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Aus Strahl- und Reflexionsdipolen bestehendes Richtantennensystem
Die Erfindung betrifft ein au=s Strahl- und Reflexionsdipolen bestehendes Richtantennerisystem
für Kurzwellen, welches sich besonders dadurch auszeichnet, daß -ohne Benutzung
von besonderen Umwegleitungen eine Phasen- und amplitudenrichtige Speisung der einzelnen
Dipole erfolgt.
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Es sind bereits aus Dipolkombinationen bestehende Antennensysteme
bekannt, bei denen durch die Anordnung und die Wahl der Größenverhältnisse der Antennenteile
und der Speiseleitungen eine bestimmte Richtwirkung des Systems @erreic4t ist. Zu
diesem Zweck müssen bekanntlich die elektrischen Ströme bzw. Spannungen sämtlich=er
Elemente bzw. deren Resultierenden amplituden-und phasenmäßig so abgeglichen sein,
da.ß sie sich zu einer Gesamtresultierenden mit der gewünschten Richtungsabhängigkeit
zusammen"setzen. Zu diesen einzelnen Elementen des Antennensystems gehören auch
die eine Rückstrahlung verhindernden Reflektoren, die !ebenfalls als Dipole oder
als ebene oder. parabelförmige Flächen ausgebildet und neben .oder hinter den Richtdipolen.
angeordnet sind.
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Die phasenrichtige Speisung aller das Antennensystem bildenden Elemente
macht in der Praxis Schwierigkeiten. Will man außer der günstigen Vetstärkung der
Vorwärtsstrahlung eine möglichst vollkommene Unterdrükkung der Rückwärtsstrahlung
erreichen, so muß der Reflektordipol amplitudengleich mit dem zugehörigen Strahldipol
und mit einer solchen Phasenvoreilung (9o°) gegenüber diesem gespeist werden, däß
die Ströme beider Dipole sich, in der Strahlrichtung addieren, in der entgegengesetzten
Richtung auslöschen. Die Refliektordipole können allgemei=n entweder durch Strahlungskopplung
oder durch direkte Speisung erregt werden. Bei der Erregung durch .Strahlungskopplung
kann die Amplituden- und die Phasenbedingung nicht voll erfüllt werden, da Strom
und Phase nicht unabhängig voneinander beeinflußt werden, können. Bei der direkten
Speisung sind bei bekannten Antennenanordnungen besondere Transformationsglieder
(kapazit%ve -oder induktive Kopplungselemnente, Phasentransformatoren, Umweg- oder
Stichleitungen) notwendig, die einen beträchtlichen Kostenaufwand verursachen und
die Antennenanordnung erheblich komplizieren. Zu den beiden Bedingungen gleicher
Amplitude und bestimmter Phase in den zusammengehörigen Strahl- und Reflexionsdipolen
kommt in der Praxis noch die Bedingung der reflexionsfrei-en Anpassung des Widerstandes
der Strahleranordnung
an den Wellenwiderstand der speisenden Energieleitung.
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Das erfindungsgemäße Richtantennensystem erfüllt die angegebenen Bedingungen
durch sinnvolle Ausnutzung der Bildung stehender Wellen in besonders einfacher Weise.
Nach der Erfindung ist jedem Stra.hldipol ein Reflexionsdipol zugeordnet, der um
länger ist als der zugehörige Strahldipol und dessen äußeres Ende in einer Länge
von
nach dem Strahldipol hin abgebogen und mit dessen freiem Ende mechanisch verbunden
ist. Beide Dipole sind in ihren. Fußpunkten in einem Abstand von
an eine gemeinsame Energieleitung angeschlossen, und der Wellen--widerstand des
die Strahl- und Reflexionsdipole verbindenden Leitungsstückes ist so bemessen, daß
Amplitud°ngleichheit der Ströme und Spannungen im Strahl- und im Reflexionsdipol
erzielt ist.
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In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt. i und 2 sind zwei Strahldipole, 3 und ¢ die zugehörigen, in einem Abstand
von dahinter .angeordneten Reflexionsdipole.
Die Reflexionsdipole sind um
länger als die Strahldipole, und ihre äußeren Enden 6 und 7 sind nach den Strahldipolen
hin abgebogen und mit deren äußeren Enden verbunden:. ic ist eine gemeinsame Energieleitung,
die sich bei 5 in an sich bekannt-er Weise gabelt. Das Stück b der Energieleitung
ist etwa
lang. Jedes Stück c der Energieleitung, das einen Strahldipol mit dem zugehörigen
Reflexionsdipol verbindet, ist etwa
lang und bewirkt so einen Phasenunterschied von 9o= zwischen den Strömen bzw. Spannungen
im Strahl- und -,Reflexionsdipol. Sein Wellenwiderstand ist so gewählt, daß Amplitudengleichheit
im Strahl- und im zugehörigen Reflexionsdipol erzielt ist. Die Strahldipole können
strom- oder spannungserregt, also insbesondere als
oder
-Dipole ausgebildet sein.
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Die folgenden Erläuterungen sollen dem theoretischen Verständnis der
Vorgänge in dem Antennensystem dienen. Man denke sich zunächst die Verbindungen
zwischen den Enden von i und 6 bzw. 2 und 7 noch nicht -hergestellt und die Stücke
6 und 7 der Reflexionsdipole noch nicht gegen die Strahler i und- 2 gebogen, sondern
als geradlinige- Verlängerung, der- Reflektoren 3. und ¢. Da sich am Ende eines
Dipols stets ein Stromknoten ausbildet, wird sich an dem Fußpunkt der Strahler i
und 2 ein Stromknoten ausbilden, wenn ihre Länge
ist. Auf den Strahlendipolen bilden sich stehende Wellen aus, wie auch auf der angeschlossenen
Energieleitung e, falls nicht deren Wellenwiderstand genau gleich dem Strahlungswiderstand
der Antenne ist. Am Fußpunkt der Reflexionsdipole 3 und ¢ besteht also auf der Energieleitung
c -ein Strombauch, da ja die Energieleitung vom Strahldipol bis dorthin
lang ist. Die Voraussetzungen für die- phasenrichtige Energieübertragung aus der
Energieleitung auf die Reflexionsdipole und die Ausbildung stehender Wellen auch
auf dies°n Dipolen sind also bei einer Länge dieser Dipole von
.... gegeben, da am
freien Ende auch dieser Dipole sich Stromknoten bilden. Die Reflektoren könnten
also an sich entweder um
kürzer oder um
länger gemacht werden als die zugehörigen Strahlerdi.pole; werden sie kürzer gemacht,
so ist die Unterdrückung der Rückstrahlung nicht vollkommen, würden sie länger gemacht,
so würde das überschießende Stück, dem ja kein Strahldipol mehr gegenübersteht.
als selbständiger
-S.trahler wirken und das Strahlungsdiagramm stören. Erfindungsgemäß wird nun der
Reflektor um
länger gemacht als der S.trahldipol, und sein ußeres Ende wird in einer Länge von
gegen den. Strahldipol hin abgebogen und mit dessen freiem Ende mechanisch verbunden.
Damit wird die schädliche Wirkung des überschießenden Endes vermieden, der Reflektor
erhält vollkommene Wirkung, und die Phasen- und Längenverhältnisse für die Erzielung
stehender Wellen auf allen Dipolen bleiben gewahrt. Die Enden der Reflexionsdipole
und der Strahldipole sind aber, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, äquipotentiale
Punkte und können daher unbedenklich miteinander verbunden werden. Dadurch wird
außer der Vierbesserung der elektrischen Eigenschaften auch eine Erhöhung der mechanischen
Festigkeit der Anordnung erzielt.
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Durch die räumliche Anordnung und die Abmessungen der Dipole sind
somit die geforderten Phasenbeziehungen einstellbar. Die Amplitudenbeziehungen können
völlig getrennt von den Phasenbeziehungen durch die
passende Wahl
des Wellenwiderstandes des Leitungsstückes c eingestellt werden. Es ist so ohne
weiteres möglich, den wirksamen Strombelag bzw. die wirksame Amplitude in den Strahlern
und Reflektoren genau gleichzumachen und so zu einer vollkommen einseitigen Richtstrahlung
zu gelangen. Das
lange Stück b der Spleiseleitung wird durch den symmetrischen Anschlußpunkt 5 der
Energieleitung ,a in zwei lange, parallel geschaltete Stücke aufgeteilt
und dient so gleichzeitig als
Transformationsleitung zwischen den Speisepunkten der Reflektoren und dem Ende der
Speiseleitung a, mit deren Hilfe in einfachster Weise :eine Anpassung des Wellenwiderstandes
der Speiseleitung an den Strahlungswiderstand der Antennenanlage erreicht werden
kann. Eine Einzelgruppe von insgesamt vier Dipolen, wie sie in der Abbildung dargestellt
ist, kann in mehrfacher Anordnung kombiniert werden, d. h. @es können je nach der
gewünschten Strahlenbündelung mehrere Gruppen in horizontaler odex vertikaler Richtung,
also über- oder neben- oder hintereinander angeordnet werden.
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Oft ist es erwünscht, :ein von einer ;erfindungsgemäßen Antennenanordnung
erzieltes Richtdiagramm mit einer bestimmten Frequenz umlaufen zu lassen. Für diesen
Zweck wird das oben beschriebene Strahlersystem am `besten so angeordnet, daß die
Speisepunkte 5 der
langen Verbindungsleitungen der beiden Reflektordipole gleichzeitig geometrischer
Mittelpunkt eines durch die vier Dipole gelegten Kreises sind, so daß das System
zu diesem Speisepunkt rotationssymmetrisch ist.
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Bei der praktischen Ausführung eines derartigen erfindungsgemäßen
Antennensystems hat es sich als besonders zweckmäßig :erwiesen, die Verbindungsleitungen
c zwischen Richtdipolen und Reflektordipolen gleich oder ähnlich den Dipolen selbst
als starke freitragende Stäbe o. dgl. auszuführen.