DE2026699A1

DE2026699A1 - Antenna with circularly polarized radiation

Info

Publication number: DE2026699A1
Application number: DE19702026699
Authority: DE
Inventors: Edmund Fergiliusz Chelmsford Essex Woloszcük (Großbritannien)
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1969-06-06
Filing date: 1970-06-01
Publication date: 1970-12-17
Also published as: GB1286311A

Description

British Company of Bush House, Aldwych, London V. C. 2British Company of Bush House, Aldwych, London V. C. 2

Wn-mf 19. Mai 1970Wn-mf May 19, 1970

Antenne mit zirkulär polarisierter Strahlung.Antenna with circularly polarized radiation.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne mit zirkulär polarisierter Strahlung und mit vier um eine Vertikale angeordneten Strahlern mit untereinander gleicher Resonanzfrequenz wobei jeweils die Achsen zweier Strahler in einer von zwei senkrecht aufeinander stehenden, vertikalen Ebenen liegen und wobei die vier Strahler von einem zentralen Speisepunkt aus in Phasenquadratur gespeist werden, so daß jeweils zwei gegenüberliegende Strahler in Phase gespeist sind, während benachbarte Strahler eine Phasendifferenz von 90° aufweisen.The invention relates to a circularly polarized antenna Radiation and with four radiators arranged around a vertical line with mutually identical resonance frequencies, the axes of two Spotlights in one of two vertical, perpendicular to each other Laying levels and with the four radiators from a central feed point are fed from in phase quadrature, so that in each case two opposing radiators are fed in phase, while neighboring Radiators have a phase difference of 90 °.

Eine solche Antenne ist unter dem Namen Drehkreuzantenne bekannt. Allerdings tritt bei ihr die zirkuläre Polarisation weniger in Erschei- »ung, da - wenn die Antenne als Sendeantenne benutzt wird - die Empfänger ungefähr in der Ebene der vier die Antenne bildenden Strahler liegen, wo für den Empfänger die zirkuläre Polarisation nicht erkennbar ist. Vorgeschlagen ist allierdings bereits eine drehkreuzähnliche Antenne, bei der die zirkulär polarisierte Strahlung senkrecht zur Ebene der Strahler ausgenutzt wird (DBGM 6 91*f 736). Diese Antenne liefert jedoch eine gerichtete Strahlung, Ziel der Erfindung dagegen ist es, eine Rundstrahlantenne mit zirkulär polarisierter Strahlung zu schaffen. In diesem Zusammenhang ist eine Antenne bekannt, die als Strahler via? Dipole besitzt, die um eine gemeinsame vertikale Achse herum angeordnet sind und gegenüber dieser Achse um einen bestimmten Winkel geneigt sind (Jasik: Antenna Engineering Hand.Book, McCraw-Hill Book Company, Int., Abschnitt 17 - 12 und Figur 17 - 19).Such an antenna is known as a turnstile antenna. However, circular polarization is less of an issue with it. »Because - if the antenna is used as a transmitting antenna - the receiver lie approximately in the plane of the four radiators forming the antenna, where the circular polarization cannot be seen by the receiver. However, a turnstile-like antenna has already been proposed, in which the circularly polarized radiation is perpendicular to the plane of the Radiator is used (DBGM 6 91 * f 736). However, this antenna delivers directed radiation, the aim of the invention, however, is to provide an omnidirectional antenna to create with circularly polarized radiation. In this context, an antenna is known that is used as a radiator via? Has dipoles, which are arranged around a common vertical axis and are inclined by a certain angle with respect to this axis (Jasik: Antenna Engineering Hand.Book, McCraw-Hill Book Company, Int., Section 17-12 and Figures 17-19).

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m 2 ·» m 2 »

Der Aufbau dieser Antenne ißt ziemlich kompliziert, die Abmessungen der Antenne sind relativ groß und alle vier Strahler der Antenne müssen mit unterschiedlichen Phasen gespeist werden.The structure of this antenna is rather complicated, the dimensions of the antenna are relatively large and all four radiators of the antenna must be fed with different phases.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte und konstruktiv sehr einfache Antenne ohne die angegebenen Mangel zu schaffen, die im wesentlichen zikulare Polarisation, ein ungefähr rundes Horizontaldiagramm und eine gute Annäherung an ein fächerförmiges Vertikaldiagramm aufweist.The object of the invention is therefore to provide an improved and structurally very simple antenna to create without the specified shortcomings, which is essentially circular polarization, an approximately circular horizontal diagram, and a good approximation of a fan-shaped vertical diagram.

Die Lösung der Aufgabe ist durch die im ersten Anspruch gekennzeichnete Erfindung gegeben, deren Merkmale sich wie folgt zusammenfassen lassen: Die erfindungsgemäße Antenne für zirkulär polarisierte Strahlung enthält vier,vorzugsweise zylindrische Strahler, die alle bei derselben Frequenz in Resonanz sind. Zwei der Strahler haben ihre Achsen in einer vertikalen Ebene, und di© beiden anderen haben ihre Achsen in einer zweiten vertikalen Ebene, die auf der ersten senkrecht steht. Dabei stallen jeweils die beiden Strahler in derselben vertikalen Ebene senkrecht aufeinander. Alle Strahler sind von einem zentral angeordneten Speisepunkt weggerichtet und werden in der Weise gespeist, daß zwei miteinander in Phase sind uad die anderen beiden ebenfalls miteinander in Phase sind, aber in Phasenquadratur in Bezug auf di® ersten" beiden Strahler, wobei jeweils zwei Strahler, die in Phasenquadratur zueinander stehen, abwechselnd in senkrecht auf®inand©r stehenden vertikalen Ebenen liegen.The solution to the problem is characterized by that in the first claim Invention given, the features of which can be summarized as follows: Contains the antenna according to the invention for circularly polarized radiation four, preferably cylindrical, radiators, all of which are in resonance at the same frequency. Two of the emitters have their axes in one vertical plane, and the other two have their axes in one second vertical plane perpendicular to the first. Included stand the two spotlights perpendicular in the same vertical plane on each other. All radiators are directed away from a centrally arranged feed point and are fed in such a way that two are in phase with each other and the other two are also in phase with each other are in phase, but in phase quadrature with respect to the first "two" Radiators, with two radiators in each case, which are in phase quadrature to each other stand alternately in vertical planes that are perpendicular to each other.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgagenstandes werden ' die vier Strahler durch ein zentral angeordnetes Symmetrierglied gespeist, von welchem sie aufeinander senkrecht stehend wegweisen und unter einem Winkel von ^5° gegenüber der Senkrechten abwärts gerichtet sind. - .-...- . ■, ■ ,.,.:--:■ -<;,. „-— · - ■- In an advantageous further development of the invention fee, the four radiators are fed by a centrally arranged symmetrizing element, from which they point away from one another in a perpendicular manner and are directed downwards at an angle of ^ 5 ° with respect to the vertical. -.-...-. ■, ■,.,.: -: ■ - <;,. "-— · - ■ -

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Die Abmessungen der Antenne sind nicht kritisch. Eine bevorzugte Anordnung enthält vier zylindrische Strahler, deren Längen jwweils ungefähr ein Sechstel der Betriebswellenlänge betragen, wobei jeder StrahlerXreisquerschnitt mit einem Druchmesser von ungefähr einem Fünftel der Strahlerlänge aufweist. Experimentell konten mit einer Antenne mit folgenden Abmessungen gute Ergebmisse erzielt werden, wobei Λ die Betriebswellenlänge bedeutet:The dimensions of the antenna are not critical. A preferred arrangement includes four cylindrical radiators, each about one sixth of the operating wavelength in length, each Radiator X has a circular cross-section with a diameter of approximately one fifth of the radiator length. Experimental accounts with a Antenna with the following dimensions good results can be achieved, where Λ means the operating wavelength:

Strahlerlänge 0,16 /\ , Strahlerdurchmesser 0,032 λ, , Länge jeder Koaxialleitung vom Symmetrierglied zu jedem Strahler 0,012 "K .Radiator length 0.16 / \, radiator diameter 0.032 λ, length of each coaxial line from the balancing element to each radiator 0.012 "K.

Anhand der Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Figur 1 zeigt eine Draufsicht und Figur 2 eine Ansicht der Antenne, während Figur 3 das vertikale Strahlungsdiagramm darstellt.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with the aid of the figures explained. FIG. 1 shows a plan view and FIG. 2 shows a view of the antenna, while FIG. 3 shows the vertical radiation diagram.

In den Figuren 1 und 2 sind die Teile zur phasenrichtigen Speisung im Inneren der Strahler 2 und *f mit unterbrochenen Linien dargestellt. Der Erdboden ist in den Figuren 2 und 3 durch das Positionszeichen G gekennzeichnet.In Figures 1 and 2, the parts for in-phase supply are inside the radiators 2 and * f shown with broken lines. The ground is indicated in FIGS. 2 and 3 by the position symbol G marked.

Die gezeigte Antenne enthält vier ähnliche Strahler 1, 2, 3 und k, von denen jeder hohlzylindrisch ist. Die Strahler 1 und 3 liegen in einer vertikalen Ebene, während die Strahler 2 und k in einer anderen vertikalen Ebene liegen, die auf der erstgenannten senkrecht steht. Die Achsen der Strahler, die in derselben vertikalen Ebene liegen, -Strahler 1 und 3, bzw. Strahler 2 und k - stehen aufeinander senkrecht. Alle vier Strahler weisen von einem zentralen Speisepunkt weg, der vom oberen Ende eines Symmetriergliedes 5 gebildet wird.The antenna shown contains four similar radiators 1, 2, 3 and k, each of which is hollow cylindrical. The radiators 1 and 3 lie in a vertical plane, while the radiators 2 and k lie in another vertical plane which is perpendicular to the former. The axes of the radiators, which lie in the same vertical plane - radiators 1 and 3, or radiators 2 and k - are perpendicular to one another. All four radiators point away from a central feed point which is formed by the upper end of a balun 5.

Außerdem sind die vier Strahler mit einem Winkel von k$ gegenüber der Vertikalen vom zentralen Speisepunkt ausgehend nach unten gerichtet.In addition, the four radiators are directed downwards at an angle of k $ with respect to the vertical from the central feed point.

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Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, werden die Strahler 1 und *f gemeinsame gespeist, ewas ebenso für die Strahler 2 und 3 gilt. Die elektrische Speiseanordnung im Inneren der Strahler 2 und h bewirkt eine elektrische Phasenverschiebung von 90 , so daß die Strahler 1 und 3 in einer Phasenlage gespeist werden, die senkrecht auf der Phasenlage der Strahler 2 und k steht.As can be seen from FIG. 1, the radiators 1 and * f are fed jointly, something that also applies to the radiators 2 and 3. The electrical feed arrangement inside the radiators 2 and h causes an electrical phase shift of 90, so that the radiators 1 and 3 are fed in a phase position which is perpendicular to the phase position of the radiators 2 and k .

Da die Längsachsen der Strahler 1 und 3 miteinander einen Winkel von 90 bilden, innerhalb der vertikalen Ebene, in der sie liegen, würde das vertikale Strahlungsdiagramm der elektrischen Feldstärke im freien Baum nahezu keine Vorzugsrichtung aufweisen· Genau genommen hätte es im wesentlichen elliptische Form. Gleiches gilt für die Strahler 2 und Figur 3 zeigt das wahre vertikale Strahlungsdiagramm für die Strahler 1 und 3, die über dem Erdboden G angeordnet sind. Für die Strahler 2 und k_t die auf die gleiche Frquenz abgestimmt sind wi· die Strahler 1 und 3* jedoch in Phasenquadratur zu den Strahlern 1 und 3 gespeist werden, ergibt sich ein entsprechendes Strahlungsdiagramm. Wegen der Phasenquadratur erzeugen die vier Strahler zusammen genommen jedoch einen rotierenden elektrischen Feldstärkevektor, d.h. eine zirkuläre Polarisation.Since the longitudinal axes of the radiators 1 and 3 form an angle of 90 with each other, within the vertical plane in which they lie, the vertical radiation diagram of the electric field strength in the free tree would have almost no preferred direction. Strictly speaking, it would be essentially elliptical in shape. The same applies to the radiators 2 and FIG. 3 shows the true vertical radiation diagram for the radiators 1 and 3, which are arranged above the ground G. For the radiators 2 and k _t which are tuned to the same frequency, however, the radiators 1 and 3 * are fed in phase quadrature to the radiators 1 and 3, a corresponding radiation diagram results. Because of the phase quadrature, however, the four radiators taken together generate a rotating electric field strength vector, ie a circular polarization.

Die in Figur 2 gezeigten Abmessungen sind gewählt worden, um eine große Bandbreite zu ermöglichen.( X bedeutet die Betriebswellenlänge) Die Antenne wird von einem Koaxialkabel 7 gespeist, das zu dem Symmetrierglied 5 führt, so daß es leicht ist, die Antenne an ein 50- oder 75-Ohm-Speisekabel anzupassen.The dimensions shown in Figure 2 have been chosen to allow a large bandwidth. ( X means the operating wavelength) The antenna is fed by a coaxial cable 7 which leads to the balun 5 so that it is easy to connect the antenna to a 50 - or 75-ohm feeder cable.

Bas vertikale Strahlungsdiagramm kann den Erfordernissen dadurch angepaßt werden, daß die Höhe, der Antenne über dem Erdboden G verändert wird.The vertical radiation diagram can be adapted to the requirements by changing the height of the antenna above the ground G.

Die Antenne kann beispielsweise als Kurzwellen-Rundstrahl-Antenne benutzt werden.The antenna can, for example, be a shortwave omnidirectional antenna to be used.

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Claims

1) Antenna with circularly polarized radiation and with four radiators arranged around a vertical line with the same resonance frequency as one another, whereby the axes of two radiators lie in one of two vertical planes that are perpendicular to one another and the four radiators are fed in phase quadrature from a central feed point so that two opposite radiators are fed in phase, adjacent radiators have a phase difference of 90, characterized in that two radiators (1,3 or Zyk) located in one of the vertical planes enclose an angle of 90 °.

2) Antenna according to claim 1, characterized in that the four radiators (1 to h ) are fed by a centrally arranged balun (5) and extend from this downward in a direction which is inclined k5 ° with respect to the vertical

3) Antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the lengths of the radiators (1 to k) are approximately equal to one sixth of the operating wavelength (λ) and that each radiator (1 to k) is cylindrical and has a diameter of approximately one fifth having its length.

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