DES0035424MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 24. September 1953 am 18. Oktober 1956Registration day: September 24, 1953 to October 18, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

S 35424 Villa/21a*S 35424 Villa / 21a *

undand

. Walter Stöhr, München,
. Helmut Laub, München-Großhadern . Walter Stöhr, Munich,
. Helmut Laub, Munich-Großhadern

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

RichtantenneDirectional antenna

Die Erfindung betrifft eine Richtantenne, die einen möglichst großen Leistungsgewinn aufweist, aber in bestimmten, außerhalb der Hauptstrahlrichtung liegenden Richtungen noch elektromagnetische Energie abstrahlen soll, derart, daß in dem auszuleuchtenden Raum keine Nullstellen des Strahlungsdiagramms auftreten.The invention relates to a directional antenna which has the greatest possible gain in performance, but in certain directions lying outside the main beam direction, they are still electromagnetic Should radiate energy in such a way that there are no zeros in the room to be illuminated Radiation pattern occur.

Will man beispielsweise bei einer Rundstrahlantenne, z. B. einer Fernsehantenne, einen hohen Leistungsgewinn erzielen, so kann man durch geeignete Anordnung und Speisung der Antennenelemente erreichen, daß der Leistungsgewinn groß wird, so daß die größte Strahlungsdichte z. B. in der horizontalen Ebene - liegt. Das Vertikaldiagramm weist jedoch außerhalb der Hauptstrahlrichtung noch mehrere Strahlungsnebenzipfel auf.For example, if you want to use an omnidirectional antenna, e.g. B. a television antenna, a high one Achieve a gain in performance, so you can by suitable arrangement and feeding of the antenna elements achieve that the power gain is large, so that the greatest radiation density z. Am the horizontal plane - lies. However, the vertical diagram points outside of the main beam direction several radiation sidelobes.

Soll nun von einer solchen Antenne z. B. ein in ihrer Nähe liegemdes Stadtgebiet mit elektromagnetischer Energie überstrahlt werden, so könnten nur die Nebenzipfel dazu beitragen. Da zwischen den Nebenzipfeln bzw. den Nebenzipfeln und der Hauptstrahlri'Chtung jedoch Strahlungsnullstellen auftreten, so würden im Stadtgebiet Bereiche entstehen, in denen ein Empfang der von dieser Antenne ausgestrahlter elektromagnetischen Wellen nur schlecht möglich ist.Should now of such an antenna z. B. an urban area lying in their vicinity with electromagnetic Energy are outshone, so only the side lobes could contribute. Since between the Side lobes or the side lobes and the main ray direction, however, radiation zeros occur, areas would arise in the urban area in which the reception of this antenna emitted electromagnetic waves is hardly possible.

Es ist zwar bekannt, daß man ein gleichmäßiges Vertikalstrahlungsdiagramm ohne dazwischenliegende Nullstellen dadurch erzielen kann, daß man zwei gleiche Antennen so übereinander anordnet, daß man die Minima des von der einen Antenne herrührenden Strahlungsdiagramms mit den MaximaIt is known that one can obtain a uniform vertical radiation pattern without any intervening Zeroing can be achieved by arranging two identical antennas one above the other in such a way that that one matches the minima of the radiation diagram originating from one antenna with the maxima

609- 658/324609-658/324

S 35424 VIIIal21 α⁴ S 35424 VIIIal21 α ⁴

des von der zweiten Antenne herrührenden Strahlungsdiagramms zusammenlegt. Diese Lösung ist jedoch für die bei der vorliegenden Erfindung vorliegenden Aufgabe nicht anwendbar. Die der Erfindung .zugrunde liegende Aufgabe besteht vielmehr darin, daß ein bereits stark bündelndes Antennensystem, das der Versorgung von entfernt liegenden Gebieten dient, mit einer schwach bündelnden Antenne derart kombiniert wird, daß sich die Strahlung der schwach bündelnden Antenne unterhalb (in vertikaler Richtung) der von der stark bündelnden Antenne herrührenden Strahlung auswirkt. Die Erfindung stellt sich — mit anderen Worten — die Aufgabe, durch eine derartige Kombination einer stark bündelnden, mit einer schwach bündelnden Antenne in einfacher Weise praktisch jedes gewünschte Vertikalstrahlungsdiagramm mit besonderer Strahlungsverteilung in der Umgebung der Antenne zu erzielen. Die gewünschte Strahlungs-.of the radiation pattern originating from the second antenna. This solution is however, not applicable to the object of the present invention. That of the invention Rather, the underlying task is to ensure that an antenna system that is already strongly bundling which serves to supply distant areas with a weakly bundling antenna is combined in such a way that the radiation of the weakly focussing antenna is below (in the vertical direction) of the radiation originating from the strongly bundling antenna. the Invention - in other words - the task by such a combination of a strongly bundling, with a weakly bundling antenna in a simple manner practically any desired Vertical radiation diagram with special radiation distribution in the vicinity of the Achieve antenna. The desired radiation.

verteilung, die neben der Versorgung entfernter Gebiete die gleichzeitige Versorgung eines nahe liegenden Gebietes unter einem geringen Neigungswinkel gegen die Horizontale zum Ziele, hat, kann mit einem Antennensystem mit starker Bündelung nicht etwa dadurch erreicht werden, daß neben der starken Bündelung noch ein kleiner »Nutznebenzipfel« entsteht; man müßte in einem solchen Fall in unerwünschte Richtungen fallende Nebenstrahlungen, die praktisch nutzlos sind, in Kauf nehmen. Außerdem würde die Nullstelle zwischen Haupt- und Nebenzipfel stören.distribution, which in addition to the supply of distant areas, the simultaneous supply of a nearby area at a slight angle of inclination to the horizontal is the goal, has, can can not be achieved with an antenna system with strong bundling that in addition to the strong concentration a small "useful side lobe" arises; one would have to in such a case Side radiation falling in undesired directions, which is practically useless, must be accepted to take. In addition, the zero point between the main and side lobes would interfere.

Erfindungsgemäß ist die aus übereinander angeordneten Antennen bzw. Antennensystemen bestehende Richtantenne dadurch gekennzeichnet, daß einer stark bündelnden Antenne eine schwach bündelnde Antenne derart zugeordnet ist, daß beide Antennen eine Einheit bilden und daß die nebeneinanderliegenden . Strahlungscharakteristiken beider Antennen ohne Nullstellen ineinander übergehen, wobei die stark bündelnde Antenne so aufgebaut bzw. gespeist wird, daß ihre Strahlungscharakteristik nur kleine Nebenzipfel aufweist und daß die von dem Nebenzipfel herrührende Feldstärke kleiner ist als die durch die schwach bündelnde Antenne hervorgerufene Feldstärke.According to the invention is composed of one above the other Antennas or antenna systems existing directional antenna characterized in that a strongly bundling antenna is assigned a weakly bundling antenna in such a way that both Antennas form a unit and that the adjacent. Radiation characteristics of both Antennas merge into one another without zero points, whereby the strongly bundling antenna is constructed in this way or is fed that its radiation pattern has only small side lobes and that the the field strength originating from the side lobe is smaller than that caused by the weakly bundling antenna evoked field strength.

Die Antenne nach der Erfindung kann aus Dipolen bzw. Dipolfeldern, aus Horn- bzw. Trichterstrahlern, aus Längsstrahlern, z. B. Yagi- oder Rhombusantennen od. dgl. aufgebaut sein. Vorteil hafterweise bildet man die Antenne so aus, daß ihre Hauptstrahlrichtung horizontal gerichtet ist und der unter der horizontalen Ebene liegende Raum mit elektromagnetischer Energie derart ausgestrahlt wird, daß die Strahlungscharakteristik in einem vorgegebenen Winkelbereich keine Nulle teile aufweist.The antenna according to the invention can consist of dipoles or dipole fields, horn or funnel radiators, from longitudinal radiators, z. B. Yagi or rhombus antennas or the like. Be constructed. Advantageously the antenna is designed in such a way that its main beam direction is horizontal and the space below the horizontal plane with electromagnetic energy so radiated becomes that the radiation pattern does not share a zero in a given angular range having.

Im Gegensatz zu vielen anderen Antennen können bei einer Antenne nach der Erfindung z. B. durch Reflexion von Anteilen der Hauptstrahlung keine Störungen im Nahbereich der Antenne auftreten. Richtantennen nach der Erfindung sind vorzüglich dafür geeignet, daß sie nach dem Baukastenprinzip aus Einheitsantennengruppen, z. B.In contrast to many other antennas, in an antenna according to the invention, for. B. due to the reflection of parts of the main radiation, no interference occurs in the vicinity of the antenna. Directional antennas according to the invention are eminently suitable that they are based on the modular principle from unit antenna groups, e.g. B.

aus Dipolfeldern,, aufgebaut werden können. Die vorgeschlagenen Antennen, die aus wenigstens zwei wesentlich voneinander verschiedenen Antennengruppen mit sehr kleinen Nebenzipfeln bestehen, sind von großer Bedeutung für Sendeantennen, die in unmittelbarer Nähe gelegene Siedlungsgebiete, mit ausreichender Feldstärke ohne örtliche Einbrüche versorgen sollen, aber außer dieser Nahversorgung, eine gute Fernstrahlung gewährleisten, und zwar derart, daß in bestimmten Entfernungen von der Antenne noch eine gewisse Mindestfeldstärke auftritt. Durch die Größe der Bündelung der zusätzliche Antenne kann man den Winkelbereich. der nicht in die Hauptstrahlrichtung fallenden Strahlung mit wählbarer Amplitude bestimmen.can be built up from dipole fields. The proposed antennas, which consist of at least two antenna groups with very small side lobes are essentially different from one another, are of great importance for transmitting antennas, which are located in the immediate vicinity of settlement areas, should supply with sufficient field strength without local breakdowns, but apart from this local supply, ensure good long-range radiation, in such a way that at certain distances a certain minimum field strength still occurs from the antenna. Due to the size of the bundling of the additional antenna can be used to adjust the angular range. those that do not fall in the main beam direction Determine radiation with a selectable amplitude.

■ Die Erfindung .wird an Hand einer aus Dipolen bestehenden Richtantenne näher erläutert. Es ist dabei gleichgültig, um welche Form des Horizontaldiagramms es sich handelt. Die stark bündelnde Antenne soll zur Erzielung eines ausreichenden Gewinns beispielsweise aus vier übereinander angeordneten Einheits-feldern, von denen jedes wieder mehrere Einzelstrahler aufweisen kann, bestehen. Die Speisung "dieser Einheitsfelder wird nun so gewählt, daß die Nebenzipfel dieses Antennengebildes sehr klein werden. Es ist bekannt, daß die Nebenzipfel von linearen Antennengruppen dann besonders , gering gehalten werden können, wenn die Speiseströme der einzelnen Elemente dieser Gruppe so festgelegt werden, daß sie sich wie die Glieder einer Binomialreihe verhalten. Eine solche Einspeisung ist aber sehr aufwändig, da für eine größere Antennengruppe die Mehrzahl der Einzelantennen sehr schwach gespeist wird und daher der Leistungsgewinn der Antenne gegenüber einer Speisung mit gleichen Strömen wesentlich geringer ist. Es wird daher vorgeschlagen, diese Speisungsart zur Erzielung geringer Nebenzipfel nur in Anlehnung durchzuführen. Vorteilhafterweise wählt man daher in diesem Fall die Stromverteilung zur Speisung der einzelnen Felder so, daß sich die Ströme wie 0,5 :i :i :o,5 verhalten. Zu dieser Antennengruppe wird eine zweite Antennengruppe, die zweckmäßig aus einem Einheitsfeld besteht, parallel geschaltet. Damit wird erreicht, daß beide Gruppen, die nur geringe Nebenzipfel aufweisen, ein Strahlungsdiagramm besitzen, das bis zur von der Hauptstrahlrichtung abliegenden Nullstelle der zweiten Antennengruppe keine weiteren Nullstellen aufweist. Diese zweite Antennengruppe wird vorteilhafterweise mit dem gleichen Strom gespeist wie jede der mittleren Einheitsfelder des stark bündelnden Systems. Die Antennen werden an einen Verteiler derart angeschlossen, daß alle Antennen mit dem Strom 1 direkt mit dem Verteiler verbunden sind, während die Antennen mit dem Strom 0,5 jeweils in Gruppen zu zwei Strahlern über einen Zweifachverteiler mit dem Hauptverteiler verbunden sind.The invention .will be based on one of dipoles existing directional antenna explained in more detail. It does not matter what form the horizontal diagram is. The strongly bundling To achieve a sufficient gain, antenna should, for example, consist of four arranged one above the other Standard fields, each of which can have several individual radiators, exist. The feeding "of these unit fields is now chosen so that the side lobes of this antenna structure become very small. It is known that the side lobes of linear antenna groups are particularly can be kept low when the feed currents of the individual elements of this group are so determined that they look like the members of a Behave binomial series. Such a feed is very complex, however, since it is necessary for a larger group of antennas the majority of the individual antennas are fed very weakly and therefore the gain in performance of the antenna is significantly lower compared to a supply with the same currents. It is therefore suggested that this type of feed should only be based on the achievement of low secondary lobes perform. In this case, it is therefore advantageous to choose the current distribution for the supply of the individual fields in such a way that the currents behave like 0.5: i: i: o, 5. To this antenna group a second antenna group, which expediently consists of a unit field, becomes parallel switched. This ensures that both groups, which have only a few minor lobes, have a radiation diagram that extends up to the zero point remote from the main beam direction the second antenna group has no further zeros. This second antenna group will advantageously fed with the same current as each of the central unit fields of the highly focussing Systems. The antennas are connected to a distributor in such a way that all antennas with stream 1 are connected directly to the distributor, while the antennas with stream 0.5 each in groups of two radiators connected to the main distributor via a two-way distributor are.

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: i. Aus übereinander angeordneten Antennen bzw. Antennensystemen bestehende Richt-i. Directional signals consisting of antennas or antenna systems arranged one above the other «58/324«58/324 S35424VHIa/21a^l S35424VHIa / 21a ^l antenne, dadurch gekennzeichnet, daß einer stark bündelnden Antenne eine schwach bündelnde Antenne derart zugeordnet ist, daß beide Antennen eine Einheit bilden und daß die nebeneinanderliegenden Strahkmgscharakteristiken beider Antennen ohne Nullstellen ineinander übergehen, wobei die stark bündelnde Antenne so aufgebaut bzw. gespeist ist, daß ihre Strahhingscharakteristik nur kleine Nebenzipfel aufweist und daß die von dem Nebenzipfel herrührende Feldstärke kleiner ist als die durch die schwach bündelnde Antenne hervorgerufene Feldstärke.antenna, characterized in that a strongly bundling antenna is a weakly bundling one Antenna is assigned such that both antennas form a unit and that the adjacent Beam characteristics of both antennas without zero points in each other pass over, the highly bundling antenna being constructed or fed in such a way that its beam characteristic has only small side lobes and that the field strength resulting from the side lobe is smaller than that through field strength caused by the weakly bundling antenna. 2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Dipolen bzw. Dipolfeldern aufgebaut ist.2. Directional antenna according to claim 1, characterized in that that it is made up of dipoles or dipole fields. 3. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus nach Art der Yagiantennen oder anderer Längsstrahler aufgebauten Teilantennen besteht.3. Directional antenna according to claim 1, characterized in that that they are constructed in the manner of Yagi antennas or other longitudinal radiators Partial antennas exist. 4. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung und Ausbildung der stark bündelnden Antenne, daß ihre Hauptstrahlrichtung horizontal gerichtet ist und daß durch die schwach bündelnde Antenne der unter der horizontalen Ebene liegende Raum mit elektromagnetischer Energie derart ausgestrahlt wird:, daß die Strahkmgscharakteristik in einem vorgegebenen Winkelbereich, der durch die Nullstelle der schwach bündelnden Einheit gegeben ist, keine Nullstelle aufweist.4. Directional antenna according to one of claims 1 to 3, characterized by such an arrangement and design of the highly collimating antenna that its main beam direction is horizontal is directed and that through the weakly focussing antenna the under the horizontal Flat space with electromagnetic energy is radiated in such a way: that the Strahkmgscharakteristik in a predetermined angular range, which is defined by the zero point of the weak bundling unit is given, has no zero point. 5. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne aus gleichphasig gespeisten, unter sich gleichen Strahlereinheiten aufgebaut ist.5. Directional antenna according to one of claims 1 to 4, characterized in that the antenna is made up of in-phase fed, identical radiator units. 6. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel, ,durch welche die schwach bündelnde Antenne mit wählbarer Amplitude gespeist werden kann.6. Directional antenna according to one of the preceding claims, characterized by means, through which the weakly bundling antenna can be fed with a selectable amplitude. 7. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Rundstrahlantenne.7. Directional antenna according to one of the preceding claims, characterized by the design as an omnidirectional antenna. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 869 227.Considered publications:
German patent specification No. 869 227.