DE1271782B

DE1271782B - Rundstrahlantenne mit im Drehfeld gespeisten Strahlern

Info

Publication number: DE1271782B
Application number: DE19621271782
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Laub
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-10-04
Filing date: 1962-10-04
Publication date: 1968-07-04

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

IntCL: . HOIq

Deutsche Kl.: 21 a4-46/01

Nummer: 1271782

Aktenzeichen: P 12 71 782.7-35 (S 81887)

Anmeldetag: 4. Oktober 1962

Auslegetag: 4. Juli 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine rundstrahlende Antennenanordnung für die übertragung eines breiten, zwischen den Eckfrequenzen /1 und /2 liegenden Bandes, bestehend aus η im Drehfeld derart gespeisten Strahlern, daß bei einer Bezugsfrequenz fo die Phasenschritte zwischen benachbarten Strahlern untereinander gleich groß und gleich Grad sind,

deren räumliche Anordnung so gewählt ist, daß bei einer bestimmten Frequenz längs der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrahlungsrichtungen benachbarter Strahler eine gleichphasige überlagerung der Strahlungsanteile dieser Strahler eintritt.

Es ist bekannt, mehrere Verbraucher mit unterschiedlichen Phasen derart zu speisen, daß an der Zusammenschaltstelle der zu den jeweiligen Verbrauchern führenden Leitungen die reflektierten Energieanteile sich in Richtung zur Energiequelle weitgehend gegenseitig aufheben. Durch diese Anordnung wird bei entsprechender Dimensionierung der zu den einzelnen Verbrauchern führenden Speiseleitungen somit eine Verbesserung der Anpassung an die gemeinsame Speiseleitung erreicht.

Bei Antennenanordnungen ergibt sich bei Speisung der Strahler in der geschilderten Weise der Nachteil, daß durch die mit unterschiedlicher Phase abgestrahlten Energieanteile eine Verzerrung des Strahlungsdiagrammes auftritt. Diese läßt sich in bekannter Weise dadurch kompensieren, daß die Strahler räumlich so angeordnet werden, daß längs der Winkelhalbierenden zwischen zwei benachbarten Strahlern eine gleichphasige überlagerung der Strahlungen eintritt (deutsche Auslegeschrift 1 024 587).

Bei übertragung eines größeren Frequenzbandes treten bei derartigen Antennenanordnungen stärkere Einbrüche im Strahlungsdiagramm auf, die dadurch verursacht sind, daß die zur Erzeugung der unterschiedlichen Speisephasen dienenden Mittel, z, B. Kabel entsprechender Länge, jeweils nur bei einer bestimmten Bezugsfrequenz, jedoch nicht mehr für andere Frequenzen, die gewünschten Phasen an den Einspeisungsstellen der Strahler ergeben und daß zugleich die überlagerung der Strahlung längs der Winkelhalbierenden bei von der Bezugsfrequenz abweichenden Frequenzen nicht mehr stets gleichphasig erfolgt.

Der Erfindung, welche sich auf eine Antennenanordnung der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe zugrunde, diese durch die. vorstehend geschilderten Abweichungen von den Sollphasenunterschieden zwischen benachbarten Strahlern bedingten Einbrüche im Strahlungsdiagramm zu ver-Rundstrahlantenne mit im Drehfeld
gespeisten Strahlern

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8000 München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Helmut Laub, 8000 München

ringern. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Bezugsfrequenz fo zwischen der Mittenfrequenz

fm- f¹⁺f²

und der oberen Eckfrequenz /2 liegt. Während an sich eine optimale Auslegung der Antennenanordnung dann zu erwarten ist, wenn der Phasenschritt bei der Mittenfrequenz fm des zu übertragenden Bandes

seinen vorgegebenen Wert von

360

Grad erreicht,

hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß ein gleichmäßigeres Strahlungsdiagramm für die Übertragung eines breiten Bandes dann erreicht werden kann, wenn die für den Phasenschritt maßgebende Frequenz oberhalb der Mittenfrequenz fm gewählt wird.

Die Bezugsfrequenz fo, für welche der Phasenschritt zwischen benachbarten Strahlern genau den

gewünschten Wert von

360

Grad erreicht, kann in

vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung durch die Gleichung fo = fm (l + η-j bestimmt werden, wobei

^b-²7T

ist und k einem Parameter entspricht, dessen Wert etwa zwischen 3 und 10 liegt. Dieser Parameter ist abhängig insbesondere von der Anzahl n der Strahler, von den auf die mittlere Wellenlänge Xm bezogenen Abmessungen der aus den η Strahlern gebildeten Rundstrahlantenne sowie vom Strahlungsdiagramm des einzelnen Strahlers.

Eine weitere Verbesserung der Gleichförmigkeit des Strahlungsdiagrammes bei übertragung eines

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breiten Bandes läßt sich dadurch erreichen, daß die Hauptstrahlungsrichtungen derjenigen einander benachbarten Strahler, zwischen denen der Phasenschritt mit zunehmender Frequenz größer wird, einen größeren Winkel miteinander einschließen als die Hauptstrahlungsrichtungen von solchen einander benachbarten Strahlern, zwischen denen der Phasenschritt mit zunehmender Frequenz abnimmt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht ferner darin, daß die räumliche Anordnung der . Strahler in der Weise vorgenommen ist, daß der Abstand zwischen den Strahlungsschwerpunkten derjenigen einander benachbarten Strahler, zwischen denen der Phasenschritt mit steigender Frequenz zunimmt, größer gewählt ist, als für solche einander benachbarte Strahler, zwischen denen der Phasenschritt steigender Frequenz abnimmt.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die räumliche Anordnung der Strahler so gewählt ist, daß unter Annahme eines Phasenschrittes von

360

Grad die

gleichphasige überlagerung der Strahlungsanteile benachbarter Strahler längs der Winkelhalbierenden bei einer oberhalb der Mittenfrequenz fm liegenden Frequenz erfolgt.

. Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, bei denen im Dezimeterwellenbereich arbeitende, aus vier Strahlern bestehende Antennenanordnungen zusammen mit den zugehörigen Strahlungsdiagrammen dargestellt sind.

F i g. 1 zeigt eine bekannte Antennenanordnung, bei der vier an einem Mast 1 angebrachte Strahler 2, 3,4 und 5 in Form von Ganzwellendipol vorgesehen sind. Die Strahler sind mit ihren Reflektoren zu einer festen Baueinheit vereinigt, wobei vorteilhaft auch mehrere Strahler zu Strahlergruppen zusammengefaßt werden können. An den einzelnen Strahlern bzw. Strahlergruppen sind Anschlußstellen 6 bis 9 vorgesehen, zu denen von einem gemeinsamen Verteiler 10 ausgehende Speiseleitungen 11 bis 14 führen. Im folgenden wird angenommen, daß ein Frequenzband zwischen den Eckfrequenzen /1 = 0,85 und /2 = 1,15 fm übertragen werden soll. Dabei ist fm die Mittenfrequenz, welche dem arithmetischen Mittel der Grenzfrequenzen /1 und /2 entspricht. Wird die Länge der Speiseleitungen 11 bis 14 in bekannter Weise so gewählt, daß, ausgehend von der Leitung 11, bei abnehmenden Leitungslängen jeweils ein (elek-

trischer) Längsunterschied von -^- entsprechend einem Phasenschritt von 90° besteht, so ist bei der Mittenfrequenz fm dem Strahler 2 die Phase 0°, dem Strahler 3 die Phase +90°, dem Strahler 4 die Phase + 180° und dem Strahler5 die Phase +270° zugeordnet. Dabei ist Xm die der Frequenz fm entsprechende Wellenlänge. Die Strahler 2 bis 5 sind räumlich zueinander so angeordnet, daß längs der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrahlungsrichtungen benachbarter Strahler eine gleichphasige überlagerung der Strahlungsanteile dieser Strahler eintritt. Unter der Voraussetzung, daß der Abstand zwischen den Strahlungsschwerpunkten benachbarter Strahler zu Am gewählt ist, ergibt sich bei übertragung eines von 0,85 bis 1,15 fm reichenden Frequenzbandes ein (hier nicht dargestelltes) Strahlungsdiagramm, dessen maximale Einbrüche bis zu einer Feldstärke E — 0,4 E_max reichen, wobei E_max die maximal auftretende Feldstärke bedeutet.

Wird dagegen entsprechend der Lehre der Erfindung die Bezugsfrequenz/0, bei der der Phasenschritt zwischen benachbarten Strahlern genau 90° erreicht, größer als fm gewählt, so lassen sich die beim Bekannten auftretenden tiefen Einbrüche im Strahlungsdiagramm erheblich verringern. Wird die Bezugsfrequenz fo zu 1,06 fm gewählt, so ergibt sich für die Eckfrequenz /1 = 0,85 fm die durch die ausgezogene Linie 15 angedeutete Strahlungsverteilung, während für die obere Eckfrequenz /2 = 1,15/m die Strahlungsverteilung der gestrichelten Linie 16 entspricht. Die Feldstärke sinkt dabei nicht unter den Wert von 0,5 E_max, während für die gleiche Antennenanordnung, wenn die Bezugsfrequenz/o gleich der Mittenfrequenz fm gewählt wird, maximale Einbrüche bis zu dem Wert 0,4 E_max zu verzeichnen sind. Die Auslegung der Bezugsfrequenz auf den Wert fo = 1,06 fm hat zur Folge, daß der Phasenschritt für die Mittenfrequenz fm nicht, wie beim Bekannten, zwischen benachbarten Strahlern 90°, sondern zwischen den Strahlerelementen 2 und 3,3 und 4 und 4 und 5 jeweils nur 85° beträgt, während zwischen den Strahlerelementen 5 und 2 ein Phasenschritt von 105° auftritt.

Entsprechend dem erheblich vergrößerten Phasenschritt zwischen den Strahlern 5 und 2 ergibt sich für den Feldstärkeverlauf zwischen diesen Strahlern der tiefste Einbruch. F i g. 2 zeigt das Strahlungsdiagramm einer Antennenanordnung, bei der dieser einseitig tiefe Einbruch vermieden ist. An einem Mast 20 ist eine aus vier Strahlerelementen 21 bis 24 bestehende Antennenanordnung befestigt, die, ausgehend von einem Verteilerpunkt 25, im Drehfeld gespeist ist. Dabei sind die Längen der Kabelstücke 26 und 28 jeweils gleich gewählt und unterscheiden sich

von den Kabelstücken 27 und 29 um den Wert -^-, wobei Xo einer oberhalb der Mittenfrequenz fm liegenden Frequenz fo entspricht. Um die erforderlichen Phasenschritte zu erzielen, sind die Speiseleitungen bzw. die Anschlußstellen an die Strahlerelemente 21 und 22 umgepolt, was durch die mit 180° bezeichneten Kästchen angedeutet ist. Bezogen auf die Mittenfrequenz fm ergibt sich für das Strahlerelement 21 eine Phase von 0 Grad, für das Strahlerelement 22 eine Phase von +85°, für das Strahlerelement 23 eine Phase von 180° und für das Strahlerelement 24 eine Phase von 180 + 85°. Die zugehörige Strahlungsverteilung ist für / = 0,85 fm als ausgezogene Linie30 und für die Frequenz/ = 1,15/m als gestrichelte Linie 31 eingezeichnet. Der bei F i g. 1 zwischen den Strahlerelementen 5 und 2 auftretende tiefe Einbruch ist damit weitgehend beseitigt. Die Feldstärke sinkt maximal nur noch auf etwa 0,6 E_max ab, während bei übertragung des gleichen Frequenzbandes und einer Auslegung der Phasenschritte auf die Mittenfrequenz fm der tiefste Einbruch bis etwa 0,5 E_max herunterreicht.

Claims

Patentansprüche:

1. Rundstrahlende Antennenanordnung für die übertragung eines breiten, zwischen den Eckfrequenzen/1 und /2 liegenden. Bandes, bestehend aus η im Drehfeld derart gespeisten Strahlern, daß bei einer Bezugsfrequenz fo die Phasenschritte zwischen benachbarten Strahlern

untereinander gleich groß und gleich

360

Grad

sind, deren räumliche Anordnung so gewählt ist, daß bei einer bestimmten Frequenz längs der Winkelhalbierenden zwischen den Hauptstrahlungsrichtungen benachbarter Strahler eine gleichphasige überlagerung der Strahlungsanteile dieser Strahler eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfrequenz fo zwischen der Mittenfrequenz

und der oberen Eckfrequenz/2 liegt.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz fo durch die Gleichung fo = fm (1 + -r-) bestimmt ist, wo-

b = 2

/2-/1
/2 + /1

ist und k einem zwischen den Werten 3 und 10 liegenden Parameter entspricht.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Speisephasenunterschiedes von 180° zwischen einem Strahler und einem Bezugsstrahler mit der Phase φ = 0° die zu diesen Strahlern führenden Speiseleitungen gleich lang gewählt sind und eine dieser Leitungen umgepolt ist.

4. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Speisephasenunterschiedes von mehr als 180° zwischen eihem Strahler und einem Bezugsstrahler mit der Phase φ = 0° eine der zugehörigen Speiseleitungen zur Erzielung eines Speisephasenunterschiedes von 180° umgepolt und die dann noch fehlende Phasenverschiebung durch die Wahl unterschiedlich langer Speiseleitungen eingestellt ist.

5. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstrahlungsrichtungen derjenigen einander benachbarter Strahler, zwischen denen der Phasenschritt mit zunehmender Frequenz größer wird, einen größeren Winkel miteinander einschließen als die Hauptstrahlungsrichtungen von solchen einander benachbarten Strahlern, zwischen denen der Phasenschritt mit zunehmender Frequenz abnimmt.

6. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Anordnung der Strahler in der Weise vorgenommen ist, daß der Abstand zwischen den Strahlungsschwerpunkten derjenigen einander benachbarten Strahler, zwischen denen der Phasenschritt mit steigender Frequenz zunimmt, größer gewählt ist, als für solche einander benachbarte Strahler, zwischen denen der Phasenschritt mit steigender Frequenz abnimmt.

7. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die räumliche Anordnung der Strahler so gewählt ist, daß unter Annahme eines Phasenschrittes von

Grad die gleichphasige überlagerung der

Strahlungsanteile benachbarter Strahler längs der Winkelhalbierenden bei einer oberhalb der Mittenfrequenz fm liegenden Frequenz erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 024 587.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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