Richtantennenanlage.
Die Trfindung bezieht sich auf eine Richtantennenanlage, die aus Rahmenanten- nen aufgebaut ist und f r Sende-oder Empfangszwecke dient. Sie besteht aus mindestens einer Reihe von in der gleichen Ebene liegenden Rahmen und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenleiter von wenigstens einigen der Antennen derselben Reihe parallel un, d im Vergleich zur Wellenlänge sehr nahe nebeneinander angeordnet sind, wobei die Anten- nen so erregt werden, dass die in den nahe nebeneinanderliegenden parallelen Seiten flie ssenden Strume entgegengesetztsind, um die Strahlungswirkung dieser parallelen Seiten zu vermindern, so da¯ in der Rahmenebene die Strahlung vorwiegend senkrecht zur Reihenrichtung erfolgt.
Bei einer praktischen Ausführung des Erfindungagedankens werden zwei Rahmen in Reihenrichtung auf beiden Seiten eines Hauptrahmens in seiner Ebene angeordnet.
Sie bilden in sich geschlossene Stromkreise und isind so bemessen, dass die von den er wähnten Seiten des Hauptrahmens ausge bende Strahlung, die geschwächt werden soll, auf einen gewünschten Wert herabge- setzt wird.
Bei einer andern Ausführungsform besteht die Reihe aus einer Vielzahl von Rahmen, die entweder alle oder nur zum Teil unmittelbar erregt werden. Die nicht unmittelbar erregten Rahmen werden durch Induk- tion von den direkt gespeisten Rahmen erregt.
Bei weiteren erfindungsgemäBen Ausfüh- rungsbeispielen bewirken zwei oder mehr Reihen von Rahmen, die miteinander gekop- pelt sind, bestimmte Richtstrahleffekte in einem gegebenen Raumbereich.
Die beste Erregungsweise richtet sich nach der Zahl der verwendeten Rahmen, mit andern Worten, nach der Grosse des Richtstrahleffektes. Ferner wird für eine ungerade Zahl von Rahmen zweckmässig Stromerregung und für eine gerade Zahl von Rahmen zweckmϯig Spannungserregung angewendet.
Nachstehend ist die Erfindung an Hand einiger beispielsweiser Ausführungsformen. die in der beiliegen. den Zeichnung schema- tisch dargestellt sind, näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigt die
Fig. 1 eine Sende-oder Empfangsrahmen- antenne und die
Fig. 2 speziell eine quadratische Rah- menantenne, deren Seitenlänge gleich einer halben Wellenlänge ist.
Die nachfolgenden Fig. 3 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, die aus Rahmen nach Fig. l oder 2 aufgebaut sind.
Der Rahmen, dessen Ecken in der Fig. 1 mit A, B, C, D bezeichnet sind, wird in zwei nahe der Mitte gelegenen Punkten einer Seite. z B. der Seite AB, erregt. Für einen gege- benen Augenblick ist die Richtung des durch den Rahmen fliessenden Stromes dureh die Pfeile angegeben, falls die Wellenlänge groB im Vergleich zu den Dimensionen des Rahmens ist. Die Strahlungen der Rahmenseiten BC und AD wirken einander entgegen. Die Kompensation ist eine vollständige in Rich- tung senkrecht zur Rahmenebene, hingegen nur eine teilweise in der Richtung OX. Daraus resultiert f r den Rahmen die bekannte Richtcharakteristik.
Auch die von den Rahmenseiten < und CD ausgehenden Strah lungen wirken gegeneinander. Die Verhält- nisse bleiben in Richtung senkrecht zur Rahmenebene völlig gleich, wenn jede Seite gleich einer halben Wellenlänge der Betriebsfrequenz ist. In diesem Fall unterst tzen sich hingegen die Strahlungen paralleler Rahmenseiten in den Richtungen OX und OY. Die Stromverteilungfür einen gegebenen Augenblick wird in diesem Fall durch die Pfeile und die gestrichelten Linien in Fig. 2 angegeben.
Die Polarisation des elektrischen Feldes In der Richtung 0Y ist parallel zu der Ric1- tung OX und umgekehrt. Wenn ein solclier Rahmen als Sender verwendet wird, strahlt er vertikal-und horizontalpolarisierte Wellen von gleichem Betrag aus. Wenn der Pali- men als Empfangsantenne dient, empfÏngt er gleichzeitib vertikal- und horizontalpolarisierte Wellen.
Bei gewissen Sendesystemen ist es erfor derlich, die Stralilung der einen Polarisation beträchtlich herabzusetzen oder praktisch zu unterdrucken und dabei die Strahlung der a'ndern Polarisation zu verstärken. Bei einer Anordnung nach Fig. 3 sind zur SchwÏchung der von den Seiten ssC und JD ausgehenden Strahlungeinesbeispielsweise.stromerregten Rahmens zusatzliehe, gleichartige, nicht unmittelbar erregte Rahmen EFGH und IJKL auf beiden Seiten des Rahmens JBOD ange- ordnet. Die Seiten AD und EH sowie die Seiten -BC und IJ sind zueinander parallel.
Sie sind so nahe heieinander angeordnet, dass in den seitlichen Rahmen EFGH und IJKL Strome induziert werden. Die Richtung dieser Strombe ist in der Figur durch Pfeile angegeben. Unter diesen Bedingungen wird die resultierende Strahlung einander benachbarter Seiten in einigem Abstand gleich Null.
Die Strahlung @ der Anordnung entspricht im wesentlichen der Strahlung der äussern Begrenzungslinie FGKLF. Die Strahlung wird also in der Richtung OY durch die sechs Seiten GH. AB, JK, FE, DC und IL und in der Richtung OX durch die zwei Seiten 6'F und EL erzeugt. So wird die Nutzstrahlung in der Richtung OY dreimal so gross wie die Strahlung in der Richtung OX. Dieses VerhÏltnis k¯nnte durch Vergr¯¯erung der Rahmenzahl noch verbessert werden.
Diese Verbesserun wird allerdings bald nur noch ge- ringfügig sein. da die Rahmen, die von dem Hauptrahmen ABCD weit entfernt sind, nur ungen gend durch Induktion erregt werden wodurch die Mitwirkung dieser weiter entfernten Rahmen vernachlÏssigbar klein wird.
Uni diesem ungünstigen Verhalten zu be gegnen. ville Rahmen einer Reihen antenne erregt werden. Es braucht aber nur eine kleinereZahldieserRahmenerregtzu werden. Ein Rahmen von dreien kann bei- spielsweise unmittelbar erregt und zwischen zwei Rahmen angeordnet werden. die nicht unmittelbar, sondern durch Tnduktion erregt werden. Fig. 4 zeigt beispielsweise eine Rei henantenne von sechs Rahmen, bei der nur die zwei Rahmen ABCD und A'B'C'D' durch eine beiden gemeinsame Speiseleitung erregt werden. Jeder dieser Rahmen induziert zwei Seitenrahmen EFGH und IJEL zu beiden Seiten von ABCD bezw.
E'F'G'H'und I'J'K'L' zu beiden Seiten von A'B'C'D'. Die Seiten LE und F'G's. ind einander so genÏ hert, dass zwischen ihnen, eine induktive Kopplung besteht. Die Strahlung set-zt sich in der Richtung OY aus den Einzelstrahlungen der zwölf Seiten und in der Richtung OX aus den Einzelstrahlungen von nur zwei, Seiten zusammen.
Die Erregungsart für ein Netzwerk mit einer Vielzahl von Rahmen richtet sich nach der Zahl der Rahmen, um ein Optimum an Wirkung zu erzielen. Für den Fall einer ungeraden Anzahl von Rahmen, beispielsweise Fig. 3 entsprechend, wird der Speisestrom unmittelbar in der oben beschriebenen Weise zugeführt.
Bei einer geraden Zahl von. Rahmen kann die Antennenanordnung nach der in Fig. 5 dargestellten Weise erregt werden. Der Punkt E des Rahmens ABCD und der Punkt A'des Rahmens A'BC'D'sind mit der ISpeiseleitung verbunden. In diesem Fall wird die Speisespannung zwischen zwei benachbarten Eck- punkten zweier benachbarten Rahmen angelegt. Die Stromrichtungen in jedem Rahmen sind für einen betrachteten Augenblick durch die Pfeile angegeben. Entsprechend ist die Strahlung der ganzen Anordnung in der Richtung OY viermal so gro¯ wie in der Richtung OX.
Verschiedene gleichartige Rahmenreihen können zu einer Rahmen-Mehrreihenanlage kombiniert werden, um durch Addition den Richteffekt zu verstärken.
Solche Mehrfachrahmenantennen in Form von einfachen Rahmenreihen oder Rahmen Mehrreihenanlagen können sowohl für Nach- richtenübermittlung als auch insbesondere f r Radioleitsysteme verwendet werden, um Richtstrahleffekte zu erzeugen.
Das Netzwerk nach Fig. 6 besteht aus drei Rahmen,, die in einer vertikalen Ebene übereinander angeordnet sind. Der unterste Rahmen ABCD wird direkt erregt, und die beidenRahmenETCR und MNOP werden durch Induktionen, erregt. Die Strahlung dieser Anordnung ist in der vertikalen Richtung g OY sehr klein, während die Strahlung in der Richtung OX durch die sechs Seiten verstärkt wird.
Die Anordnung ist insbesondere für Rundfunksender und Fernsehsysteme geeignet, sowie f r Empfänger in Radio-Goniometersystemen wegen ihrer geringen Emp findlichkeit für den Nachteffekt und für Flugzeugmissweisungen,welcheSt & reffekte bei den üblichen Antennenanordnun. gen, die sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung empfangen, auftreten.
Fig. 7 zeigt eine Kombination von zwei Rahmenreihen, welche rechtwinklig zueinan- der liegen und vertikal angeordnet sind. Der Reihe, die aus, dem unmittelbar erregten Rahmen ABCD und dem durch Induktion erregten Rahmen QSVU besteht, wird eine Speisespannung von bestimmter Phase zugeführt, während die Reihe aus dem unmittelbar erregten Rahmen A'B'C'D'und dem durch In- duktion erregten Rahmen Q'S'V'U' durch eine Spannung erregt wird, deren Phase von der ersteren verschieden, z. B. um 90¯ ver schoben ist. So erhält man ein Drehfeld, das in einer horizontalen Ebene gleichförmig ausgebildet ist. Es können auch mehr als zwei Reihen zur Erzeugung eines Drehfeldes verwendet werden.
Eine solche Anordnung enthält eine grosse Zahl von stark gedämpften, strahlenden Rahmen und ist insbesondere zur Sendung breiter Frequenzbänder, z. B. f r Fernsehen, geeignet. Eine solche Anordnung, als Empfangsantennne verwendet, ist nicht durch den Nachteffekt beeinfluBbar, hat die Fähigkeit, breite Frequenzbänder aufzunehmen und zeigt in einer horizontalen Ebene keinen Richtefèkt.
Die Rahmenanlage der Fig. 8, Ideren Rah- menreihe gleich wie in Fig. 5 aufgebaut und gespiesen ist und sich vorzugsweise im Ab- stand 2/4 ber Erde befindet, erzeugt in der horizontalen Richtung OX eine scharf be- grenzte, vert. ikal polarisierte Strahlung und gleichzeitig eine breite, horizontal polarisierte Strahlung in der Ebene FOZ. Diese Nord- nung kann verwendet werden zum Markieren von AbstÏnden bei Leitstrahlsystemen,(Blindlandesystemen). d. h. als Markierungsbake, um einem Fahrzeug seinen Abstand von einem Sender anzugeben, wenn es die Mar kierungsbake passiert.
Diese Antennenanordnung kann auch verwendet werden für Landeleitzwecke, weil die horizontal polarisierte Strahlung auf der Erdoberflacle T verschwindet. Die Neigung der Axe des in der fOZ-Ebene gelegenen Richtdiagrammes und somit die mittlere Neigung der Landekurve kann man einstellen durch eine entsprechende Neigung der Rah- menreihe.
Die Reihenantenne nach Fig. 8 kann auch für die Ermittlung von Flugzeugenverwen- det werden. Die eng begrenzteStrahlungin der Richtung OX bestimmt im Raum eine vertiLale Zone die als Symmetrieebene die Ebene TOZ hat, und dieses scharf begrenzte Strahlungsfeld kann in keinem Punkt emp- fangen werden, der ausserhalb dieser Zone liegt. Wenn ein Fahrzeug diesen Bereieb durchquert, werden die Wellen gebrochen und dann an Stellen empfangen, die auRerhall dieses Bereiches liegen.
Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungsart einer Rahmenreihe, die für Rieht-und Landeleitflug zugleich geeignet ist. In den äussern vertikalen Seiten GT und El sind Schalt- mittel R1 und R2 angebracht, so dass das Ho- rizontaldiagramm der Reihe f r Richtleitzwecke und das Vertikaldiagramm in der YOZ-Ebene für Landeleitzweeke verwendet werden kann.
Fig. 10 zeigt, gleich wie Fig. 7, eine Anordnung von zwei vertikalen Rahmenreihen. die rechtwinklig aufeinander stehen. Die untern Rahmen werden unmittelbar durch die
SekundÏrwicklungen W1 und W2 eines Transformators erregt, dessen Primärseite aus der Wicklung W besteht. Eine solche Anordnung ist insbesondere f r Funkbaken mit festen oder rotierenden, gekreuzten Rahmen geeignet, um den Nachteffekt dadurch herabzusetzen, dass die Ausstrahlung von Wellen mit horizontaler Polarisation unter bunden wird.
Wenn diese Anordnung als Empfangsantenne für Goniometer Verwen- dung findet, verden die horizontalpolarisier ten Wellen sehr schlecht empfangen. Die Empfangsantenne wird dann durch den Nachteffektsowiedurchdensogenannten Flugzeugeffekt nicht beeinflusst.
Directional antenna system.
The finding relates to a directional antenna system that is constructed from loop antennas and is used for transmission or reception purposes. It consists of at least one row of frames lying in the same plane and is characterized in that the side conductors of at least some of the antennas of the same row are arranged parallel and very close to one another compared to the wavelength, the antennas being so excited that the streams flowing in the closely adjacent parallel sides are opposite in order to reduce the radiation effect of these parallel sides, so that in the frame plane the radiation is predominantly perpendicular to the direction of the row.
In a practical embodiment of the inventive idea, two frames are arranged in the row direction on both sides of a main frame in its plane.
They form self-contained circuits and are dimensioned in such a way that the radiation emitted by the aforementioned sides of the main frame and which is to be weakened is reduced to a desired value.
In another embodiment, the series consists of a plurality of frames which are either all or only some of which are directly excited. The frames that are not directly excited are excited by induction from the directly fed frames.
In further exemplary embodiments according to the invention, two or more rows of frames which are coupled to one another bring about certain directional beam effects in a given spatial area.
The best mode of excitation depends on the number of frames used, in other words, on the magnitude of the directional beam effect. Furthermore, current excitation is expediently used for an odd number of frames and voltage excitation is expediently used for an even number of frames.
The invention is based on some exemplary embodiments. which are included. the drawings are shown schematically, described in more detail.
In the drawing shows the
1 shows a transmission or reception frame antenna and the
2 specifically a square frame antenna, the side length of which is equal to half a wavelength.
The following FIGS. 3 to 10 show exemplary embodiments of the invention which are constructed from frames according to FIG.
The frame, the corners of which are labeled A, B, C, D in FIG. 1, is located in two points near the center of a page. e.g. the AB side, excited. For a given moment the direction of the current flowing through the frame is indicated by the arrows if the wavelength is large compared to the dimensions of the frame. The radiation from the frame sides BC and AD counteract one another. The compensation is complete in the direction perpendicular to the frame plane, but only partially in the direction OX. This results in the familiar directional characteristic for the frame.
The radiation emanating from the frame and CD also act against one another. The proportions remain exactly the same in the direction perpendicular to the frame plane if each side is equal to half a wavelength of the operating frequency. In this case, on the other hand, the radiation from parallel frame sides is supported in the directions OX and OY. The current distribution for a given instant in this case is indicated by the arrows and the dashed lines in FIG.
The polarization of the electric field in the direction OY is parallel to the direction OX and vice versa. When such a frame is used as a transmitter, it emits vertically and horizontally polarized waves of equal magnitude. When the palm tree serves as a receiving antenna, it receives vertically and horizontally polarized waves at the same time.
With certain transmission systems it is necessary to considerably reduce the radiation of one polarization or to suppress it practically and to increase the radiation of the other polarization. In an arrangement according to FIG. 3, additional, similar, not directly excited frames EFGH and IJKL are arranged on both sides of the frame JBOD to weaken the radiation emanating from the sides ssC and JD. The sides AD and EH and the sides -BC and IJ are parallel to each other.
They are arranged so close together that currents are induced in the lateral frames EFGH and IJKL. The direction of this flow is indicated in the figure by arrows. Under these conditions, the resulting radiation from adjacent sides some distance apart becomes zero.
The radiation @ of the arrangement corresponds essentially to the radiation of the outer boundary line FGKLF. The radiation is thus in the direction OY through the six sides GH. AB, JK, FE, DC and IL and in the direction OX generated by the two sides 6'F and EL. The useful radiation in the direction OY is three times as large as the radiation in the direction OX. This ratio could be improved by increasing the number of frames.
However, this improvement will soon only be minor. since the frames that are far away from the main frame ABCD are only insufficiently excited by induction, so that the contribution of these more distant frames becomes negligibly small.
Uni to counter this unfavorable behavior. ville frame of a row antenna are excited. However, only a smaller number of these frames need to be excited. For example, one frame out of three can be directly excited and placed between two frames. which are not excited directly, but by induction. Fig. 4 shows, for example, a row antenna of six frames in which only the two frames ABCD and A'B'C'D 'are excited by a common feed line. Each of these frames induces two side frames EFGH and IJEL on both sides of ABCD respectively.
E'F'G'H 'and I'J'K'L' on either side of A'B'C'D '. The pages LE and F'G's. and come so close to each other that there is an inductive coupling between them. The radiation is made up of the individual radiation from the twelve sides in the OY direction and the individual radiation from only two sides in the OX direction.
The type of excitation for a network with a large number of frames depends on the number of frames in order to achieve an optimum effect. For the case of an odd number of frames, for example corresponding to FIG. 3, the feed current is supplied directly in the manner described above.
If the number is even. Frame, the antenna arrangement can be excited in the manner shown in FIG. Point E of frame ABCD and point A 'of frame A'BC'D' are connected to the I feed line. In this case the supply voltage is applied between two adjacent corner points of two adjacent frames. The current directions in each frame are indicated by the arrows for a given moment. Accordingly, the radiation of the entire arrangement in the direction OY is four times greater than in the direction OX.
Different frame rows of the same type can be combined to form a multi-row frame system in order to increase the straightening effect by adding them.
Such multiple frame antennas in the form of simple frame rows or frame multiple row systems can be used both for message transmission and in particular for radio control systems in order to generate directional beam effects.
The network according to FIG. 6 consists of three frames, which are arranged one above the other in a vertical plane. The bottom frame, ABCD, is excited directly and the two frames, ETCR and MNOP, are excited by induction. The radiation of this arrangement is very small in the vertical direction g OY, while the radiation in the direction OX is amplified by the six sides.
The arrangement is particularly suitable for radio transmitters and television systems, as well as for receivers in radio goniometer systems because of their low sensitivity for the nighttime effect and for aircraft rejections, which disturbances with the usual antenna arrangements. genes that receive both in the vertical and in the horizontal direction occur.
7 shows a combination of two rows of frames which are at right angles to one another and are arranged vertically. The series, which consists of the directly excited frame ABCD and the frame QSVU excited by induction, is supplied with a supply voltage of a certain phase, while the series consists of the immediately excited frame A'B'C'D 'and the frame through induction excited frame Q'S'V'U 'is excited by a voltage whose phase is different from the former, e.g. B. is shifted by 90¯ ver. In this way, a rotating field is obtained which is uniform in a horizontal plane. More than two rows can also be used to generate a rotating field.
Such an arrangement contains a large number of highly attenuated, radiating frames and is particularly suitable for broadcasting broad frequency bands, e.g. B. for television, suitable. Such an arrangement, used as a receiving antenna, cannot be influenced by the nighttime effect, has the ability to pick up wide frequency bands and shows no directional effect in a horizontal plane.
The frame system of FIG. 8, whose row of frames is constructed and fed in the same way as in FIG. 5 and is preferably located at a distance of 2/4 above the ground, creates a sharply delimited, vertical direction in the horizontal direction OX polarized radiation and at the same time a broad, horizontally polarized radiation in the plane FOZ. This northing can be used to mark distances in beacon systems (blind landing systems). d. H. as a marker beacon to indicate to a vehicle its distance from a transmitter when it passes the marker beacon.
This antenna arrangement can also be used for landing guidance purposes because the horizontally polarized radiation on the earth's surface T disappears. The inclination of the axis of the directional diagram located in the fOC plane and thus the mean inclination of the landing curve can be set by inclining the row of frames accordingly.
The row antenna according to FIG. 8 can also be used to identify aircraft. The narrowly limited radiation in the direction OX determines a vertical zone in space which has the plane TOZ as a plane of symmetry, and this sharply delimited radiation field cannot be received at any point that lies outside this zone. When a vehicle crosses this area, the waves are refracted and then received in places that are outside of this area.
FIG. 9 shows another embodiment of a frame row which is suitable for direct flight and landing flight at the same time. Switching means R1 and R2 are attached to the outer vertical sides GT and El so that the horizontal diagram of the series can be used for guidance purposes and the vertical diagram in the YOZ level for landing guidance purposes.
FIG. 10 shows, like FIG. 7, an arrangement of two vertical rows of frames. which are at right angles to each other. The lower frames are immediately defined by the
Secondary windings W1 and W2 of a transformer whose primary side consists of winding W are excited. Such an arrangement is particularly suitable for radio beacons with fixed or rotating, crossed frames in order to reduce the nighttime effect by preventing the emission of waves with horizontal polarization.
If this arrangement is used as a receiving antenna for goniometers, the horizontally polarized waves are received very poorly. The receiving antenna is then not influenced by the nighttime effect or the so-called airplane effect.