DE2150660A1 - Cross dipole antenna - Google Patents
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W. M. Spanos - 9W. M. Spanos - 9
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KreuzdipolantenneCross dipole antenna
Die Erfindung betrifft eine S ende-Empfangs-Kreuzdipolantenne für den Funknachrichtenverkehr und/oder die Funknavigation. Weil nur ein begrenzter Raum zur Anbringung der Antennen bei Flugzeugen zur Verfügung steht und weil eine immer größere Anzahl von Antennen mit Strahlern für die verschiedensten Aufgaben benötigt wird, geht man mehr und mehr dazu über, kompakte Vielzweckstrahler zu entwickeln, die mehr als eine Funktion erfüllen können. Es ist z. B. bei Mobilstationen erforderlich, daß Funkverkehr und Funknavigation gleichzeitig nebeneinander durchgeführt werden, entweder auf verschiedenen Frequenzbändern oder auch auf dem gleichen Frequenzband. Die dabei geforderten Antenneneigenschaften bezüglich des Strahlungsdiagrammes und der Polarisation sind meist unterschiedlich. Das Aufkommen von Funk- und Navigations systemen, die mit Satelliten zusammenarbeiten, hat die Entwicklung gemeinsamer Vielzweck-The invention relates to a transceiver cross dipole antenna for radio communications and / or radio navigation. Because only a limited space for mounting the antennas in aircraft Is available and because an increasing number of antennas with radiators is required for a wide variety of tasks there is more and more about developing compact multi-purpose spotlights that can fulfill more than one function. It is Z. B. at Mobile stations require that radio communications and radio navigation are carried out simultaneously next to one another, either on different ones Frequency bands or on the same frequency band. The required antenna properties with regard to the The radiation diagram and the polarization are usually different. The advent of radio and navigation systems using satellites work together, has the development of common multi-purpose
antennen kompliziert, weil die Anforderungen bezüglich des 4. lo. 1971antennas complicated because the requirements for the 4th lo. 1971
vo/ffvo / ff
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Strahlungsdiagrammes und der Polarisation sich von den Anforderungen bei quasioptischen Boden-Boden- und Boden-Bord-Funkverbindungen unterscheiden. Satellitensysteme benötigen zirkuläre Polarisation und ein Rundstrahldiagramm zum Verkehr mit der Bodenstation.Radiation diagram and polarization differ from the requirements distinguish between quasi-optical ground-to-ground and ground-to-board radio links. Satellite systems require circular polarization and an omnidirectional diagram of traffic with the ground station.
Mit der Erfindung soll eine Kreuzdipolantenne als Vielzweckantenne
geschaffen werden, die bei Satellitensystemen, quasioptischen Nachrichten- und Navigations systemen eingesetzt werden kann. Dies wird
nach der Erfindung dadurch erreicht, daß zur Erzeugung von gleich-
W zeitig vorhandenen vertikal polarisierten und/oder links- und rechtsdrehend
zirkularpolarisierten Rundstrahldiagrammen vier senkrecht stehende quadratisch angeordnete Koaxialkabel vorgesehen sind, die
von einem kegelstumpfförmigen Mantel umgeben sind, dessen kleiner Durchmesser am oberen Ende der Koaxialkabel angeordnet ist und
der mit den Außenleitern der Koaxialkabel mechanisch und elektrisch verbunden ist, daß die Innenleiter der Koaxialkabel über das obere
Ende des Kegelstumpfmantels herausragen und in einem bestimmten Winkel zur Achse des Mantels abgebogen sind und daß die vier
Koaxialkabel gleichzeitig
Signalen erregbar sind.With the invention, a crossed dipole antenna is to be created as a multi-purpose antenna that can be used in satellite systems, quasi-optical communications and navigation systems. This is achieved according to the invention is that polarized to produce at the same W temporarily existing vertically and / or left-handed and right-handed circularly polarized omnidirectional charts four perpendicularly arranged in a square coaxial cable are provided, which are surrounded by a frustoconical upper whose smaller diameter The end of the coaxial cable is arranged and which is mechanically and electrically connected to the outer conductors of the coaxial cables, that the inner conductors of the coaxial cables protrude beyond the upper end of the truncated cone jacket and are bent at a certain angle to the axis of the jacket and that the four coaxial cables are simultaneously
Signals are excitable.
Koaxialkabel gleichzeitig und/oder mit jeweils um 9o phasenverschobenenCoaxial cables simultaneously and / or with each phase shifted by 9o
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an einem Ausführungs beispiel näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawings of an execution example. Show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Kreuzdipolantenne und ein Blockschaltbild der Antennenspeiseschaltung,1 shows a perspective view of the crossed dipole antenna and a block diagram the antenna feed circuit,
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W. M. Spanos - 9W. M. Spanos - 9
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Kreuzdipolantenne nach Fig. 1,FIG. 2 shows a plan view of the crossed dipole antenna according to FIG. 1,
Fig. 3 das Vertikaldiagramm bei links drehender Zirkularpolarisation,3 shows the vertical diagram with circular polarization rotating to the left,
Fig. 4 das Vertikaldiagramm bei rechts -Fig. 4 the vertical diagram at right -
drehender Zirkularpolarisation undrotating circular polarization and
Fig. 5 das Doppelkreis diagramm bei wertikaler Polarisation.Fig. 5 is the double circle diagram with value polarization.
Zur Erläuterung sind nachstehend einige Anwendungen der erfindungsgemäßen Antenne aufgeführt.Some applications of the antenna according to the invention are listed below for explanation.
Anwendunguse
UHF-Funkverbindung UHF-Satelliten-Funkverbindung DME /TACAN RSB/IFFUHF radio link UHF satellite radio link DME / TACAN RSB / IFF
Polarisation FrequenzbereichPolarization frequency range
vertikalvertical
225-4OO MHz225-4OO MHz
links-u. rechts- 225-4oo MHz drehend, zirkulär vertikal 96o-1125MHzleft-u. clockwise 225-4oo MHz rotating, circular vertical 96o-1125MHz
Strahlungsdiagramm Radiation diagram
vertikaler Doppelkreisvertical double circle
halbkugelförmig hemispherical
vertikaler Achte r-Doppelkreis vertical eighth r double circle
In den Fig. 1 und 2 ist eine Kreuzdipolantenne mit vier Koaxialkabeln 1 bis 4 gezeigt, wobei jeweils der Außenleiter mit 5 und der Innenleiter mit 6 bezeichnet ist. Die Außenleiter 6 aller Koaxialkabel sind mechanisch und elektrisch untereinander und mit einem kegelstumpfförmigen Mantel 7 am Ende 8 mit demIn Figs. 1 and 2 is a crossed dipole antenna with four coaxial cables 1 to 4, the outer conductor being designated by 5 and the inner conductor by 6 in each case. The outer conductor 6 of all Coaxial cables are mechanical and electrical with each other and with a frustoconical jacket 7 at the end 8 with the
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kleineren Durchmesser verbunden. Die Mantellänge des Kegelstumpfmantels 7 ist größer als ein Viertel der Betriebswellenlänge. Die Innenleiter 6 der Koaxialkabel sind über das obere Ende des Kegelstumpfmantels 7 hinaus verlängert und bilden die Leiterenden 9, lo, 11 und 12, die die Dipole der Kreuzdipolantenne darstellen. Diese Leiterenden 9 bis 12 sind jeweils in einem bestimmten Winkel, vorzugsweise 9o , zur Richtung des zugehörigen Koaxialkabels abgebogen. Diese Enden der Innenleiter der vier Koaxialkabel sind so angeordnet, daß sie jeweils aufeinander senkrecht stehen. Der Kegelstumpfmantel 7 dient dabei als Reflektor. Diese Anordnung der Leiterenden 9 bis 12 und des Kegelstumpfmantels 7 bewirkt ein halbkugelförmiges Strahlungsdiagramm, wenn beim Senden jedes der Koaxialkabelpaare mit um 9o gegeneinander phasenverschobener Energie erregt werden bzw. wenn beim Empfang der Kegelstumpfmantel 7 und die Leiterenden 9 bis 12 entsprechend erregt werden. Durch die Leiter enden 9 bis 12 und den Kegelstumpfmantel 7 wird ein Rundstrahldiagramm erreicht, das sowohl links- wie auch rechts drehend zirkulär polarisiert sein kann. Diese Kreuzdipolantenne ist daher für UHF-Satelliten-Funkverbindungen geeignet, wie der vorstehenden Aufstellung entnommen werden kann.smaller diameter connected. The jacket length of the truncated cone jacket 7 is greater than a quarter of the operating wavelength. The inner conductors 6 of the coaxial cables are over the upper end of the truncated cone jacket 7 also extended and form the conductor ends 9, lo, 11 and 12, which represent the dipoles of the crossed dipole antenna. These conductor ends 9 to 12 are each at a certain angle, preferably 9o, bent towards the direction of the associated coaxial cable. These ends of the inner conductors of the four coaxial cables are like this arranged that they are each perpendicular to each other. The truncated cone jacket 7 serves as a reflector. This arrangement the conductor ends 9 to 12 and the truncated cone jacket 7 causes a hemispherical radiation pattern when each of the Coaxial cable pairs are excited with energy that is phase-shifted by 9o from one another or if the truncated cone jacket upon reception 7 and the conductor ends 9 to 12 are excited accordingly. The ladder ends 9 to 12 and the truncated cone jacket 7 is an omnidirectional diagram is achieved that can be circularly polarized both left and right rotating. This cross dipole antenna is therefore suitable for UHF satellite radio links like the one above List can be found.
Für die vertikale Polarisation bei UHF-Funkverbindungen oder bei DME/TACAN- oder RSB/lFF-Funkverbindungen arbeitet der Kegelstumpfmantel 7 ebenfalls wie die Leiterenden 9 bis 12 als Strahler. Jedes Leiterende 9 bis 12 hat eine Länge von ungefähr o, 35.D der Betriebsfrequenz der Antenne, wobei D jeweils dem Durchmesseram unteren Ende des Kegelstumpfmantels 7 (Fig. 2) entspricht. Die Mantellänge, der Durchmesser D und die Länge der Leiterenden bestimmen das Strahlungsdiagramm der Antenne. Um das gewünschteFor vertical polarization with UHF radio links or with DME / TACAN or RSB / IF radio connections, the truncated cone jacket 7 also works as a radiator, like the conductor ends 9 to 12. Each conductor end 9 to 12 is approximately 0.35.D in length of the operating frequency of the antenna, where D is the diameter am corresponds to the lower end of the truncated cone jacket 7 (Fig. 2). Determine the sheath length, the diameter D and the length of the conductor ends the radiation pattern of the antenna. To the desired
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vertikal polarisierte Strahlungsdiagramm zu erhalten, müssen die Koaxialkabel 1 bis 4 beim Sendengleichphasig gespeist werden bzw. beim Empfang gleichphasig erregt werden.To obtain a vertically polarized radiation pattern, the coaxial cables 1 to 4 must be fed in phase when transmitting or are excited in phase when receiving.
Fig. 3 zeigt das halbkugelförmige Vertikaldiagramm, das durch die linksdrehende, zirkularpolarisierte Erregung der Leiterenden 9 bis 12 und des Mantels 7 hervorgerufen wird. Fig. 4 zeigt das halbkugelförmige Vertikaldiagramm bei rechtsdrehender, zirkularpolarisierter Erregung. Fig. 5 zeigt das vertikale Doppelkreisdiagramm bei vertikaler, polarisierter Erregung.Fig. 3 shows the hemispherical vertical diagram produced by the left-handed, circularly polarized excitation of the conductor ends 9 to 12 and the jacket 7 is caused. Fig. 4 shows the hemispherical vertical diagram with clockwise, circularly polarized Excitement. Fig. 5 shows the vertical double circle diagram with vertical, polarized excitation.
Die zur Antenne gehörenden Schaltmittel sind ebenfalls in Fig. 1 gezeigt. Sie sind für Senden und Empfangen geeignet und bestehen aus zwei 18o -Gabelschaltungen 13 und 14, einer 9o -Gabelschaltung und einer Schaltung 16, welche die Energie beim Senden teilt bzw. beim Empfangen addiert.The switching means belonging to the antenna are also shown in FIG. They are suitable for sending and receiving and exist made up of two 18o fork circuits 13 and 14, a 9o fork circuit and a circuit 16 which divides or divides the energy during transmission. added when receiving.
Beim Senden arbeiten diese Schaltmittel wie folgt: Die Senderenergie mit vertiakler Polarisation wird an einen Eingang 17 der Schaltung 16 angelegt und über diese den Gleichphasenausgängen der 18o -Gabelschaltung 13 und 14 zugeführt. Die Koaxialkabel 1 bis 4 werden daher gleichphasig erregt. Dies ist durch das Bezugszeichen (+) an den Leitungen, die von diesen 18o -Gabelschaltungen 13 und 14 zu den Innenleitern der Koaxialkabel 1 bis 4 führen, angedeutet. Die gleichphasige Erregung aller Koaxialkabel erzeugt mittels der Leiterenden 9 bis 12 und dem Mantel 7 das in Fig. 5 gezeigte vertikale Doppelkreisdiagramm,When transmitting, these switching means work as follows: The transmitter energy with vertical polarization is sent to an input 17 applied to the circuit 16 and fed via this to the in-phase outputs of the 18o fork circuit 13 and 14. The coaxial cable 1 to 4 are therefore excited in phase. This is indicated by the reference sign (+) on the leads leading from these 18o fork circuits 13 and 14 lead to the inner conductors of the coaxial cables 1 to 4, indicated. The in-phase excitation of all coaxial cables is generated by means of the conductor ends 9 to 12 and the jacket 7, the vertical double circle diagram shown in FIG. 5,
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Die zirkularpolarisierte Strahlung wird gleichzeitig gesendet und zwar dadurch, daß an den Eingang 18 der 9o -Gabelschaltung 15 ein linksdrehend zirkularpolarisiertes und an den Eingang 19 der Schaltung 15 ein rechtsdrehend zirkularpolarisiertes Signal angelegt wird. Dadurch tritt auf der Leitung 2o, die die 9o -Gabelschaltung 15 mit der 18o -Gabelschaltung 13 verbindet, ein um 0 phasenverschobenes Signal für die linksdrehende Zirkularpolarisation und ein um 9o phasenverschobenes Signal für die rechtsdrehende Zirkularpolarisation auf. Am einen Ausgang der 18o -Gabelschaltung 13 steht dann ein um 0 phasenverschobenes Signal für die linksdrehende Zirkularpolarisation und ein um 9o phasenverschobenes Signal für die rechtsdrehende Zirkularpolarisation zur Verfügung, mit denen das Koaxialkabel 4 erregt wird. Am anderen Ausgang der 18o -Gabelschaltung 13 steht ein um 18o phasenverschobenes Signal für die linksdrehende und ein um -9o phasenverschobenes Signal für die rechtsdrehende Zirkularpolarisation zur Verfügung, mit denen das Koaxialkabel 1 erregt wird. Ebenso wie auf der Leitung 2o steht auf der Leitung 21 von der 9o -Gabelschaltung 15 zur 18o -Gabelschaltung 14 ein um 9o phasenverschobenes Signal für die linksdrehende und ein um 0 phasenverschobenes Signal für die rechtsdrehende Zirkularpolarisation. Demzufolge steht am einen Ausgang der 18o -Gabelschaltung 14 ein um 9o phasenverschobenes Signal für die linksdrehende und ein um 0 phasenverschobenes Signal für die rechtsdrehende Zirkularpolarisation zur Verfügung, mit denen das Koaxialkabel 3 erregt wird. Am anderenThe circularly polarized radiation is transmitted at the same time, namely by being connected to the input 18 of the 9o fork circuit 15 a counter-clockwise circularly polarized signal is applied to input 19 of circuit 15 and a clockwise circularly polarized signal will. This causes the 9o fork circuit to appear on line 2o 15 connects to the 18o fork circuit 13, one around 0 phase-shifted signal for the counterclockwise circular polarization and a signal phase-shifted by 9o for the clockwise Circular polarization. At one output of the 18o fork circuit 13 there is then a 0 phase-shifted signal for the counterclockwise rotation Circular polarization and a 9o phase-shifted signal for clockwise circular polarization are available with which the Coaxial cable 4 is excited. At the other output of the 18o fork circuit 13 there is a signal which is phase shifted by 18o for the counterclockwise rotation and a -9o phase-shifted signal for clockwise circular polarization are available with which the coaxial cable 1 is excited. Just as on line 2o, on line 21 from 9o fork circuit 15 to 18o fork circuit 14 there is a um 9o phase-shifted signal for the left-hand circular polarization and a signal phase-shifted by 0 for the right-hand circular polarization. As a result, at one output of the 18o fork circuit 14 there is a signal phase-shifted by 9o for the counterclockwise and one by 0 phase-shifted signal for the clockwise circular polarization available, with which the coaxial cable 3 is excited. At the other
ο οο ο
Ausgang der 18o -Gabelschaltung 14 steht ein um -9o phasenverschobenes Signal für die linksdrehende und ein um 18o phasenverschobenes Signal für die rechtsdrehende Zirkularpolarisation zur Verfügung, mit denen das Koaxialkabel 2 erregt wird. Die Erregung der vier Koaxialkabel 1 bis 4 mit jeweils um 9o° pttasenverschobenen Signalen' bewirkt die Abstrahlung von zirkularpolarisierten Signalen mittels der Leiterenden 9 bis 12 und dem Mantel 7.The output of the 18o fork circuit 14 is phase-shifted by -9o Signal for counterclockwise and a phase shifted by 18o signal for clockwise circular polarization available, with which the coaxial cable 2 is excited. The excitation of the four coaxial cables 1 to 4, each with signals shifted by 90 °. causes circularly polarized signals to be emitted by means of the Conductor ends 9 to 12 and the jacket 7.
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Bei der Anwendung der Kreuzdipolantenne als Empfangsantenne werden die Koaxialkabel 1 bis 4 mittels der Leiterenden 9-12 und des Mantels 7 mit Signalen mit 9o -Phasenverschiebung erregt und die Eingänge der 18o -Gabelschaltungen 13 und 14 sind mit Signalen mit den in Fig. 1 gezeigten Phasenbeziehungen belegt und zwar O und 9o vom Koaxialkabel 4, 18o und -9o vom Koaxialkabel 1, 9o und O vom Koaxialkabel 3 und -9o und 18o vom Koaxialkabel Dann stehen an den Eingängen 18 und 19 Ausgangssignale, die von den links- und rechtsdrehend zirkulär polarisierten Signalen herrühren. Wenn die Antenne eine vertikal polarisierte Strahlung aufnimmt, dann werden alle Koaxialkabel gleichphasig erregt. Dies ist durch das Bezugszeichen (+) an den Eingängen der 18o -Gabelschaltungen 13 und 14 in Fig. 1 angezeigt. Die gleichphasigen Signale an den Ausgängen der 18o -Gabelschaltungen 13 und 14 werden in der Schaltung 16 addiert und stehen dann am Eingang 17 an.When using the cross dipole antenna as a receiving antenna, the coaxial cables 1 to 4 by means of the conductor ends 9-12 and of the jacket 7 excited with signals with 9o phase shift and the inputs of the 18o fork circuits 13 and 14 are with signals occupied with the phase relationships shown in Fig. 1, namely O and 9o from the coaxial cable 4, 18o and -9o from the coaxial cable 1, 9o and O from the coaxial cable 3 and -9o and 18o from the coaxial cable Then there are output signals at inputs 18 and 19, which are from originate from the left- and right-handed circularly polarized signals. When the antenna picks up vertically polarized radiation, all coaxial cables are excited in phase. This is by the reference symbol (+) at the inputs of the 18o fork circuits 13 and 14 are indicated in FIG. The in-phase signals at the outputs of the 18o fork circuits 13 and 14 are in the Circuit 16 is added and are then present at input 17.
3 Patentansprüche3 claims
Zeichnungen -8-Drawings -8-
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