DE961444C - Richtantenne - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 4 APRIL 1957

C u8op Villa/21 a*

Georges Broussaud, Paris

ist als Erfinder genannt worden

Richtantenne

Die Erfindung bezieht sich auf eine aus ebenen Elementen bestehende Richtantenne.

Es ist bekannt, für Antennen mit Richteigenschaften bei hohen Frequenzen Strahler sehr verschiedener Formen zu verwenden. Wenn man eine starke Bündelung in einer Ebene erzeugen will, macht man aber immer noch meistens von parabolischen Zylindern Gebrauch, deren Abmessungen mit der Schärfe der Feldstärkediagramme zunehmen. Der Bau solcher Antennen wird hierdurch sehr schwierig, da für die zugrunde liegende Parabel eine sehr gi }ße Genauigkeit erforderlich ist, während mechanische Deformationen, die z. B. von Temperataränderungen herrühren, die Richtdiagramme verschlechtern und die Hauptstrahlungsrichtung verändern können.

Es sind ferner für sehr hohe Frequenzen Schlitzantennen vorgeschlagen worden, d. h. Hohlleiter, deren Wand durch gleichgerichtete Schlitze unterbrochen ist, wobei die Bündelung mit der Schlitzrichtung verknüpft ist. Diese Anordnungen sind wegen der langgestreckten Form der Schlitze ziemlich instabil.

In dem USA.-Patent 2 479 209 wird vorgeschlagen, die Langseiten eines solchen Hohlleiters mit Schlitzen durch zwei Metallplatten seitlich zu verlängern, wobei die eine Metallplatte ebenfalls mit Schlitzen versehen und die andere massiv ist.

Ein solches Strahlungssystem besitzt aber nur ein schmales Durchlaßband und seine Einstellung ist schwierig. Überdies haben alle Schlitze dieselben Abmessungen und die so gebildete Antenne besitzt nur ein einziges mögliches Strahlungsdiagramm. Bei der bekannten Anordnung ist außerdem eine einstellbare Kurzschlußebene vorgesehen, die am dem Anregungsleiter entgegengesetzten Ende der Platten angebracht ist. Hieraus ergibt sich, daß ίο die Antenne mit stehenden Wellen arbeiten muß, was die Bandbreite noch weiter verringert.

Die Erfindung gestattet die Ausschaltung der beschriebenen Nachteile. Sie beruht auf den Eigenschaften eines Stapels von gelochten Platten, die durch eine sich zwischen den Platten fortpflanzende Welle erregt werden. Die erfindungsgemäße Richtantenne besteht aus mindestens einer massiven leitenden Platte und aus. einer oder mehreren Metallplatten, die mit Löchern versehen sind, deren ao sämtliche Abmessungen sich nur wenig voneinander unterscheiden und deren Mittelpunkte die Ecken eines regelmäßigen Netzes bilden, wobei die gelochten Platten alle auf derselben Seite der massiven Platten liegen und zueinander parallel sind, wenn die Löcher dieselben Abmessungen aufweisen. Die Löcher können aber auch verschiedene Abmessungen besitzen, um die gewünschte Energieverteilung und hierdurch das gewünschte Strahlungsdiagramm zu erreichen.

Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung wird die Antenne von der Kante zwischen den Platten her erregt, oder man empfängt umgekehrt die einfallende Welle zwischen den Platten, wenn die Anordnung als Empfangsantenne verwen^ det wird. Die Erregung kann übrigens mittels irgendeiner bekannten Strahlungsquelle vorgenommen werden, z. B. einer Käseantenne, Hornantenne oder Trompetenantenne. Die erfindungsgemäße Antenne arbeitet mit fortschreitenden Wellen, besitzt keine Endplatte, die als Kurzschlußebene wirkt, und ihre Eigenschaften sind derart, daß die zwischen den Platten an ihrem der erregten Seite gegenüberliegenden Ende vorhandene Energie praktisch vernachlässigbar ist. Die Bandbreite ist infolgedessen erheblich vergrößert. Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. ι im Schrägbild eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Antenne,

Fig. 2 und 3 in Draufsicht und Seitenansicht eine Ausführungsform einer solchen Antenne,

Fig. 4 und 5 in Draufsicht und Seitenansicht eine andere Ausführungsform,

Fig. 6 im Schrägbild eine Anregungsmöglichkeit für eine solche Antenne und

Fig. 7 und 8 eine weitere Ausführungsform in Draufsicht und Seitenansicht.

Der Deutlichkeit halber ist bei den Seitenansichten angenommen, daß die Lochplatten sich an der Vorderseite der Anordnung befinden. In allen Figuren tragen entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen.

Nach Fig. 1 besitzt die erfindungsgemäße Antenne eine massive Reflexionsplatte 1 und eine dazu parallele Lochplatte 2. Die Löcher C₁, C₂ usw. sind in dem gewählten Beispiel kreisförmig, und ihre Mittelpunkte bilden die Ecken eines regelmäßigen Ouadratnetzes. Theorie und Experiment zeigen, daü eine zwischen den Platten fortschreitende und senkrecht zu den Plattenebenen polarisierte Welle im Außenraum ein Maximum der Strahlung in einer Richtung besitzt, die in einer zur Fortpflanzungsebene parallelen Ebene liegt und mit der Normalen auf die Platten, einen Winkel ψ einschließt, der eine Funktion der Wellenlänge und des Mittenabstandes der Locher ist. Die in den Außenraum abgestrahlte Welle ist- dann in einer Ebene polarisiert, die normal zu den Platten und parallel zur Fortpflanzungsrichtung zwischen den Platten ist. Die Fortpflanzungsrichtung zwischen den Platten ist T₀, während die elektrischen Feldvektoren zwischen den Platten und einem Aüßenraum mit E₁ bzw. E₀ bezeichnet sind.

Umgekehrt erzeugt eine auf die Platten unter einem richtig gewählten Einfallswinkel ψ auftreffende Welle, die in der Einfallsebene polarisiert ist, eine Strahlung zwischen den Platten, die man durch geeignete Mittel aufnehmen kann. Diese Erscheinung ist selektiv in dem Sinn, daß eine ge- go ringe Änderung des Winkels ψ die betreffende Strahlung stark dämpft. Man begreift leicht, daß eine unter dem Winkel ψ auftreffende Welle sich an jedem Loch mit der zwischen den Platten laufenden Welle in Phase befinden kann. Nimmt man also an, daß die Differenz der Fortpflanzungszeiten der schiefen Welle und der zu den Platten parallelen Welle gleich einem ganzen Vielfachen η der Schwingungsdauer ist, so erhält man die Beziehung :

A V

(ι)

Hierbei ist X die Wellenlänge der einfallenden Welle im freien Raum; X₁ die Wellenlänge der zwischen den Platten fortschreitenden Welle; 2 p der Abstand zwischen den Lochmitten und η eine ganze Zahl. , -

Im häufigsten Fall, wo man eine einzige Hauptkeule erhalten will, muß sein: 2> 2 p und η = ι.

Da praktisch X₁ sehr nahe an X liegt, ergibt sich für eine genügend große Anzahl von Lochplatten die Näherungsformel:

sin ψ = 1,1.

²P

(Wenn nur eine oder zwei Lochplatten vorhanden sind, ist die zu verwendende Formel etwas komplizierter.)

Aus dieser Formel ergibt sich, daß der Abstand zwischen den Mitten zweier aufeinanderfolgender Löcher zwischen 0,4 X und X liegen muß.

Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform einer iss solchen Antenne. Sie besitzt eine massive Reflektor-

platte ι und zwei gelochte Platten 2_Ö und 2_b, wobei alle Platten nebeneinander angeordnet sind und vertikal, parallel und äquidistant angenommen sind. Die Antenne wird beispielsweise mit Hilfe eines Hohlleiters 4 erregt, der durch ein Horn 3 verlängert ist, das an die Schmalseiten der Platten 1 und 2_a, also an ein Ende der Platten angrenzt. Der Winkel ψ ist durch DON gegeben, wobei 0-N die Normale auf die Platte 1 in ο ist. Die bevorzugte Fortpflanzungsrichtung ist dann die horizontale Richtung O-D, und das. elektrische Feld der abgestrahlten Welle ist parallel zum Vektor E₀.

In einer solchen Antenne, bei der die Erregung von

einem Ende aus geschieht, kann man den Energieverlust der sich zwischen den Platten fortpflanzenden Welle kompensieren, indem man den Lochdurchmesser in den Platten in dem Maße vergrößert, in welchem man sich von den erregten Rändern entfernt.

In diesem Fall bleiben die Platten eben, sind aber nicht mehr parallel und sollen sich allmählich voneinander entfernen. Um den Winkel zwischen den Ebenen zu berechnen, betrachtet man die in bezug auf die massive Platte zu der Lochplatte symmetrische Platte. Diese beiden Platten bilden dann mit Ausnahme der massiven Platte ein Resonanzsystem, das durch entsprechende Wahl des Keilwinkels abgestimmt wird, der auf diese Weise bei gegebener Wellenlänge bestimmt ist.

Um die günstigte Feldverteilung zu erhalten, sucht man im allgemeinen eine Energieverteilung an der Oberfläche der Außenplatte zu erreichen, die symmetrisch zur Antennenmitte ist, während am freien Ende der Antenne die Feldstärke gering sein soll, weil man dann keine Reflektorplatte braucht. Das Gesetz der Zunahme des Lochdurchmessers, das diese Energieverteilung bedingt, kann experimentell bestimmt werden. Die Güte der Feldstärkenbündelung wächst offensichtlich mit der Plattenlänge A-B. Im gewählten Beispiel ist die Bündelung in der Horizontalebene viel stärker als diejenige in der Vertikalebene, da die Platten langgestreckte Form haben. Man kann immer die Hauptstrahlungsachse 0-D mittels einer geeigneten

Stellung der Antenne in jede beliebige Richtung des Raumes zeigen lassen. Die Antenne kann als vollkommen starres Gebilde aufgebaut werden, indem man alle Platten untereinander verschraubt.

Um ein symmetrisches Strahlungsdiagramm zu erreichen, ist es einfacher und mechanisch richtiger, die Antenne in der Mitte zu erregen. Eine bevorzugte Ausführungsform hierfür ist in Fig. 4 und 5 dargestellt. Die Antenne hat V-Form und ist symmetrisch zur Ebene der Winkelhalbierenden. In diesem Beispiel ist für eine gegebene Wellenlänge λ der Winkel zwischen den Platten zu π — 2 ψ gewählt, so daß das Strahlungsdiagramm symmetrisch zur Ebene der Winkelhalbierenden ist. Die horizontale Spür 0-D dieser Ebene ist die Vorzugsrichtung. Die Hauptkeule des Feldstärkediagcamms ist bei L dargestellt. Die Platten können dann alle mit Löchern von gleichem Durchmesser versehen sein, was für die Herstellung sehr vorteilhaft ist.

Fig. 6 zeigt im Schrägbild eine Anregungsart der soeben beschriebenen erfindüngsgemäßen Antenne. Ein Hohlleiter 4, der eine transversal und parallel zur Schmalseite polarisierte Welle (Vektor -E) führt, ist durch einen Hornstrahler 3 verlängert, an den sich zwei parallel epipedische Elemente 5 und 6 unter einem stampfen Winkel anschließen, die durch einen Anpassungsstift 7 teilweise getrennt sind. Diese hohle Anordnung· kann vorgefertigt werden, wonach die Platten an den Kanten E-F, G-H, E'-F' und G'-H' angesetzt werden. Die Energie der Welle wird zwischen die beiden Plattensysteme 1, 2_a und 1', 2/ eingeleitet. Die massiven Platten 1 und 1', die einen Winkel π—2 ψ einschließen, wirken als Reflektor, während die Lochplatten 2_a, 2/ und 2_b, 2_b' die Strahlung in den Außenraum bewirken.

Fig. 7 und 8 stellen eine Antenne dar, die eine recht erhebliche Bündelung sowohl in der Horizontalebene als auch in der Vertikalebene aufweist. Die Antenne ist also in beiden Richtungen der Plattenebene ziemlich ausgedehnt. Sie wird in der Mitte von der Kante her erregt, beispielsweise mit Hilfe eines Hohlleiters, der in geeigneter Weise orientierte Schlitze längs der Seiten A-B, A'-B' und C-D, C-D' besitzt.

Als praktisches Beispiel seien die Abmessungen einer Versuchsantenne in V-Form gemäß den Fig. 4 bis 6 mit einer massiven Platte und zwei Lochplatten angegeben:

Wellenlänge λ — 3,42 cm

Mittenabstand aufeinander-

■ folgender Löcher ²P ⁼ 2,9 cm

Lochdurchmesser 0 = 1,4 cm

Plattenlänge (Länge eines

Schenkels des V) 125,0 cm

Plattenbreite 12,0 cm

Plattenwinkel i6o°

(ψ=ΙΟ°)

Abstand zwischen massiver Platte

und erster Lochplatte 2,3 cm

Abstand zwischen zwei Lochplatten 1,3 cm

Bündelung (Tangentenwinkel am
Ursprung des Feldstärkendiagramms) i°

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbei spiele beschränkt. Insbesondere kann man auch eine einzige Lochplatte verwenden. Ferner kann man von einer größeren Anzahl Gebrauch machen, wobei die anderen Platten zur Anpassung dienen. Die Löcher sind aus konstruktiven Gründen vorzugsweise kreisförmig, können aber auch jede andere Form aufweisen, abgesehen von sehr langgestreckten Formen, welche die Polarisationsrichtung der ausgestrahlten Welle beeinflussen. Schließlich kann die Anregung durch jedes geeignete Mittel geschehen, z. B. durch Dipole, Hohlleiter, konzentrische Leitungen, Hörner u. dgl.

Bei einer Abänderung, die insbesondere für Meterwellen geeignet ist, werden die Lochplatten durch Metallgitter ersetzt, deren Maschenweite

zwischen 0,4 λ und λ liegen muß, wenn man eine einzige Hauptkeule haben will.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Richtantenne für die Sendung oder den Empfang elektromagnetischer Wellen, bestehend aus ebenen, Im wesentlichen parallelen Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine massive leitende Platte (1) und eine oder mehrere Metallplatteri mit Löchern (2) besitzt, deren Lochmitten die Ecken eines regelmäßigen Netzes bilden, daß alle Lochplatten auf derselben Seite der massiven Platten liegen und daß Mittel (3) vorgesehen sind, um die Antenne von der Kante her zwischen den Platten anzuregen.
2. 2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Elemente zueinander parallel stehen und die· Löcher kreis-

   ao förmig sind und gleichen Durchmesser haben.
3. 3. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Abstand von der Anregungsebene sowohl der Lochdurchmesser als auch die Entfernung zwi-

   25- sehen den ebenen Elementen, die also nicht mehr parallel sind, sich im gleichen Sinn ändert.
4. 4. Richtantenne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den. Mitten zweier aufeinanderfolgender Löcher zwischen 0,4 λ und λ bleibt, wobei λ die Wellenlänge der abgestrahlten Welle ist.
5. 5. Richtantenne nach Anspruch 4, bestehend aus zwei Anordnungen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese so angeordnet sind, daß sie eine . V-förmige Antenne bilden, wobei die Schenkel des V einen Dieder mit-stumpfem Winkel bilden, während die Anregungsvorrichtung sich in der Mittelebene des Dieders befindet und in den Scheitel des V zwischen einer massiven Platte und einer Lochplatte mündet, derart, daß die dem Maximum des Strahlungsfeldes entsprechende Vorzugsachse sich in der äußeren Winkelhalbierenden eines Querschnitts durch das V befindet.
6. 6. Richtantenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsvorrichtung von einem Hohlleiter (4) gespeist wird, der sich in ein Horn (3) fortsetzt, auf das zwei parallel epipedische Elemente (5, 6) folgen, die sich in Gestalt eines V zu beiden Seiten des Horns öffnen, wobei die Langseiten dieser Elemente zu beiden Seiten des Scheitels des V verlängert sind, und zwar einerseits durch eine massive Platte (1, 1') und andererseits durch die der massiven Platte benachbarte Ivochplatte (2_fl, 2_a').

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 658/325 10.56 (609 853 3.57)