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Breitband-Richtstrahlantenne Breitband-Richtstrahlantennen lassen
sich in zwei Hauptgruppen einteilen. Solche mit und solche ohne ohmschen Abschlußwiderstand.
Zu den letztgenannien Antennen zählt die sogenannte V- oder Winkelantenne. Ihrer
Grundform nach besteht sie aus zwei symmetrisch angeordneten geraden Schenkeln,
die zueinander geneigt sind. Eine der bekannten Ausführungsformen zeigt zwei zueinander
.geneigte, ebene Flächen, die an den Eingangsklemmen der Antenne in einer Spitze
beginnen und die an den offenen Antennenenden ihre größte Breite erreichen.
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Eine andere bekannte Ausführungsform besteht aus zwei symmetrisch
angeordneten Schenkeln, die als leitende Flächen variabler Breite ausgebildet sind,
deren Ebenen, die zueinander geneigt sind, senkrecht zu der durch die Eingangsklemmen
gehenden Antennenebene stehen und in Richtung zum offenen Antennenende nach außen
abgeknickt sind.
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Eine weitere Verbesserung der Breitband-Eigenschaften, und zwar sowohl
hinsichtlich des Well,igkeitsfaktors als auch hinsichtlich der Strahlungskennlinie,
läßt sich erfindungsgemäß dadurch erzielen, daß bei einer solchen Breitband-Richtstxiahlantenne
die Antennenschenkel gekrümmte Flächen sind. Der Eriindungsgedranke wird im folgenden
näher .erläutert.
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Die bekannte Breitband-Richtstrahlantenne mit zwei nach außen abgeknickten
ebenen Antennenflächen weist in geometrischer Hinsicht zwei Unstetiigkeitsstellen
auf, die sich hochfrequenztechnisch in einem nicht immer befriedigenden Verlauf
des frequenzabhängigen We@lligkeitsfaktors der Speiseleitung äußern. Diese Unstetigkeitsstellen
sind die Knickstellen beim Übergang von der Speiseleitung auf die Antennenflächen
und die Knickstel.fen der Antennenflächen selbst. Eine Verringerung der Störeffekte
läßt sich durch Verwendung gekrümmter statt ebener Flächen erzielen. Die erwähnten
Knickstellen sind dadurch bei gleichem wirksamem Öffnungswinkel weit weniger ausgeprägt
als ohne diese Maßnahme. Gegebenenfalls können auch an Stelle von nur zwei Knickstellen
eine Vielzahl von Knickstellen im Zuge der Antennenschenkel angebracht werden. Der
Einfluß der einzelnen Störstelle läßt sich dadurch beliebig klein halten. Im Grenzfall
unendlich vieler Knickstellen entstehen derart Antennenflächen mit stetigem `'erlauf
der Flächenkrümmung. Die gegenseitige Neigung der Flächen ist dann durch den von
den Tangentialflächen eingeschlossenen Winkel ausdrückbar. Dieser tangentielle Neigungswinkel
ist bestimmend für das Verhalten der Antenne. Für die erwähnten stetig gekrümmten
Antennenflächen wird der t.angentielle Neigungswinkel in Richtung zum offenen Antennenende
größer und hat dort seinen Größtwert. Zur Erzielung eines störungsfreien Überganges
-der Speiseleitung auf die Antenne soll der tangentielle Neigungswinkel dort den
Wert Null oder wenigstens nahezu Null .haben, und ferner soll die Flächenbreite
der Speiseleitung und der Antenne möglichst übereinstimmen.
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Die zur Erzielung der Breitband-Eigenschaften erforderliche Schenkellänge
kann erheblich verkürzt werden, wenn der maximale Neigungswinkel der Antennenflächen
im letzten Antennenabschnitt oder zumindest am offenen Antenenende etwa zwischen
90° und 180° liegt. In Abb. 1- sind die Antennenflächen mit 1, 1' und die
offenen Enden mit 2, 2' bezeichnet. Die Antennenebene, die hier in die Zeichnungsebene
gelegt ist, kann in beliebiger Lage zur Erdoberfläche angeordnet sein. Um gleichzeitig
die Strahlungsbündelung und die einseitige Richtwirkung zu verbessern, ist es zweckmäßig,
an den Abschnitt mit dem maximalen Neigungswinkel einen weiteren Abschnitt anzufügen,
dessen Neigungswinkel allmählich wieder abnimmt. An den offenen Flächenenden kann
er je nach den gewünschten Eigenschaften der Strahlungskennlinie größer oder gleich
Null sein. Der günstigste maximale Neigungswinkel hängt -im wesentlichen von der
Wahl des Wellenwiderstandes des betreffenden Abschnitts ab. Ein grundsätzliches
Beispiel einer derartigen Anordnung ist in Abb. 2 gezeigt.
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Alle hier genannten erfinderischen Maßnahmen, die am Beispiel von
symmetrisch gespeisten Antennen erläutert werden, gelten sinngemäß auch für unsymmetrisch
erregte Anordnungen. In diesem Fall ist -die Erdoberfläche oder eine ausgedehnte
leitende Ebene gleichsam die Symm.etrie-Ebenie einer durch,das Spiegelbild ergänzten
symmetrischen Anordnung. Zur Vermeidung unnötiger Verluste ist die Verlegung eines
geeigneten Erdnetzes selbstverständlich unerläßlich. Eine derartige, gegen Erde
erregte Breitband-Richtstrahlantenne mit der Antennenfläche 1 ist beispielsweise
in Abb. 3 dargestellt. Die Anordnung kann weiierhnn so ausgestaltet werden, daß
zur horizontalen
Schwenkung der Strahlungskeule eine mechanische
Drehmöglichkeit um eine vertikale Achse vorgesehen wird.
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Die bisher geschilderten Maßnahmen beziehen sich auf die gegenseitige
Lage der beiden Antennenflächen. Die zweckmäßige Lagaheziehung ist aber nur ,eine
Voraussetzung für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens. Vielmehr tritt noch
hinzu die zweckentsprechende Wahl des Flächenabstandes und der Flächenbreite entlang
der Antenne, oder genauer ausgedrückt ihrer Verhältniszahl, die für den Wellenwiderstand
bestimmend ist. Die Breithand-Eigenschaften hängen wesentlich ab vom Eingangs-Wellenwiderstand
und vom Verlauf des Wellenwiderstandes entlang der Antenne. Der günstige Bereich
für den erstgenannten Parameter liegt etwa unterhalb von 200 Ohm für die symmetrische
Anordnung bzw. 100 Ohm für die erdunsymmetrische Anordnung. Dies bedeutet, @daß
das Verhältnis -des Flächenahstandes zur geometrischen oder zur elektrisch wirksamen
Flächenbreite kleiner als etwa 1,3 bzw. 0,65 ist. Entlang der Antenne kann der Wellenwiderstland
zunehmen, gleichbleiben oder sogar abnehmen. Entscheidend ist, daß die relative
Änderung, falls diese erwünscht oder baulich unvermeidbar ist, ein gewisses Maß,
das nicht allgemein angehbar, nicht übersteigt. Das Änderungsgesetz kann beispielsweise
exponentiell sein. Im allgemeinem wird die Breite der Antennenflächen mit zunehmendem
Abstand zu vergrößern sein. Deshalb wird im allgemeinen auch die beiderseitige Randlinie
der Flächen gekrümmt sein. Eine abgewickelte Fläche 1 bzw. 1' mit den Randlinien
3, 3 ist beispielsweise in Abb. 4 gezeichnet. Jede derartige Randlinie 3 kann näherungsweise
auch durch eine beliebige Folge von geradlinigen Randlinien ersetzt sein.
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Die beschriebene Anordnung lä-ßt sich auch dadurch verwirklichen,
daß die Antennenflächen aus flächenhaft angeordneten Drähten, Stäben oder Bändern
bestehen.
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In der Praxis kann mitunter gefordert sein, die symmetrische Antenne
mit einem unsymmetrischen Koaxialkabel zu speisen. Hierzu ist ein Zwischenglied
zur Abwärtstransformation und zur Umsymmetrierung erforderlich. Eine bekannte brentbandige
Ausführung in Form einer sogenannten kompensierten Exponentialleitung enthält in
jedem Zweig der hochohmigen Seite eine Längskapazität und auf .der niederohmigen
Seite eine Querinduktivität in Form einer symmetrierenden Doppelleitung, deren .einer
Leiter das speisende Kabel ist. Ein solches gesondertes Zwischenglied ist aus baulichen
Gründen meist unerwünscht. Um dies zu vermeiden, kann auch ein kürzerer Anfangsabschnitt
der Antenne, der einen exponentiellen Verlauf des Wellenwiderstandes erhält, diese
Aufgabe mit übernehmen. Die kompensierenden Glieder werden am Anfang und am Ende
dieses Abschnitts eingeschaltet.
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Einem ganz anderen Zweck, nämlich einer zusätzlichen Verbesserung
ödes Welligkeitsfaktors, soll die Einschaltung einer Längskapazität in der Nähe
der freien Enden jedes Antennenschenkels dienen.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann zur Homogenisierung
des Feldes zwischen den Antennenflächen und zur Verbesserung der Richtwirkung der
zwischen den Flächen liegende felderfüllte Raum beiderseits durch Begrenzungsflächen
abgeschlossen werden. Diese können isolierte leitende Einzelflächen sein oder auch
nach Art von Abb. 5 aus einer Vielzahl von draht-, stab- oder streifenförmigen Leitern
4, 4 bestehen. Die Abb. 5 b und 5 c zeigen zwei der möglichen Lagen von streifenförmigen
Leitern. Abb. 6 zeigt die Begrenzungsflächen 4, 4 bei einer :erdunsymmetrischen
Breitband-Antenne. Die Antennenflächen 1 bzw. 1' sind hier als Schnittlinien mit
einer Ebene dargestellt, die zur Antennenebene und zur Symmetrieebene senkrecht
steht. Die Leiter der Begrenzungsflächen sind weder miteinander noch mit den Antennenflächen
oder mit der Erde leitend verbunden. Um unerwünschte Rückwirkungen auf den Welli:gkentsfaktor
zu vermeiden, sollen sie, wenn der Wellenwiderstand der Antenne nicht gleichförmig
ist, aus einzelnen von einander isolierten kurzen Abschnitten bestehen. Weiter ist
günstig, wenn diese von Leiter zu Leiter gegeneinander versetzt sind. Die Begrenzungsflächen
können ferner am offenen Antennenende über den zwischen den Antennenflächen liegenden
Raum hinausragen. Die Randlinie .der hinausragenden Begrenzungsfläche muß nicht
unbedingt geradlinig sein, sie kann auch eine Krümmung aufweisen, @beispielsweise
derart, daß ;die Randlinie -dem Verlauf einer Feldlinie folgt.
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Weiter können nach Art von Abb. 5 b auf der Rückseite der Flächen
1, 1' Verbindungsflächen 5, 5' zwischen -den Begrenzungsflächen 4, 4 vorgesehen
werden, derart, daß die Spuren der gedachten Begrenzungsebenen eine in-sich geschlossene
Kurve bilden. Auch die Begrenzungsflächen-5, 5' bestehen aus quer zu 4, 4 liegenden
Einzelleitern. Bei der endunsymmetrischen Antenne wird der felderfüllte Raum, wie
Abb. 6 zeigt, von drei Begrenzungsflächen 4, 5, 4 und von der Erdoberfläche eingeschlossen.