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Richtantenne, bestehend aus einer Anzahl elektrisch unterteilter
Einzelstrahler
EMI1.1
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imgelöst, dass sie aus einer Anzahl einander paralleler, im wesentlichen linearer, schlanker,. elektrisch unter- teilter Einzelstrahler aufgebaut ist, deren Tiennstellen durch elektrische Verbindungsstucke überbrückt sind, und dass die Verbindungsstücke zwisohendenEndender Teilstücke eingeschaltete dhmsche Widerstände enthalten. Mit den ohmschen Widerständen können Blindwiderstände, vorzugsweise Induktivitäten, in Reihe oder parallel geschaltet sein. Bei einer nach der Erfindung ausgebildeten Richtantenne ergab sich die überraschende Tatsache, dass der bisher so störende Einfluss der Strahlungskopplung praktisch ausgeschaltet ist.
Der Fusspunktswiderstand weist für eine beliebige Gruppe von Einzelstrahlern imwesentlichendas gleiche Mass von Unabhängigkeit von der Frequenz auf wie bei einem Einzelstrahler und ist auch im we- sentlichen unabhängig von den gegenseitigen Abständen der Strahler. Das resultierende Strahlungsdiagramm kann für eine solche Richtantenne ohne Berücksichtigung zusätzlicher, durch Strahlungskopplung verursachter Phasenverschiebungen der Strahlerströme durch einfache Superposition der Einzelfeldstärken im Fernpunkt ermittelt werden.
Diese Erscheinung hat umgekehrt zur Folge, dass aus solchen Einzelstrahlern eine breitbandige Richtantenne zusammengesetzt werden kann, ohne dass bei Berechnung der Richtdia- gramme und damit auch der Antennengewinne und bei der Anpassung an die Anschlussleitung die Strah- lungskopplung berücksichtigt zu werden braucht. Dieser Vorteil ist für die Zusammenstellung von Richt- antennen aus Einzelstrahlern von so grosser Bedeutung, dass dafür ein gewisser Energieverlust in den die
Trennstellen überbrückenden ohmschen Widerständen in Kauf genommen werden kann. Dieser Verlust kann bei den tieferen Frequenzen des Arbeitsfrequenzbereiches durch parallel zu den ohmschen Wider- ständen eingeschaltete, vorzugsweise in Spulenform ausgebildete Induktivitäten verringert werden.
Die Richtantenne nach der Erfindung ist vorzugsweise für die Verwendung zu Empfangszwecken be- stimmt. Dabei machen sich die bei höheren Frequenzen durch die eingeschalteten Widerstände entstc- henden Verluste überhaupt. nicht störend bemerkbar. Das in der Atmosphäre vorhandene Rauschen im
Lang- und Kurzwellengebiet ist stets so gross, dass trotz dieser Verluste der atmosphärische Störpegel weit über dem Eigenrauschen eines modernen Empfängers bleibt. Die Richtantenne nach der Erfindung kann aber auch wegen der angegebenen Vorteile bei ihrer Zusammenstellung und wegen ihres grossen Arbeits- frequenzbereiches für Sendezwecke verwendet werden. Wegen dieser Vorteile ist es in vielenFällen durch- aus lohnend, dafür einen gewissen Leistungsverlust hinzunehmen.
Es sei erwähnt, dass aus der deutschen Patentschrift 861878 bereits eine einfache Rundstrahlantenne bekannt ist, welche aus einem einzigen im wesentlichen linearen, schlanken, elektrisch unterteilten Ein- zelstrahler besteht, dessen Trennstellen durch elektrische Verbindungsstücke überbrückt sind, welche zwischen den Enden der Tssilstücke der Strahler eingeschaltete ohmsche Widerstände enthalten. Derartige Rundstrahlantennen sind jedoch noch nicht als Elemente für die Zusammenstellung von Richtantennen verwendet worden.
Es ist ferner zu erwähnen, dass zur Verwendung innerhalb eines breiten Arbeitsfrequenzbereiches auch rundstrahlende Einzelantennen bekannt sind, bei denen die guten Breitbandeigenschaften im wesentlichen durch Anwendung grosser Strahlerquerschnitte im Verhältnis zur Strahlerlänge erzielt wurden. Solche Strahlerformen sind nach der deutschen Patentschrift 861881 auch als Drahtreusen ausgebildet worden.
Zur weiteren Verbesserung ihrer Breitbandeigenschaften hat man an ihrem freien Ende eine sogenannte Dachkapazität über einen ohmschen Widerstand angeschlossen. Wegen der grossen. Dicke dieser Strahler ist ihre Verwendung in Richtantennen jedoch nicht vorteilhaft. Der rein mechanische Aufwand ist für eine Antenne mit vielen Einzelstrahlern sehr hoch.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 als einfachste Ausführungsform einer nach der Erfindung ausgebildeten Richtantenne eine Anordnung mit zwei Einzelstrahlern A und A dargestellt. Jeder Einzelstrahler bildet für sich allein eine Rundstrahlantenne der aus der deutschen Patentschrift 861878 bekannten Art. Jeder Strahler A bzw. A besteht aus einem schirmartigen Oberteil 1, welcher wie eine Dachkapazität wirkt, und den im wesentlichen linearen Strahlerteilen 2 und 3, deren Achsen auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Die Trennstelle zwischen dem schirmartigen Oberteil und dem Strahlerteil 2 ist durch den ohm- schen Widerstand 4 überbrückt, mit dem eine Induktivität 6 in Reihe geschaltet sein kann.
Zwischen den Enden der Strahlerteile 2 und 3 liegt der ohmsche Widerstand 5 und parallel zu diesem die Induktivität 7.
Zwischen jedem Strahlerfusspunkt und Erde ist die eine Wicklung eines Breitband-Hochfrequenztransformators 8 eingeschaltet, dessen andere Wicklung mit den beiden Leitern der Anschlussleitung 9 verbunden ist. Mit den Leitern der Leitung 9 sind die Leiter der Leitung 32 verbunden, welche an die eine Wicklung des Breitband-Hochfrequenztransformators 33 angeschlossen sind, dessen andere Wicklung mit den Klemmen des Funkgerätes 34 (Empfänger oder Sender) in Verbindung steht. Die Ausbildung des Strahleroberteiles 1 in Form eines Schirmes ist in dem hier betrachteten Zusammenhang nicht von wesentlicher Bedeutung. Dieser Teil könnte auch weggelassen werden, oder durch einen linearen Strahlerteil nach Art
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der Teile 2 und 3 ersetzt werden. Es ist ersichtlich, dass bei tiefen Frequenzen die Induktivität 7 den Widerstand 5 nahezu kurzschliesst.
Dadurch wirken die Strahlerteile 2 und 3 wie ein einfacher, linearer Strahler, an dessen oberes Ende über den Widerstand 4 eine Dachkapazität angeschlossen ist, da bei den tiefen Frequenzen auch die Induktivität 6 keinen wesentlichen Blindwiderstand bildet. Bei höheren Frequenzen wird der Widerstand 5 wirksam, weil der Blindwiderstand der Induktivität 7 ansteigt. Gleichzeitig wird der obere Strahlerteil 1 unwirksam, weil auch der Blindwiderstand der Serieninduktivität 6 sich erhöht.
Durch systematische Versuche kann in jedem Fall eine Bemessung der Widerstände 4 und 5 sowie der Induktivitäten 6 und 7 ermittelt werden, bei der der Fusspunktwiderstand eines solchen Einzelstrahlers Al bzw. A über einen sehr grossen Frequenzbereich nahezu konstant bleibt und gleichzeitig im Vertikaldiagramm keine Nullstellen mehr nachweisbar sind, obwohl in gewissen Frequenzbereichen die räumliche Länge der Strahler grösser als eine halbe Wellenlänge ist. Für die Erklärung dieser Wirkung steht noch keine theoretisch-rechnerische Darstellung zur Verfügung. Infolgedessen kann auch die Bemessung- ! : egel für die genannten Widerstände und Induktivitäten explizit nicht angegeben werden.
Die richtige Bemessung wird daher, wie in der Antennentechnik vielfach üblich, empirisch ermittelt, Bei einem praktisch erprobten Einzelstrahler mit einem Aufbau, wie er sich aus Fig. 1 für jeden der beiden Einzelstrahler A und A ergibt, hatten die genannten Teile folgende Grössen :
EMI3.1
<tb>
<tb> Widerstand <SEP> 4 <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<SEP> 300 <SEP> Ohm
<tb> Widerstand <SEP> 5 <SEP> = <SEP> 300 <SEP> Ohm
<tb> Induktivität <SEP> 6 <SEP> = <SEP> 2, <SEP> 1 <SEP> pH <SEP>
<tb> Induktivität <SEP> 7 <SEP> = <SEP> 8 <SEP> pH <SEP>
<tb>
Bei dieser Bemessung ergibt sich für jeden Einzelstrahler zwischen 4 und 25 MHz ein nahezu konstanter Fusspunktwiderstand und eine cosinusförmige Vertikalcharakteristik.. Obwohl man, wie erwähnt, noch nicht über eine Theorie zur Erklärung dieser Wirkungen verfügt, kann doch angenommen werden, dass auf dem Strahler ein hoher Anteil fortschreitender Wellen vorhanden und diese Tatsache für die Auflüllung der Nullstellen im Vertikaldiagramm entscheidend ist.
Praktische Versuche haben nun die überraschende Tatsache ergeben, dass die Unveränderlichkeit des Fusspunktswiderstandes in vollem Masse erhalten bleibt, wenn man entsprechend der Erfindung eine Richtantenne aus einer Anzahl solcher Einzelstrahler, im einfachsten Falle aus zwei Einzelstrahlern A und A nach Fig. 1, vorzugsweise aber mit einer grösseren Anzahl von Einzelstrahlern, etwa nach dem Schema der Fig. 2 verwendet. Dabei ergeben sich die schon erwähnten Vorteile bei der Bestimmung des resultierenden Strahlungsdiagrammes und des Antennengewinnes. In Fig. 2 sind mit 10 - 17 insgesamt acht einander geometrisch parallele Einzelstrahler bezeichnet, von denen jeder nach dem Schema der Strah- ler A bzw. A in Fig. 1 aufgebaut sein kann.
Die Einzelstrahler sind an ihren Fusspunkten durch die Breitband-Hochfrequenztransformatoren 18-25 zunächst paarweise zusammengefasst. Die weitere Zusammen- fassung der Anschlussleitungen der Strahlergruppen erfolgt über die Transformatoren 26-29 und schliesslich über den Transformator 30. Die Übersetzungsverhältnisse der Transformatoren sind nach bekannten Grundsätzen so gewählt, dass sich an der gemeinsamen Anschlussleitung 31, an welche das Funkgerät 34 angeschlossen ist, ein Anpassungswiderstand in der Grösse des Wellenwiderstandes einer üblichen Hochfrequenzleitung ergibt, beispielsweise 60 Ohm.
Die auf diese Weise entsprechend der Erfindung ausgebildete Richtantenne hat in der Horizontalebene bei richtiger Wahl der Strahlerabstände ein nach zwei Seiten weisendes lanzettartiges Diagramm. In jeder Vertikalebene wird das Diagramm angenähert durch eine cos-Kurve dargestellt. Das Anschlussschema kann natürlich auch geändert werden. Beispielsweise können an Stelle der vier Transformatoren 26 - 29 mit einem Widerstandsübersetzungsverhältnis von 2 : 1 auch zwei Transformatoren mit einem Übersetzungsverhältnis von 4 : 1 eingesetzt und die Einzelstrahler zuerst in Vierergruppen zusammengefasst werden,
Die Anwendung der Erfindung ist nicht auf einzelne Zeilen von Strahlern beschränkt. Vielmehr können beliebige räumliche Anordnungen verwendet werden.
Auch ist die gleichphasige Speisung der Strahler kein notwendiges Merkmal einer nach der Erfindung ausgebildeten Richtantenne. An Stelle elektrisch unterteilter unsymmetrischer Strahler können auch entsprechende symmetrische Strahler verwendet werden.