Λ/2 ergibt. Erreicht ist dies dann, wenn der Wandabstand des Strahlers 7 gegenüber dem des Strahlers 9 um //4 unterschiedlich ist. Dabei wird angenommen, daß die Reflexion ohne Phasensprünge vor sich geht. Ergeben sich dagegen bei den reflektierten Wellen zusätzliche Phasenkomponenten, so sind die Wandabstände in entsprechender Weise zu korrigieren. Für die unteren Dipole 11 bis 14 ergeben sich die gleichen Verhältnisse, so daß hierauf nicht eigens eingegangen werden muß. Die beschriebene Speisungsart dient nur der Erläuterung und läßt sich in vielfältiger Weise abwandeln. An Stelle von Dipolfeldern können auch Einzelstrahler verwendet werden. Die Abstandsunterschiede zwischen Strahlern und der Wandung können auch k ·λΙ2Λ-114 betragen, wenn größere Wandabstände bei sehr kurzen Wellenlängen verwendet werden, wobei k eine ganze Zahl ist oder den Wert Null hat. Die Anordnungen nach Fig. 1 und 3 haben außerdem den Vorteil, daß der Isolierstoffhohlkörper gegen mechanische Banspruchungen widerstandsfähiger sind als glatte zylindrische Körper.

F i g. 4 zeigt in Seitenansicht vier Baueinheiten 24 bis 27, bei denen die Isolierstoffhohlkörper einen glatten, gerade durchlaufenden Isolierstoffzylinder bilden, während die für die Kompensation notwendigen unterschiedlichen Abstände der Strahler von der Wandung durch schräg zur Mastachse verlaufende Dipolfeder 30 bis 37 erreicht wird. Diese bestehen

Claims (7)

aus je vier Dipolen, z. B. 38 bis 41, die ähnlich wie die Strahler 7 bis 10 in F i g. 2 zusammengeschaltet sind. Dem gemeinsamen Anschlußpunkt 15 entspricht in F i g. 4 die an der Rückseite der Reflektorwand angedeutete Anschlußstelle 42. Demnach wird die Neigung des Dipolfeldes 30 so gewählt, daß sich die reflektierten Wellen der Strahler 38 und 40 an der ZusammenschaItstelle 42 kompensieren und ebenso die der Strahler 39 und 41. Man kann auch die Neigung des Feldes 30 so wählen, daß sich bereits zwisehen den Strahlern 38 und 39 die Reflexionen kompensieren. Dies setzt jedoch einen größeren Neigungswinkel voraus. Ähnlich wie bei Fig. 2 erläutert, kann auch für große Wellenbereiche bei den längeren Wellen zwischen den Strahlern 38 und 41 und bei den kürzeren Wellen zwischen den Strahlern 39 und 40 eine Reflexionskompensation an der Zusammenschaltstelle herbeigeführt werden. Durch die schräge Anordnung der Dipolfleder ergeben sich zusätzlich Veränderungen des Strahlungsdiagramms, die jedoch durch geeignete Kombination von entgegengesetzt geneigten Strahlergruppen ausgeglichen werden können. Für den Aufbau der Wandungen ergeben sich durchgehende Flächen, so daß auch die bisher bereits in dieser Art mit geraden Außenflächen gestalteten zylindrischen Isolierstoffhohlkörper nachträglich entsprechend umgerüstet werden können. F i g. 5 zeigt einen aus vier Baueinheiten 43,44,48, 49 bestehenden Isolierstoffzylinder in Seitenansicht, in dessen Innerem gegeneinander versetzt angeordnete Dipolfelder mit jeweils vier Strahlern zur Kompensation der Rückwirkungen der isolierenden Umhüllung vorgesehen sind. Die Dipolfelder 45 und 46 sind" an der Stelle 47 parallel geschaltet. Die Abstandsunterschiede beider Felder von der Wandung betragen jeweils k ■ λ/2+λ/4, wobei k=0, 1, 2... usw. sein kann. Dadurch kompensieren sich die Rückwirkungen des Isolierstoffhohlkörpers auf die in seinem Inneren angeordneten Dipolfelder an der Zusammenschaltstelle 47. Während bei den vorhergehenden Beispielen sich einzelne Strahler kompensierten, wirken hier Strahlergruppen zur Kompensation zusammen. Die Veränderungen im Strahlungsdiagramm können durch geeignete Anordnung mehrerer Gruppen oder auch durch entsprechende Speisephasen ausgeglichen werden. Im übrigen kann die Art der Speisung der Strahler in der üblichen Weise vorgenommen werden, wobei insbesondere eine gleichphasige Speisung oder eine Drehfeldspeisung zur Anwendung kommen kann. In F i g. 6 ist eine aus vier Dipolfeldern 50 bis 53 bestehende Rundstrahlantennenanordnung in Draufsicht dargestellt, die im Inneren eines Isolierstoffhohlkörpers 54 angeordnet ist. Die Längsachse des Mastes und die senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Symmetrielinie der ein Viereck bildenden Strahleranordnung fallen dabei zusammen und liegen in der Mitte des Isolierstoffhohlkörpers 54. Zum Ausgleich der durch den Isolierstoffhohlkörper hervorgerufenen Rückwirkungen werden die Dipolfelder 50 bis 53 derart versetzt, daß die Achse des Isolierstoffhohlkörpers und die Symmetrielinie des durch die Dipolfelder gebildeten Vierecks exzentrisch zueinander verlaufen und deshalb der Abstand der einzelnen Dipolfelder von der Wandung nach der Versetzung (gestrichelte Anordnung) unterschiedlich ist. Der räumliche Versatz ist dabei so zu wählen, daß jedes Feld in beiden Achsrichtungen um etwa 2/8 versetzt wird. Die gesamte Exzentrizität beträgt demnach λ/4 · YT'. Bei dieser Anordnung wird die Kompensation erst an der Zusammenschaltstelle der Dipolfelder erreicht, wo sich die Rückwirkungen jeweils zweier gegenüberliegender Dipolfelder, z. B. 50 und 52, kompensieren. Die exzentrische Verschiebung erfolgt in Richtung der Diagonalen des durch die Dipolfelder 50 bis 53 angedeuteten Quadrates. Der Abstand der Dipolfelder 51 und 52 von der Wandung hat den gleichen Wert. Ebenso sind die Dipolfelder 50 und 53 gleich weit von der Außenwand entfernt. Die bei den einzelnen Ausführungsformen der Erfindung dargestellten Maßnahmen können auch miteinander kombiniert werden, so daß z. B. eine exzentrische Anordnung nach F i g. 6 zusammen mit einer geneigten Anordnung der Antennenfelder z. B. nach F i g. 4 angewandt werden kann. Bei Speisung der Strahler bzw. Strahlergruppen mit unterschiedlichen Phasen, z. B. Drehfeldspeisung, sind die durch unterschiedliche Kabellängen od. dgl. bedingten Phasenverschiebungen entsprechend mit zu berücksichtigen, wenn sie noch antennenseitig vor der Zusammenschaltstelle liegen, an der die Reflexionskompensation eintritt. Patentansprüche:

1. Aus mehreren Strahlern oder Strahlergruppen bestehende Antennenanordnung, die im Inneren eines Isolierstoffhohlkörpers angeordnet ist, dadurchgekennzeichnet, daß die räumliche Zuordnung der Strahler und/oder Strahlergruppen (7 bis 14) zu der Wandung (6) des Isolierstoflhohlkörpers in der Weise mit unterschiedlichen Abständen vorgenommen ist, daß die durch die Wandung (6) hervorgerufenen Rückwirkungen auf die Strahler bzw. Strahlergruppen (7 bis 14) sich an den zugehörigen Zusammenschaltstellen (15) weitgehend gegenseitig kompensieren.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandabstände zweier Strahler oder Strahlergruppen (7, 10), die zusammengeschaltet sind, sich um den Wert k ■ λ/2+λ/4 (&=0,1,2...) unterscheiden.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei längs einer Geraden angeordneten Strahlern oder Strahlergruppen (7 bis 14) eine gewölbte oder gewinkelte Ausbildung der Wandung (6) des Isolierstoffhohlkörpers vorgesehen ist.

4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung (6) des Isolierstoffhohlkörpers tonnen- oder faßförmig ausgebildet ist.

5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des^- Isolierstoffhohlkörpers die Form aufeinandergesetzter Kegelstümpfe (21, 22) aufweist.

6. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Isolierstoffhohlkörpers (26) etwa parallel zu ihrer eigenen Längsachse verläuft und die Strahler oder Strahlergruppen (38 bis 41) mit unterschiedlichen Abständen zu dieser Wandung angeordnet sind.

7. Antennenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Strahler bzw. Strahlergruppen (45, 46) von der Wan-