DE2700325A1

DE2700325A1 - Ungerichtete ukw-breitbandantenne

Info

Publication number: DE2700325A1
Application number: DE19772700325
Authority: DE
Inventors: Michel Gueguen
Original assignee: LANNIONNAIS ELECTRONIQUE
Current assignee: LANNIONNAIS ELECTRONIQUE
Priority date: 1976-01-12
Filing date: 1977-01-05
Publication date: 1977-07-21
Also published as: US4145696A; FR2337945B1; SE7700215L; NL7700289A; FR2337945A1; GB1519880A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine ungerichtete UKW-Breitbandantenne, deren Strahlungsdiagramm in einer senkrechten Ebene einen kleinen öffnungswinkel besitzt.

Die Entwicklung der Nachrichtentedi nik für den Luftverkehr hat aufgrund der bedeutenden Zunahme des Luftverkehrs zu einer Vielzahl von UKW-Kanälen geführt, die für die Verbindung Boden-Flugzeug benötigt werden. Aufgrund dieser Entwicklung wurden die Sende- und Empfangsstationen am Boden mit immer mehr Masten ausgerüstet, die ungerichtete Schmalbandantennen tragen, wobei jede Antenne einen Teil des Gesamtfrequenzbandes überdeckt.

Die Vielzahl der Antennen und Masten neben einer Boden· station hat inzwischen zu Schatteneffekten und Intermodulations-

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erscheinungen zwischen den verschiedenen Antennen geführt.

Um diese Effekte zu vermeiden, hat man an die Verwendung von breitbandigen ungerichteten Antennen gedacht, die entlang eines einzigen Antennenmasts großer Höhe angeordnet sind. Für eine derartige Struktur braucht man Breitbandantennen, die in einer gewissen Höhe am Mast befestigt werden können, und die in der senkrechten Ebene einen sehr schmalen öffnungswinkel besitzen, damit die Antennen nicht untereinander verkoppelt sind.

In bekannten derartigen Antennensystemen besteht dar Trägermast aus einer metallischen Gitterstruktur großer Höhe, und er ist abgespannt. Eine bekannte ungerichtete Breitbandantenne besteht aus einer oder mehreren übereinanderliegenden Etagen von je vier Elementarantennen, die jeweils um 90 zueinander um den Mast herum versetzt sind und je aus einem senkrechten Dipol sowie einer Spiegelebene bestehen.

Die Höhe des Mastes hängt von der Anzahl der ungerichteten Antennen und von ihrem Abstand ab. Der Durchmesser des Masts hängt von der Höhe, dem Gewicht und der Anzahl der Elementarantennen ab.

Ziel der Erfindung ist es, das Gewicht, die Abmessungen und die Abstände der Antennen zu verringern, ohne daβ die elektrischen Eigenschaften dadurch verschlechtert würden; daraus würde sich eine Verringerung des Durchmessers und der Höhe des tragenden Mastes ergeben.

Dieses Ziel wird durch die im Hauptanspruch definierte Antenne erreicht. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

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sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer einzigen Figur näher erläutert, die einen Ausschnitt aus einem Mast mit der erfindungsgemäßen Antenne zeigt.

Erfindungsgemäß werden UKW-Antennen vom logarithmisch periodischen Typ verwendet, die aus mehreren Elementarstrahlern unterschiedlicher Länge bestehen. Die Länge jedes Elementarstrahlers ergibt sich aus der Länge des benachbarten Elementarstrahlers multipliziert mit einem Faktor f . Wenn dieser Faktor nicht allzusehr von 1 verschieden ist, dann sind die Strahlungseigenschaften dieser Antennen nahezu frequenzunabhängig in einem Frequenzband, dessen unterste Frequenz von der Länge des größten Elementarstrahlers und dessen oberste Frequenz von der Länge des kürzesten Elementarstrahlers abhängt.

Zu dieser Antennenklasse gehören auch solche Antennen, bei denen Dipole logarithmisch periodisch angeordnet sind. Sie enthalten eine Mehrzahl von Dipolen, bei denen der Abstand zwischen den Dipolen und die Abmessungen dieser Dipole gemäß einer mit dem Faktor T fortschreitenden geometrischen Reihe gewählt sind. Ihr Strahlungsdiagramm entspricht dem einer Richtantenne, deren Hauptkeule entlang eines die Mittelpunkte der Dipole in Richtung zum kürzesten Dipol verbindenden Pfeils verläuft. Die Berechnung der Strukturen solcher Antennen ist wohlbekannt. Die äußersten Dipole werden in Abhängigkeit von den Grenzfrequenzen des Übertragungsbandes

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bestimmt. Die Anzahl der Dipole, ihre Abmessungen und Abstände werden von einem Winkel QC zwischen den die Enden der Dipole verbindenden Geraden und vom Faktor "C der geometrischen Entwicklung abgeleitet. Der Winkel und der Faktor ergeben sich rechnerisch aus dem Antennengewinn oder der öffnung des Antennendiagramms in waagerechter Ebene.

Derartige Antennen werden für Funkverbindungen zwischen zwei Punkten verwendet, wenn Wert auf einen hohen Antennengewinn gelegt wird. Sie besitzen zahlreiche senkrechte Dipole, wobei der Winkel W klein und der Faktor X nahe 1 gewählt sind. Ihre Abstrahlung nach hinten ist nur sehr schwach und der öffnungswinkel des Strahlungsdiagramms ist geringer in senkrechter als in waagerechter Ebene. Derartige Antennen scheinen nicht ohne weiteres geeignet zu sein, um senkrechte Dipole mit Spiegelebene in bekannten ungerichteten Antennen zu ersetzen, und zwar hauptsächlich wegen ihres Gewichts, ihrer großen Abmessungen und des geringen öffnungswinkels des Strahlungsdiagramms in waagerechter Ebene. Die Notwendigkeit, diesen öffnungswinkel zu vergrößern und damit den Antennengewinn zu verringern, läßt von einem solchen Ersatz eher abraten. Es ist nämlich bekannt, daß mit der Verringerung des Antennengewinns zwei für die Elementarstrahler einer ungerichteten Antenne,die entlang eines Mastes angebracht ist, sehr störend wirkende Erscheinungen auftreten, nämlich eine Erhöhung des Öffnungswinkels des Strahlungsdiagramms in einer senkrechten Ebene und eine Vergrößerung der Sekundärkeulen.

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Überraschenderweise läßt sich jedoch der öffnungswinkel in waagerechter Ebene durch die Vergrößerung des Winkels Qf erreichen, woraus sich eine Verringerung der Anzahl der Dipole und damit eine Verringerung des Gewichts und der Abmessungen ergeben. Die Vergrößerung des öffnungswinkels in horizontaler Ebene bedingt zwar notwendigerweise eine Vergrößerung des Öffnungswinkels in der senkrechten

um/
Ebene, jedoch/einen geringeren Betrag, derart, daß dieser öffnungswinkel noch kleiner bleibt als der eines klassischen senkrechten Dipols mit Spiegelebene. So hat sich die Richtwirkung der Antenne zwar verschlechtert, blieb jedoch besser als die eines senkrechten Dipols mit Spiegelebene· Für eine Antenne im Dezimeterbereich zwischen 225 und 400 MHz, bei der acht senkrechte Dipole logarithmisch periodisch angeordnet sind und der öffnungswinkel in waagerechter Ebene so bestimmt wird, daß die Strahlung bei 120 um 3 db absinkt, hat man folgende Kennwerte erhalten :

- Gewichtsersparnis bezüglich einer Antenne mit senkrechten Dipolen und Spiegelebene,

- Mittlerer TOS-Wert bei 1,2 im betrachteten Frequenzbereich,

- Nahezu keine Abstrahlung senkrecht nach oben oder unten (-bis -30 db),

- Gerichtetes Diagramm. Die Abstrahlung nach hinten liegt um 20 db unter dem Wert der Abstrahlung nach vorne, während es bei klassischen Antennen nur einen Unterschied von 10 db gibt.

- Der öffnungswinkel des Strahlungsdiagramms in einer senkrechten Ebene ist geringer als für einen senkrechten Dipol

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mit Spiegelebene (35° statt 50° in jeder Richtung an der 3 db - Schwelle).

Eine derartige Antenne wird aus einer Leitung gespeist« die vom kleinsten Dipol zum größten Dipol verläuft und an ihrem Ende geerdet.sein kann.

Die Struktur liegt vollkommen an Masse, wodurch ein besserer Schutz gegen Blitzschlag und gegen parasitäre Signale beim Empfang erreicht wird.

Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße ungerichtete Breitbandantenne, die in einer gewissen Höhe in einem Gittermast 1 angebracht ist. Diese Antenne besteht aus einer Etage von drei einander gleichen Elernentarantonnen 2, 3 und 4, die um je 120° gegeneinander verdreht sind. Die drei

einem;

Antennen werden phasengleich von/Energieteiler mit drei Ausgängen gespeist, der in einem zentralen Zylinder 5 liegt und einen breitbandigen Impedanztransformator enthält.

eineny Der Mast 1 besitzt/über seine ganze Höhe konstanten

dreieckigen Querschnitt mit einer Kantenlänge von ungefähr 1,2 mj er ist aus Gitterwerk aufgebaut und besitzt wie üblich drei senkrechte Streben entlang den Kanten, die über Zwischenstreben 6, von denen manche schräg verlaufen, miteinander verbunden sind. Der Mast ist abgespannt, die Anzahl der Abspannsysteme hängt von der Höhe des Mastes ab. Jedes Abspannsystem besitzt drei metallische Züge, die jeweils von den Kanten ausgehen und um 120 versetzt sind.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird jede Elernentarantenne 2, 3 und 4 aus sieben senkrechten Dipolen gebildet. Für ein Übertragungsband zwischen 225 und 400 MHz

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mißt die Antenne ungefähr 7O cm und die Länge des größten Dipols ist etwa 80 cm. Für ein Frequenzband zwischen 110 und 150 MHz liegen diese Werte bei 1,2 m bzw. 1,45 m. Die Elementarantennen 2, 3 und 4 sind senkrecht zu den drei Mastaußenflachen, und zwar teilweise im Mastinneren angeordnet. IAn dies zu ermöglichen, muß die Struktur des Mastes im Bereich der Elementarantennen etwas geändert werden, beispielsweise indem man einzelne Diagonalstreben 6 durch vier kurze Hilfsstreben 7 ersetzt und damit Luft für die Antennen schafft. Diese Anordnung der Antennen teilweise im Inneren des Mastes bewirkt keine Verschlechterung des Strahlungsdiagramms der Elementarantennen und ist vom mechanischen Standpunkt aus (geringerer Winddruck auf den Antennen^ einfachere Zusammenfassung der drei Elementarantennen und ihrer Energieteiler zu einer Baueinheit) von Vorteil. Dies ist nur möglich wegen der gerichteten Strahlungsdiagramme der Elementarantennen 2, 3 und 4, und durch ihre Anordnung in der Mitte der Mastflächen zwischen den Abspannungen.

Die gesamte, aus den drei Elementarantennen 2, 3 und

4 gebildete Antenne hat eine gleichmäßige Abstrahlung in der

Ebenen
horizontalenfund einen mittleren isotropen Antennengewinn von 2,5 db. Außerdem erhält man mit einer solchen Antenne eine ausgezeichnete Entkopplung bezüglich einer gleichartigen anderen Antenne am selben Mast. Es genügt beispielsweise ein Abstand von 5 m selbst im Frequenzbereich von 110 bis 150 MHz, um einen Entkopplungswert von mindestens 50 db zu erhalten.

für. Im Vergleich zu bekannten Antennen kann man alsofeine bestimmte

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Anzahl von Antennenetagen einen kleineren Mast und einen geringeren Durchmesser des Mastes vorsehen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel in allen Einzelheiten beschränkt, insbesondere was die Anzahl der Elementarantennen einer Etage oder die Anzahl der Etagen angeht. Eine besonders interessante Ausführungsform der Erfindung wegen ihres Preises und ihrer Abmessung bildet eine aus zwei gleichen Elementarantennen gebildete Antenne mit phasengleicher Ansteuerung und einer Anordnung Rücken an Rücken, wobei der horizontale öffnungswinkel an der 3-db-Schwelle einen Wert von 140 besitzt. Man kann auch ungerichtete Breitbandantennen mit verbesserter Richtwirkung in einer senkrechten Ebene im Rahmen der Erfindung bilden, indem zwei Etagen mit je zwei oder drei logarithmisch-periodischen Elementarantennen übereinander angeordnet werden.

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Claims

PATENTANS PRÜCHE

Ungerichtete UKW-Breitbandantenne, die in einer gewissen Höhe auf einem Trägermast montiert, werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Antennenetage besitzt, in der höchstens drei Elementarantennen (2, 3, 4) vorhanden sind, wobei jede Elementarantenne aus senkrechten Dipolen in logarithmischperiodischer Anordnung besteht.

2 - Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daβ eine Etage mit drei gleichen Elernentarantennen (2, 3, 4) vorgesehen ist, die in Phase versorgt werden und jeweils ¹Jm 120 gegeneinander versetzt sind.

3 - Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei übereinander angeordnete Etagen von je drei gleichen Elementarantennen vorgesehen sind, und daß die Elementarantennen jeder Etage um je 120° gegeneinander versetzt sind.

4 - Antenne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungswinkel an der 3 db-Schwelle im waagerechten Strahlungsdiagramm jeder Elementar antennafetwa 120° beträgt.

5 - Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Etage mit zwei gleichen Elementarantennen vorgesehen ist, die phasengleich angesteuert

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ORIGINAL INSPECTED

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werden und Rücken an Rücken liegen.

6 - Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei übereinander angeordnete Etagen mit je zwei gleichen Elementarantennen vorgesehen sind, wobei die Elementarantennen jeder Etage Rücken an Rücken zueinander liegen.

7 - Antenne nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel an der 3 db-Schwelle im waagrechten Strahlungsdiagramm einer Elementarantenne etwa 140 beträgt.

8 - Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf einem Gittermast (1) derart montiert ist, daß die Elementarantennen teilweise im Mastinneren liegen.

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