DE2138697C3

DE2138697C3 - Horizontally polarized sector or omnidirectional antenna

Info

Publication number: DE2138697C3
Application number: DE19712138697
Authority: DE
Inventors: Leonhard 8000 Muenchen Thomanek
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1971-08-03
Filing date: 1971-08-03
Publication date: 1979-03-29
Also published as: IT961496B; DE2138697A1; DE2138697B2

Description

Es sind horizontal polarisierte Ründstrahlantennen bzw. nur in einem Sektor der Horizontalebene abstrahlende Sektorstrahlantennen bekannt, die aus zwei oder mehreren zueinander senkrecht im Viereck um die Mastachse angeordneten Richtstrahlfeldern bestehen (»Neues von Rohde & Schwarz« Juni/Juli 1970, S. 29), Jedes Richtstrahlfeld besteht dabei jeweils aus mehreren vertikal übereinander angeordneten Dipol-Reflektor-Einheiten, wobei jede dieser Einheiten für sich jeweils wiederaufgebaut ist aus einem Reflektor und mindestens einem davor angeordneten Dipol. Das Horizontal-Diagramm dieser beispielsweise als Fernsehsendeantennen verwendeten Antennen ist infolge störender Interferenz vor allem im Bereich der Winkelhalbierenden zwischen den Richtstrahlfeldern meist relativ stark aufgezipfelt In F i g. 9 ist ein solches stark aufgezipfeltes Horizontaldiagramm I einer bekannten Rundstrahlantenne mit vier um den Mast herum verteilt angeordneten Richtstrahlfeldern dargestellt. Daraus ergibt sich, daß beispielsweise bei einem horizontalen Winkel ψ = 21° eine starke Einsattelung durch vektorielle Subtraktion der Strahlungskomponenten auftritt. Diese relativ starken Einsattelungen des Horizontaldiagrammes treten auch dann noch auf, wenn die bekannte Drehfeld-Phasenspeisung mit in Richtung auf die Winkelhalbierende versetzten Queiipunkten der Richtstrahlfelder angewendet wird (Rohde & Schwarz Mitteilungen Nr. 9, November 1957, S. 86—95 und DE-PS 10 24 587). Es ist auch bekannt, die einzelnen Richtstrahlfelder gegeneinander 'im 90° zu verdrehen und den Mast nicht mehr als viereckigen Tragmast in der Mitte der Richtstrahlfelder anzuordnen, sondern diesen als gekreuzten Mast auszubilden, an dessen von der Mastachse radial nach außen abstehenden Mastteilen die um 90° gegeneinander verdrehten Richtstrahlfelder befestigt sind (FR-PS 13 87 182). Damit soll es möglich sein, auch bei Antennen für höhere Frequenzen den nötigen möglichst geringen Abstand der Quellpunkte der Richtstrahlfelder herzustellen und trotzdem eine ausreichende Maststabilität zu erreichen. Auch bei dieser bekannten Anordnung ist eine starke Aufzipfelung des Horizontaldiagrammes zu erwarten, zumal nier auch noch hinzukommt, daß in Abstrahlrichtung unmittelbar neben jedem einzelnen KLhtstrahlfeld die Mastwand bzw. der Reflektor der benachbarten Richtstrahlfelder zu liegen kommt und so eine erhebliche Störung des Abstrahldiagrammes jedes einzelnen Richtstrahlfeldes zu befürchten ist.There are horizontally polarized round beam antennas or sector beam antennas radiating only in one sector of the horizontal plane known, which consist of two or more directional beam fields arranged perpendicular to each other in a square around the mast axis ("News from Rohde &Schwarz" June / July 1970, p. 29), Each directional beam field consists of several dipole-reflector units arranged vertically one above the other, each of these units being rebuilt from a reflector and at least one dipole arranged in front of it. The horizontal diagram of these antennas, which are used, for example, as television transmission antennas, is mostly pointed relatively sharply due to disruptive interference, especially in the area of the bisector between the directional beam fields. 9 shows such a strongly pointed horizontal diagram I of a known omnidirectional antenna with four directional beam fields distributed around the mast. It follows from this that, for example, at a horizontal angle ψ = 21 °, a strong dip occurs due to vectorial subtraction of the radiation components. This relatively strong dip in the horizontal diagram also occurs when the known rotating field phase feed is used with the directional beam fields offset in the direction of the bisector (Rohde & Schwarz Mitteilungen No. 9, November 1957, pp. 86-95 and DE- PS 10 24 587). It is also known to rotate the individual directional beam fields against each other by 90 ° and to no longer arrange the mast as a square support mast in the middle of the directional beam fields, but to design it as a crossed mast, on whose mast parts protruding radially outward from the mast axis the by 90 ° ° mutually twisted directional beam fields are attached (FR-PS 13 87 182). This should make it possible to produce the necessary smallest possible distance between the source points of the directional beam fields, even with antennas for higher frequencies, and still achieve sufficient mast stability. With this known arrangement, too, a strong peaking of the horizontal diagram is to be expected, especially since there is also the fact that the mast wall or the reflector of the adjacent beam fields comes to lie in the direction of emission directly next to each individual beam field and thus a considerable disturbance of the beam diagram of each individual beam field is to be feared.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Antenne der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so auszubilden, daß bei deren Horizontaldiagramm eine störende Aufzipfelung weitgehendst beseitigt ist.It is the object of the invention to design an antenna of the type mentioned in the preamble of claim 1 in such a way that that an annoying peaking is largely eliminated in their horizontal diagram.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Antenne laut Oberbegriff des Hauptanspruches erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale dieses Hauptanspruches gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antenne ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is based on an antenna according to the invention according to the preamble of the main claim solved by the characterizing features of this main claim. Further advantageous refinements of the antenna according to the invention emerge from the subclaims.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß die sich durchdringenden Dipol-Reflektor-Einheiten sich so lange nicht gegenseitig beeinflussen und keine störenden Interferenzen hervorrufen können, als die Dipole senkrecht zueinanderstehen. Solange diese Forderung eingehalten wird, ist es möglich, die Quellpunkte der einzelnen DipoUReflektor=Einheiten bezüglich der gemeinsamen Mästachse näher beieinander anzuordnen, als dies bei den bekannten Anordnung gen möglich war. Auf diese Weise werden tiefe Einsattelungen im Horizontaldiagramm weitgehendst reduziert, wie dies der Diagrammverlauf II nach F i g. 9 für eine erfindungsgemäße Antenne zeigt und wonach nur noch geringfügige Einsattelungen von etwa —2 dBThe invention makes use of the knowledge that the penetrating dipole reflector units as long as they cannot influence each other and cause no disruptive interference than the Dipoles are perpendicular to each other. As long as this requirement is met, it is possible to use the Source points of the individual DipoUReflektor = units to be arranged closer together with respect to the common mast axis than in the known arrangement gen was possible. In this way, deep depressions in the horizontal diagram are as great as possible reduced, as shown in diagram II according to FIG. 9 shows for an antenna according to the invention and according to what only slight dips of about -2 dB

oder weniger auftreten. Ein ideales Rundstrahldiagramm mit praktisch überhaupt keinen Einsattelungen würde erreicht werden, wenn die Quellpunkte der senkrecht zueinanderstehenden Dipol-Reflektor-Einheiten unmittelbar auf der Mastachse Hegen würden. Dies ist praktisch jedoch nicht realisierbar und die optimalen Verhältnisse werden deshalb im Idealfall dann erreicht, wenn gegenüberliegende Reflektoren unmittelbar mit der Rückseite aneinanderliegen und kein Mast in der Mitte vorgesehen ist.or less occur. An ideal omnidirectional diagram with practically no dip at all would be achieved if the source points of the perpendicular dipole reflector units would cherish directly on the mast axis. However, this is practically not feasible and the optimal conditions are therefore ideally achieved when opposing reflectors are directly next to one another with the back and no mast is provided in the middle.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutertThe invention is explained in more detail below with the aid of schematic drawings of exemplary embodiments explained

Die F i g. 1,3,5 und 7 zeigen jeweils die Seitenansichten einer erfindungsgemäßen Rundstrahlantenne. Der Einfachheit halber sind hierbei jeweils nur zwei vertikal übereinanderliegende Dipol-Refiektor-Einheiten je Richtstrahlfeld dargestelltThe F i g. 1, 3, 5 and 7 show the side views, respectively an omnidirectional antenna according to the invention. For the sake of simplicity, only two are vertical here Dipole reflector units lying on top of one another are shown for each directional beam field

Die F i g. 2, 4, 6 und 8 zeigen jeweils die zugehörigen Grundrisse.The F i g. 2, 4, 6 and 8 show the associated ones, respectively Floor plans.

Die erfindungsgemäße Rundstrahlantenne nach den F ι g. 1 und 2 besteht aus vier symmetrisch um die Vertikalachse eines Mastes angeordneten Richtstrahlfeldern. Jedes Richtstrahlfeld besteht aus mehreren vertikal übereinander angeordneten Dipol-Reflektor-Einheiten. Die Dipole D jeder Einheit sind über Stützen 5 in einem Abstand von etwa 0,25 A an dem zugehörigen Reflektor R befestigt Die Länge der Dipole D, ihr Schlankheitsgrad und auch die horizontale Breite Ädes Reflektors R ist in bekannter Weise nach der gewünschten Halbwertsbreite, die vorzugsweise 50% beträgt, gewählt In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Dipole D verkürzte Ganzwellendipol von etwa 0,7 bis 0,9 λ Länge. Die vertikale Höhe H jedes Reflektors R ist etwa zwischen 0,25 und 0,45 A gewählt Die horizontale Breite B jedes Reflektors R ist etwa zwischen 0,5 und 1,5 λ gewählt, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen A und 1,3 A. Die einzelnen Dipole D jedes Richtstrahlfeldes sind in einem gegenseitigen vertikalen Abstand von etwa 0,52 bis 0,92 λ angeorunet Die Lücke Z zwischen vertikal übereinander angeordneten Reflektoren R jedes Richtstrahlfeldes ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel damit etwa 0,27 bis 0,45 A hoch.The omnidirectional antenna according to the invention according to FIGS. 1 and 2 consists of four directional beam fields arranged symmetrically around the vertical axis of a mast. Each directional beam field consists of several dipole reflector units arranged vertically one above the other. The dipoles D of each unit are at a distance of about 0.25 A to the associated reflector R mounted on supports 5 The length of the dipoles D, its aspect ratio and the horizontal width Aedes reflector R in a known manner according to the desired half-value width is preferably 50%, selected. In the exemplary embodiment shown, the dipoles D are shortened full-wave dipoles of approximately 0.7 to 0.9λ in length. The vertical height H of each reflector R is selected approximately between 0.25 and 0.45 A. The horizontal width B of each reflector R is selected approximately between 0.5 and 1.5 λ, in the embodiment shown between A and 1.3 A . The individual dipoles D of each directional beam field are at a mutual vertical distance of about 0.52 to 0.92 λ angeorunet The gap Z between vertically superposed reflectors R each directional beam field is in the shown embodiment, so that about 0.27 to 0.45 a high.

Die einzelnen Reflektoren R mit den zugeordneten Dipolen D der senkrecht zueinanderl'egenden Richtstrahlfelder derart vertikal gegeneinander versetzt und so ineinander verschachtelt, daß die Mittelpunkte der Dipole, also die Quellpunkte, der einzelnen Dipol-Reflektor-Einheiten, auf einen Radius r gegenüber der Mastachse A zu liegen kommen, der wesentlich kleiner ist als die halbe Breite B der Reflektoren R und vorzugsweise auch kleiner als die Länge der Dipole D. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser Radius r nur 038 A groß. Die Reflektoren R des einen Richtstrahlfeldes kreuzen also in den Lücken Z die Reflektorebene des anderen Richtstrahlfeldes, gleiches g'lt für die Dipole U, wie dies die Draufsicht nach F i g. 2 zeigt. Die Reflektoren R sind in dem gezeigten !Beispiel bis auf einen gegenseitigen Abstand von 0,2 A zusammengerückt.The individual reflectors R with the associated dipoles D of the mutually perpendicular directional beam fields are vertically offset from one another and so nested in one another that the center points of the dipoles, i.e. the source points, of the individual dipole-reflector units, are on a radius r with respect to the mast axis A. come to lie, which is significantly smaller than half the width B of the reflectors R and preferably also smaller than the length of the dipoles D. In the embodiment shown, this radius r is only 038 A large. The reflectors R of one directional beam field therefore cross the reflector plane of the other directional beam field in the gaps Z , the same applies to the dipoles U, as is the case with the top view of FIG. 2 shows. In the example shown, the reflectors R are moved together to a mutual distance of 0.2 A.

Mit einer solchen Rundstrahlantenne ist damit ein Rundstrahldiagramm II nach Fig,9 erzielbar, bei dem die Einsattelungen nicht größer als 2 dB sind.With such an omnidirectional antenna, an omnidirectional diagram II according to FIG. 9 can be achieved in which the dip is not greater than 2 dB.

F i g. 3 und 4 zeigen ein weiteres AusführungsbeispielF i g. 3 and 4 show a further embodiment

einer erfindungsgemäßen Rundstrahlantenne, und zwar wird zusätzlich zu der erfindungsgemäß vorgesehenen Oberkreuzung der einzelnen Dipol-Reflektor-Einheiten noch die bekannte eingangs erwähnte Drehfeld-Phasenspeisung angewendetan omnidirectional antenna according to the invention, in addition to that provided according to the invention Crossing of the individual dipole reflector units also the known rotating field phase supply mentioned at the beginning applied

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig.5 und 6 sind die Reflektoren R1 der einen sich gegenüberliegenden Richtstrahlfelder in Richtung auf die gemeinsame Mastachse A weiter nach innen verschoben als die Reflektoren R 2 der dazu senkrecht stehenden anderen Richtstrahlfelder. Die Quellpunkte der Dipole D1 liegen hierbei auf einem Radius r = 0,3 A, während die Quellpunkte der Dipole D 2 auf einem Radius r = 0,65 A liegen. Trotzdem durchdringen und kreuzen sich auch bei dieser Rundstrahlantenne die einzelnen Reflektoren Λ 1 und R 2, und auch damit sind Rundstrahldiagramme mit minimalen Einsattelungen erziel'. >.r, obwohl die Dipole D ί und D 2 sich hier nicht kreuzen.In the embodiment according to FIGS. 5 and 6, the reflectors R 1 of one of the opposite directional beam fields are shifted further inward in the direction of the common mast axis A than the reflectors R 2 of the other directional beam fields perpendicular thereto. The source points of the dipoles D 1 lie on a radius r = 0.3 A, while the source points of the dipoles D 2 lie on a radius r = 0.65 A. Nevertheless, in this omnidirectional antenna, too, the individual reflectors Λ 1 and R 2 penetrate and intersect, and omnidirectional diagrams with minimal indentations are thus also achieved. > .r, although the dipoles D ί and D 2 do not cross here.

Bei dieser Anordnung nach den F i g. 5 und 6 können die Dipole Di und D 2 mit einer Phasendifferenz von 90° gespeist werden und trotzdem wird längs der Winkelhalbierenden zwischen den Feldern eine gleichphasige Addition der Strahlungsanteile bewirkt so daß optimal günstige Rundstrahldiagramme erreicht werden. With this arrangement according to FIGS. 5 and 6, the dipoles Di and D 2 can be fed with a phase difference of 90 ° and nevertheless an in-phase addition of the radiation components is effected along the bisector between the fields so that optimally favorable omnidirectional patterns are achieved.

Die F i g. 7 und 8 zeigen schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Enden der Reflektoren des einen Richtstrahlfeldes unmittelbar als Stützen für die Dipole des dazu senkrecht stehenden Richtstrahlfeldes ausgenutzt werden. Die Reflektoren A3 und A4 sind an ihren Enden abgerundet oder abgeschrägt sich verschmälernde Bleche und die Dipole D 4 sind unmittelbar an den Enden der Reflektoren /?3 und die Dipole D 3 an den Enden der Reflektoren A4 befestigt. Auch hier kreuzen sich wieder die einzelnen Reflektoren R 3 und RA, wie dies die Draufsicht nach F i g. 8 zeigt Der gegenseitige Abstand der einzelnen Reflektoren R 4 und R 3 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel 0,5 A und die Quellpunkte der Dipole liegen auf einem Radius r = 0,52 A.The F i g. 7 and 8 finally show an embodiment in which the ends of the reflectors of one directional beam field are used directly as supports for the dipoles of the directional beam field that is perpendicular thereto. The ends of the reflectors A3 and A4 are rounded or beveled, narrowing sheets and the dipoles D 4 are attached directly to the ends of the reflectors / 3 and the dipoles D 3 to the ends of the reflectors A4. Here, too, the individual reflectors R 3 and RA cross again, as shown in the top view according to FIG. 8 shows the mutual spacing of the individual reflectors R 4 and R 3 is 0.5 A in the exemplary embodiment shown and the source points of the dipoles lie on a radius r = 0.52 A.

Die Speisung der Dipole bei den dargestellten Ausführungsbeispielen kann in bekannter Weise entweder über symmetrische Leitungen, die in der Mitte der Dipole zugeführt werden, oder über koaxiale Speiseleitungen in den Stützen (Hohlarmeinspeisung) erfolgen.The feeding of the dipoles in the illustrated embodiments can either be in a known manner via symmetrical lines, which are fed in the middle of the dipoles, or via coaxial feed lines in the supports (hollow arm feed).

Auch alle übrigen bekannten Speiseanordnungen sind anwendbar. Die Reflektoren können aus Blechen oder Gittern hergestellt sein. Es ist vorteilhaft, im Sinne der Fig. 1 die einzelnen Reflek'.oren /?der Dipol-Reflektor-Einbeit'-.i eines Feldes in der Mitte über Stege T zusammenhängend auszuführen, so daß einzelne Feldpr mit zwischen den Dipolen vorgesehenen Reflek or-Einschnitten entstehen, die dann im Sinne der Erfindung an Ort und Stelle am Mast in der vorgeschlagenen gegenseitigen Vertikal Versetzung und Verzahnung befestigt werden.All other known feed arrangements can also be used. The reflectors can be made of metal sheets or grids. It is advantageous, in the sense of FIG. 1, to design the individual reflectors / "the dipole reflector units" -. I of a field in the middle via webs T so that individual fields with reflectors provided between the dipoles - Incisions arise, which are then fixed in place on the mast in the proposed mutual vertical offset and interlocking within the meaning of the invention.

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Horizontally polarized sector or omnidirectional antenna with at least two, in particular four, directional beam fields arranged perpendicular to each other in a square around the mast axis, each consisting of several vertically stacked units consisting of a reflector and at least one dipole arranged in front of it, characterized in that m in each case at least one of horizontally adjacent dipole reflector units has moved so close to the mast axis (A) that the reflectors (R) of these adjacent units cross in plan.

2. Antenna according to claim 1, characterized in that the horizontally adjacent units are additionally arranged vertically offset from one another.

3. Antenna according to claim 2, characterized in that the units of a directional beam field each in the middle between the units of the adjacent directional beam field, which is perpendicular to it lie.

4. Antenna according to one of claims 2 or 3, characterized in that both horizontally adjacent units are pressed so close to the mast axis (A) that not only the reflectors (R), but also the dipoles (D) of this Cross units in plan.

5. Antenna according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least some reflectors (R) of the Dipc'-Reflei <or units of a directional beam field are combined to form a coherent reflector surface (connecting web T).

6. Antenna according to one of claims 1 to 5, characterized in that the dipoles (D) from the mast axis (A) have a distance (r) which is equal to or less than half the horizontal width (B) * o of the reflector (R).

7. Antenna according to one of claims 1 to 6, characterized in that the vertical height (H) of the reflector (R) of each unit is chosen not to be greater than half the vertical distance between vertically successive dipoles (D) of the directional beam field.

8. Antenna according to one of claims 2 to 7, characterized in that the dipoles (D) from the mast axis (A) have a distance (r) which is smaller than half the length of the dipoles (D).

9. Antenna according to claim 1, characterized in that the dipoles (D 3, D 4) of one unit are attached directly to the ends of the reflector (R 3, R 4) of the adjacent unit lying in the same horizontal plane (F i g. 7 and 8).

10. Antenna according to claim 9, characterized in that the vertical height (H) aer reflectors (R 3, R 4) decreases towards the dipole attachment points (Fig. 7).