Antennenanordnung. Die vorliegende Erfindung betrifft eine #Intennenanordnung, insbesondere eine Sende- antennenanordnun-. Sie hat zum Ziel einer seits dem Strom und der Spannung längs der Antenne durch besondere Ausbildung dersel ben eine gewünsehte Verteilung zu geben und anderseits mindestens bei einer Anzahl Aus- fülirungsbeispielen eine Rauhreifbildung wei- fest-ehend zu verhindern oder mindestens den seli.idliehen Einfluss einer etwaigen
Rauhreif- bildung auf das Strahlungsdiagramm der An tenne zu verringern.
Die erfindungsgemässe Antennenanord nung ist dadurch -ekennzeiehnet, dass sie einen einen Hohlraum um--renzenden, elek- triseli seliwingenden Leiter aufweist, in dessen Innerem sieh mindestens ein zweiter Leiter befindet, wobei die zwei Leiter an einem Ende miteinander gekoppelt sind Lind wobei ein Iloehfrequenzgerät mit mindestens einem dieser Leiter in einem vom -enannten Ende fernen Punkt gekoppelt ist.
<B>Z"</B> Einige Ausführungsbeispiele der Erfin dung- werden. ini, folgenden an Hand der bei- Zeiebnun- ausführlich beschrieben. In dieser Zeielinung zeigt:
Fi-. <B>1.</B> bis<B>6</B> verschiedene Anordnungen mit Dipolantennen, Fig. <B>7</B> bis<B>11</B> einige Anordnungen mit ver-' tikalen Mastantennen, Fig. 12 verschiedene Strahlungsdiagramme, Fig. <B>13</B> und 14 zwei weitere Anordnungen mit Dipolantennen und Fig. <B>15</B> und<B>16</B> zwei weitere Anordnungen mit Mast- oder Turmantennen.
Wie aus Fig. <B>1</B> ersichtlich, besteht das dar gestellte Dipolelement aus zwei äussern,<B>je</B> einen Hohlraum umgrenzenden Leitern<B>1-0-1</B> Lind lOB, die beispielsweise aus einem einzigen Rohr<B>10</B> bestehen, aus den innern Leitern<B>11</B> und 12, die von einer Stelle in der Nähe der Mitte des Rohres<B>10</B> aus diesem Rohr<B>10</B> her ausführen und ferner aus den kapazitiven mit den äussern Enden der Leiter<B>11</B> bzw. <B>12</B> ver bundenen Elementen<B>13</B> und 14. Die Antenne wird über eine erdsymmetrisehe Übertragungs leitung<B>15</B> aus einer Hoehfrequenzquelle <B>16</B> gespeist.
Um die der Antenne zugeführte Energie einzustellen, ist ein Übertragungs- leitungsabsehnitt <B>17</B> mit einem Kurzschluss- stab <B>1.8</B> mit den Leitern<B>11</B> und 12 verbunden, wobei die -rbertragl-ingsleitun,- <B>15</B> zwischen dem Kurzsehlussstab und den Leitern ange schlossen ist. Wenn die Speiseleitung zur An tennenanlage jedoch mit einem Regulierun,-s- glied versehen ist, kann diese Kopplungsan ordnung selbstverständlich ausgelassen wer den.
Es wurde festgestellt, dass, wenn das Rohr <B>10</B> praktisch eine halbe Wellenlänge (2/2) lang ist, die durch die voll ausgezogene Kurve <B>19</B> dargestellte Spannungsverteiluno- erhalten wird. Die entsprechende Stromverteilung, Kurve<B>19,</B> ist mit gestriehelten Linien darge stellt. Dies kann wie folgt erklärt werden: der den einzelnen Leitern<B>11</B> und 12 zugeführte Strom hat eine entgegengesetzte Phase, so dass n infolge der 'kapazitiven Elemente<B>13</B> und 14 Wanderwellen entgegengesetzter Polarität im äussern Leiter induziert werden, die sieh in entgegengesetzten Richtungen fortpflanzen (siehe Pfeile 20 und 21).
Die Wanderwellen stossen in der Antennenmitte zusammen, und da. sie praktisch gleiche Amplitude und ent- gegengesetzte_ Phase aufweisen, heben sie sieh gegenseitig auf, so dass der Strom in der Antennenmitte null ist. Wenn das Rohr<B>10</B> mehr als eine halbe Wellenlänge lang ist (z. B. die Leiter<B>10A</B> und 10B<B>je ></B> A/4 und <B>></B> #/2 sind), erhält man die Spannungsvertei lung gemäss der ausgezogenen Kurve 22. Diese Kurve hat einen Spannluigsba-Lieh in der An tennenmitte und Nullstellen in einer Entfer nung von einer Viertelwellenlänge von der Antennenmitte.
Man erkennt, dass, obwohl eine günstige Stromverteilung vorhanden ist (gestrichelte Kurve 22'), die Antenne an den Enden eine erhebliche Spannung aufweist. Es sind daher verhältnismässig grosse (nicht dargestellte) Isolatoren notwendig, -Lun die Elemente<B>13</B> und 14 vom Rohr<B>10</B> zu iso lieren.
Die Anordnung nach Fig. 2 zeigt eine ähnliche Konstruktion wie die nach Fig. <B>1</B> mit der Ausnahme, dass statt eines einzelnen durchgehenden Rohres<B>10</B> die zwei Leiter<B>10A</B> und 10B durch ein Isolierstück<B>23</B> voneinan der isoliert sind. Es gibt infolge der isolierten Anordnung der beiden Teile keine vollstän dige Aufhebung der beiden Wanderwellen in der Mitte. Man beachte in diesem Zusam menhang die Stromkurven<B>21A</B> und 21B und die entsprechende ausgezogene Spannungs kurve. Diese Anordnung benötigt eine iso lierte Befestigung der Antenne in der Mitte, welche eine erhebliche Spannung aushalten muss.
Die Anordnung nach Fig. <B>3</B> vereinigt die Vorteile der Stromverteilung des Dipols nach Fig. 2 mit der besseren mechanischen Ausbil dung der Antenne nach Fig. <B>1.</B> Die An tennenanordnung entspricht der nach Fig. <B>1,</B> wobei jedoch an beiden äussern Enden des Leiters<B>10 je</B> ein weiterer Mantel 24 bzw. <B>25</B> in einem Abstand vom Leiter<B>10</B> angebracht ist. Die Mäntel sind galvanisch mit dem Rohr <B>10</B> an dessen Enden verbunden, so dass kein Isolator in der Mitte notwendig ist.
Die äussern Mäntel 24 und<B>25</B> brauchen keine vollen Röhren zu sein, sondern können lediglich aus einigen rund -um das Rohr<B>10</B> angeordneten Drähten bestehen, welche an einem Ende an dem Rand des Rohres befe stigt sind.
Die äussern Leiter können von beliebiger Länge sein und brauchen sich nicht bis zur Mitte des Rohres<B>10</B> zu erstrecken (Fig. <B>3).</B> Sie können, wie in Fig. 4 gezeigt ist,'sieh nur über einen Teil der Länge des Rohres<B>10</B> er strecken. Die Stromverteilung dieser Anord nung geht aus den gestriehelten Kurven 22.:1 und 22B hervor. Die Spannungsverteilung in Fig. <B>3</B> ist ähnlich der ausgezogenen Kurve 22 und die von Fig. 4 ist ungefähr gleich der ausgezogenen Kurve<B>19.</B>
Die in den Fig. <B>1, 3</B> und 4 gezeigten Di- polelemente können auf einfache Weise auf einen Mast befestigt werden, wie in Fig. <B>5</B> dargestellt ist. Die äussern Leiter bestehen hier aus den beiden Leitern<B>10C</B> und 10A welche mit dem Metallmast<B>30</B> galvanisch und mechanisch eine Einheit bilden. Die Energie quelle<B>16</B> speist die Antenne über ein Leiter paar<B>15,</B> das unmittelbar an eine den Mast<B>30</B> abschliessende Metallseheibe angebracht sein kann.
Der Kurzschlussstab <B>31</B> kann derart ein gestellt werden, dass die -CbertragungsleitLing <B>15</B> an der Anschlussstelle der innern Leiter <B>11</B> und 12 bzw. der kurzen Verbindungslei- t-Luigen <B>32</B> und<B>33,</B> einen Spannungsbauch aufweist.
Statt der kapazitiven Kopplangs- elemente am Ende der Leiter<B>11</B> und 12 sind bei der Antenne nach Fig. <B>5</B> die Spulen<B>13A</B> bzw. 14-4 vorgesehen, die einerseits mit den Leitern<B>11</B> bzw. 12 und anderseits mit dell Leitern 10C bzw. 10D verbunden sind.
Die dargestellte Dipolanordnung benötigt prak tisch keine Isolierteile mit Ausnahme der Iso- lierkappen 34 und<B>35,</B> welche als Wettersehutz über den Kopplungsspulen<B>13A</B> und 14-4 sowie über den offenen Enden der Leiter 10C und<B>10D</B> angeordnet sind. Eine beliebige Anzahl dieser Elemente kann für eine ge- wünsehie Riehtwirkung an den Mast ange bracht werden.
Es wurde festgestellt, dass die Antennen- ebarakteristik der Antennenordnung nach Fig. <B>5</B> durch Eisbildung nicht beeinflusst wurde. Bei einem Versuch wurde gefunden, dass souar in Extremfällen, bei welchen die el ganze Antennenanordnung von einem Eis- bloek umgeben war, der<B>10</B> ein grösser als die Antennenelemente war, keine merkliche Be einflussung der Strahlungseharakteristik her vorgerufen wurde.
In Fig. <B>6</B> ist eine Antennenanordnung mit Elementen gemäss Fie-. <B>5</B> dargestellt. Diese Elemente sind jedoch mit kapazitiven Kopp lungsteilen<B>13</B> und 14 statt mit den Spulen nach Fig. <B>5</B> versehen. Bei dieser Anordnung ist es möglich, die ausgestrahlte Energie der einzelnen Elemente zu variieren, indem ledig- lieh die Kopplungsstellen der kurzen Kopp lungsleiter<B>32</B> und<B>33</B> auf den Abschnitten <B>17</B> verschoben werden.
Auch diese Anordnung hat äusserst günstige Strahlungseigensehaften und benötigt nicht die geringste Isolierung. Es kann auch eine andere Strahlungsvertei lung erhalten werden, indem äussere koaxiale Leiterteile, wie beispielsweise die Teile 24 und<B>25</B> der Fig. <B>3</B> und 4, auf den Dipolele- inenten der Fig. <B>5</B> und<B>6</B> angebracht werden. Diese äussern Leiterteile 24 und<B>25</B> können an einer mittleren Stelle des Rohres<B>10</B> ange bracht. werden, wobei nur die Bedingung be steht, (lass zweeks Erhaltung einer günstigen Strahlung die offenen Enden dieser äussern Leiter gegen die Antennenmitte zeigen.
Die an Hand der Fit-.<B>1</B> bis<B>6</B> besehriebe- neu Dipolanordnungen können auf einfache Weise als Mastantennen verwendet werden, wobei nur eine Dipolhälfte verwendet wird, während die andere Hälfte als unter der Erde gespiegelt angenommen werden kann. Fig. <B>7</B> zeigt eine Mastanordirung, bei der die Hoch- frequenzquelle 40 über die Übertragungs leitung 41 mit dem kapazitiven Element 42 verbunden ist. Dieser Leiter 41 verläuft im Innern des leitenden Mastes 43, welcher un mittelbar auf der Erdoberfläche steht.
Der Leiter 41 verläuft von einer untern Stelle des _NIastes 43 bis über denselben hinaus. Die Strom verteilung dieser Anordnung geht aus der Kurve 44 hervor. Man erkennt, dass der Welleilbaueh an der Erde liegt und dass die Antenne aus diesem Grunde für Rundfunk zwecke meistens nicht geeignet ist.
Eine günstigere Verteilung wird bei der Anordnung nach Fig. <B>8</B> erhalten, wo der lei tende Mast 43 von Isolatoren 45 getragen wird. Diese Anordnung hat jedoeli den Nach teil, dass der schwere Mast 43 auf Isolatoren <B>-</B> stellt werden muss und daher verbältnis- ge mässig kostspielig -wird. Die Stromverteilung- zeigt die Kurve 44.
Die Fig. <B>9</B> zeigt eine verbesserte Mastan tenne, bei welcher der einen Hohlraum inn grenzende Leiter 47 als Reusse ausgebildet ist <B>m</B> und aus einer Anzahl um den Mast 43 herum- gespannter Drähte 47 besteht, welche oben an dem Mast befestigt sind. Es können hier ein- faehe Zugisolatoren 48 verwendet werden, welche nicht das ganze Gewicht des Mastes zu tragen brauchen wie bei den Antennen nach Fig. <B>8,</B> da in diesem Falle die Drähte 47 für die Strom- und Spannungsverteilung, massgeblich sind und nicht der Mast 43, der sogar aus Holz oder Ziegeln bestehen könnte. Die Kurve 44 zeigt die Stromverteilung.
Die Antenne nach Fig. <B>10</B> ist ähnlich aufgebaut mit der Ausnahme, dass die, äussere Leiter anordnung sieh nur eine kurze Strecke<U>gegen</U> die Erde erstreckt. Es ergibt sieh hier eine bessere Stromverteilung (Kurve 44) als bei der Anordnung nach Fig. <B>9,</B> was für sehwundmindernde Antennen erwünseht sein kann.
Die Antenne nach Fig. <B>11</B> ist mit äussern Leitern 47 versehen, die an einer Stelle unter halb der Mastspitze 43 befestigt sind und die über Impedanzen<B>50</B> (nur eine gezeigt) mit der Erde verbunden sein können. Es ist noch ein Blitzableiter<B>51</B> vorgesehen, der sieh über der Platte 43 erstreckt und unmittelbar mit dem geerdeten Mast 43 verbunden ist.
Es wurde festgestellt, dass bei Verwen dung einer Antenne mit grossem Aussenleiter- durehmesser die Antenneneharakteristik mi wünschen übriglässt. Die Ursache dieser Abweichungen im Strahlungsdiagramm wird an Hand der Fig. 12, welche verschie dene Strahlungsdiagramme zeigt, ausführlieh erklärt werden. Das Strahlungsdiagramm eines Strahlers mit grossem Durchmesser ist von einem mit kleinerem Durchmesser sehr -unterschiedlich.
Obwohl ein solcher Strahler mit grossem Durchmesser den Vorteil hat, einen grossen Strahlungswiderstand Lind weni ger Verluste aufzuweisen, sind keine scharfen Minima und Nullstellen vorhanden wie im Falle eines dünnen Strahlers.
Diese Erscheinung wird in der Fig. 12 an Hand eines Dipolstrahlers mit den beiden Ele menten<B>50</B> und<B>51</B> betrachtet, wobei jedes dieser Elemente<B>50</B> und<B>51</B> etwas länger als eine halbe Wellenlänge ist. Die das Strah lungsdiagramm für jede Dipolhälfte erzeu gende Strahlung wird durch zwei Spannungs wellen hervorgerufen, von denen die eine sich gegen aussen fortpflanzt und die andere von den Enden reflektiert und gegen die Mitte des Dipols wandert.
Wir verweisen in diesem Zu sammenhang auf den Artikel<B> A</B> Discussion of Methods Employed in Caleulations of the Eleetromagnetie Field of Radiating Cond-Lie- tors von<B>A.</B> Alford in der Zeitschrift Elee- trical Communication Juli<B>1936,
</B> Nr. <B>1,</B> Band <B>15,</B> in welchem ein Verfahren zur Berechnung des elektromagnetischen Feldes eines strahlen den Leiters unter Berücksichtigung von Wan derwellen ausführlich erläutert -wurde.
Die Strahlungsdiagramme in der linken Kolonne der Fig. 12 werden von äusserst dün nen Strahlern und die in der rechten Kolonne von Strahlern mit grösserem Durchmesser her vorgerufen. Man erkennt, dass die Diagramme fi und f2 des Beispiels<B>A</B> für einen Strahler mit dem theoretischen Durchmesser Null iden tisch sind den Diagrammen Fi und F2 eines Strahlers mit grossem Durchmesser, -wenn man nur die nach aussen laufende Spannungswelle berücksichtigt.
Die von den rückwärts reflek tierten Wellen in den dünnen Strahlern her vorgerufenen Strahlungsdiagramme<B>bi,</B> b2 des Beispiels B sind Rellektionen -von fi, <B>f2,</B> während die von den rückwärts reflektier ten Wellen hervorgerufenen Strahlungsdia- gramme Bi und B2 der Strahler mit grossem Durchmesser viel kleiner sind.
Diese Er scheinung wird durch den geringeren Strah lungswiderstand dieser Strahler hervorge rufen, da im Strahler grossen Driiehmessers eine erhebliche Energiemenge durch Strah lung verloren geht, so dass die reflek-tierte Welle eine viel kleinere Amplitude hat als die Vorwärtswelle. Züi der Fig. 1.2 zeigen die Diagrammgrössen die relative Signalstärke an.
Wenn die durch die Vorwärts- und Rück- wärtswellen hervorgerufenen Strahlungsdia gramme kombiniert werden, wie im Beispiel<B>C</B> in Fig. 12, resaltiert für den dünnen Strah ler ein symmetrisches Diagramm ei, c2, für den Strahler grossen Durchmessers jedoch sind die beiden Hälften des Strahlungsdia- grammes Ci, <B>C2</B> gegeneinander geneigt.
Die beiden Hälften ei, C2 des Strahlungsdiagram- mes erzeugen zusammen das totale Strah lungsdiagramm di; da hierbei die Amplituden Xi und X2 bzw. Yi und Y2 gleich gross, aber von entgegengesetzter Phase sind, die Strah lung sich daher an diesen Stellen aufhebt, werden eine grosse und zwei kleine Keulen gebildet mit<B>je</B> einer Nullstelle zwischen den selben.
Beim Strahler grossen Durchmessers jedoch ist Xi <B><I>=</I></B> Yi und X.2 <B><I>=</I></B> Y2, und es findet also in dieser Richtung keine vollkom mene Aufhebung der Strahlung statt. Dass totale Strahlungsdiagramm Di ist daher in der Hauptrichtung etwas kleiner und weist keine Nullstellen auf.
Da Xi und Y2 grösser als<I>X2</I> und Yl sind, sind die Nebenkeulen dieses Strahlungsdia- grammes bedeutend grösser als beim dünnen Strahler.
Man erkennt, dass diese Erscheinung die Erzeugung einer günstigen Strahlungsvertei lung beispielsweise für Mastantennen, wel che länger als eine halbe Wellenlänge sind, verhindert. Es wurde festgestellt, dass bei der Verwendung von verhältnismässig hohen Masten die Abstrahlung unter einem steilen Winkel erfolgte und damit die Raumwelle übertrieben gross wurde und es praktisch un möglich war, die Abstrahlung in dieser Rieh- tung auf den gewünschten Weit zu verklei nern.
Die Anordnun-, -emäss Fig. <B>13</B> ermöglicht <B><I>b c</I></B> es jedoeb, die sehädliehe Wirkung der Strah ler grossen Durchmessers zu reduzieren oder vollkommen zu eliminieren. Die Dipolantenne gemäss dieser Figur wird durch eine Hoch frequenzquelle <B>60</B> gespeist und besteht wieder aus den innern Leitern<B>11</B> und 12 mit den Kopplungselementen<B>13</B> und 14, welche den innern Leiter mit dem äussern Leiter IOA bzw. 10C koppeln.
Aus obiger Theorie er kennt man, dass die den Leitern<B>11</B> und<B>12</B> zugeführte Energie eine Wanderwelle an den äussern Leitern<I>10.z1,</I> IOB gegen die Antennen mitte hervorruft. Wenn man die äussern lieiter direkt aus der Quelle<B>60</B> speist, kann die Spannung der innern Leiter mittels der #,ersehiebbaren Kurzsehlussbrücken <B>32, 33</B> derart geregelt werden, dass die über die Kopplungskapazitäten<B>13,</B> 14 auf die Leiter <B>10-,
1</B> und 10B gelangenden Wellen eine Kom- k2 pensierung des Energieverlustes der an den <B>C</B> Enden dieser Leiter reflektierten Wellen bewirken. Auf diese Weise kann dem Strah lungsdiagramm jede beliebige Form gegeben werden. Es wurde festgestellt, dass auch eine Anordnung nach Fig. 14 eine praktisch voll ständige Konipensierung der Dämpfung der reflektierten Welle im äussern Leiter bewirkte.
Die Anordnun-- nach Fi--. 14 ist im wesent- n <B><I>kn</I></B> lieben die gleiche wie die nach Fig. <B>13,</B> weist jedoch keine Verbindung der Leiter<B>17</B> mit der Speiseleitung auf. Eine praktisch voll ständige Kompensierung kann aber trotzdem <B>c</B> durch die Vorsehuno- einer Abstimmanord- n nung <B>17</B> der innern Leiter erfolgen. Diese Anordnung kann ausserdem dazu benützt werden, um eine Stromumkehrung im strah lenden Leiter hervorzurufen.
Die Anordnun,- nach Fig. 14 kann sinn- für Mastantennen abgewandelt wer den. Die Fi-. <B>15</B> zei-#t eine Mastantenne mit einem innern Mast 43 und einer äussern Lei teranordnung 47. Der innere Leiter 41 liegt im Innern des -Mastes 43 und ist mit der Hoehfrequenzquelle <B>60</B> verbunden. Der Mast 43 ist uniiiittelbar auf der Erde an-ebraeht <B>C</B> und elektrisch mit dieser verbunden.
Eine durch den Kondensator<B>63</B> dargestellte Impe- danzanpassangsvorrichtung verbindet das untere Ende des Leiters 41 mit der Erde. Das kapazitive Element 42 ist mit dem obern Ende des innern Leiters 41 verbunden und mittels kleiner Isolatoren<B>65</B> vom Mast 43 ge trennt. Der Kondensator<B>63</B> kann derart ge wählt werden, dass eine günstige horizontale Abstrahlungsrichtung erhalten wird. Die Kurve 44 zeigt die Stromverteilung.
Die Fig. <B>16</B> zeigt ein weiteres Beispiel einer derartigen Mastantenne. Der Unter schied zur Antenne der Fig. <B>15</B> liegt darin, dass in dem Hohlraum des Leiters 43 eines Einzelleiters zwei eine übertragungsleitung bildende Leiter 41.4 angeordnet sind. Diese Übertragungsleitung kann an ihrem untern Ende unmittelbar mit der Erde verbunden sein, während ein Kondensator<B>63,</B> welcher an irgendeiner Stelle mit der Leitung verbunden ist, die gewünschte Einstellung bewirkt. Da die innere Cbertragungsleitung 41A nicht elektrisch mit der Spannungsquelle<B>60</B> ver bunden ist, ist es gleiehgültig, wie viele Leiter -vorgesehen sind.
Die Übertragungsleitung 41A kann also zusätzlich als Speiseleitung Tür einen Kurzwellenstrahler<B>72</B> verwendet wer den, der von einer Quelle<B>70,</B> welche eine höhere Frequenz als die Quelle<B>60</B> aufweist, erregt wird. Durch geeignete Wahl der Ver bindungsstelle der Quelle<B>70</B> mit der Leitung 41A in bezug auf die Kurzschlussstelle an der Erde, kann die richtige Impedanzanpas- sung an die Leitung 41A erfolgen. Der Kurz wellenstrahler<B>72</B> kann dann auf dem kapazi- tiven Element 42 befestigt werden.
Der Blitz ableiter<B>51</B> ist am Mast 43 befestigt und er streckt sieh bis über die als Dipole ausgebil deten Strahler<B>72.</B>
Der als Reusse ausgebildete äussere Leiter 47 kann selbstverständlich weggelassen wer den, wobei dann der Antennenmast 43 den äussern Leiter bildet.
Antenna arrangement. The present invention relates to an internal arrangement, in particular a transmission antenna arrangement. Its aim is, on the one hand, to give the current and voltage along the antenna a desired distribution through a special design and, on the other hand, at least in a number of exemplary embodiments, to prevent the formation of hoar frost or at least the same influence of one any
To reduce the formation of hoarfrost on the radiation pattern of the antenna.
The antenna arrangement according to the invention is characterized in that it has a conductor encircling a cavity, electriseli seliwingenden conductor, inside of which there is at least one second conductor, the two conductors being coupled to one another at one end and a frequency device is coupled to at least one of these conductors at a point remote from the named end.
<B> Z "</B> Some exemplary embodiments of the invention are described in detail below on the basis of the two figures. This line shows:
Fi-. <B> 1. </B> to <B> 6 </B> different arrangements with dipole antennas, FIGS. <B> 7 </B> to <B> 11 </B> some arrangements with vertical mast antennas , Fig. 12 different radiation diagrams, Figs. 13 and 14 two further arrangements with dipole antennas and Figs. 15 and 16 two further arrangements with mast or tower antennas.
As can be seen from Fig. 1, the dipole element shown consists of two outer conductors <B> 1-0-1 </B> and lOB, each <B> each </B> defining a cavity. which consist, for example, of a single tube <B> 10 </B>, from the inner conductors <B> 11 </B> and 12, which come from a point near the center of the tube <B> 10 </B> run out of this tube <B> 10 </B> and also from the capacitive elements <B> 13 <connected to the outer ends of the conductors <B> 11 </B> or <B> 12 </B> / B> and 14. The antenna is fed via a symmetrical transmission line <B> 15 </B> from a high frequency source <B> 16 </B>.
In order to adjust the energy supplied to the antenna, a transmission line section <B> 17 </B> with a short-circuit rod <B> 1.8 </B> is connected to the conductors <B> 11 </B> and 12, wherein the -rbertragl-ingsleitun, - <B> 15 </B> is connected between the short-circuit rod and the ladders. However, if the feed line to the antenna system is provided with a regulating element, this coupling arrangement can of course be omitted.
It has been found that when the tube <B> 10 </B> is practically half a wavelength (2/2) long, the stress distribution shown by the full curve <B> 19 </B> is obtained. The corresponding current distribution, curve <B> 19, </B> is shown with dashed lines. This can be explained as follows: the current supplied to the individual conductors 11 and 12 has an opposite phase, so that n due to the capacitive elements 13 and 14 traveling waves of opposite polarity im external conductors are induced, which see propagate in opposite directions (see arrows 20 and 21).
The traveling waves collide in the middle of the antenna, and there. if they have practically the same amplitude and opposite phase, they cancel each other out, so that the current in the center of the antenna is zero. If the tube <B> 10 </B> is more than half a wavelength long (e.g. the conductors <B> 10A </B> and 10B <B> each> </B> A / 4 and <B >> </B> # / 2), the voltage distribution according to the solid curve 22 is obtained. This curve has a Spannluigsba curve in the center of the antenna and zero points at a distance of a quarter wavelength from the center of the antenna.
It can be seen that although the current distribution is favorable (dashed curve 22 '), the antenna has a considerable voltage at the ends. Relatively large insulators (not shown) are therefore necessary to isolate elements <B> 13 </B> and 14 from pipe <B> 10 </B>.
The arrangement according to FIG. 2 shows a construction similar to that according to FIG. 1, with the exception that instead of a single continuous tube <B> 10 </B> the two conductors <B> 10A </ B> and 10B are isolated from one another by an insulating piece <B> 23 </B>. Due to the isolated arrangement of the two parts, there is no complete cancellation of the two traveling waves in the middle. In this context, note the current curves <B> 21A </B> and 21B and the corresponding solid voltage curve. This arrangement requires an insulated fastening of the antenna in the middle, which has to withstand considerable tension.
The arrangement according to FIG. 3 combines the advantages of the current distribution of the dipole according to FIG. 2 with the better mechanical training of the antenna according to FIG. 1. The antenna arrangement corresponds to that according to Fig. 1, <B> where, however, at both outer ends of the conductor <B> 10 </B> a further jacket 24 or <B> 25 </B> at a distance from the conductor <B> 10 </B> is attached. The jackets are galvanically connected to the pipe <B> 10 </B> at its ends, so that no isolator is necessary in the middle.
The outer jackets 24 and 25 do not need to be full tubes, but can only consist of a few wires arranged around the tube 10, which at one end on the edge of the Are attached to the pipe.
The outer conductors can be of any length and do not need to extend to the middle of the tube <B> 10 </B> (FIG. 3). They can, as shown in FIG. 4 'See just stretching over part of the length of the pipe. The current distribution of this arrangement can be seen from the hatched curves 22.:1 and 22B. The stress distribution in FIG. 3 is similar to the solid curve 22 and that of FIG. 4 is approximately equal to the solid curve 19
The dipole elements shown in FIGS. 1, 3 and 4 can be fastened in a simple manner to a mast, as shown in FIG. 5. The outer conductors consist of the two conductors <B> 10C </B> and 10A, which galvanically and mechanically form a unit with the metal mast <B> 30 </B>. The energy source <B> 16 </B> feeds the antenna via a pair of conductors <B> 15 </B> which can be attached directly to a metal disk that closes off the mast <B> 30 </B>.
The short-circuit rod <B> 31 </B> can be set in such a way that the transmission line <B> 15 </B> at the connection point of the inner conductors <B> 11 </B> and 12 or the short connecting lines t-Luigen <B> 32 </B> and <B> 33 </B> has a tension belly.
Instead of the capacitive coupling elements at the end of the conductors 11 and 12, the antenna according to FIG. 5 has the coils 13A and 14-4, respectively provided, which are connected on the one hand with the conductors <B> 11 </B> and 12 and on the other hand with the conductors 10C and 10D.
The dipole arrangement shown requires practically no insulating parts with the exception of the insulating caps 34 and 35, which act as weather protection over the coupling coils 13A and 14-4 and over the open ends of the conductors 10C and <B> 10D </B> are arranged. Any number of these elements can be attached to the mast for any desired directional effect.
It was found that the antenna characteristic of the antenna arrangement according to FIG. 5 was not influenced by ice formation. In an experiment it was found that even in extreme cases, in which the entire antenna arrangement was surrounded by an ice block that was larger than the antenna elements, no noticeable influence on the radiation characteristics was caused .
In Fig. 6 is an antenna arrangement with elements according to Fie. <B> 5 </B> shown. However, these elements are provided with capacitive coupling parts <B> 13 </B> and 14 instead of the coils according to FIG. <B> 5 </B>. With this arrangement, it is possible to vary the radiated energy of the individual elements by simply placing the coupling points of the short coupling conductors <B> 32 </B> and <B> 33 </B> on sections <B> 17 </B> be moved.
This arrangement also has extremely favorable radiation properties and does not require the slightest insulation. A different radiation distribution can also be obtained by placing outer coaxial conductor parts, such as parts 24 and 25 of FIGS. 3 and 4, on the dipole elements of FIG . <B> 5 </B> and <B> 6 </B> are attached. These outer conductor parts 24 and <B> 25 </B> can be attached to a central point of the tube <B> 10 </B>. where only the condition exists (in order to maintain favorable radiation, let the open ends of these outer conductors point towards the center of the antenna.
The dipole arrangements described on the basis of Fit. <B> 1 </B> to <B> 6 </B> can easily be used as mast antennas, with only one dipole half being used while the other half is used as below the earth can be assumed mirrored. FIG. 7 shows a mast arrangement in which the high-frequency source 40 is connected to the capacitive element 42 via the transmission line 41. This conductor 41 runs inside the conductive mast 43, which is un indirectly on the surface of the earth.
The conductor 41 runs from a lower point of the _NIast 43 to above the same. The current distribution of this arrangement can be seen from curve 44. It can be seen that the wave structure is on the ground and that for this reason the antenna is mostly not suitable for broadcasting purposes.
A more favorable distribution is obtained with the arrangement according to FIG. 8, where the conductive mast 43 is supported by insulators 45. However, this arrangement has the disadvantage that the heavy mast 43 must be placed on insulators and is therefore relatively expensive. The current distribution is shown by curve 44.
FIG. 9 shows an improved mast antenna in which the conductor 47 adjoining a cavity inside is designed as a trap and consists of a number of wires stretched around the mast 43 47, which are attached to the top of the mast. Simple tension insulators 48 can be used here, which do not have to carry the entire weight of the mast as in the case of the antennas according to FIG. 8, since in this case the wires 47 for the current and voltage distribution , are decisive and not the mast 43, which could even consist of wood or bricks. Curve 44 shows the current distribution.
The antenna according to FIG. 10 is constructed similarly with the exception that the outer conductor arrangement only extends a short distance towards the earth. The result here is a better current distribution (curve 44) than in the case of the arrangement according to FIG. 9, which can be desirable for antennas which reduce the sight damage.
The antenna according to FIG. 11 is provided with outer conductors 47 which are fastened at a point below the top of the mast 43 and which are connected to the via impedances 50 (only one shown) Earth can be connected. A lightning rod 51 is also provided, which extends over the plate 43 and is directly connected to the grounded mast 43.
It was found that when using an antenna with a large outer conductor diameter, the antenna characteristics mi leave something to be desired. The cause of these deviations in the radiation pattern will be explained in detail with reference to FIG. 12, which shows various radiation patterns. The radiation pattern of a radiator with a large diameter is very different from one with a smaller diameter.
Although such a radiator with a large diameter has the advantage of exhibiting a high radiation resistance and fewer losses, there are no sharp minima and zero points as in the case of a thin radiator.
This phenomenon is considered in FIG. 12 using a dipole radiator with the two elements <B> 50 </B> and <B> 51 </B>, each of these elements <B> 50 </B> and < B> 51 </B> is slightly longer than half a wavelength. The radiation generating the radiation diagram for each dipole half is caused by two voltage waves, one of which is propagated to the outside and the other is reflected from the ends and migrates towards the center of the dipole.
In this context we refer to the article <B> A </B> Discussion of Methods Employed in Caleulations of the Electromagnetic Field of Radiating Cond-Lectors by <B> A. </B> Alford in the journal Elee- trical Communication July <B> 1936,
</B> No. <B> 1, </B> Volume <B> 15, </B> in which a method for calculating the electromagnetic field of a radiating conductor, taking into account wandering waves, was explained in detail.
The radiation diagrams in the left column of FIG. 12 are produced by extremely thin radiators and those in the right column by radiators with a larger diameter. It can be seen that the diagrams fi and f2 of the example <B> A </B> for a radiator with a theoretical diameter of zero are identical to the diagrams Fi and F2 of a radiator with a large diameter, if only the voltage wave running outwards is used considered.
The radiation diagrams <B> bi, </B> b2 of example B called up by the waves reflected backwards in the thin radiators are lessons from fi, <B> f2, while those from the waves reflected backwards caused radiation diagrams Bi and B2 of the radiators with a large diameter are much smaller.
This phenomenon is caused by the lower radiation resistance of these radiators, since a considerable amount of energy is lost through radiation in the radiator with a large diameter, so that the reflected wave has a much smaller amplitude than the forward wave. In FIG. 1.2, the diagram sizes indicate the relative signal strength.
If the radiation diagrams caused by the forward and backward waves are combined, as in the example <B> C </B> in FIG. 12, a symmetrical diagram ei, c2, for the large-diameter radiator results for the thin radiator however, the two halves of the radiation diagram Ci, C2 are inclined towards one another.
The two halves ei, C2 of the radiation diagram together produce the total radiation diagram di; Since the amplitudes Xi and X2 or Yi and Y2 are the same size, but are of opposite phase, the radiation is therefore canceled out at these points, one large and two small lobes are formed with a zero point each between the same.
In the case of a radiator with a large diameter, however, Xi <B><I>=</I> </B> is Yi and X.2 <B><I>=</I> </B> Y2, and it is found in this Direction no complete abolition of the radiation took place. The total radiation diagram Di is therefore somewhat smaller in the main direction and has no zeros.
Since Xi and Y2 are larger than <I> X2 </I> and Yl, the side lobes of this radiation diagram are significantly larger than with the thin radiator.
It can be seen that this phenomenon prevents the generation of a favorable radiation distribution, for example for mast antennas, which are longer than half a wavelength. It was found that when using relatively high masts, the radiation took place at a steep angle and thus the sky wave was exaggeratedly large and it was practically impossible to reduce the radiation in this direction to the desired distance.
The arrangement according to FIG. 13 allows <B> <I> b c </I> </B>, however, to reduce or completely eliminate the visual effect of the radiators of large diameter. The dipole antenna according to this figure is fed by a high-frequency source <B> 60 </B> and again consists of the inner conductors <B> 11 </B> and 12 with the coupling elements <B> 13 </B> and 14, which couple the inner conductor with the outer conductor IOA or 10C.
From the above theory it is known that the energy supplied to the conductors <B> 11 </B> and <B> 12 </B> causes a traveling wave on the outer conductors <I> 10.z1, </I> IOB against the Antenna center. If the outer conductor is fed directly from the source <B> 60 </B>, the voltage of the inner conductor can be regulated by means of the visible short-circuit bridges <B> 32, 33 </B> in such a way that the coupling capacitances <B> 13, </B> 14 on the ladder <B> 10-,
1 </B> and 10B cause a compensation of the energy loss of the waves reflected at the <B> C </B> ends of these conductors. In this way, the radiation diagram can be given any shape. It was found that an arrangement according to FIG. 14 also brought about a practically complete reduction in the damping of the reflected wave in the outer conductor.
The arrangement - according to Fi-. 14 is essentially the same as the one according to Fig. 13, but does not have a connection between the conductors <B> 17 </ B> with the feed line. A practically complete compensation can nevertheless <B> c </B> take place by the provision of a tuning arrangement <B> 17 </B> of the inner conductors. This arrangement can also be used to reverse the current in the strah looming conductor.
The arrangement - according to FIG. 14 can be modified for mast antennas. The Fi-. <B> 15 </B> shows a mast antenna with an inner mast 43 and an outer conductor arrangement 47. The inner conductor 41 lies inside the mast 43 and is connected to the high frequency source <B> 60 </B> connected. The mast 43 is directly connected to the earth and is electrically connected to it.
An impedance matching device represented by the capacitor 63 connects the lower end of the conductor 41 to earth. The capacitive element 42 is connected to the upper end of the inner conductor 41 and separated from the mast 43 by means of small insulators 65. The capacitor 63 can be selected in such a way that a favorable horizontal radiation direction is obtained. Curve 44 shows the current distribution.
Fig. 16 shows a further example of such a mast antenna. The difference to the antenna of FIG. 15 is that two conductors 41.4 forming a transmission line are arranged in the cavity of the conductor 43 of a single conductor. This transmission line can be connected directly to earth at its lower end, while a capacitor 63, which is connected to the line at any point, effects the desired setting. Since the inner transmission line 41A is not electrically connected to the voltage source <B> 60 </B>, it does not matter how many conductors are provided.
The transmission line 41A can therefore additionally be used as a feed line for a shortwave radiator <B> 72 </B>, which is supplied by a source <B> 70, </B> which has a higher frequency than the source <B> 60 </ B > has, is excited. By suitable selection of the connection point between the source 70 and the line 41A in relation to the short-circuit point to earth, the correct impedance matching to the line 41A can take place. The short-wave radiator <B> 72 </B> can then be attached to the capacitive element 42.
The lightning arrester <B> 51 </B> is attached to the mast 43 and extends beyond the radiators <B> 72. </B>, which are designed as dipoles
The outer conductor 47 designed as a Reusse can of course be omitted, in which case the antenna mast 43 then forms the outer conductor.