DE6608680U - Dipolantenne fuer linear polarisierte wellen. - Google Patents
Dipolantenne fuer linear polarisierte wellen.Info
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Description
P 491 Sta/bö
"PATELHOLD" Patentverwertungs-und Elektro-Holding AG,Glarus (Schweiz)
Dipelantermö Tür linear polarisierte Wellen
Die Erfindung betrifft eine Dipolantenne für linear polarisierte elektromagnetische Wollen mit einer Koaxialleitung, in deren Endabschnitt
dor Aüsser.leitor durch zwei diametral gegenüberliegende
Längs s chi itr.e in zwei Segmente unterteilt ist, wobei die Länge der
LSnssschlitse gleich der halben mittleren Betriebswellenlänge in
diesem Endabschnitt ist.
In der Mikrowellentechnik werden Dipolantennen u.a. wegen ihres kleinen
Gewinnfaktors bzw. ihrer geringen Richtwirkung in erster Linie als
Primärstrahler bei Parabolantennen verwendet.
Bei einer bekannten,für diesen Zvfeck benutzten Dipolantenne mit zwei
gegenüberliegenden Längsschlitzen im Aussenleiter der koaxialen Speiseleitung
ist an jedem der so gebildeten Segir.inte des Aussenleiters
ein Dipolstuimnel angebracht. Zur Ankopplung der Dipolsturcnel ist der
- 2 - P
Innenleitor dor Xoaxial-Speiseleitung in der Höhe der halben
Schlitzlänße rechtwinklig an eines der Aussenleitersegmente
geführt. Durch eine an der· von der Einspeisung abgewandten Seite der Schlitze angeordnete Reflektorscheibe wird eine optimale Aus
leuchtung des Parabolspiegels erreicht. Die symmetrische An kopplung der Dipolstummel kommt bei dieser Anordnung angeblich
durch die Wirkung der Λ/2 -Resonanz der beiden Leitersegmente
Eine derartige Antenne mit ausgeprägten Dipolstummeln eignet sich
vorzugsweise für Frequenzen Im Bereich von 1-4 GHz. Bei noch
höheren Frequenzen von z,B» β - 8 GHz werden die Dipolstummel dermassen klein, dass, unter BerUcksiehtigung der Abmessungen der
Speiseleitung, die für eine einwandfreie Funktionsweise der Antenne erforderliche Geometrie sich praktisch nicht mehr einhalten
lässt.
Das Ziel der Erfindung ist eine vorzugsweise als Primärstrahler
für Parabolantennen mit koaxialer Speiseleitung geeignete Dipolan tenne, die trotz ihrer zur Betriebswellenlänge relativ grossen
Abmessungen in einem breiten Frequenzbereich gute Strahlungs- und
Anpassungseigenschaften aufweist.
Die Dipolantenne gemäss der Erfindung ist gekennzeichnet durch
Ankopplung des Innenleiters der Koaxialleitung init dem einen Segment
mittels einer induktiven Verbindung und mit dem zweiten Segment
.mittels einer kapazitiven Verbindung, wobei in der die Längsschlitze
- 3 - ρ 491
halbierenden Kopplungsebene für eine mittlere Betriebsfrequenz die
wirksamen Impedanzwerte dieser Verbindungen entgegengesetzt gleich erscheinen, und durch einen die Koaxialleitung mindestens über den
Ü Bereich der La'ngsschiitze ums chi !essenden Hohlleiter, der bei den
Betriebsfrequenaon die Anregung einer TE-V/elle zulässt.
Die Qipolantenne sowie ihre Wirkungsweise ist nachstehend anhand
eines AusfUhrungsbeispieles eingehend erläutert.
Die Figuren la und Ib zeigen eino Dipolantenne im Längs- bzw.
Querschnitt. Im Endabschnitt 1 einer koaxialen Speiseleitung 2 sind zwei diametral gegenüberliegende Längsschlitze 2,4 vorgesehen,
die über ihre Länge gleich einer halben mittleren Betriebswellenlänge
( -Qp ) den Aussenleiter 5 in zwei Segmente 6,7 unterteilen,
Der Innenleiter 8 der Speiseleitung 2 ist in der die Längsschlitze halbierenden Querschnittsebene, die im weiteren als Kopplungsebene
bezeichnet wird, über einen Steg 9 mit dem Segment 6 verbunden.
Eine Kurzschlussscheibe 10, die den Endabschnitt 1 der Speiseleitung in einem ^/8 - ^/8 der Schlitzlänge betragenden Abstand von der
Xopplungsebene abschliesst, bildet mit dem Innenleiter 8 und dem Steg 9 ein zusammenhängendes Konstruktionsteil. Auf den Segmenten
6,7 sind Schrauben 11,12 als zusätzliche Kopplungselemente angebracht. Die Schraube 11 dient überdies noch zur Befestigung des
Steges 9 am Segment 6.
Eine Hülse 13 ist über ein Gewinde 14 mit dem Aussenleiter 5 der
- 4 - P 491
Speiseleitung 2 verbunden und formt mit diesem einen Hohlleiter von ringförmigem Querschnitt, der an einem Ende in der Höhe der
Schlitzenden 15 durch den Boden 16 der Hülse Yy,der als Kurz-"
Schlussscheibe wirkt, abgeschlossen ist. Die Hülse IJ ist durch
ein Isolierrohr 17 verlängert, das in· ein konisches Endstück 18 ausläuft, welches den Raum des Hohlleiters gegen den Aussenleiter
5 abschliesst. In der Speiseleitung ist als zusätzliches Mittel zur Anpassung vor den einspeisungsseitigen Schlitzenden eine als
^/4 Transformator wirkende Abstufung 19 des Aussenleiters 5 vorgesehen.
Die Wirkungsweise der Dipolantenne sei nun anhand der Figuren
2 und 3 erläutert.
•Fig. 2a zeigt ein mögliches Ersatzschaltbild der Dipolantenne.
Die am Eingang angedeutete koaxiale Speiseleitung bis sinschliesslic'r
des </4 Transformators habe einen Innenwiderstand von der Grosse R,♦
Die beiden Segmente 6,7 (Fig. 1) des Aussenleiters 5 wirken wie
eine Doppelleitung 20 (Fig. 2a), welche im Abstand einer halben Wellenlänge von der Einspeisungsebene kurzgeschlossen und deren.
Einzelleiter im Abstand einer Viertel-Wellenlänge von der Einspeisungsebene (Kopplungsebene) über eine Kopplungsinduktivität L
bzw. -kapazität C mit dem Innenleiter 8 verbunden sind. Die Induktivität L und die Kapazität C sind so gewählt, dass ihre Impedanzwerte
für eine mittlere Betriebsfrequenz entgegengesetzt gleich
cheinen und daher eine symmetrische Ankopplung der Speise-
an den Antennenlastwiderstand R~ bewirken.
se Induktivität L bzvi. Kapazität C könnte nun, in Abweichung
der Dipolantenne gemäss Fig. 1, durch einen Steg ähnlich dem
g 9, bzw. durch eine an Stelle der Kopplungsschraube 12 in die
xiale Speiseleitung hineinreichende Trimmschraube realisiert
den. Eine solche Lösung wäre aber wesentlich ungünstiger als die führung gem. Fig. 1, deren Vorteile nun anhand dem gegenüber
;. 2a verfeinerten Ersatzschaltbild gem. Pig. 2b verdeutlicht den soll.
ι Endabschnitt 1 der Speiseleitung 23 der in einem Abstand von
I - '/8 der Schlitzlänge (also von /16 - '/Io der mittleren
,xialleitungs-Betriebswellenlänge ^o ) von der Kopplungsebene
•ch die Kurzschlussscheibe 10 abgeschlossen ist, entspricht in
;,2b die am Ende kurzgeschlossene Leitung 21. Der Steg 9»
1 den Innenleiter 8 mit dem Segment 6 verbindet, v/ird im Ersatsialtbild
durch die Induktivität L1 repräsentiert. Wie sich .cht zeigen lässt, bev/irkt der in dem angegebenen Abstand von
1 Kopplungsebene abgeschlossene Endabschnitt 1 der Koaxialliseleitung
nun einerseits eine der Kapazität C nach Fig« 2a !sprechende kapazitive Ankopplung des Segments 7 und andererseiti
ie Transformation der Induktivität L1 des Steges 9 auf angonäheri
ι doppelten Wert gleicn der Induktivität L gemäss Fig«2a♦ Durch
- β - ? 491
diese Anordnung wird also mit dem gleichen Steg 9, gegenüber der
erwähnten möglichen Variante einer kapazitiven Ankopplung mittels einer Trimmschraube, eine Verdopplung der wirksamen Induktivität und
damit eine Vervierfachung der erreichbaren, für die Anpassung der Speise
leitung an den Lastwiderstand der Antenne massgeblichen Impedanzübersetzung
erzielt. Man erreicht dadurch, dass bei den in der Praxis benötigten Irapedanzübersetzungen auch bei sehr hohen Betriebsfrequenzen
der Querschnitt des Steges 9 genügend gross gemacht werden kann, um
eine gute mechanische Stabilität der Anordnung zu gewährleisten.
Durch die symmetrische Ankopplung der Segmente 6,7 wird in dem ringförmigen Hohlleiter, der durch den Mantel der Hülse Γ5 und
den Aussenleiter 5 der Speiseleitung 2 gebildet wird, eine ΤΞ,,-Welle
sageregt, deren Feld in der Kopplungsebene in Fig. J>& dargestellt
ist. Wegen der kreiszylindrischen Begrenzungsflächen hat dieses Feld relativ starke, das ideale linear polarisierte Feld verzerrende Querkomponenten.
Ausser der ΤΞ,,-Welle wird im Bereich der Schlitze 3,4 noch eine stehende TEM-V/elle angeregt, deren Feld in der
Kopplungs ebene in Fig. Jb wiedergegeben ist. Da die Quer komponenten
des TE..,-Feldes und des TEM-Feldes in der Kopplungsebene die selbe
Richtung haben, wird durch die Überlagerung der Felder an dieser
Stelle die Verzerrung der linear polarisierten Welle noch vergrössert. Da aber die Querschnittsabmessungen des Hohlleiters so gewählt sind,
dass bei den vorkommenden Betriebsfrequenzen nur die TE,,-Welle als Hohlleiter angeregt wird, während das Feld der stehenden TEM-Welle nur
- 7 - P 491
in stark gedämpfter Form längs dem Hohlleiter durchreicht, tritt
bei einer Phasendrehung der TS31-VJeIIe von l80° eine optimale
Kompensation der störenden Querfeldkomponenten des TE,-,-Feldes ein.
Die Länge der Hülse 13 ist so gewählt, dass der Abstand des offenen
Endes des Hohlleiters von der Kopplungebene zumindest angenähert
gleich der halben Wellenlänge der TE,,-Welle wird. Die optimale Kompensation der QuerkomponentDn des TE,,-Feldes wird also gerade
in der abstrahlenden Oeffnung des Hohlleiters erreicht. Durch Variation der Breite der Längsschlitze J>3h kann überdies die Stärke
des Feldes der TEM-Welle so abgestimmt vier den, dass im offenen Ende des Hohlleiters die Querfeldkomponenten der TE1,-Welle fast
vollständig kompensiert werden. Das auf die Weise im offenen Ende des Hohlleiters entzerrte Feld der ΤΕ,,-Welle ist in Fig. 3c
dargestellt. Das Isolierrohr 17j welches aen Hohlleiter an seinem
offenen Ende verlängert, bewirkt eine partielle Verzögerung der abgestrahlten Wellen, so dass beim Austritt des elektromagnetischen
Feldes aus dem Isolierrohr die elektrischen Feldlinien wenigstens teilweise tangential zur konischen Oberfläche seines Endstückes
verlaufen- Versuche haben ergeben, dass die Länge des zylindrischen Teiles des Isolierrohres I7 vorteilhaft angenähert eine halbe
Wellenlänge der abgestrahlten TE11-WeIIe beträgt, wobei das Isolier-·
rohr 17 ungefähr über seine halbe Länge in den Hohlleiter· eintaucht.
Bei Verwendung der Antenne als Primärstrahler von Parabolantennen erreicht man durch dieses Isolierrohr 17 eine Vergrösserung der
Divergenz der abgestrahlten. Wellen und damit eine gleichmässigere des Parabolspiegels. Der optimale Konuswinkel hängt
- S - P 491
von dem zu erzielenden Ausleuehtewinkel ab. Mit einem Konuswinkei
von 30° erreicht man für die meisten praktischen Fälle gute Ergebnisse.
Das Isolierrohr I7 wirkt ferner zumindest teilweise als Transforinationsglied zwischen dem Wellenwiderstand des freien
Raumes und dem Strahlung sw id erstand des Hohlleiters 5*13 sowie
als Schutz dieser Antenne gegen atmosphärische Einflüsse.
Die Schrauben 11,12 dienen als Koppel st uinmel zur Anpassung des
Hohlleiters an den durch die Mittel zur symmetriseiieri Ankopplung
der Segmente 6,7 in Zusammen1/;irkung mit den Schlitzen ~5,k gebildeter*.
Symmetriertransformator.
Claims (6)
1.) Dipolantenne für linear polarisierte elektromagnetische Wellen
mit einer Koaxialleitung, in deren Endabschnitt der Aussen-
leiter durch zwei diametral gegenüberliegende Längsschlitze
in'-^wci Segmente unterteilt ist, wobei die Länge der Längsschlitze
gleich der halben mittleren Betriebswellenlänge in diesem Endabschnitt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur
• Ankopplung der Segmente (6,7) der Innenleiter (8) der Koaxialleitung (2) in der die Längsschnitte (3,1O halbierenden
Kopplungs^benr durch einen Steg (9) mit dem einen Segment
(6) verbunden -st und das mit einer Kurzschlusscheibe (10) abgeschlossene Ende der Koaxialleitung (2) von der Kopplunpsebene
in einem Abstand von 5/8 bis 7/8 der Schlitzlänge angeordnet ist, wobei der Innenleiter (8) bis zur Kurzschlussscheibe
(10) geführt ist und dass«ein die Koaxialleitung (2)
mindestens über den Bereich der Längsschlitze (3,1O umsehiiossender
Kohlleiter (5,13) vorgesehen ist, der bei den Betriebsfrequenzen die Anregung einer TE-Welle zulässt.
H
2.)Dipolantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Kohlleiter (5,13) einen kreisringförmigen Querschnitt hat und die Anregung der TE11-WeIIe zulässt.
- 2 - -μ
Aktenzeichen P 3C-739"/-2la Gbm P ^91 D
3.) Dipolantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlleiter (5,13) auf der einen Seite der Kopplungsebene offen und auf der anderen Seite kurzgeschlossen ist, wobei
die Kurzschlussebene (16) sich angenähert in der Höhe der Schlitzenden befindet.
1I.) Dipolantenne nach Anspruch 3>
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des offenen Endes des Hohlleiters (5,13) von
der Kopplungsebene? für eine mittlere Betriebsfr-e jjuenz mindestens
angenähert gleich der halben Wellenlänge der TE-,-Welle ist.
5·) Dipolantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
das äussere Hohllei'terrchr (13) an seinem offenen Ende durch ein Isolierrohr (17) verlängert ist, welches in ein konisches
Endstück (18) ausläuft.
6.) Dipolantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
im Bereich der Kopplungsebene an .der Aussenseite der Segmente
(6,7) Koppelstummel (11,12) vorgesehen sind.
PATELKOLD
Patentverwertungs- und Elektro- Holding AG
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