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Gerichtet ausstrahlendes Senderantennensystem und Betriebsverfahreu hiefiir.
Die Erfindung betrifft Antennen, insbesondere gerichtet, d. i. in bestimmten Richtungen aus- sendende flächenhafte Antennen, die sich vorzugsweise für kurze Wellen von 50 und weniger Meter Wellen- länge eignen, sowie auch ein Betriebsverfahren hiefür. Eine derartige Antenne umfasst mehrere aus- strahlende Elemente oder Ausstrahler. Die resultierende Richtung der Ausstrahlung hängt von den
Phasenbeziehungen der Erregung der Ausstrahler ab. Gemäss der Erfindung sind diese Ausstrahler mit einem Paar linearer Speiseelemente gekuppelt und die Geschwindigkeit der Energieübertragung entlang der Speiseelemente (es ist hier und im folgenden stets nur von der scheinbaren Geschwindigkeit des Energie- flusses die Rede) wird geregelt, um die Phasenbeziehungen in den einzelnen, die Antenne zusammen- setzenden Ausstrahlungen, zu bestimmen.
Die Geschwindigkeit in einer gewöhnlichen Übertragungslinie kann durch Einstellung der induk- tiven und kapazitiven Charakteristiken der Linie geregelt werden. Allein bei einer Senderantenne wird die Sachlage durch das Vorhandensein einer kräftigen Raumwelle ausgestrahlter Energie kompliziert, welche auf die Linie zurückwirkt. Um die Geschwindigkeit regeln zu können, ist es in erster Linie wesent- lich, dass die Raumwelle durch die Welle auf den Speiseelementen nicht überwogen wird. Dieser Bedingung zu genügen ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, der dadurch erreicht wird, dass man die Speiseele- mente nahe zusammenrückt und die Ausstrahler quer und ausserhalb der Speiseelemente kuppelt.
Auf diese Weise wird die Ausstrahlung der querlaufenden Ausstrahler die Speiseelemente nicht schneiden und daneben wird die Kapazität der Linie gegenüber jener der Ausstrahlung verringert.
Die Wirkung der Raumwelle auf die Speiseelemente wird ferner dadurch verringert, dass man die
Energiemenge verringert, welche von den einzelnen Ausstrahlern den Speiseelementen entnommen wird.
Das lässt sieh auf verschiedene Weise erreichen, z. B. durch Verringerung der Länge der Ausstrahler, so dass ihre Kapazität verringert wird oder durch Verringerung des räumlichen Abstandes und Steigerung der Grösse der Speiseelemente, um ihre Kapazität zu erhöhen oder dadurch, dass man begrenzende Reak- tanzen, vorteilhaft kleine Kondensatoren den Ausstrahlern vorschaltet.
Um die Geschwindigkeit entlang der Speiseelemente zu erhöhen, verwendet man Querinduk- tanzen, die mit den Speiseelementen gekuppelt sind. Nun kann die Wirkung der Speiseelemente noch weiter dadurch kompliziert werden, dass die Energieabnahme von denselben (d. i. die Attenuation) die glatte und gleichmässige Wirkung derselben als Übertragungslinie stören. In manchen Fällen kann jede Anzapfstelle als Reflexionspunkt fungieren. Dem zu begegnen ist ein weiterer Zweck der Erfindung, der dadurch erreicht wird, dass man, wo es nötig ist, eine grössere Anzahl von Induktanzen zur Regelung der Quergesehwindigkeiten benutzt, als Querausstrahler vorhanden sind.
Um ein gewünschtes Mass von Richtvermögen zu erzielen, muss eine Mindestlänge oder Ausdehnung einer flächenhaften Antenne vorhanden sein. Bei in der Längsrichtung aussendenden Antennen ist es wünschenswert, dass die Energieabnahme von den Speiseelementen derart ist, dass die Energie in denselben am Ende der Antenne auf Null verringert ist. Ist die Energieabnahme zu gering, so bleibt Energie am Ende der Antenne, welche, wenn sie nicht absorbiert wird, reflektieit wird und stehende Wellen nebst den solche begleitenden Energieverlusten erzeugt. Reflektierte Energie ist eben nur in der entgegen- gesetzten Richtung übermittelte Energie, welche das Aussendungsvermögen der Antenne beeinträchtigt
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und verloren geht.
Ist die Energieabnahme zu gross, so wird vom ersten Teil der Antenne ausgestrahlte
Energie im zweiten Teil der Antenne Energie durch Induktion hervorrufen und es können stehende Wellen entstehen. In jedem Falle wird, wenn die Energieabnahme zu weit geht, bloss der erste Teil der Antenne wirksam sein, und deshalb ist der Anforderung der Mindestlänge des ausdehnbaren Systems nicht mehr entsprochen. Daraus ergibt sich, dass eine genaue Regelung der Energieabnahme, sowie der Geschwindig- keit erforderlich ist. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, dieser Forderung zu genügen. Hiezu eignet sich vollkommen das bereits angegebene Mittel zur Begrenzung der Energieentnahme durch die Ausstrahler, weil das natürliche Verhältnis der Energieabgabe im allgemeinen zu gross ist.
Es ist wünschenswert, dass das Richtvermögen gewünschtenfalls einer kleinen Schwankung unterliegt. Dies zu ermöglichen ist ein weiterer Zweck der Erfindung, der dadurch erreicht wird, dass man Antennenteile in der Breitenrichtung (Breitseite) anordnet. Während man das Richtvermögen jedes Antennenteiles konstant hält, ändert man die Phasenbeziehungen zwischen den Teilen, um das Richt- vermögen etwas zu ändern, d. i. die Ausstrahlungsrichtung etwas zu verdrehen, genauer gesprochen, man ordnet ein symetrisch abzweigendes System von Übertragungslinien zur gleichphasigen Speisung der richtenden Antennen an, aber man trifft Vorkehrungen, um die wirksamen Längen der Linien zu ändern, um die Abzweigungen symmetrisch zu machen, zum Zweck die resultierende Aussendungsrichtung zu verdrehen.
Es ist wünschenswert die Streuung, d. i. die Konvergenz oder Divergenz des ausgesandten Wellenbündels zu regeln. Dies geschieht durch Verwendung von in der Breitenrichtung angeordneten Antennenteilen und durch Änderung der Phasenbeziehungen der Teile symmetrisch zu einer in die Übertragungsrichtung fallenden Achse. So kann, wenn drei Teile verwendet werden, das Einstellen der Streuung leicht bewerkstelligt werden, indem man die Phasenbeziehung des mittleren Teiles zu den beiden äusseren Teilen ändert. Die Phasenbeziehung wird in äusserst einfacher Weise dadurch geregelt, dass man die Länge der Übertragungslinie ändert, welche den äusseren Antennenteil erregt.
Die Breitseitenantenne sendet in zwei Richtungen aus. Es ist ein weiterer Zweck der Erfindung, sie zu einer in einer Richtung aussendenden zu machen. Das geschieht dadurch, dass man eine Anzahl von Breitseitenantennen verwendet, die in der Senderichtung liegen und die Speiseelemente von einer Übertragungslinie in der Übertragungsrichung gleichwertig mit der Lichtgeschwindigkeit und jede der Breitseitenantennen gleichwertig mit unendlicher Geschwindigkeit erregt. In dem einfachen Fall zweiter An- tennen, sollten diese um eine ungerade Anzahl von Viertelwellenlängen voneinander entfernt sein, um eine vollständige Löschung der einen Welle zu erzielen. Um die Aussendung in lotrechter Richtung zu richten, soll der Abstand lieber s-ross als klein sein. etwa fünf Viertel Wellenlängen.
Darin liest ein weiterer Vorteil des direkt unerregten Reflektors, denn ein einfacher erregter Reflektor muss, um gut ztiwirken, nahe der Antenne gehalten werden.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine zur Erläuterung dienende Darstellung eines Teiles einer Antenne,
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Zur Regelung der Geschwindigkeit dienen Querinduktanzen. Durch entsprechende Wahl der Induktanzen kann die Geschwindigkeit bis auf unendlich gebracht werden. Wenngleich es unmöglich ist, im Übergangsstadium Energie längs einer Leitung mit unendlicher Geschwindigkeit strömen zu lassen, so ist es doch möglich unmittelbar nach dem Übergangsstadium die Schwingungen an allen Stellen der
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Die zur Regelung der Geschwindigkeit dienende Induktanz 16 liegt zwischen den Ausstrahlern 4 und 14 und kann zur Verbesserung der Wirkung der Speiseelemente als Übertragungslinie dienen, insbesondere wenn die Ausstrahler verhältnismässig weit auseinenander liegen.
Die Speiseelemente 22 der Fig. 2 können die Form eines oder mehrerer Kupferstreifen annehmen, mit denen quergestellte Ausstrahler 24 und 34 durch Reihenkondensatoren 36 gekuppelt sind. Der gleichwertige Kreis besteht aus einer Abstimmungsinduktanz 26, der Eigenkapazität der Ausstrahler 28 und den Reihenkondensatoren 36. Die Reaktanz des kapazitiven Zweiges wird grösstenteils durch die kleinen Reihenkondensatoren geregelt. Durch Kupplung durch diese Begrenzungsreaktanzen wird die Kapazität der Ausstrahler herabgedrückt und daher brauchen sie nicht soweit, wenn überhaupt, verkürzt zu werden.
Die Herabdrückung. der Kapazität der Ausstrahler durch Verkürzung derselben, verringert ihren Aus- strahlungswiderstand. Bei dem in Fig. 2 angewendeten Auskunfsmittel braucht der Ausstrahlungswiderstand nicht herabgedrückt zu werden, während die Kapazität jeden beliebigen Wert erhalten kann.
Wie in Fig. 1 ist auch hier eine zur Regelung der Geschwindigkeit dienende Induktanz 30 vorhanden und die parallel geschalteten Induktanzen 26 und 30 können durch eine einzige Induktanz 32 ersetzt werden.
Wenn gewünscht können auch weitere Induktanzen zur Regelung der Geschwindigkeit vorgesehen werden.
Die vorstehend beschriebenen Merlanale sind bei in der Längsrichtung ausstrahlender, sowie bei Breitseitenantennen anwendbar. Diese beiden Systeme werden durch die vorliegende Erfindung
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Wird die Geschwindigkeit unendlich gross, so bilden sieh die gleichen Streukegel oder Felder JK aus. Der Grund davon ist der, dass die scheinbar unendliche Geschwindigkeit dadurch erzielt wird, dass man eine stehende Welle von unendlich grosser Länge erzeugt. Um den stabilen Zustand zu erzielen, ist eine vollständige Reflexion und wenig Attenuation erforderlich. Bei Breitseitenal1Pstrahlung entsteht der Kegel K durch Zusammenfallen der Kegel F und H und deshalb ist die Reflexion durchaus nicht unerwünscht.
Für die Ausstrahlung in bloss einer Richtung können weitere Antennen verwendet werden.
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Man kann die Ausstrahlung in der Längsrichtung in bloss einem Sinne dadurch sichern, dass man die Antennenenergie bei B auf Null herabbringt, um die Reflexion zu verhüten, was eine Regelung der Attenuation erfordert. Dieses Hilfsmittel eignet sich nicht für Breitseitenantennen, aber bei diesen muss ebenso wie bei den in der Längsrichtung ausstrahlenden Antennen eine Regelung der Attenuation stattfinden, denn die von den einzelnen Ausstrahlern abgenommene Energie muss begrenzt sein, damit die Raumwelle die Welle auf den Speiseelementen nicht nachteilig beeinflusst.
In Fig. 4 ist eine Breitseitenantenne mit den Speiseelementen 40 dargestellt, mit denen die Querausstrahler 42 und die Übertragungslinie 44 gekuppelt sind. Die Speiseelemente und die Ausstrahler können die in Fig. 1 und 2 dargestellte Form annehmen und die Werte der gesonderten und kombinierten Gesehwindigkeits-und Abstimmungsmduktanzen sind so gewählt, dass die Geschwindigkeit entlang der Speiseelemente nur wenig kleiner ist als unendlich.
In Fig. 5 ist eine Endansicht eines Antennensystems dargestellt, dessen Ausstrahler 50 aus der lotrechten herausgekippt sind, so dass die ausgesendete Welle gegen die Waagrechte geneigt ist. Um eine Wellenaussendung in bloss einer Richtung zu sichern, können ähnliche Antennen mit Austrahlern 52 hinter der Antenne mit den Ausstrahlern 50 angeordnet werden und die Speiseelemente 54 und 56 beider Antennen können von der Übertragungslinie 58 von vorhin erregt werden. Bei einer zur angenäherten Aufhebung hinreichenden Zahl von Antennen, wie sie durch die punktierte Linien angedeutet sind, ist der Abstand zwischen den Antennen unwesentlich, wenn die Phasenverschiedenheit zwischen denselben gleich ist der Phasenverschiedenheit der Welle im Raum.
Das lässt sich einfach dadurch erzielen, dass man die Geschwindigkeit auf der Linie 58 zwischen den Speiseelementen 54 und 56 der Luftgeschwindigkeit gleichmacht. Wie gezeigt, kann eine Mindestzahl von zwei solchen Antennen verwendet werden, die in diesem Falle um eine ungerade Anzahl von Viertelwellenlängen voneinander abstehen sollen, um eine vollständige Aufhebung zu erreichen. Bei einfachen unerregten Reflektordrähten, wie sie früher benutzt wurden, war ein Abstand von bloss einer Viertelwellenlänge vorzuziehen, um den Reflektor wirksam zu erregen. Bei Verwendung des vorliegenden direkt erregten Reflektors braucht der Abstand nicht so klein zu sein und es ist vorzuziehen, viel grössere Abstände zu verwenden, z.
B. solche von fünf Viertelwellenlängen, um der Antenne ein beträchtliches Richtvermögen in der Lotrechten zu geben, das der Breitseitenantenne gewöhnlich fehlt. Die Phasenversehiedenheit kann auch durch andere Mittel erzielt werden, als durch eine Übertragungslinie mit Lichtgeschwindigkeit. Deshalb soll die Speisung als solche bezeichnet werden, die der mit Lichtgeschwindigkeit gleichwertig ist.
In Fig. 6 ist eine dreifache Breitseitenantenne mit drei Einzelantennen 60, 62, 64 dargestellt, die mit geeigneten reflektierenden Antennen ausgestattet sind und von zwei Drahtübertragungs- linien 66, 68, 70 gespeist werden. Die Linien 66 und 70 haben eine andere Länge als die Linie 68, u. zw. beträgt der Unterschied eine oder mehrere ganze Wellenlängen. Die Linien sind der Einfachheit wegen als einfache dargestellt. In der Praxis sind es aber zweidrähtige Übertragungslinien, wie bei 72, 74, 76 gerade vor dem Eintritt in die Zentrale angedeutet, die durch Isolatoren in der Wand 78 hindurch-
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und führen zu einem Sender 88.
Ein stellbarer Gleitschalter ist in Fig. 7 dargestellt, aus der man ersieht, dass für jeden Draht der Übertragungslinie zwei lotrechte Röhren 90 und 92 vorgesehen sind, in denen ein U-förmiger Leiter 94 gleitet. Um neutralisierende Induktionswirkungen hintanzuhalten, sollte der Abstand zwischen den Rohren 90 und 92 mindestens dreimal so gross sein, wie der Abstand zwischen den Übertragungslinien.
Der gleitende Leiter 94 ist an einem Isolator 96 in einem Block 98 befestigt. Für jede Übertragungslinie sind zwei gesonderte, an einem einzigen Block 98 angeordnete Isolatoren vorhanden.
Zur Einstellung des ausgestrahlten Wellenbündels kann die wirksame Länge der Übertragungslinie zur mittleren Antenne geändert werden. Das kann durch Heben und Senken des Blockes 98 mittels einer über eine Rolle 102 laufenden Schnur 100 erfolgen. Zwecks einer feineren Einstellung können mehr als drei Sätze vorgesehen sein, in welchem Falle die Phasenunterschiede gegenüber der Mitte des Systems symmetrisch sein sollen. Das kann durch Verwendung mehrerer Schnüre nach der Art der Schnur 100 erreicht werden, die über Trommeln verschiedenen Durchmessers auf einer gemeinsamen Welle laufen.
Diese Art der Einstellung des ausgesandten Wellenbündels ist auf in der Längsrichtung ausstrahlende Antennen ebenso anwendbar, wie auf Breitseitenantennen. Das System umfasst mehrere richtende Antennenteile, die hinsichtlich des Richtvermögens in Breitseite angeordnet sind, ein verzweigtes Übertragungsliniensystem zur Speisung der Antennenteile und Mittel um die Phasenbeziehungen der Antennenteile symmetrisch zur Übertragungsrichtung zu gestalten, um den Streukegel der ausgesandten Energie einzustellen.
So ist es in Fig. 6 nur notwendig, die Übertragungslinien 72, 76 sowie die Linie 74 mit gleitenden
Kontakten 80 und 84 auszustatten und diese mit einem bei 106 drehbaren Hebel 104 zu verbinden, der über der mittleren Übertragungslinie liegt. Durch Drehung des Hebels 104 wird ein symmetrischer Phasenunterschied hervorgerufen, der die Ausstrahlungsrichtung verdreht. In diesem Falle ist es auch leicht möglich die Ausrüstung durch Verwendung von mehr als drei Sätzen zu vervollkommnen und
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es können zahlreiche mit je einem gleitenden Leiter ausgestattete Sätze vorgesehen sein, wobei alle gleitenden Leiter mit einem einzigen drehbaren Hebel 104 verbunden sein können, dessen Bewegung die Phasenbeziehungen der Sätze im linearen Verhältnis ändert, wie es zur Änderung der Ausstrahlungs. richtung erforderlich ist.
Diese Methode der Änderung der Ausstrahlungsrichtung ist auf mehrere in der Längsrichtung ausstrahlende Antennen ebenso anwendbar, wie auf Breitseitenantennen. Das System umfasst mehrere richtende Antenenteile, die hinsichtlich ihres Richtvermögens in Breitseite angeordnet sind, ein verzweites Übertragungsliniensystem zur Speisung der Antennenteile und Mittel zur Änderung der Phasenbeziehungen der Antennenteile, u. zw. unsymmetrisch zur gewöhnlichen Übertragungsrichtung um die resultierende Richtung zu verdrehen.
Zur Veranschaulichung möge die in der Längsrichtung ausstrahlende Antenne Fig. 8 dienen.
Diese umfasst Speiseelemente 142, welche quergestellte Ausstrahler 144 erregen, die zwischen Stützlinien146 gehalten werden. Der Einfachheit wegen sind die in Reihe geschalteten Widerstände fortgelassen. Die Stützlinien146 sind an den Enden an Masten 152, 156 befestigt. Bei dieser Anordnung sind die aufeinander. folgenden Ausstrahler zweckmässig in einer azimutal gegen den Empfänger gerichteten Linie angeordnet und von der Seite gesehen gegen die Waagrechte nach oben geneigt, so dass das Wellenbündel etwas nach oben ausgestrahlt wird, um seine Raumkomponente zu vergrössern, welche für die Erzielung grosser Reichweiten die wirksamste zu sein scheint. Die Antenne kann so aufgehängt werden, dass die Quer-
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PATENT-ANSPRÜCHE :
1.
Gerichtet ausstrahlendes Senderantennensystem mit einer Anzahl von geradlinigen, im wesentlichen zueinander parallelen Ausstrahlern, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausstrahler (4-14, 24-34 oder 42) quer und aussen an einfache lineare Speiseelemente (2, 22, 40, 54 oder 56) gekuppelt sind, die verhältnismässig nahe beieinanderliegen.