Richtantenne
Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtantenne zum Senden und Empfangen sehr kurzer elektromagnetischer Wellen, welche Antenne auf eine mittlere Wellenlänge Ä abgestimmt ist, mit einem vor einem Speisesystem angeordneten Verzögerungssystem, auf dem sich die elektromagnetischen Wellen mit einer Phasengeschwindigkeit langsamer als die Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse des Speisesystems (M, F, R) bei Anordnung eines einzigen Verzögerungssystems mit dessen Längsachse und bei Anordnung mehrerer Verzögerungssysteme mit deren gemeinsamer Mittelachse zusammenfällt.
Es gibt Richtantennen, die als sogenannte Yagi-Antennen bzw. Leitscheibenantennen (siehe z. B. Bündelung elektrischer Wellen durch Leitscheiben , Zeitschrift für angewandte Physik, VI. Band, Heft 10, 1965, Seiten 462... 470) und dergleichen bekannt sind. Um einigermassen guten Gewinn zu erzielen, ist eine Vielzahl von Dipolen nötig, und die Abmessungen werden sehr gross.
Es sind in neuerer Zeit auch sogenannte Backfire Antennen bekannt geworden, die aus zwei Reflektoren, einem dazwischenliegenden Speiseelement sowie dazwischenliegenden Verzögerungsstrukturen bestehen und bei denen die Anordnung so getroffen ist, dass mindestens ein Teil der vom Speiseelement abgestrahlten Wellen an den an beiden Enden der Antenne liegenden Reflektoren reflektiert wird und der überwiegende Teil der Energie an einem Antennenende abgestrahlt wird (DP 1 167 920).
Ferner sind sogenannte Short-Backfire-Antennen bekannt, bei denen die Verzögerungsstruktur zwischen den Reflektoren weggelassen ist, die also nur aus zwei Reflektoren und einem dazwischen angeordneten Speiseelement bestehen (Proceedings of the IEEE, Vol. 53, Nr. 8, August 1965, Seiten 1138... 1140).
Durch die eingangs gekennzeichnete Richtantenne sollen die bekannten weitergebildet und so verbessert werden können, dass trotz geringem Aufwand an Dipolen und dergleichen ein höherer Gewinn erzielt werden kann als mit einer der oben erwähnten bekannten Antennen und auch in einem breiteren Frequenzband Anwendung finden können.
Insbesondere soll durch die Kombination einer Short-Backfire-Antenne mit einem an sich von Yagioder Leitscheiben-Antennen her bekannten Verzögerungssystem eine Richtantenne geschaffen werden, mit der man eine wesentlich höhere Leistung erzielen kann als mit allen bisher bekannten Richtantennen dieser Art.
Man kann ausserdem auch Richtdiagramme mit extrem niedriger Rückwärtsstrahlung erhalten.
Die Gewinnerhöhung kann vor allem dadurch erreicht werden, dass das Verzögerungssystem durch das aus einem Speisedipol und zwei Reflektoren gebildete Speisesystem angeregt wird, dessen Gewinn wesentlich höher als der Gewinn der üblichen, meist aus einem Speisedipol und nur einem Reflektor bestehenden Speisesystem von bekannten Längsstrahlern, z. B. Yagis, liegt. Das Speisesystem der erfindungsgemässen Richtantenne hat bei einer Länge von A/2 allein bereits einen höheren Gewinn als eine 5 i lange optimal dimensionierte Yagi-Antenne.
Einzelheiten von Ausführungsbeispielen der Richtantenne werden im folgenden anhand schematischer Skizzen näher erläutert.
Fig. 1 bis 5 zeigen Ausführungsbeispiele für den Aufbau eines Speisesystems, wie er zur Kombination mit einem davor angeordneten Verzögerungssystem besonders geeignet ist.
Fig. 6 bis 12 zeigen Ausführungsformen von erfindungsgemässen Richtantennen.
Das in Fig. 1 dargestellte Speisesystem besteht aus einem kreisförmigen, ebenen Reflektor M und einem im Abstand davor angeordneten Reflektor R, der seinerseits aus drei Reflektorstäben besteht. Die beiden Reflektoren M und R sind in Ebenen quer zur Längsachse h der Antenne angeordnet. Zwischen diesen beiden Reflektoren M und R ist ein Speiseelement F in Form eines Dipols angeordnet. Der Reflektor R kann auch eine Me tallscheibe von weniger als t/ro der Fläche des Reflektors M sein. Die axiale Länge L des Speisesystems beträgt ungefähr eine halbe Wellenlänge. Der speisende Dipol liegt gewöhnlich in der Mitte zwischen den Reflektoren M und R. Durch Verschieben des Dipols aus der Mitte kann der Eingangswiderstand des Dipols an die Speiseleitung angepasst werden.
Die Richtwirkung des Speisesystems lässt sich durch eine den äusseren Reflektorrand umgebende Randfläche B von 0,25 bis 0,5 Wellenlängen Breite noch wesentlich verbessern.
Das Speisesystem der Fig. 1 erreicht mit einem Reflektor M von 2 Wellenlängen Durchmesser bei optimaler Einstellung aller Parameter einen Gewinn von 15 dB über den isotropischen Strahler. Im Strahlungsdiagramm dieses Hohlraumstrahlers liegen alle Seitenzipfel um mehr als 20 dB, und die Rückwärtsstrahlung um mehr als 30 dB unter dem Maximum in der Hauptstrahlrichtung. Für diese besonders günstigen Diagramme ist die Kreisform des Reflektors M zum Teil verantwortlich, aber auch quadratische oder vieleckige Reflektoren, die leichter herstellbar sind, geben sehr gute Diagramme.
Anstelle des ebenen Reflektors M kann auch ein Winkelreflektor verwendet werden.
Es hat sich gezeigt, dass es meistens ausreicht, die Randfläche B nur in der Polarisationsrichtung der Strahlung vorzusehen. Deshalb benötigt z. B. ein quadratischer Reflektor M eines linear polarisierten Strahlers nur auf den zu dem Speisedipol parallelen Kanten und ein kreisförmiger oder vieleckiger Reflektor M nur entlang zweier gegenüberliegender, ungefähr 900 breiter Sektoren des Umfangs eine Randfläche. Allerdings muss bei kreisförmiger oder elliptischer Polarisation die Randfläche den gesamten Umfang des Reflektors M umgeben.
Der Frequenzbereich des Strahlers nach Fig. 1 ist hauptsächlich durch die Systemlänge L begrenzt. Sieht man eine axiale Verstellbarkeit des Reflektors R und damit eine Veränderung der Länge L vor, dann kann der Strahler für Höchstgewinn über den gesamten Frequenzbereich, den der Speisedipol beherrscht, abgestimmt werden. Dabei ergibt ein Verschieben des Re flektors R zu M hin Abstimmung für höhere und eine Verschiebung von M weg Abstimmung für niedrigere Frequenzen.
Definiert man, wie öfters üblich, als die benützbare Bandbreite des Strahlers den Frequenzbereich, innerhalb dessen der Antennengewinn ungefähr proportional der Fläche des Reflektors M ist und alle Nebenzipfel der Diagramme in E- und H-Ebene um mindestens 10 dB unter dem Maximum liegen, dann ist die Bandbreite des für eine gegebene Frequenz optimal dimensionierten Strahlers ungefähr 1,3:1, er lässt sich aber durch Veränderung der Länge innerhalb eines Frequenzbereiches 2:1 auf Höchstgewinn abstimmen.
Es hat sich gezeigt, dass man auch mit fest eingestellter Länge L eine Bandbreite von nahezu 2:1 erreichen kann, wenn man die Parameter des Speisesystems für verschiedene Frequenzen optimal dimensioniert. Bei einem praktischen Modell wurde dies z. B. dadurch erreicht, dass die Reflektoren M und R für die höchste Frequenz des gewünschten Frequenzbereiches und die Länge L für % dieser Frequenz optimal bemessen wurden.
Eine noch grössere Bandbreite erhält man mit der in Fig. 2 gezeigten Antenne, bei der noch ein dritter Re flektor S vorgesehen ist, der ungefähr die gleiche Form und Grösse wie der Reflektor R hat. Dieser Reflektor S ist in einem Abstand G vom Reflektor R und parallel zu ihm angeordnet. Wegen des sehr komplizierten Zusammenwirkens der verschiedenen Parameter muss der Dp- timalwert des Abstandes G, der im allgemeinen zwischen einem Viertel und der Hälfte der Länge L liegt, experimentell ermittelt werden. Selbstverständlich muss dabei der Speisedipol für den vorgesehenen Frequenzbereich geeignet sein.
Bei einem Ausführungsbeispiel mit kreisförmigen Reflektoren M, R und S wurden beste Ergebnisse über einen Frequenzbereich von mehr als 2:1 bei folgenden Abmessungen des Speisesystems, ausgedrückt in der Wellenlänge R der höchsten Frequenz erreicht:
Durchmesser des Reflektors M 2,00 A
Durchmesser des Reflektors R 0,50 X
Durchmesser des Reflektors S 0,45 Ä
Breite der Randfläche B 0,35 Ä
Systemlänge L 0,67 A
Abstand zwischen R und S G 0,16 A
Man kann die verhältnismässig grosse Bandbreite des Strahlers von Fig. 2 auf das Zusammenwirken von drei verschiedenen Antennenprinzipien zurückführen, von denen jedes in einem Teil des Frequenzbereiches vorherrschend ist.
Bezeichnet man mit f1 die höchste Frequenz, dann arbeitet die Antenne sozusagen als Hohlraumstrahler bis zu etwa 0,8 fh. Der Hohlraumeffekt verliert mit abnehmender Frequenz seinen Einfluss, und die Reflektoren R und S nähern sich ihren optimalen Dimensionen als Direktoren bei ungefähr 0,7 fh. In diesem Frequenzbereich wirkt die Antenne bis zu ungefähr 0,6 fh als Längsstrahler mit zwei Direktoren. Für noch niedrigere Frequenzen verlieren R und S ihre Direktoreigenschaften, und die Antenne arbeitet schliesslich bis unter 0,5 fh als Reflektorantenne mit dem Speisedipol als einzigen wirksamen Teil vor dem Reflektor M.
Fig. 3 zeigt einen Hohlraumstrahler, der ohne herausragende Teile in einen Körper eingebaut ist. Die Randfläche B reicht hier über die ganze Länge L. P ist eine dielektrische Platte, die parallel zu M angeordnet und mit der Randfläche B verbunden ist. Sie trägt gleichzeitig den Reflektor R. Dieser Hohlraumstrahler stellt eine vollkommen geschlossene Anordnung dar, die sich leicht auch wetterfest aufbauen lässt. Ihre Einbautiefe beträgt nur eine halbe Wellenlänge. Ein gemäss Fig. 3 gebautes Versuchsmuster, das mit einer Platte aus Plexiglas abgedeckt war, zeigte einen weiteren kleinen Gewinnanstieg und eine weitere Verkleinerung der Nebenzipfel.
Fig. 4 zeigt einen Hohlraumstrahler mit weiter verringerter Einbautiefe. Die dielektrische Deckplatte P liegt in der Ebene des Speisedipols F, und der Reflektor R ist der einzige ausserhalb der geschlossenen Anordnung liegende Teil der Antenne. Er kann, wie Fig. 5 zeigt, mit dem Mittelpunkt der Platte P oder über zwei Stäbe Q mit der Randfläche B verbunden sein. Für lineare Polarisation müssen diese Stäbe Q, falls sie aus Metall hergestellt sind, senkrecht zur Polarisationsrichtung verlaufen (Q für vertikale, Qt für horizontale Polarisation), für zirkulare Polarisation müssen sie aus nichtleitendem Material bestehen.
Zum Aufbau einer vollständigen Richtantenne kann jede der beschriebenen Ausführungen von Speisesystemen mit jedem bekannten Verzögerungssystem kombiniert werden, z. B. mit einer Dipolantenne, einer Leit scheibenantenne, einer Wendel oder einem dielektrischen Stab.
Fig. 6 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer vollständigen erfindungsgemässen Richtantenne. Das in Fig.
1 gezeigte Speisesystem ist hier mit einem Verzögerungssystem D kombiniert, welches wie bei der bekannten Yagi-Antenne aus einer Reihe von Direktoren gebildet wird. Zur Vereinfachung der Zeichnungen sind die Abstände zwischen Reflektoren, Speisedipol und Direkte ren gleich gross gewählt. Der Speisedipol und der Reflektor M wird dabei an der gleichen Stelle wie der Speisedipol und der Dipolrellektor einer bekannten Yagi-Antenne angeordnet. Der Reflektor R ersetzt den ersten Direktor einer bekannten Yagi-Antenne.
Der Gewinn einer solchen kombinierten Richtantenne steigt mit der Verlängerung des Verzögerungssystems D. Die optimale Phasengeschwindigkeit der kombinierten Richtantenne ist verschieden von der eines bekannten Längsstrahlers gleicher Länge. Gewinn und Diagramme der Richtantenne werden noch etwas verbessert, wenn man die Direktoren D nach dem abstrahlenden Ende der Antenne hin in an sich bekannter Weise von Dipol zu Dipol in ihrer Länge verkleinert.
Der horizontale Verlauf des Speisedipols F nach Fig.
6 zeigt an, dass diese Antenne für horizontale Polarisation gedacht ist. Für vertikale Polarisation müssen sich sämtliche Dipole in vertikaler Richtung erstrecken. Für alle übrigen Polarisationswinkel sollte am besten ein Kreuzdipol als Speisedipol verwendet werden, sollte Reflektor R eine kreisförmige Scheibe mit ungefähr 0,5 Wellenlängen Durchmesser sein und muss das Verzögerungssystem aus Kreuzdipolen bestehen oder ein anderes für die vorgesehene Polarisation geeignetes Verzögerungssystem sein.
Die Länge der Richtantenne lässt sich ohne Absinken des Antennengewinnes verkürzen, wenn man zwei oder mehrere Verzögerungssysteme vorsieht, die entweder übereinander oder nebeneinander angeordnet sind.
Fig. 7 zeigt z. B. einen derartigen Aufbau mit zwei übereinander angeordneten Verzögerungssystemen D1 und D2. Der Reflektor M hat hier eine quadratische Form. Er ist nur auf den in der Polarisationsrichtung verlaufenden Seiten mit Randflächen B versehen. F ist ein bekannter Breitbanddipol. Die beiden Systeme D1 und D2 werden direkt aus der Apertur des Speisestrahlers gespeist, der selbst nur von einem einzigen Speiseelement F angeregt ist. Ordnet man die beiden Verzögerungssysteme übereinander oder nebeneinander an, dann verringert sich die Breite der Hauptkeule des Strahlungsdiagramms in der H-Ebene bzw. in der E-Ebene ohne merkliche Veränderungen in der E- bzw. H-Ebene.
Die gleichzeitige Anordnung von zwei oder mehr Verzögerungssystemen über- und nebeneinander verschmälert die Hauptkeule in beiden Ebenen. Durch Verschieben der Verzögerungssysteme innerhalb der Apertur des Speisestrahlers und durch Veränderung ihrer Phasengeschwindigkeit lässt sich das Nebenzipfelverhalten und der Gewinn der Richtantenne beeinflussen.
Es sei besonders darauf hingewiesen, dass die beschriebene Anordnung von mehreren Verzögerungssystemen nichts mit der bekannten Anordnung von zwei oder mehr Yagis vor einem gemeinsamen ebenen oder abgewinkelten Reflektor zu tun hat. Bei einem derartigen bekannten Strahler wird das Verzögerungssystem jeder einzelnen Yagi-Antenne durch einen eigenen Dipol oder je zwei Yagi-Antennen durch einen Doppeldipol gespeist, und die Verzögerungssysteme müssen zwecks starker Kopplung in kleinem Abstand immer vor ihren Speisedipolen angeordnet sein. Im Gegensatz dazu werden die zwei oder mehr Verzögerungssysteme bei der erfindungsgemässen Antenne aus der Apertur des Speisesystems gespeist, welches selbst von einem einzigen mit den Verzögerungssystemen nicht direkt gekoppelten Speiseelement angeregt ist.
Die Fig. 8 bis 10 zeigen Ausführungsbeispiele für die Anordnung der Verzögerungssysteme D bei linear polarisierten Richtantennen, bei welchen die hier nicht dargestellten Speisedipole in der jeweiligen Polarisationsrichtung angeordnet sind. Die Fig. 11 und 12 zeigen Ausführungsbeispiele für Antennen mit mehreren Verzögerungssystemen, und zwar für beliebige Polarisasationsrichtungen, bei denen nicht näher gezeigte Kreuzdipole als Speiseelement vorgesehen sind.
Bei der beschriebenen Richtantenne muss die elektrische Länge L angenähert ein Vielfaches einer halben Wellenlänge sein, und die Reflektoren M und R müssen eine derartige Abmessung haben, dass sich die benötigte stehende Resonanzwelle im Speisesystem ausbilden kann und nur ein sehr geringer Teil der Energie aus diesem System nach den Seiten, der Hauptteil dafür aus der in der Ebene des Reflektors R liegenden Apertur abgestrahlt wird. Diese Forderung wird am besten erfüllt, und Höchstgewinn bei gleichzeitig günstigen Strahlungsdiagrammen wird erreicht mit einem Reflektor M mit einem Durchmesser von ungefähr 2,2 Wellenlängen der höchsten vorgesehenen Frequenz, einem Reflektor R von 0,5 Wellenlängen Durchmesser, einer Speisesystemlänge L von 0,5 Wellenlängen und bei Verwendung einer Randfläche von ca. 0,25 Wellenlängen.
Wird bei gleichbleibender Länge L der Reflektor M vergrössert, dann erhöhen sich die Nebenzipfel, und der Antennengewinn beginnt wieder abzunehmen. Wird anderseits L z. B. auf eine ganze Wellenlänge vergrössert, dann muss für optimale Wirkungsweise vor allem für Erreichung eines erhöhten Gewinnes auch der Reflektor M in seinen Abmessungen vergrössert werden.
Directional antenna
The invention relates to a directional antenna for transmitting and receiving very short electromagnetic waves, which antenna is tuned to a mean wavelength λ, with a delay system arranged in front of a feed system on which the electromagnetic waves propagate at a phase speed slower than the speed of light. The invention is characterized in that the axis of symmetry of the feed system (M, F, R) coincides with its longitudinal axis when a single delay system is arranged and with their common central axis when several delay systems are arranged.
There are directional antennas known as so-called Yagi antennas or guide disc antennas (see, for example, bundling of electrical waves by guide disks, Zeitschrift für angewandte Physik, Volume VI, Issue 10, 1965, pages 462 ... 470) and the like . In order to achieve a reasonably good gain, a large number of dipoles are required and the dimensions become very large.
So-called backfire antennas have recently become known, which consist of two reflectors, an intermediate feed element and intermediate delay structures and in which the arrangement is such that at least some of the waves radiated by the feed element are at the two ends of the antenna Reflectors is reflected and the majority of the energy is radiated at one end of the antenna (DP 1 167 920).
Furthermore, so-called short-backfire antennas are known in which the delay structure between the reflectors has been omitted, i.e. which only consist of two reflectors and a feed element arranged between them (Proceedings of the IEEE, Vol. 53, No. 8, August 1965, pages 1138 ... 1140).
The directional antenna identified at the outset is intended to further develop the known antennae and improve them so that, despite the low expenditure of dipoles and the like, a higher gain can be achieved than with one of the known antennae mentioned above and can also be used in a wider frequency band.
In particular, by combining a short backfire antenna with a delay system known per se from Yagi or guide disc antennas, a directional antenna is to be created with which a significantly higher performance can be achieved than with all previously known directional antennas of this type.
One can also get directional diagrams with extremely low back radiation.
The increase in profit can be achieved above all in that the delay system is excited by the feed system formed from a feed dipole and two reflectors, the profit of which is significantly higher than the profit of the usual, usually consisting of a feed dipole and only one reflector, existing feed system of known longitudinal radiators, e.g. . B. Yagis, is located. With a length of A / 2, the feed system of the directional antenna according to the invention already has a higher gain than a Yagi antenna with an optimal length of 5 1.
Details of exemplary embodiments of the directional antenna are explained in more detail below with the aid of schematic sketches.
1 to 5 show exemplary embodiments for the construction of a feed system, as it is particularly suitable for combination with a delay system arranged in front of it.
6 to 12 show embodiments of directional antennas according to the invention.
The feed system shown in Fig. 1 consists of a circular, flat reflector M and a reflector R arranged at a distance in front of it, which in turn consists of three reflector rods. The two reflectors M and R are arranged in planes transverse to the longitudinal axis h of the antenna. A feed element F in the form of a dipole is arranged between these two reflectors M and R. The reflector R can also be a metal disk of less than t / ro of the surface of the reflector M. The axial length L of the feed system is approximately half a wavelength. The feeding dipole is usually in the middle between the reflectors M and R. By shifting the dipole from the center, the input resistance of the dipole can be adapted to the feed line.
The directivity of the feed system can be significantly improved by an edge area B of 0.25 to 0.5 wavelengths width surrounding the outer reflector edge.
The feed system of FIG. 1, with a reflector M of 2 wavelengths in diameter, with optimal setting of all parameters, achieves a gain of 15 dB over the isotropic radiator. In the radiation diagram of this cavity radiator, all side lobes are more than 20 dB, and the back radiation is more than 30 dB below the maximum in the main beam direction. The circular shape of the reflector M is partly responsible for these particularly favorable diagrams, but square or polygonal reflectors, which are easier to manufacture, also give very good diagrams.
Instead of the flat reflector M, a corner reflector can also be used.
It has been shown that it is usually sufficient to provide the edge surface B only in the direction of polarization of the radiation. Therefore, z. B. a square reflector M of a linearly polarized emitter only on the edges parallel to the feed dipole and a circular or polygonal reflector M only along two opposite, approximately 900 wide sectors of the circumference an edge surface. However, in the case of circular or elliptical polarization, the edge surface must surround the entire circumference of the reflector M.
The frequency range of the radiator according to FIG. 1 is mainly limited by the system length L. If one sees an axial adjustability of the reflector R and thus a change in the length L, then the radiator can be tuned for maximum gain over the entire frequency range that the feed dipole can handle. Shifting the reflector R towards M results in a vote for higher frequencies and a shift from M away votes for lower frequencies.
If, as is often the case, the usable bandwidth of the radiator is defined as the frequency range within which the antenna gain is approximately proportional to the area of the reflector M and all the side lobes of the diagrams in the E and H planes are at least 10 dB below the maximum, then the bandwidth of the radiator optimally dimensioned for a given frequency is approximately 1.3: 1, but it can be adjusted to maximum gain by changing the length within a frequency range of 2: 1.
It has been shown that a bandwidth of almost 2: 1 can be achieved even with a fixed length L if the parameters of the feed system are optimally dimensioned for different frequencies. In a practical model this was e.g. B. achieved in that the reflectors M and R were optimally dimensioned for the highest frequency of the desired frequency range and the length L for% of this frequency.
An even greater bandwidth is obtained with the antenna shown in FIG. 2, in which a third reflector S is also provided, which has approximately the same shape and size as the reflector R. This reflector S is arranged at a distance G from the reflector R and parallel to it. Because of the very complex interaction of the various parameters, the maximum value of the distance G, which is generally between a quarter and half of the length L, must be determined experimentally. Of course, the feed dipole must be suitable for the intended frequency range.
In an embodiment with circular reflectors M, R and S, the best results were achieved over a frequency range of more than 2: 1 with the following dimensions of the feed system, expressed in the wavelength R of the highest frequency:
Diameter of the reflector M 2.00 A
Diameter of the reflector R 0.50 X
Diameter of the reflector S 0.45 Ä
Width of the edge surface B 0.35 Ä
System length L 0.67 A
Distance between R and S G 0.16 A.
The comparatively large bandwidth of the radiator of FIG. 2 can be attributed to the interaction of three different antenna principles, each of which is predominant in a part of the frequency range.
If the highest frequency is designated by f1, then the antenna works, so to speak, as a cavity radiator up to around 0.8 fh. The cavity effect loses its influence with decreasing frequency, and the reflectors R and S approach their optimal dimensions as directors at about 0.7 fh. In this frequency range the antenna acts as a longitudinal radiator with two directors up to approximately 0.6 fh. For even lower frequencies, R and S lose their director properties, and the antenna ultimately works as a reflector antenna down to below 0.5 fh with the feed dipole as the only effective part in front of the reflector M.
Fig. 3 shows a cavity radiator built into a body without any protruding parts. The edge surface B extends here over the entire length L. P is a dielectric plate which is arranged parallel to M and is connected to the edge surface B. At the same time it carries the reflector R. This cavity radiator represents a completely closed arrangement, which can easily be set up also weatherproof. Their installation depth is only half a wavelength. A test sample built according to FIG. 3, which was covered with a sheet of Plexiglas, showed a further small increase in profit and a further reduction in the size of the side lobes.
Fig. 4 shows a cavity radiator with a further reduced installation depth. The dielectric cover plate P lies in the plane of the feed dipole F, and the reflector R is the only part of the antenna lying outside the closed arrangement. It can, as FIG. 5 shows, be connected to the center point of the plate P or to the edge surface B via two rods Q. For linear polarization, these rods Q, if they are made of metal, must run perpendicular to the direction of polarization (Q for vertical, Qt for horizontal polarization), for circular polarization they must be made of non-conductive material.
To build a complete directional antenna, any of the described embodiments of feed systems can be combined with any known delay system, e.g. B. with a dipole antenna, a Leit disc antenna, a helix or a dielectric rod.
6 shows a first exemplary embodiment of a complete directional antenna according to the invention. The in Fig.
1 is here combined with a delay system D which, as in the known Yagi antenna, is formed from a number of directors. To simplify the drawings, the distances between reflectors, feed dipole and direct ren are chosen to be the same. The feed dipole and the reflector M are arranged at the same point as the feed dipole and the dipole reflector of a known Yagi antenna. The reflector R replaces the first director of a well-known Yagi antenna.
The gain of such a combined directional antenna increases with the extension of the delay system D. The optimal phase velocity of the combined directional antenna is different from that of a known longitudinal antenna of the same length. The gain and the diagrams of the directional antenna are improved somewhat if the length of the directors D is reduced in length from dipole to dipole in a manner known per se after the radiating end of the antenna.
The horizontal course of the feeding dipole F according to Fig.
6 indicates that this antenna is intended for horizontal polarization. For vertical polarization, all dipoles must extend in the vertical direction. For all other polarization angles, it is best to use a crossed dipole as the feed dipole, the reflector R should be a circular disk with a diameter of about 0.5 wavelengths and the retardation system must consist of crossed dipoles or another retardation system suitable for the intended polarization.
The length of the directional antenna can be shortened without reducing the antenna gain if two or more delay systems are provided, which are arranged either one above the other or next to one another.
Fig. 7 shows e.g. B. such a structure with two delay systems D1 and D2 arranged one above the other. The reflector M has a square shape here. It is provided with edge surfaces B only on the sides running in the direction of polarization. F is a well-known broadband dipole. The two systems D1 and D2 are fed directly from the aperture of the feed radiator, which itself is only excited by a single feed element F. If the two delay systems are arranged one above the other or next to one another, the width of the main lobe of the radiation diagram in the H-plane or in the E-plane decreases without noticeable changes in the E or H-plane.
The simultaneous arrangement of two or more delay systems one above the other and side by side narrows the main lobe in both planes. By shifting the delay systems within the aperture of the feed radiator and by changing their phase velocity, the side lobe behavior and the gain of the directional antenna can be influenced.
It should be particularly pointed out that the described arrangement of several delay systems has nothing to do with the known arrangement of two or more yagis in front of a common flat or angled reflector. In such a known radiator, the delay system of each individual Yagi antenna is fed by its own dipole or two Yagi antennas each by a double dipole, and the delay systems must always be arranged at a small distance in front of their feed dipoles for the purpose of strong coupling. In contrast to this, in the antenna according to the invention, the two or more delay systems are fed from the aperture of the feed system, which is itself excited by a single feed element not directly coupled to the delay systems.
8 to 10 show exemplary embodiments for the arrangement of the delay systems D in the case of linearly polarized directional antennas, in which the feed dipoles, not shown here, are arranged in the respective polarization direction. 11 and 12 show exemplary embodiments for antennas with several delay systems, specifically for any polarization directions, in which crossed dipoles, not shown in detail, are provided as feed elements.
In the directional antenna described, the electrical length L must be approximately a multiple of half a wavelength, and the reflectors M and R must have such dimensions that the required standing resonance wave can be formed in the feed system and only a very small part of the energy from this system towards the sides, the main part is emitted from the aperture lying in the plane of the reflector R. This requirement is best met, and maximum gain with at the same time favorable radiation diagrams is achieved with a reflector M with a diameter of approximately 2.2 wavelengths of the highest intended frequency, a reflector R of 0.5 wavelengths diameter, a feed system length L of 0.5 Wavelengths and when using an edge area of approx. 0.25 wavelengths.
If the reflector M is increased while the length L remains the same, then the secondary lobes increase and the antenna gain begins to decrease again. On the other hand, if L z. B. enlarged to a whole wavelength, then the reflector M must also be enlarged in its dimensions for optimal operation, especially to achieve increased profit.