Antennengebilden bei vorgegebenem - ETH E

Research Collection
Doctoral Thesis
Studien über den Aufbau von Antennengebilden bei
vorgegebenem Strahlungsdiagramm(Antennensynthese)
Author(s):
Giger, Adolf
Publication Date:
1956
Permanent Link:
https://doi.org/10.3929/ethz-a-000103270
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Prom. Nr. 2615
Studien über den Aufbau von
Antennengebilden bei vorgegebenem
Strahlungsdiagramm
(Autennensynthese)
VON DER
EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE
IN
ZÜRICH
ZUR ERLANGUNG DER WÜRDE EINES
DOKTORS DER TECHNISCHEN WISSENSCHAFTEN
GENEHMIGTE
PROMOTIONSARBEIT
VORGELEGT VON
Adolf
von
Giger
Solothurn und Quarten
Referent:
(SG)
Herr Prof. Dr. F. Tank
Korreferent: Herr Prof. H. Weber
Zürich 19S6
L. Speiob, Reprodnktionsanstalt, Brandsohenkestr. 47/10
Meinen Eltern
Vorwort.
Der
häufig
Hochfrequenzingenieur,
vor
die Aufgabe
charakteristik
die
von
der sich mit Antennen
Antennen mit
gestellt,
einem Sender
was an
es
sich darum
Energie in ein beschränktes
gelieferte
Strahlungsbündelung
zustrahlen. Die Gründe für eine solche
nigfaltig sein,
befassen hat, wird
vorgeschriebener Strahlungs¬
bauen. In den meisten Fällen wird
zu
zu
handeln,
Winkelgebiet ab¬
können sehr
man¬
einigen Beispielen der Praxis kurz aufgezeigt werden
soll.
Der durch die
Bündelungstechnik gegenüber der Rundstrahlung
bare Energiegewinn ist für die
Mikrowellen
Sendern für
von
Frequenzmodulation
in vertikaler
Richtung
die Funktion der
Energiebündelung und
trächtet soll zudem eine
Objektes.
möglichst
seitlich der
Energie
Auch bei den rundstrahlenden
und Fernsehen ist eine
Energiekonzentration
erwünscht. Bei Radar erfüllt die Richtantenne erstens
mung eines reflektierenden
sandten
Richtstrahlübertragungen
ausschlaggebender Bedeutung.
erziel¬
auf Ultrakurz- und
diejenige
zweitens
der Winkelbestim¬
Die Radarantenne als "Winkelfilter" be¬
vollkommene
Abschwächung
der ausge¬
Hauptstrahlungsrichtung gewährleisten, ganz
anaiog wie ein normales elektrisches Bandfilter eine
Frequenztrennung
zu
bewirken hat. Bei den Blindlandeverfahren in der Flugtechnik und bei der
Steuerung
von
militärischen Raketen werden Antennenstrahlungen
Leitebenen oder Leitstrahlen benützt. Bei diesen
von
allem die Form des Richtstrahls eine
hie und da auch die
hende
zum
Strahlung
in
gewissen Richtungen
die auf
wellen-Rundfunksender,
Auch bei der
Leitstrahlbildung
der
vorliegenden
Im
war
das Institut für
die
von
einer Antenne ausge¬
sich weit
auseinanderliegende Mittel¬
stören.
darauf geachtet werden, dass keine Ener¬
den Leitstrahl durch Interferenz-
ein Problem solcher
Art, das den
Anstoss
zu
Arbeit gab.
Frühjahr 1954 gelangte
cherungsanlagen
der
Es
vor
sehr schwach sein soll. Dadurch soll
gie auf Gegenstände fällt, deren Reflexionen
Wirkung stören könnten.
Anwendungen spielt
gleicher Frequenz arbeiten müssen,
muss
Bildung
wichtige Rolle. Und schliesslich wird
Forderung angetroffen, dass
Beispiel verhindert werden, dass
zur
im
die Radio-Schweiz
A.G., welche die Flugsi¬
Flughafen Zürich-Kloten betreibt, mit dem Ersuchen
Hochfrequenztechnik
Gleitweganlage des
ILS
der
an
ETH, Studien zwecks Verbesserung
(Instrument-Landing-System)-Blindlandesystems
durchzuführen. Es hatte sich nämlich gezeigt, dass die durch zwei Antennen¬
strahlungen gebildete Gleitfläche gewisse störende Unregelmässigkeiten auf¬
wies. Aus
Messungen, die
von
der Radio-Schweiz A.G.
dass die
eindeutig geschlossen werden,
könnte
der direkten und der
einem
von
durchgeführt wurden,
Störungen
durch Interferenzen
reflektierten Strahlung verursacht
Hügel
wurden. Anschliessende eigene Untersuchungen zeitigten die Lösung, mit Hil¬
fe
zusätzlichen Antennen die
von
meiden,
um
an
der daraufhin gebauten
zum
neuen
Hügel
zu ver¬
Verschwinden
Antennenanlage
zu
er¬
Richtigkeit der theoretischen Ueberlegungen voll und ganz. Diese
welche die alte
Anlage,
den störenden
dadurch die Unebenheiten in der Leitfläche
bringen. Die Messungen
wiesen die
Strahlung auf
vollständig
ersetzt
Revisionsperioden,
sehen von kurzen
hat, läuft
seit Herbst
1954, abge¬
im Dauerbetrieb und erfüllt die
an
sie
gestellten Anforderungen.
Im ersten Teil der
praktischen
Arbeiten
an
vorliegenden
der
genden,
rein theoretischen
Grunde,
wobei weitere drei
te
'Lösungsmethode
tel und
Wege
Studie werden die theoretischen und
Gleitweganlage
beschrieben. Den nachfol¬
Untersuchungen liegt dieselbe Aufgabenstellung
Lösungsmöglichkeiten angegeben werden. Die
ist auch von
allgemeinerem Interesse, denn
sie
zeigt
zu
letz¬
Mit¬
Realisierung irgendeines beliebigen Strahlungsdiagrammes,
zur
wobei zwar die
neuen
Rechnung
nur
im Falle
von
räumlich kleinen Antennen einfach
Solche gegenüber der Wellenlänge beliebig kleinen Antennen mit belie¬
bleibt.
big starker Strahlenbündelung,
auch
"Super Galn"-Antennen genannt, sind
im
letzten Teil genau
behandelt,
ten, die
praktischen Verwirklichung entgegenstellen, aufgezeigt,
wie
sich ihrer
zum
es
von
hohe
Genauigkeit
Gegenständen
auf,
von
der
schlechter
Schwierigkei¬
Wirkungsgrad,
Speisespannungen
und der störende
in der Nähe einer solchen Antenne.
Die mathematischen Methoden
können
werden die fundamentalen
Beispiel geringe Wellenabstrahlung,
Schmalbandigkeit,
Effekt
und
zur
Lösung
zweierlei Art sein. Das meist
Richtantennenproblemen
von
angewandte Verfahren
beruht dar¬
dass die Ströme der einzelnen Strahler der Richtantenne oder eine Feld¬
verteilung über
einer
Oeffnungsebene
Einzelantenne wirkt dann in grosser
Gesamtstrahlung
als bekannt vorausgesetzt werden. Jede
Entfernung
als
Kugelstrahler,
sodass die
des ganzen Gebildes durch Summation der Anteile der Ein¬
zelstrahler erhalten wird. Es ist verständlich, dass nach dieser Methode über
das
Nahfeld,
die
gegenseitige Beeinflussung
oder die
wenig oder gar nichts ausgesagt werden kann. Die
Impedanz
Realisierung
der Antennen
der verlang-
Stromverteilung
ten
wird
durch die
häufig
gegenseitige Kopplung der Einzel¬
strahler stark erschwert.
Das
mer
physikalisch exakte Verfahren
besteht in der
die Antenne und in der
um
Behandlung
von
Antennenproble-
Erfüllung der Randbedingungen auf
selbst. Die mathematischen
thode ganz beträchtlich
Kenntnis aller
zur
Lösung der Maxwell'schen Gleichungen im ganzen Raum
Schwierigkeiten
sind
erhöht, doch wird die
gegenüber der
Mühe durch die
in der mittel- und unmittelbaren
Vorgänge
der Antenne
tenne belohnt. Durch die Annahme einer relativ einfachen
vollständige
Umgebung der
Die
handlung
die Maxwell'schen
Arbeit,
vorliegende
Arbeit will nicht eine
über das Problem der
lungsdiagramm
möglichkeiten
zu
es
im letzten
integrieren.
allgemeine und umfassende Ab¬
Antennensynthese bei vorgegebenem Strah¬
sein. Wie bei der
von
Gleichungen
An¬
geometrischen An¬
tennenkonfiguration (Metallzylinder mit Längsschlitzen) gelingt
Teil der
ersten Me¬
sind die
Netzwerksynthese
einer unerhörten
Vielfalt,
und
es muss
Realisierungs-
deshalb eine mehr
oder weniger intuitiv bedingte Auswahl getroffen werden. An Hand der
gewähl-
ten
Aufgabenstellung und den gezeigten Lösungsmethoden wird aber trotzdem
ein
gewisser allgemeiner
mittelt. Auch die
dene
Antennensynthese
ver¬
Untersuchungen über Super Gain-Antennen klären verschie¬
grundsätzliche Fragen
Die
für
Einblick in das Gebiet der
vorliegende
aus
dem Gebiete der Richtantennen ab.
Arbeit entstand in den Jahren 1954 bis 1956 am Institut
unter der
Hochfrequenztechnik
Leitung
von
Herrn Professor Dr. F. Tank.
Ihm bin ich für das mir stets erwiesene grosse Vertrauen und seine tatkräf¬
tige Unterstützung
bei der
Durchführung
dieser Arbeit
im
Flughafen Zürich- Kloten,
A. Fischer für die Hilfe und
Gleitwegantennenanlage.
Das
dankenswerter Weise ein
Diagrammen
Zeit
zur
Bereitstellung der
Verfügung.
Herrn
Die
zur
Messung
vorliegenden
von
ver¬
Flug¬
Diplomingenieur
Mittel beim Bau der
Eidgenössische Luftamt
Flugzeug
tiefem Dank
und dem Chef des
pflichtet. Dank gebührt auch der Radio-Schweiz A.G.
sicherungsdienstes
zu
neuen
stellte wiederholt in ver¬
Strahlungs-und Gleitweg
Studien wurden während der
durchgeführt, da der Schreibende als wissenschaftlicher Mitarbeiter bei
der Studienkommission für Luftfahrt
währte Hilfe herzlicher Dank
tätig
war.
Ihr sei ebenfalls für die ge¬
ausgesprochen.
Adolf J. Giger
Zürich,
im
April 1956.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
Teil I.
Eine
ILS-
neue
für die Gleitweg-Bodenstation des
Antennenanlage
Blindlandesystems
1.1.
Einiges
1.2.
Verbesserung
ILS-Blindlandesystem
über das
1.2.1. Das
1
"Gleitweges
des
durch ein
Prinzip
der
1.2.2.
Berechnung
der
1.2.3.
Berechnung
des Verlaufs der
neuen
und
Mängel desselben
neues
1
Antennensystem
7
Antennenanlage
7
Strahlungsdiagramme
15
Flugzeug-Instrumenten
-
anzeige
1.2.4.
25
Antennenstrahlungsme
für verschiedene
und
Instrumentenanzeige-Diagram¬
Entfernungen
vom
Sender
29
1.2.5. Einfluss einer Aenderung der Bodenhöhe (Schnee) auf die
Strahlungsdiagramme
1.3. Die Einrichtung
zur
1.4. Inbetriebnahme und
1.4.1.
Einstellung
39
Speisung der Antennen
Messungen
der
an
der
neuen
Leistungsaufteilung
43
Antennenanlage
.
49
.
zwischen 90 und 150
Hz-Senderausgang
1.4.2.
Einstellung
der
stärkemessungen
1.4.3.
Aufzeichnung
51
richtigen Antennenspeisung
der
am
durch Feld¬
Hügel
Antennen-Strahlungsdiagramire
53
im
Horizontalflug
1.4.4. Aufzeichnung
von
,
Gleitwegdiagrammen
55
59
1.5. Betriebserfahrungen
63
1.6. Zusammenfassung
65
TeilH.
Ein
vom
Erdboden unabhängiges System für die Gleitweg-Bodenstation
67
Teil III.
Erzeugung
gen von
von
Gleitweg-Strahlungsdiagrammen mit Antennenanordnun¬
beliebte kleiner räumlicher Ausdehnung (Super Gatn-Antennen)
3.1. Verwendung einer
zur
74
Erdoberfläche senkrecht angeordneten
Dipolgruppe
3.2. Eine Vielschlitz- Zylinderantenne
77
83
Seite
3.2.1. Die Lösungen der Maxwell'schen
Gleichungen
für
Zylin¬
84
derprobleme
3.2.2. Lösung der
Randwertaufgabe
3.2.3.
der
Berechnung
des
bei
vorgegebenem Spaltfeld
Kapazität,
Spaltfeldes der Schlitzzylinder-Lecherleitung
Hilfe der Methode der konformen
3.2.3.1. Die
Fourierzerlegung
3.2.3.2. Das Potentialfeld der
der
mit
Abbildungen
Spaltfelder
Leiteranordnung
3.2.3.3. Die Verluste der Leitung
3.2.3.4. Der
Schlitzzylinder
(Strahlungsdiagramm)
3.2.4.1. Die Nahzone der Antenne
3.2.4.2. Möglichkeit der Erzeugung
von
von
Richtstrahlantennen
3.2.6. Der Strahlungswiderstand der Antenne
3.2.7.
3.2.8.
Impedanz,
110
112
beliebigen Strahlungs-
Antennengewinn
3.2.5.1. Der Gewinn
101
123
diagrammen (Richtstrahlantennen)
3.2.5. Der
92
100
105
als Resonanzkreis
3.2.4. Das Fernfeld der Antenne
87
des Wellenwiderstandes und
126
129
131
132
Gütefaktor, Bandbreite und Wirkungsgrad der
Antenne
134
Zusammenfassung
137
Literaturverzeichnis
140
Lebenslauf
143
English Summary
144
Teil I.
EINE NEUE ANTENNENANLAGE FUER DIE GLEITWEG-BODENSTATION
DES ILS-BLINDLANDESYSTEMS.
und
1. 1. Einiges über das ILS-Blindlandesystem
Zur
sog.Instrumentenlandesystem (ILS
=
Instrument
Abweichungen
zur
dem
von
zu
Distanzmarkierung
Landing System).
Anzeigeinstrument
erhält nach diesem Verfahren auf einem
Zudem sind
Flugplätzen der Erde das
heute auf den meisten
Blindlandung dient
über seine
Mängel desselben.
befolgenden
zwei
Der Pilot
Angaben
Landekurs und Gleitwinkel.
noch 3 senkrecht nach oben strahlende
Markierungssender vorhanden (Fig. 1.1.).
Die
Gleitebene,
3° geneigt ist,
Der
die gegen die Erdoberfläche
wird durch den
Zeiger des Anzeigeinstrumentes
horizontal oder nach
um
Gleitwegsender (Glide
an
den Gleitwinkel
Path
von ca.
Equipment) erzeugt.
Bord des Flugzeuges weist nach oben,
auf oder
unten, je nachdem das Flugzeug unterhalb,
oberhalb der Gleitebene sich befindet. Die Kursebene wird durch den Kurs¬
sender
(Localiser) gebildet.
Der
Kurszeiger
im
Flugzeug schlägt nach rechts,
nach unten oder nach links aus, entsprechend einer
oder rechts der Kursebene.
Gleitweg-
und
auf
Flugzeuglage links,
Kurszeiger
sind auf derselben
Skala angeordnet. Der Vollausschlag der Zeiger entspricht einer gewissen
Winkelabweichung
Entfernung
Piste
zu
vom
von
der gewünschten Gleitlinie.
Flugplatz
immer schmäler
zu
zen
eine
stellt aber
Anforderungen.
durchgeführte Blindlandung
flügplätzen
(eigentlich
zwei verschiedenen
gegen die
an
die Geschicklichkeit des Pilo¬
zum
Aufset¬
zugelassen. Es wird auf den
zur
Zivil¬
Landung vorgeschrieben.
ist sie ein flacher
Konus)
wird mit Hilfe
von
Antennen-Strahlungsdiagrammen erzeugt (Fig. 1.2.).
Die untere Antenne der
tudenmodulierten
um
Meist ist deshalb eine bis
gar nicht
gewisse Minimalsicht
Die Gleitebene
breit,
ist in grosser
werden. Diese Verengung ist für eine absolute
Blindlandung natürlich nötig. Sie
ten ausserordentliche
Demzufolge
der Blindlandekanal noch sehr
Gleitwegstation
Träger
strahlt einen
zu
95%
mit 90 Hz
33 5MHz aus. Der horizontal polarisierte
von
ampli¬
Dipol
würde ohne die Wirkung des Erdbodens in der Anflugrichtung gleichmässig
strahlen.Der Erdboden reflektiert aber einen grossen Teil der Antennenstrah¬
lung
in
derartiger Phase
Strahlungsdiagramm
und
Amplitude, dass
das in
Fig. 1.2 gezeichnete
entsteht.
1
Kurssender (IMjMHz)
(Loealizer)
(Slidt H>hS
fqu/pment)
ßhihngunder QU MHz)
Marker)
3.
und fit
CKKHi)
fr!
fliege IMs
(Outer Marker)
Markiirvngssender
Instrumentenlandesystem (Zürich-Kloten)
Merkierungiienchr (JSMHt)
Das
1.
(ioundery
lAhrtieruuffstendtr (7t ff Hz)
Fig. 1.1.
r/n
n\innni)innini)ininnni in rniin/nin/n
Sli'tNegstation
ebener Erdboden
Fig. 1.2. Strahlungsdiagramme der Gleitwegantennen.
Die obere Antenne strahlt dieselbe
ist aber mit 150 Hz
schneller. Ein
amplitudenmoduliert
Flugzeug, das
befindet, empfängt gleich
die Differenz der
das Flugzeug
aus
und
es
soll,
starke 90- und
entsteht ein
dass
kehrte Verhältnisse sind bei
bis
zum
Gleitwinkel auf der ganzen
wie die
Richtdiagramm
150-Hz-Signale.
er
zu
Gleitwinkels,
so
Diagramme
also in Ruhe. Ist
herrscht die 150 Hz-
Instrumentenausschlag nach oben,
höher
hoher
zu
fliegen habe. Analoge,
Fluglage vorhanden.
Landepunkt praktisch
nicht
die sich
Da sich die An¬
ändern,
bleibt der
Anflugstrecke konstant.
Bei ihm werden die beiden
jetzt
was
aber umge¬
Der Kurssender arbeitet auf ähnliche Art und Weise wie die
anlage.
untere,
oszilliert
Instrument, das
Ein
gleichgerichteten Signale anzeigt, bleibt
dem Piloten sagen
tennendiagramme
und ihr
sich im Schnittwinkel der beiden
unterhalb des richtigen
Komponente vor,
Trägerfrequenz
in der Horizontalen
Gleitweg¬
amplitudenmodulierten Richtdiagramme,
ausbreiten,
ohne Zuhilfenahme des Erdbo¬
dens erzeugt.
Arbeitete der Kurssender im
so
Flughafen
machten sich seit der Inbetriebnahme der
Zürich stets
zufriedenstellend,
Gleitwegstation
sehr störende
3
Unregelmässigkeiten
Gebiet
nem
vom
Schwankungen
des Gleitwinkels bemerbar. Der Gleitwinkel wies in ei¬
Outer Marker bis in
bis
von
zu
20%
für die Piloten sehr
ca.
3 km Abstand
vom
unangenehm,
und
as
empfohlen,
wurde
nung
war
sem
gestörten Gebiet nicht nach dem Gleitweginstrument
minderung
der
immer noch
Flugsicherheit erfolgte
genügend Bodenfreiheit
Die Ursache dieser
von
aber durch diese
vorhanden
um
chungen
zu
fliegen.
Störungen nicht, da
konnte durch eine Reihe
Es war vorerst
klar, dass
des
Vorgeländes
der Piste bis auf 20
wie eine grosse,
von
sich
einer ideal reflektierenden Ebene für die Stö¬
m
von
1,5 km
vor
über Pistenhöhe sich langsam erhebende Hügel wirkt
schiefe, reflektierende Ebene für die einfallenden
Strahlen
1.3. und 1.4.).
Fig. 1.3 Störung
Die auf den
flexion
des
Gleitweges durch Reflexionen
Hügei treffende Strahlung
ist gross genug,
im Gebiete des Gleitwinkels mit der
terferenzen
zu
am
um
von
Schnittpunkt der 90
Ort
zu
Hügel.
nach der Re¬
primären Strahlung störende
verursachen. Dadurch werden die in Fig. 1.2.
tennendiagramme
4
es
apparative Fehler handeln konnte. Vielmehr mussten die Abwei¬
rungen verantwortlich gemacht werden. Der in einem Abstand
(Fig.
in die¬
£ine Ver¬
war.
Gleitwinkelschwankungen
Messungen herausgefunden werden.
nicht
Pistenanfang
auf. Die als "Wasserfall" bezeichnete Erschei¬
Ort verschieden.
angegebenen
Demzufolge schwankt
In¬
An¬
der
Hz- und 150 Hz-Kurven und dadurch auch der Gleitwinkel.
Fig. 1.4. Blick
von
der
(Oberglatter
-
Hügel)
Gleitwegstation gegen den störenden Hügel.
Leer
-
Vide
-
Empty
1.2.
Verbesserung des Gleitweges durch ein
1.2.1.
Das_PrinziB
Es sei
derungen
an
der
ne_uen_Antennenanlage.
Folgenden vorgeschlagenen
dass die im
vorausgeschickt,
der
Antennensystem.
neues
Gleitweganlage
Aen-
den internationalen Vorschriften nicht wider¬
sprechen und die Flugzeugeinrichtungen unbeeinflusst lassen.
Da die
Unregelmässigkeiten des Gleitweges durch
flektierten Wellen verursacht
dieser
Störung
kann durch
den,
die
werden,
ist
Anbringen
zusätzlichen
vom
Hügel
zu
vermindern. Dieses Ziel
Kompensationsantennen erreicht
die aber die Verhältnisse im Gebiet
re¬
naheliegend, zwecks Vermeidung
es
Anstrahlung des Hügels stark
von
die
wer¬
den Gleitwinkel nicht wesentlich
um
ändern dürfen.
Prinzipiell
nach
jede beliebige Strahlungscharakteristik
kann
werden. Es ging
nun
bei
Eine einfache
Weise wir
[siehe
Gl.
risierten
zum
Ziel
(1.10)],
Dipols,
Erdoberfläche
Problem
unserem
Zusatzantennen
wenigen
zu
n
darum,
Ueberlegung lässt
gelangen
uns
die in
unserem
Strahlungsdiagramm
strahlung gleich der
nun
möglichst
eines horizontal
in der mittelsenkrechten Ebene
befindet,
sin
^Y
S
pola¬
auf.
Bei
Dipol angeben
zu
(1.1)
Ebene, A die Wellenlänge und
zwar nur
w
den Ele-
genau für kleine Win¬
Je höher sich die An¬
desto mehr und desto schmälere Lappen weist
befindet,
.
zum
,
Fall aber allein interessieren.
Strahlungsdiagramm
teristik kann
mit
der sich über einer vollkommen reflektierenden und ebenen
tenne über dem Boden
das
Aufgabe
erkennen, auf welche Art und
Strahlungsdiagramm
die Höhe der Antenne über der
,
die
können. Wie wir weiter unten noch sehen werden
lässt sich das
vationswinkel bedeuten. Die Formel stimmt
kel u»
von
erfüllen.
S prop.
wo
mit Hilfe
Amplitude und Phase richtig gespeisten Antennenanordnungen realisiert
Für
jede
Antenne der Höhe h
Verwendung
Summe der
erhalten wir ein
mehrerer Antennen ist die Gesamt¬
Einzelstrahlungen. Eine gewünschte Charak¬
nach den Methoden der
Fourieranalyse
in ihre einzelnen
Sinus-Glieder zerlegt werden. Diese Glieder lassen sich dann durch die in
richtiger
Höhe
angebrachten
Antennen realisieren. Vorzeichen und
der Glieder werden durch die Antennenspeisung in
these ist hier dadurch
eingeschränkt, dass
den können. In der Praxis wird
man
nur
kaum die
Amplitude
Ordnung gebracht. Die Syn¬
Sinus-Glieder hergestellt
wer¬
Verwirklichung einer Strahlungs
7
I
/
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Y
i
tao
i
no
a*o
<X-1S49
1
370
—
1
joo
•
«c
V.3°
Fig. 1.5.
Alte und
neue
2l5Th
S^
=
h
3,10-sin
S*1^ 1,55.
8
Strahlungsdiagramme der Gleitwegantennen
in grosser Entfernung.
=
|
sina
Höhe der mittleren Antenne
[sin^ 0,2sina]
S^u
=
5
S^Q
=
sina
-
-0,5
sin 2a
(N=
(N=
Charakteristik auf die
wahrscheinlich
Die eben
angegebene
viele Antennen
zu
Art und Weise
benötigt
Methode
angegebene
zur
erzwingen wollen, da sehr
würden.
Bildung
von
Strahlungsdiagrammen
zeigt uns, dass wir schon mit einer einzigen Zusatzantenne
reichen können. Wir müssen
N-facher Höhe
anbringen
nur
1/N
und sie
ausstrahlen lassen. Dadurch wird
taler
Tangente
dem
aus
chung der Feldstärke
nach dieser Methode
gehörigen Formeln
Nach dem alten
gebildeten
System
neuen
mit horizon¬
womit eine bedeutende Abschwä-
Fig. 1.5 zeigt
die
Antennencharakteristiken mit den dazu¬
Diagrammen der
alten
Anlage.
ist die obere 150 Hz-Antenne fünfmal höher als
von
stärken verhalten sich dabei wie
in
er¬
gegenphasig
bewirkt, dass die Charakteristik
bei kleinen Winkeln erhalten wird.
der untere 90 Hz-Strahler. Die
untern alten Antenne
der Feldstärke der untern
Nullpunkt herausläuft,
nebst den
Ziel
unser
der bestehenden Antenne eine andere in
zu
1
den beiden Antennen
zu
5 facher Höhe
2.
Zur
eine
ausgestrahlten
Kompensation fügen
Feld¬
wir
zur
mit einem Fünftel
gegenphasig
Feldstärke gespeiste Kompensationsantenne hinzu. Sie fällt räumlich mit dem
alten 150 Hz-Strahler
90 Hz- wie das 150
zusammen.
Das macht aber
nichts,
Hz-Signal voneinander entkoppelt
Schliesslich wird die alte 150 Hz-Antenne durch einen in
brachten Strahler
aber
nur
ergänzt.
Seine
Speisung
ist wiederum
doppelter
Gruppemuss jetzt gegenüber
stärke beliefert werden
(Fig.
Hz-Gruppe
Höhe
geben.
ange¬
gegenphasig, strahlt
die halbe Feldstärke wie die 150 Hz-Grundantenne
der 150
wir sowohl das
wenn
auf diese Antenne
aus.
mit ca. 5 mal
Die 90 Hz-
grösserer Feld¬
1.6 und 1.7).
1SOHz
KompensaHonsstrahler (- £.
2
ISO
I
'
Hz örunditrahler (* £„)
loHz
Komp Strahler (- £G )
m
&
k.
1o Hz
6rundstrahler(S£0)
n////tu)ny //f////////////////////////?/
—
Fig.
1.6.
Die Antennen beim
neuen
System.
9
Weicht
etwas
ab,
so
man von
der
angegebenen Speisung der Kompensationsantennen
können bei kleinen Elevationswinkeln Nullstellen der
erzielt werden. Das heisst
der sich bis
—
zum
aber, dass
wir
einem Viertel des Gleitwinkels erhebt
zu
Verschwinden
bringen
können. Daraus
ergibt
Speisung der Kompensationsantennen richtig
am
irgendeinem
an
Hügel die Feldstärke
und verändert die
—
sich eine
einzustellen.
Strahlung
Punkt des
Hügels
die Feldstärke
Methode,
die
um
Man misst dazu
Antennenspeisung
lange,
so
bis
das Feld verschwindet.
Wie wir unter 1.2.3
strumentenanzeige
im
[Gleichung (1.35)]
DDM
m
=
Modulationsgrad
DDM
=
Difference in
wo
„9° o150
S90+ &150
m
=
Fig. 1.5
in
Depth
tes wird erreicht bei DDM
neuen
=
Forderung,
System
Wert DDM
Die
=
dass die
Diagramme
vom
Kurven stark ab
so
der
Fig. 1.5
vom
Erdboden
ca.
es
lassen
erkennen, dass
Strahlungsachse
beim
neuen
vor
Systembedingt hängt
der Station. Wenn wir
von
.
den
System
die Form der
2 bis 4
Antennendiagramm
gibt
dies eine Zone
von
und für die oberste eine solche
mit relativ
mässigkeiten
[46]
Gleitwegbereiches
Grad,
haben wollen,
die Gebiete in einem Ab¬
15 und 30 mal Antennenhöhe gute Ebenen darstellen. Für
langen
ganz. Deshalb sollen auch
10
weit ausserhalb des
als früher.
erhalten wir unter der Annahme
Da wir
Verwendung
des Bordinstrumen¬
gezeichneten Verlauf unterhalb des Gleitwinkels stärkere
die unterste Antenne
m
ist unter
untere Grenze noch nicht.
festgelegte
Anzeige
infolge der notwendigen Bodenreflexionen
stand zwischen
90 bis 180
System
Vollausschlag
Der
den Gleitwinkel herum, ein glattes
müssen
neue
wenig geringer ist als früher. Sie unter¬
nur
Anzeigeschwankungen bewirken
um
im Sender und
i 0,28 überschreite, ist ebenfalls erfüllt.
Abweichungen
also
Signale
± 0,175. Wir sehen, dass die Breite des Gleit¬
schreitet aber die international
Die
(1.2)
of Modulation.
Fig. 1.8 aufgezeichnet.
weges nach dem
ist die In¬
,
der 90 und 150 Hz modulierten
Die Anzeigecharakteristik für das alte und
von
werden,
noch sehen
Flugzeug proportional
von
Wellen
um
18 bis 36 m, für die mittlere von
von
180 bis 360
m.
Diese Gebiete
geometrisch optischer Strahlenreflexion.
zu
tun
haben,
stimmt diese Annahme nicht
diese Zonen herum und ebenfalls seitlich der
keine grösseren Hindernisse vorhanden sein. Die
Unregel¬
des Bodens sollten in ihrer Höhe einen Tausendstel ihres Ab-
-«f..
Fig.
1.7.
Die
neue
Gleitwegstation.
11
Leer
-
Vide
-
Empty
**J
1
Sll't
1*1
<3
+
1
r
5
13
Standes
der Station nicht überschreiten. Es
von
den Antennen ein sehr ebenes Gelände
System
alten
fast eine
gefordert werden,
sog. "Null
90 und 150 Hz ausstrahlt.
sendet
nur
Seitenbandenergie
Aenderung
keine
symmetrisch
kel,
den
den
um
Vorteil ist. Eine
höher
an
aus.
Gleitwinkel,
Aenderung
Das "Null
Hügel
vor
m
was
Höhe
gegenüber
neue
System
Träger und Seitenbänder
doppelter Höhe hingegen
Instrumentenanzeige
dem
gegenüber
infolge
wird
Equisignal -System
von
Schneefall hat der
nun
ein
nun
noch geringen Einfluss auf den Gleitwin¬
nur
Systems
vor
ist.
stark, ja
Hingegen ist die Strahlung
sogar stärker als beim alten
der Piste in Kloten würde also immer noch
werden und durch seine Reflexionen den
Gleitweg
stören. Diese
sich beim "Null Reference "-System zudem viel stärker
signal-Anlage, da
dem
Reference"-System erfordert
Die
der Bodenhöhe
ein zweiter Vorteil dieses
Der
5
ca.
Bordapparaturen.
nahe über dem Erdboden nach wie
System.
vor
m
"Equisignal"-Gleitweg-Anten-
Die obere Antenne in
liegenden Antennen wegen
was
was
Reference"-Anlage empfohlen. Das
besteht aus 2 Antennen, deren untere in
von
also bis auf 400
Verdoppelung darstellt.
In neuerer Zeit wird anstelle des üblichen
nensystems die
muss
der Gleitweg bei einer Nullstelle des
aus
angestrahlt
Störungwirkt
als bei der
Equi¬
Strahlungsdiagrammes
entsteht, die durch Interferenzen viel eher verformt wird als eine Stelle hoher
primärer Feldstärke. Die
unter 1.4.3.
gezeigten Strahlungsdiagramme
dies sehr deutlich erkennen. Das "Null Reference "-System könnte aber
log
wie oben beschrieben
—
mit Hilfe
von
Zusatzantennen
so
lassen
—
ana¬
geändert werden,
dass die Strahlung dicht über dem Erdboden kleiner wird. Die eine Zusatzan¬
tenne müsste dazu in
ca.
20
m
Höhe
angebracht werden,
die andere sogar noch
höher.
Der Einfluss eines
unregelmässigen Geländes auf die Gleitwegbildung
ist neulich in den USA untersucht worden
dass das "Null
als das alte
Reference"-System
einer zwei- bis dreimal
Dies ist der
[lj
.
Es stellte sich dabei
anfälliger
Es wird
Equisignal-System.
guten Gleitweges das Vorgelände
spricht
viel
angegeben, dass
bis über 700
m
zur
Bildung
eines
eben sein muss. Dies ent¬
grösseren Ausdehnung
grösseren Antennenhöhe
heraus,
auf Bodenunebenheiten ist
als für das alte
System.
wegen auch ohne weiteres verständlich.
Nach dem Gesagten kann die "Null-Reference"-Anlage kaum als wesent¬
liche
14
Verbesserung
des
Gleitwegsystems angesehen
werden.
1.2.2.
Be_r ec hnung_der_ Strahlungsdiagramme_.
System wurde das 90
Beim alten
mit Hilfe einer
resp. 150 Hz
-
Strahlungsdiagramm je
in der Höhe h über dem Erdboden
einzigen,
angebrachten
rizontal polarisierten Antenne erzeugt. Zum Zwecke der gewünschten
formung
der
Strahlung wird
senkrecht über der ersten
nun
noch
je
angeordnet. Auch
Antennen soll in
sie für das Gebiet des
nen.
Infolge
sie strahlt horizontal
gleich
als isotrope
uns
in erster Linie für das
breit
nur
polarisier¬
Die Strah¬
sein, sodass
Kugelstrahler
eines Reflektors strahlen die Antennen
Wir interessieren
wie die untere.
Vorwärtsrichtung relativ
Gleitweges
Ver¬
eine zweite Antenne in der Höhe Nh
te Wellen aus und sei der Einfachheit halber
lung dieser
ho¬
wenig
wir
betrachten kön¬
nach rückwärts.
Strahlungsdiagramm
in der Ver¬
tikalebene,
da
Entfernung
vermittelt. In unmittelbarer Nähe der Antennen kann nicht mehr
mit einer
es uns
allein Auf schluss über die
Gleitwegbildung
isotropen Strahlung gerechnet werden.
Es
muss
in grosser
dann ihr eigenes
Strahlungsdiagramm berücksichtigt werden.
Zur
Bildung der Strahlungscharakteristiken
strahlten Wellen
am
Boden wesentlich. Bei der
ist die Reflexion der ausge¬
folgenden Rechnung wird
ein
ideal leitender und ebener Boden vorausgesetzt. In diesem Fall kann der Einfluss des Erdbodens durch die sog.
Spiegelbildantenne
im
gleichen Abstand
h
unterhalb der Erde ersetzt werden. Dieses Spiegelbild strahlt horizontal po¬
gegenphasig und mit gleicher Amplitude wie die wirkliche
larisierte Wellen
Antenne
aus.
Es stellt sich noch die
Frage,
ob der Erdboden als idealer Reflektor be¬
trachtet werden kann. Die Diskussion der Fresnel'schen Reflexionsformeln
und
Messungen ergeben folgendes Bild
für horizontal
polarisierte Wellen
Einfallswinkeln
des Bodens
über ca. 10
praktisch unabhängig
gleich
minus 1.
[2] [3]
von
:
cm
Der Reflexionskoeffizient
WeUenlänge
(Als Einfallswinkel
wird das Komplement
Winkel zwischen einfallendem Strahl und Einfallslot
angle.)
von ca.
1 bis 4 Grad höchstens mit einer
minus 1
zu
zum
bezeichnet, engl, grazing
allein interessierenden kleinen Einfallswinkeln
Man hat bei den
uns
ist bei kleinen
der dielektrischen Beschaffenheit
Abweichung
von ca.
5%
vom
Werte
rechnen. Ganz anders würden die Verhältnisse bei vertikal
risierten Wellen
liegen.
pola¬
Für sie schwankt der Reflexionsfaktor nach Grösse
und Phase sehr stark mit der Bodenbeschaffenheit und dem Einfallswinkel.
Beim sog. Brewster'schen Winkel findet am Erdboden
flexion statt, alle
Energie
wird in die Erde
überhaupt keine Re¬
hineingebeugt
und
geht also
verlo-
15
ren.
Bei horizontaler Polarisation existiert das Phänomen des Brewster'sehen
Winkels nicht.
Graswuchs und Schnee können einen gewissen Einfluss auf den Reflexions¬
ausüben,
faktor
doch wird in erster Linie die Höhe des Bodens beeinflusst.
Bodenunebenheiten und grössere
von
Gegenstände
bewirken eine
Abweichung
der Voraussetzung einer ebenen Erde und können zum Teil sehr störend
wirken. Eine Unebenheit der Höhe Z
und einer
Entfernung
Ar
Diese soll kleiner sein als
angenommen
setzen wir
-
wird,
also
verursacht bei einer Antennenhöhe h
D von der Station eine
=
2Zg
A/50.
D/1000
Teil mit voller
rende ebene Erdoberfläche
(1.3)
.
Wenn eine Antennenhöhe
soll demnach Z <
zum
Laufzeitänderung
sein. In der
Berechtigung
-
10
von
Wellenlängen
folgenden Rechnung
eine ideal reflektie¬
voraus.
Der einzelne Strahler der
Antennengruppe strahle Kugelwellen
aus
von
der Feldstärke
.
E
u
wo
=
t.
e]Vn
=u
n
e
"ikrn
(1 4)
rn
n
Mass für die StSrke der Quelle (Antenne). Ist diese Quelle kein iso¬
so ist
un eine Funktion der Raumwinkel.
troper Strahler,
1^
r
=
Phase der ausgesandten Welle
=
Abstand des Aufpunktes
von
der Quelle selbst,
an
der Quelle.
Der erste Teil der Formel
(1.4)
zweite Teil ist der für eine
Kugelwelle bekannte Ausdruck
Faktor
e'w
ist in
(1.4)
und im
charakterisiert die
Folgenden
Strahlungsquelle,
der
im Fernfeld. Der
der Einfachheit halber weggelassen
worden.
Wenn wir beide Seiten der
stärke E^
o
—
S
=
n
dividieren,
so
E /E„ und rechts
n
o
allgemeinen
obigen Gleichung durch eine konstante
erscheint links der dimensionslose
Feld¬
Strahlungsfaktor
u
u.a.
die dimensionslose Grösse
noch eine Funktion der Raumwinkel ist.
a
ü—
=
n
Also:
r
n
E
,
die im
o
-Kkr -iM
Vane
16
n
n
a-5)
Wenn
nun
alle
Strahlungsquellen gleich polarisiert sind,
»
^nVn6
In
1.9
Fig.
ist die
uns
-i(krn-«f)
(1.6)
interessierende Antennenanordnung aufgezeichnet.
Für die 90 und 150 Hz modulierten Emissionen wird
system
ist das Gesamtfeld
je
ein solches Antennen¬
benötigt.
Antennt
Ho.
riTTTT
TTTTTTn-TTTTTTTTTTTTTT
Erdboden
JptegeitMonMnoen.
Fig. 1.9.
Neues
Antennensystem
zur
Ausstrahlung der 90 oder 150 Hz
modulierten Emission.
Nach
Fig.
1.9 lassen sich die Entfernungen
rn
in der Vertikalebene be¬
rechnen:
(1.?)
Die
Entwicklung der Wurzeln wird mit der vierten Potenz abgebrochen,
durch noch eine grosse
Meist werden die
stände
vom
Strahler,
Strahlungsdiagramme
an
von
Antennen
von
nur
für grosse Ab¬
angegeben. Man
beliebigen Punkten der Antenne
parallel
wo¬
die Antennen erreicht wird.
im sog. Fraunhofer'schen Gebiet
dabei an, dass Strahlen
dieses Ferngebietes
Genauigkeit
bis nahe
zu
nimmt
einem Punkt
seien. Insbesondere soll für einen Punkt auf der
17
(senkrecht
Strahlerachse
len viel kleiner als eine
(=22,5°
Antennenebene) die Wegdifferenz
zur
Wellenlänge
Phasendifferenz) erreicht,
fer'sehen Gebietes. Diese Grenze
so
ergibt
sich nach dem
=
A/16
Gesagten
zu
(1.8)
*J-,
Von dieser Grenze
der Antenne erstreckt sich ein
zwei Strah¬
von
ist man an der Grenze des Fraunho¬
L der Durchmesser der Antennenfläche ist.
mitberiieksichtigt werden).
von
Wegdifferenz
2L2
D
wo
sein. Ist eine
Gebiet,
(Spiegelbildantennen
an
müssen
bis in unmittelbare Nähe
das wir in Analogie
zur
Optik
mit
Fresnel'schem Nahgebiet bezeichnen wollen. Das eigentliche Nahfeld der An¬
tenne wird aber noch nicht
darf,
rechnen
wird.
ter
wenn
auch die
Rechnung,
Strahlungsdiagramm
Das
des Abstandes
berührt, sodass
von
wie
man
immer noch strahlenoptisch
(1.7) zeigt,
bedeutend
komplizier¬
ist im Fresnel-Gebiet eine Funktion
der Antenne. Es kann unter Umständen einen ganz anderen
Charakter aufweisen als im Ferngebiet.
Mit den Grössen
wird
S
=
=
a2
=
A
a3
=
XA
a4
=
*2
^3
=
=
"jkrl
r
x-
[e
e
-jkr,-.
ZJ
-XA
ei"Vkr3_e-*r4]
konstant
a
n
Gleitweg wichtigen Winkelgebiet
tennen
180° +A^
*l=**
KA
Wenn wir hier die Werte
den
180°
(1.6)
nun
A
A
a.
genügend
setzen,
so
(1.9)
ist das
und in grösserer
a
in dem für
Entfernung
exakt. Stark seitlich der Station macht die
charakteristik der verwendeten Antennen die Grösse
nur
von
den An¬
eigene Strahlungs-
winkelabhängig.
In
unmittelbarer Nähe der Antennen wirkt sich der unterschiedliche Abstand des
Aufpunktes
abhängig
von
den einzelnen Strahlerelementen dahin
Strahlungsdiagramme
gigkeiten
von a
Nach
für
resp. x
geringe Entfernungen
berücksichtigt
längerer Rechnung
von
der Station diese Abhän¬
worden.
erhalten wir
S und seine Phase die Ausdrücke
18
aus,dassa entfernungs
wird. In den Abschnitten 1.2.4 und 1.2.5 sind bei der Berechnung der
aus
(1.9)
für den Absolutwert
von
-
am
S
S
=
=
\|(sin
2A
-xsin
e.u
Ne2a)
+
4*sin
%-
sin e..a sin
Ne," (1.10)
und
wo
a
2
fir
-
phS
=
=
f
4
+/Ä--
-kD(l
+AÄ
/^-)
(1.11)
,
kD,u£
h
e
"
D
Z1
Y
=
|
=
Elevationswinkel
tgy
=
2
2
1
el
x2
2
2
e2
=
A0
=
A lr
=
„
,2
i-4--n21t
-Alf+k^l- (N2-l)[l -§yu2-(N2+l)|-]
Abweichung
2
von
der
ASt=-kD|- (l-2/i
gegenphasigen Speisung
2
„
„
xsina6 sin Ne,a
-V^^^slne^-xcoB^estaNe^
Der Phasenunterschied aö zwischen der
stanz sich ändernden
Anteil,
der zwar in grosser
-
Interessieren wir
u
*
Original-
und
einen mit der Di¬
zur
Verformung
der Strah¬
führt.
uns
0,00275.
für den Verlauf der
speziell
bis in die Höhe des Gleitwinkels
und
Ai^noch
Entfernung verschwindet,
aber In der Nähe sehr gross werden kann und dann
lungsdiagramme
der
Strahlung
der Zusatzantenne hat nebst dem konstanten Wert
(1.12)
z.B.
von
Wir dürfen dann
y
=
3
,
so
Strahlung
wird
vom
Boden
u^tgy= 0,0524
in den Ausdrücken für e.,, e, undaO
u
vernachlässigen.
Die Verhältnisse des alten Antennensystems erhalten wir durch Null¬
setzen vonx.
Die Formeln
trächtlich, und
man
(1.11)
und
vereinfachen sich dann ganz be¬
erhält für kleine Elevationswinkel
Eine Nullstelle der
zwei
(1.10)
Strahlung (S
=
0)
tritt dann
uj
auf,
die
Gleichung (1.1).
wenn
die
folgenden
Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:
A9
v
=
(1.13)
0
sin
e.a
sin
Neg'1
-—
=
•
19
Diese Beziehungen erlauben uns, mit Hilfe der weiter unten beschriebenen
Feldstärkemessungen Phase
tig
und
Amplitude der Kompensationsantenne rich¬
einzustellen.
Für Distanzen über 50
zur
genügt
m
zweiten Potenz. Die einfacher
S
2Ay(sina
=
»
=
woa9
=
xsin Nu
gewordenen
^-
) +4xsin
Formeln lauten
bis
r
nun:
(1.14)
sin u sin Nu
2
<ir
phS
-
Entwicklung der Abstände
die
-^
-U>(1+/^-)+aÄ
(1.15)
,
2
rf
-
-Ajf+k^f- (N2-l)
-
kD
4
phasig eingestellt
S
=
rr-Vfos^e siTTNo-
arctg
Für sehr grosse
ist
Entfernungen,
(ai^= 0),
2A (sina
an
und
wenn
die Zusatzantenne rein gegen-
vereinfachen sich die Formeln noch weiter:
(1.18)
(1.19)
.
der Stelle
wird nach
u
(1.13)
ist. Soll die Nullstelle bei ganz kleinen Winkeln
Eine solche
Strahlung
Antennenspeisung
ist für
unsere
dann erhalten,
auftreten,
Zwecke
so
wenn *
wird x
gerade günstig,
=
=
SÄ|
1/N.
da die
nahe über dem Erdboden stark vermindert wird. Die 90 und 150 Hz-
Strahlergruppen
unterscheiden wir durch die Indices 90 und 150. Wir wählen
A150=
°'5
A90
"150=
°'5
*90
N150=
2
£150
"150
Somit lauten die
Sgo
S15Q
die in Figur 1.5
20
<*•">
•
-xsinNa)
phs"=-|-kD
Eine Nullstelle
(1.16)
=
=
•
~
=
N90=
h150/D
h90
kD/ue150=ct
£90
=
"90
=
Strahlungsdiagramme
(sin
=
5
=
sina
|
-
0,2 sin«)
-
0,5
aufgetragen
sin 2u
sind.
,
=
2'5
°>2
5
h150/5
hsd*
"V1^
/5
(1.20)
:
(1.21)
(1.22)
winkel
aus
sich bei
Gleitweg bildet
Der
ui
arctg g
=
=
3°
124
0,05235
=
=
al
=
2,164
rad. Dies
1,18
=
satzstrahler fällt
zur
muss nur
der
infolge
Grundstrahler örtlich
tenne
Abstrahlung
ihr
(mittlere Antenne)
Zufälligerweise
1000
beginnt
diese
5Q
=
11,8m
Fig. 1.5 gelten
Station,
ist das
m
sehr grosser
Entfernung.
werden, dass
durch
z.B. ein
Hindernis
eindeutig
so
im
(1.8)
von
ste Methode
man
die
Hügel
—
2
m vor
des
von
/%
=
1240m.
der Station
Hügels.
nicht mehr
gleich
wie in
Kompromiss derart geschlossen
Feld bei 700 m,
von
wo
sich
die Strahlungs-
Fig. 1.5 abweichenden
des Gleitwinkels noch kaum
beeinträchtigt.
Antennenspeisung überhaupt
so
einstellen,
kontrolliert mit Hilfe einer Feldstärkemess-
das Feld verschwindet. Diese
zur
höchsten
Strahlung. Die Diagram¬
Gegend
Strahlungsdiagramm
Verlauf, doch wird die Bildung
—
2(4h1-0)
=
befindet, vollständig ausgelöscht wird;
In der Praxis wird
am
werden. Die Grenze des
der
charakteristik in grosser Entfernung hat dann einen
apparatur
liegt
1300 bis 1800
Ferngebiet
Es kann aber ein
zu
bei D
passende Antennenspeisung das
dass auf dem störenden
gerade auf,
müssen die genauen Formeln
auch noch für die
somit
in
Höhe.
Aenderung langsam spürbar
also schon
Einrichtung wird
heben sich bei den oben vorgege¬
verwendet werden. Schon in einem Abstand
Der Hügel, der sich in einer Entfernung
Auch bei 700
mit dem 150 Hz-
auf der mittleren Antenne
Fraunhofer'Bereiches liegt nämlich nach
me von
h-50
Der 90Hz-Zu¬
amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignale
in die Nähe der
Strahlungsdiagramme
befindet, liegt
Nh90
=
Die 150 Hz-Zusatzantenne
nämlich in 2h.
Erdboden,
man
(Fig. 1.6).
Das hat den Vorteil, dass eine einzige An¬
Hochfrequenzträger
für die
m
zufälligen Beziehung
die Seitenbänder der
Kommt
zu:
demnach in einem Abstand
muss
werden
nicht beeinflussen. Eine solche
ausgestrahlt werden.
über dem
Dar¬
der beiden Emissionen verwendet werden kann. Man
Abschnitt 1.3 beschrieben.
nur
angebracht
zusammen.
Komponenten gegenseitig
sodass
0,0524.
=
Speiseeinrichtung dafür sorgen, dass sich die beiden
durch die
benen Werten die
H/D
(L23>
(unterste Antenne)
über dem Erdboden
m
einem Höhen¬
muss
rad. entsprechen oder
m=5'9m-
Der 90Hz-Grundstrahler
von
=
berechnet sich die Höhe des 150 Hz-Grundstrahlers
hi5o
hgo
a
richtigen Einstellung
gen und Einstellungen siehe Abschnitt
des
Feldstärkemessung
ist die sicher¬
Antennensystems. (Ueber
Messun¬
1.4).
21
Feldstärkemessung (Nullstelle)
Mit Hilfe der
chend Formel
(1.13)
a9
noch den Einfluss einer
Null und xN
zm
Abweichung
(1.14)
Werten untersuchen. Nach
mehr als 50
von
S
Wenn wir xN
S
Und bei a9
von
a9
von
(resp.At^)
1
setzen,
so
(1
2Aa
=
Folge. Insbesondere
von
zwei zueinander
von
90
-
(1.24)
(1.25)
.
xN)
(1.26)
.
Wir fordern
eine
gehörenden
nun
cm
1 verschiedener Wert
von
Beeinträchtigung der Feldkompensation
wirkt sich
entspricht 5
Lageänderung
(siehe Fig. 1.5),
einer
a9 aus.
Bei einer
Phasendrehung
dass S bei
u
=
=
1,
gen der Phasen a6 15f) und a>9 „»nach
und
a9
)
«f (
a09O
)=M°
(1.25)
(1.27)
± 16
Einer
schiebung
von
eine horizontale Ver¬
entspricht
von nur
der mittleren Antenne darf sich gegen die unterste sogar
Bedingungen
fluss
kann
jederzeit
22
Die
mit Hilfe eines
und
cm.
t
Die Lage
1,8
cm
(Fig. 1.10)
Messungen bestätigt wurde, haben
Abstrahlung.
t 4
nur um
lassen sich erfüllen durch straffe Abspannung
des Antennenmastes mittels Stahlseilen
auf die
und
nur
der mittleren gegen die oberste Antenne
Wie durch
S«,-0<0,1
dürfen die maximalen Schwankun¬
betragen.
verändern. Diese
also
ent¬
(- 14 db) des
Ä
Phasenänderung
.
116°
<T(
=
so
20
20° (= 0,349 rad.)
System erreichen darf,
Setzen wir vorerst xN
zur
Wellenlänge
von
30 Minuten Höhenwinkel höchstens einen Fünftel
=
xN
gegenseitige horizontale Verschiebung
Antennen auf
Feldstärkewertes nach dem alten
nachgeprüft
Entfernungen
wird
sin^
hat also sofort eine gewisse
Sg0<0,04.
und
u
nun
diesen
von
0 ist
=
sprechend y
und xN
ist für kleine Winkel
Null verschiedene Phase a9 und ein
cm
entspre¬
^(1-XN)2 +4Nxsin24|
4Aa
=
S
Eine
=
wird
m:
2Aa
=
Hügel
am
gleich 1 gemacht. Wir wollen
Abweichung
Theodoliten,
korrigiert werden.
Um
die Stahlseile keinen Ein¬
des Mastes
der links in
von
der Lotrechten
Fig. 1.4 sichtbar ist,
ungleichmässige Phasenänderungen durch
JT
$
Ä
TJW.
^TVS.
Fig. 1.10. Abspannung des Antennenmastes
/
mit Stahlseilen.
Leer
-
Vide
-
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Temperatureinflüsse
gleich lang gemacht
Falls a8
(1.26)
folgende
*150
3ego
Ng0
zu
aufgehängt.
=
5 und
N-50
0,5 t 0,143
=
0,2 t 0,023
und
gross wie die Toleranz vonx.
150
Leistungsverhältnis
bei 90 Hz
ca.
(»ist
x nach
25%.
zwischen
in Prozent ist dann etwa
Feldstärkeverhältnis.)
ein
dürfte sich somit die
Hz-Antennengruppe
ändern,
gesetzt wird, darf
2
direkt abzulesen. Die maximal zuläs¬
Kompensationsantenne
sige Schwankung des Leistungsverhältnisses
so
=
(1.28)
Die Antennenspeiseeinrichtung erlaubt das
Original-
eliminieren, wurden diese alle
Werte annehmen:
=
150
und
Speisekabeln
0 ist und für
=
maximal
in den
und im Freien
doppelt
Für die
Leistungsteilung mehr
50%
als
Diese Toleranzen sind ziemlich gross und lassen
sich in der Praxis ohne weiteres einhalten.
Durch-Feldstärkemessungen
Grenzbedingungen
1.2.3.
am
Hügel konnten die eben beschriebenen
verifiziert werden.
BejecJuiung_deS-VerlaufejjierFJu^zeugj-Ijistrujnjntenanzeige.
Die
geben in
von
den 90 und 150
einem linearen
Hz-Antennengruppen ausgestrahlten Signale
Flugzeugempfänger (Superhet)
die
er¬
hochfrequenten
Spannungen:
U90
Uo S90
(1
U150= Uo ^50(1
und
wo
=
mgo
und
modulierten
+
sin
Hochfrequenzschwingungen
kann identisch mit der
darunter die
^o1
von
wg.
90 und 150 Hz.
Sendefrequenz
Zwischenfrequenz
eingestellten
der Station
ändert,
au
und einem
(1.29)
,
und
«*>150
ist die
u)
sind die nieder¬
Trägerfrequenz
und
von335MHzsein.Es ist aber auch mög¬
des
Empfängers
im Raum. Diese Phase setzt sich zusammen
Wert
AÄ900)
Modulationsgrade der amplituden¬
sind.
die Phasenverschiebung zwischen den Trägern
fest
+
m^cosu^t) sin u>Qt
die im Sender erzeugten
m15Q
frequenten Kreisfrequenzen
lich,
m90sinw90t)
+
Anteil,
zu
verstehen.
ASlqn
ist
der 90 und 150 Hz-Emission
aus
einem in der Sendestation
der sich mit der Distanz
von
nämlich:
^90°= ÄW+ASl150-A*90
'
ö-*»
25
oder
wir die Werte von
wenn
^90°
AU>"
=
i
kDg2
(1.12)
und
(1.20)
[l-l.V2-0,26£2]
zu
Grunde legen:
+
150
*150sinAei50sin2e2
arctg
sin
-arctg
ej
>«90sinA890sinefa
jjK
-4°
el
e2
=
e90
o
'2
haben normalerweise die Werte
Strahlüngsachse
Beim alten
nur
gleich
oder ganz nahe
sind, verschwinden
an
mit
von
die
der beiden Emissionen
je
nur
(1.31)
resp.
0, 5.
Stark seitlich
[4].
einer 90 und 150 Hz-Antenne wür¬
vorhanden sein. Da
und
Xq0
»<150
arctg-Glieder.
Für ein einwandfreies Arbeiten des
Träger
0,2
den Antennen werden diese Werte
Strahlungsdiagramm verändert.
Antennensystem
die ersten zwei Terme
Null
(1.32)
.
50
durch das den Antennen eigene
den
2
l-^-2£2
1
el
£2
-1-42
e150
„
(1.31)
2 IT ""150
"AD
„150
und*.
5
=
a
3fgj.
rg£-*90COSA690sine2 °
h150
£
der
-K^ 5Qcos aÖj 5()sin 2 e£ dua
a
sinel
wo
q
r~—
jm
Systems
ist
es
notwendig,
gleichphasig sind, da sonst
so
viel
dass die
Trägerener¬
gie auskompensiert würde, dass sich eine Uebermodulation ergibt. In der
Fraunhofer Region, und
Speisung
so
ist
wenn
aö
=
0 ist, wird
A&gn
der Antennen keine zusätzliche Phase mehr
AÄgo
=
0. Diesen Wert wollen wir in der
=Att)
•
Wenn bei der
zugefügt wird (aw
folgenden Rechnung
=
0),
voraus¬
setzen.
Für höhere Elevationswinkel kommen wir in das Gebiet des zweiten
Strahlungslappens
26
der 150 Hz-Emission. In diesem wird die Phase
sprunghaft
um
180
verschoben. Wir beschränken
Gebiet des ersten
Gleitweg
die
bildet.
Strahlungslappens,
Instrumentenanzeige
weichung
von
Angaben
Für nähere
siehe
sich auch der
wo
uns
über den Einfluss der
[5]. Eigene Messflüge
Gleichpiiasigkeit
der
Rechnung demnach
unsere
interessierende
Phasenlage auf
haben gezeigt, dass eine Ab¬
Gleitweges
die Breite des
auf das
verkleinert und
unter Umständen die erste "low clearance" bedeutend verbessert.
Vor dem Detektor im
quente Signal
Ut
.
niederfrequentes Signal,
|Utot|
ist.
Wir
=
Uo
Flugzeugempfänger haben
Der
Uqq+U.j-q.
=
m90 »»""W
der 90 und 150 Hz-Emissionen nach dem
den
+
der Addition der
sehen, dass infolge
das hochfre¬
ein
Hochfrequenzamplitude
S150 m150 cosW150
Träger
die
*]
<1M)
Modulationsgrade
Amplitudendetektor
kleiner gewor¬
sind, nämlich:
S90
*
m90
=
m90S90+S150
150
*
und
mi50= m150
hält, ändert den
gleich demjenigen
Nach der
die beiden
am
neuen
die den
Verstärkung
Niederfrequenz Spannung werden
der kombinierten
gleichgerichtet.
in einem 90 und 150 Hz-Filter
Die Differenz der
miQ-mi.Q,
dieser Ströme ist proportional
of
Modulation) bezeichnet
einen Instrumentenstrom
0,175 entsprechend
muss.
Träger U(Sg0+S.50)
Modulationsgrad nicht. Dieser ist also auch
bringt dann die Nadel des Anzeigeinstrumentes
Depth
f1-34)
'
Eingang des Empfängers oder im freien Raum.
Frequenzkomponenten
anschliesslich
S^S^0
Lautstärkeregulierung,
Eine automatische
konstant
den
nun
Amplitudendetektor liefert dann
das proportional der
[S90+S150+S90
wir
von
zur
was
getrennt und
gleichgerichteten
Auslenkung.
auch als DDM
(Difference
wird. Die internationale Normung
860 DDM
(
u
Ampere),
Ströme
Die Differenz
in
verlangt
wobei bei einer DDM
von
150 uA der Vollausschlag des Instrumentes erreicht wer¬
Setzen wir noch
100% vorgeschrieben)
mg(,= m.50=
voraus,
DDM
=
m
so
m
wird die
-9-0
S90
+
0150
S>150
(es
ist ein Wert zwischen 90 und
Instrumentenanzeige:
.
(1.351
27
In
Fig. 1.8
ist die
station bei
für grosse
Instrumentenanzeige
Verwendung
(1.21), (1.22)
von
Die maximale Breite des
und
m
Entfernung
von
der Sende¬
0,95 aufgetragen.
=
wird erreicht für eine DDM
Gleitweges
0,175.
=
Nach der Formel
m90_
"^50
^9£
_
=
1
+
_
DDM/m
J
"
DDM/m
Modulationsgrade
wird diese Breite bei einem Verhältnis der räumlichen
1,45 (3,24 db)
von
1,56
m
=
0,95). (Bei
m
=
0,8
wird
m!0/m?50
Die Summe der
für die
Flugzeuges
m.
c0
im Raum.
ist, dass
=
Gleitweganlage verwendet.
der
m, also konstant und
Fall,
Alarmflagge (flag alarm)
so
Vorwärtsregelung
[6]
Type 154 A
Bei falscher
auf die
empfangene Signal
Lautstärkeregelung
Glide Path
von
Softening
der Feldstärke
im
die
Flugzeug).
abhängig,
englischer Empfänger
quenzseite
herabgesetzt.
SR 15
zur
Regelung
Empfänger-
kann eine Ueberre-
Folge,
obigen
leitet die
(Rückwärts-)Regelung einbezogen,
sogar erwünscht ist
Formeln
gelten
eine
(sog.
Ein
nicht mehr.
von
der Niederfre¬
Empfängers
in
Feldstärkeschwankung,
Aenderung des Sendermodulationsgrades
zur
grösser
die Betriebssicherheit erhöht.
nur
gelten hier die oben angegebenen Formeln,
28
was
Regelspannung
was
Durch diese Massnahme wird aber nicht
Möglichkeit
mit
Das hat aber eine Verbreiterung
her ab. Dadurch sind alle Verstärkerröhren des
dern auch eine
die
Die Anzeigeempfindlichkeit ist dann aber
und die
[7]
wenn
verbessern.
gelung auftreten. Dadurch wird die Empfindlichkeit der Anzeige
gegen die Piste hin
zeigt
Hochfrequenzträger
wie sie in der
kann die
angewendet wird,
dann genau,
nur
vom
Dosierung der vorwärts wirkenden Spannung
Gleitweges
Ist
ausgelenkte
ideal ausgeregelt werden. Eine
Niederfrequenzstufen,
werdendem Eingangssignal
so
an.
Signalschwankungen
zusätzlich
pro-
Lage des
voll wirken kann.
Lautstärkeregelung
Anlage
für die automatische
wird und alle
der
fällt die durch die Summenspannung
Alle oben angestellten Ueberlegungen stimmen
abgeleitet
von
Flugzeug
Anzeige ist
in das Instrumenten-Zifferblatt zurück und
das Nichtfunktionieren der
Spannung
Diese
unabhängig
Das setzt aber voraus, dass das
die automatische
dies nicht mehr der
wird im
gleichgerichteten Filterspannungen
Betriebsanzeige
portional niq0+
des
=
3,85 db).
=
gross
(für
erreicht
»„,
n
"
S150
wenn
wir
m
m
=
ausgeregelt.
0,95
setzen.
Verbreiterung des Gleitweges (Glide Path Softening)
in
son¬
Es
Die
der
Nähe der Piste durch
bei
Verwendung
Ausstrahlung
verschieden_e_Entfernungen
Die Kenntnis der
Station ist
aus
kannt sein,
zwei Gründen von
vor
bei einer
was
matischem Piloten
von
ist, dass der
zu
Bedeutung.
in grosser
m
setzt dann das
von
(3 )
um
unter
Aufgabe, die
mehr als
64%
schaltung
eine
für die
gegen die
150 bis 200m
Unter
vom
Pi¬
Berücksichtigung
in der unmittelbaren
Flugzeug
Strahlungsdiagramme
Gleitweganlage gegeben.
Höhe des
Gleitwinkels, die
überwachen. Eine
50%
des
(1°55')
Gleichzeitig
von
einer
und die
des nominellen Gleitwinkels
zur
der
Kursgrenze
Sendeleistung
automatischen Aus¬
wird im Kontrollturm des
Alarmeinrichtung betätigt. Diese Aufgabe wird
Monitordipolen bewältigt,
gerin¬
Monitoreinrichtung
Kursgrenze
Verminderung
müssen
in
Aufstellung
ein Absinken der untern
und eine
Normalbetrages
der Anlage führen.
zur
Diese
untere
Verschiebung
±10% (± 18 Minuten),
des Gleitwinkels
auf weniger als
von
der Station ist durch die Vorschrift
Kontrolleinrichtung
zu
sind tatsächlich
gestattet. Wichtig
Punktes auf dem Boden auf.
Ein zweiter Grund für die Kenntnis der
Sendeleistung
die Piste be¬
über dem Boden verlaufende Li¬
(sog. ILS-Bezugspunkt).
Flugzeugantenne
Entfernung
Landungen
wäre. Solche
ungefähr 6
eine
der
insbesondere mit auto¬
heute offiziell noch nicht
Diese Linie soll in einem Abstand
Umgebung dieses
hat die
Flugzeuges auf
Entfernung konstant abfallende Gleitweg
berührt werden
stenanfang
der Höhe der
Umgebung
Erstens muss der Verlauf des
vollständigen Blindlandung
Wichtigkeit
asymptotisch in
übergeht.
in der näheren
dem Aufsetzen des
durchgeführt worden, aber
schon
vqm_ Sender.
Strahlungsdiagramme
Gleitweges unmittelbar
ger
besteht
-
für
Piste
Trägerenergie
zusätzlicher
nicht.
Antennejistrahlungs_-_und_ Ijstrumentejianzejge Diagramme
1.2.4.
nie
von
Empfängers
dieses
u.a.
Flugplatzes
mit Hilfe von zwei
denen der eine genau in der Mitte des Gleitwe¬
ges angebracht ist, der andere aber auf der unteren Kursgrenze. Die Monitor¬
antennen müssen in einem solchen Abstand von der Station
in welchem die
Strahlungsdiagramme möglichst gleich
aufgestellt werden,
sind wie in grosser
Entfernung.
Es wurde
einer
erwähnt, dass
Feldstärkemessung
dass in einer Entfernung
hN
=
1
gemacht
am
von
werden. Die
die
Einstellung
des
Antemiensystems
vermittels
Hügel genau vorgenommen wird. Das heisst aber,
1500
m von
der Station die Werte &ö
Diagramme
der
Fig. 1.5 und 1.8
=
0
und
gelten demnach
29
nur
für 1500
Abstand
m
exakt und sind
in
Entfernung leicht
sehr grosser
anders. Original- und Kompensationsantenne werden in diesem Fall nicht
gegenphasig gespeist.
genau
die bei der 90 Hz-Gruppe
Auch die
ausmacht.
150
aS.
wird
90
4,5°
der
von
In der
in
am
und bei der 150
zwischen
Phase
Hügel
4,5°
=
Abweichung ait=
was
^
2
(N -1),
*i^50 14,0°
Hz-Gruppe
=
150 Hz-Emissionen
12
90 und
den
Null gemacht,
De
k__
Abweichung aw= inj kt>£
eine
Gleichphasigkeit ergibt.
folgenden Tabelle 1.1
Funktion der
Entfernung
Die Werte
getragen.
*&gQ
zu
a
Es besteht eine
von
a
der Bodenstation nach
8g"90'AÖ150undASl90
(1.12)
für Punkte auf dem Gleitwinkel.
gelten
^Slgn
wurde auch noch der Wert
150
ist der Verlauf von
>
der sich
(1.20)
und
auf¬
Vergleichshalber
dem alten Antennensystem
nacn
ergeben wurde, aufgezeichnet.
Tab. 1.1.
Verlauf der
[m]
D
in Funktion der
Strahlungsphasen
Entfernung.
1500
SO
100
180
500
128,5
62,5
32,7
8,9
0
194
103
28
0
24,5
0
+
12,5
9
0
+
4,5
17,8
00
0
2«iT
a990
-
4,5
0
6T-84
a6150
o150
au
-21T- 2
-
153,5
-
95
-
72
-
-21T
-
130
-
62,5
-
33
-
alt
sehen
Nahgebiet
die Fig.
lem
14
°
Ein Bild über die
sich
-
°
^90
a£150
2T+37.5
gegenüber
gentlich
für Abstände
1.11, 1.12
eine
und 1.13.
dem
der
180,
Entfernung die Reflexionen
Strahlungsdiagramme im Fresnel'
50 und
17,8 m
ganz beträchtlich
Strahlung
verständlich,
Es ist daraus auch
von
der
Der Charakter dieser
Fsrngebiet
Verstärkung
auch
Veränderungen
da
am
zur
in
von
der Station
geändert.
der Nahe des Bodens auf. Dies ist
in
hat
Es tritt vor al¬
Kompensation der Strahlung
Boden
geben
Strahlungsdiagramme
in
ei¬
grosserer
der Nahe der Station wesentlich sind.
ersichtlich, dass die Bestrahlung
einer
grosseren Boden¬
unebenheit nahe der Station nicht verhindert werden kann. Das Feld über dem
Boaen kann erst für
Entfernungen
werden. Bis dorthin
muss
30
von
mehr als 700
m
genügend ausgelöscht
also der Erdboden noch sehr eben sein.
(Fig. 1.11)
Beil80m Abstand
stark.
Infolge
der anders
geworden, d.h.
von
3°
ist die
Strahlung
geformten Diagramme
auf
2°20' gesunken,
in Bodennähe schon sehr
ist der Gleitwinkel kleiner
Gleitweghöhe von7,3
einer
was
entspricht. Das Strahlungsdiagramm über der Piste in 180
seitlichen
Lage
Infolge
Antennen.
des
125
Gleitweges
m vom
gegen'Strahlungsachse)
des starken Abfalls der 150 Hz
sogar auf
Anfang der
bei dem der
vom
wegen-(45°
1°40'
Pipte entfernt
Gleitweg die Höhe
6
von
entfernt und 150
Pistenanfang
5,3
oder
m.
-
Strahlung
scheinen,
aus
die Station
m vor
Beim alten
tenne
von
Flugzeug
System
ist
zu
auch tatsächlich auf die Piste
bewirkt, beim
ca.
100
m
wünschenswert
zu
versetzen,
auf
er¬
was
war.
wurde dies durch zusätzliche
der Piste weg
es
nach rückwärts
m
möglich
den
Bezugspunkt,
Gleitwegstation (Projektion
der
Der Abfall des Gleitwinkels gegen die Piste
durch wird das
ILS-
haben muss, ist demnach
mindestens 50
um
andern Gründen nicht
[4]
vor
sinkt die Höhe
Dieser Punkt auf der Piste ist
(siehe Fig. 1.14). Der
m
m
Abstand ist der
anders als direkt
die Pistenachse). Die internationale Normierung Hess
aber
m
heruntergebracht.
Verdrehung
System
neuen
erwünscht, denn da¬
der oberen An¬
ist eine solche Verdre¬
hung nicht mehr nötig.
Fig. 1.12 zeigt die Diagramme
in 50m Abstand vor der Antenne.
90 Hz-Strahlung steigt über dem Boden
Schnittpunkt
eines
nun
Gleitwinkel
Bei diesen
17,8 m
Gleitweg bildet,
Diagrammen
beim alten
es
wurde
infolge
wie
aus
Fig. 1.13
und ist in diesem Abstand 85
System
berücksichtigt, dass
ersichtlich ist.
cm
üb¬
die
Das Nahgebiet der Strahlung ist
diejenige
Strahlung
von
liche Abstand für die Kontrollantenne
kungen unterworfen. Erstens
muss
der
grösse¬
der untern zwei Antennen.
gegenüber
dem alten
bis ganz nahe an die Antennen nicht
siert durch ganz extreme Verformungen der
Der
über dem Boden.
ihrer eigenen Richtcharakteristik und dem
Abstand etwas schwächer ist als
Diagramme
Distanz,
Anflug natürlich belanglos.
wie
Abstand sind die Phasenverhältnisse wieder so, dass
beträgt 2°43'
obersten Antenne
die
überhaupt
Die
kein
unmöglich geworden.
sich ein brauchbarer
ren
ist für den
Gleitweges in dieser Entfernung
Erst in
stark an, dass
mit der 150 Hz-Charakteristik mehr vorhanden ist. Das Fehlen
Das Aufstellen des Monitors in dieser
lich war, ist
so
System,
änderten,
Strahlungsdiagramme.
(Monitor)
ist
wo
sich
charakteri¬
Der
mög¬
jetzt grossen Einschrän¬
gefordert werden,
dass die Strahlungs-
31
—
direkt
vor
der Station
45° seitlich
Fig. 1.11. Strahlungscharakteristiken
180
32
m
Abstand direkt
vor
und
der Station
Instrumentenanzeige
und unter 45
(Monitor)
(Piste)
in
seitlich der Station.
3,e\
4*
3,0
*,»
gg..
>10
2,4-
2,2
2,0
t,a-
f,e-
S/so
i,t
t,e-
o,e
as-
0,4
0,2
0
je
60
90
»0
Fig. 1.12. Strahlungscharakteristiken
/so
in 50
*o
m
210
Abstand direkt
2*e
vor
270
*'
der Station.
33
.1.13.
Strahlungscharakteristiken
Abstand direkt
34
vor
und Instrumentenanzeige in
der Station.
17,8m
InterkonHnentel
Fig. 1.14.
-
Zürich
Flughafen
Masstab
1:20-000
500
250
1000m
750
(Mittler«
Flughafen-Hfihe
Flughafen
Monitor
Betonflache
neuer
Flache
der
-
-
425moM.
380 Ha.
Pisten,Rollwege etc
Tragfähigkeit der Pljhw
Wmddisgrsmm'
Windrose
-
u
•
Rollwege
611120 m'
135 To
'
*
\
Gleitwegsender
Gl<it)»ejiend«r
*
hl\:*'.:'/:
•^myti
\
TlkA
'
m
AH-/-, \m
\
•»
*\
*\
>m+
w****%/
~7
/
/
\
?%l.
??tPisfe
J900160_nL '~"\
-rSporrflujaug.
$
.S^^I.ItUf
^
N.
Zürich 20 Februar 1950
^
KontraHh«
Hang*£j|
^^^(fv^
Glabfcbruöö
^$j\f%L
35
diagramme
ähnlich
wie
Fernfeld seien, und zweitens soll die Phase
im
schen den 90 und 150 Hz- Emissionen
AÖgo
chen.
die
Beim alten
Distanzen
dass
in
von
18
Es wurde aber
von
17,8
m
jede Veränderung
örtlichen Verhaltnisse erlaubten
Entfernung,
Umstände diktierten
nahe der Grenze ist,
wo
Abweichung
es
uns
einen
sich die
von
aber auch
Abstand
nur
notig, beim
gegen das Maximum
neuen
der
Ag0/A«50
Die Winkelbreite
von
muss
S.,-0
zufallen
wichtig
sie
mehr,
man
gen haben ihren Ursprung
eben
36
sein muss.
Gleitwegbreite
der
Flugzeug.
zu
wäre
Dieser Weg
basierend
-
das
Gleitweges
in
um
(Fig. 1.5),
durch
was
wur¬
Abschwachung
Gleitweges
zum
Gleitwinkel
der
ca.
50
Minuten,
so
entspricht.
%
Mindesten 11
Gleitwinkel ± 2o Minuten. Bei
des Gleit¬
Ago/A150=5
was
genügt.
Schnittpunkt der Diagramme fast
bei ganz kleinen Winkeln praktisch
zusammen¬
Instrumentenanzeige die Differenz der
die grossere Empfindlichkeit des
in
werden durch
(1.20) festgelegt
Schnittpunkt der beiden Diagramme
des Kurses
auf Unregelmässigkeiten der Diagramme
Es wurde schon oben
(Fig. 1.15).
nahern sich die beiden Kurven unterhalb des
Da für die
ist, versteht
den
Gleitwegbreite
S., 50 hegt,
(Fig. 1.5).
ziemlich
m
den internationalen Vorschriften
beidseitig
Da aus Gründen der
immer
7,3
von
Dadurch kann die Breite des
die Kursbreite bei 3
von
ist mit 72
Empfindlichkeit
beeinflusst,
schieben
zu
Das macht bei 3
betragen.
Gleitwinkels
)
etwas geringe Kursbreiten
Vergrosserung
System
neuen
gross gemacht werden, dass
Maximum
(aS.q0
schon sehr
zwar
wesentlich verformen.
Gleitweghohe
Systems,
zur
der 150 Hz-Strahlung geschieht.
im
180 m, der
die Hohe, sondern auch die Breite des
Fig. 1.8
sehr gros¬
in
normiert ist
-
das Amphtudenverhaltnis
ist nach
(Graswuchs, Schnee,
der Instrumentenempfindhchkeit im
auf dem alten System
winkels
Entfernung
nicht, den Dipol
von
kann aber nicht beschritten werden, da diese
war
gut erfüllt sind.
dieser
in
Strahlungsdiagramme
Die einfachste Methode
Verminderung
de. Es
relativ
Monitordipols
Gleichphasigkeit
der
Es ist die Tendenz des
Nicht
Rolle, welche
eine
1.1.). Fig. 1.13 zeigt,
Bedingungen
des Erdbodens
Dipols entspricht
gross. Die Hohe des
ergeben.
zwi¬
Null abwei¬
von
z.B. 500 m, wie es wunschbar wäre, aufzustellen. Die äusse¬
ren
die
Phasenbedingung
zulässt (Tab.
diese
wenig
besonders stark auf die Monitoranzeige auswirken wurde. Die
ser
Auch die
m
der Aufstellung des
von
da sich
Feuchtigkeit)
nur
und mehr als 100
Abstand
einem
abgesehen,
System spielte
m
möglichst
in
diesem Gebiet
Unebenheiten des Erdbodens
ausgeführt, dass
das
Vorgelande bis
neuen
Kurven
Systems
Solche Schwankun¬
vor
in
der Sendestation.
400
m
Abstand sehr
Fig.
1.15.
Monitor mit Blick gegen Sendestati
37
Leer
-
Vide
-
Empty
1.2.5
Aenderung _der_Bpdenhöhe_ (Schnee)_auf
Einf lu_ss_ einer
jiie ^tjajilungsdiagrajnrne.
Im
eine
Folgenden
Aenderung
wird der Einfluss auf den
Gleitweg untersucht,
der durch
der Bodenhöhe bewirkt wird. Dieser Fall tritt insbesondere
bei Schneefall oder bei starkem Graswuchs auf. Es wird angenommen, dass
die Höhe des ideal ebenen und reflektierenden Erdbodens
zunehme,
(1.11)
wo
wird
p normalerweise « 1.
demzufolge geändert.
2A\j(sin e^u'-
=
und
phS'
wo
N'
h'
1
=
N
_
=
+
T
*"^
e'
=
und
'8
sin2^|'sin e{
et' sin
N'e2'u
'
(1.37)
(1.38)
,
(a-p£2kD)
1
,2
-/üL
,2
.4L.
2
,2
=
*
V^-)+ /&'
/—'
2
'2
e2
Strahlungscharakteristik (1.10)
HP/N)
d-p)
=
i
el
kD(l
Betrag ph
h(l-p)
=
a'
-
2
den
Wir erhalten
N'e2'a ')2 +4
xsin
um
Ausser den Werten A und x werden alle
Grössen durch gestrichene ersetzt.
S'
Die
,2
„
i-/Y-N-H£(1-P)
/'V11"!"
A8'= -a
1
Aft= -kD
Die
,2
+Jf.eV-D(l "-&> [l -^-(N'2.!) ^i]
£'2
-j-
2
3
(1-^'
-
xsin a9'sin N'e,'u'
e'2
+arctg
sln-»•„.-XCOSAe'slnN'ej«"'
~T)
^
ungestrichenen Grössen gelten
Bedeutung
ist in
=
0)
Bodenerhöhung.
Ihre
(1.12) niedergelegt.
Für sehr grosse
(a9'
für den Zustand ohne
(1.39)
Entfernungen und bei
rein
gegenphasiger Antennenspeisung
wird
S'
=
2A
[sinu
(1-p) -xsinN(l
-^)«]
•
(1.40)
39
Trägern
Die Phase zwischen den
&H°
undp1(.n= 0,04,
pqn= 0,2
17,8
und
m
(1.41)
*ff90.
-
wurden für eine Schneehöhe
Folgenden
Im
180
M+*SL[5Q
=
der 90 und 150 Hz-modulierten Emis¬
analog (1.30):
sionen im Raum ist
die
Strahlungsdiagramme
ausgerechnet
m,
und in den Fig.
entsprechend
24 cm,
von
für grosse
1.16, 1.17
Entfernung,
und 1.18
aufgetra¬
gen.
Entfernung (Fig. 1.16)
Bei grosser
90Hz-Strahlungsdiagrammes
Strahlung
am
(y= 1°21')
tisch ein
infolge
Wenn
Demzufolge steigt
etwas an, ist aber immer noch sehr klein.
nun
eine Nullstelle.
Abschirmung
man es
aus
für
Bei
Hügel
durch den
nötig finden sollte,
dem
des
beachten. Die Zusatzantenne bewirkt eine
a
=
30° (41= 43')
falscher, verkehrt anzeigender Gleitweg entstehen,
der
Tangente
Hügel
hat sie
zu
bei kleinen Elevationswinkeln.
Ueberkompensation
Verformung
ist besonders die
nicht bilden kann
kann die Kurve
Nullpunkt herausgeführt werden;
die
u
=
56
würde theore¬
der sich aber
(Hügelhöhe
50').
=
mit horizontaler
Sgo'
dazu
Bei
muss
aberXg0' l/Ng0'
=
gewacht werden, also 0,167 anstatt 0,2. Der Leistungsteiler (siehe Abschnitt
1.3)
müsste dann auf einen
12%
höher
Der
150
Gleitweg
ist der
geworden.
1%
oder
stem
kann. Pro 2 cm
1,8
gespeist werden,
Wert
Der
die
Gleitweghöhe
hat sich
in 180
Entfernung
von
-72
um ca.
muss
0,64 A,
was
Wert,
der auch für das alte
die
auf
im Sender
Amplitudenstubs
ist hier
in 180
um
Wert
m
Abstand,
auf
m
zur
ca.
um
Antennensy¬
(A,50'
A, 50'
0,68
=
ist fast
sich der Monitor¬
Er kann aber durch
A.gJ
gleich
auf den alten
wie der eben
hat die
er¬
Konstanthaltung
Entfernung praktisch die Konstanz des Gleitwinkels
Folge. Es bleibt einzig
3 Minuten
-80
wo
24% gestiegen.
Entfernung (Fig. 1.16). Demzufolge
des Gleitwinkels von
40
Diagramme
Gleitweg
gebracht werden. Dieser
in grosser
des
=
bringen,
der Bodenhöhe wird der Gleitwinkel
Speisung der 150 Hz-Gruppe
wähnte für grosse
der
werden.
hat.
Fig. 1.17 zeigt
dipol befindet.
schwächere
Aenderung
zu
nämlich A'
Verschiebung
Minuten verschoben, ein
Gültigkeit
gestellt
kleineren Wert
Rechtsverschiebung der 90 Hz-Kurve wegen
einfache Art und Weise durch
geschehen
25%
Um ihn wieder auf den alten Wert
schwächer
Hz-Gruppe
ca.
erhöht,
eine ganz kleine
übrig. Die Phase
was
relativ
zwischen den
wenig
ausmacht.
Erhöhung
Trägern
Fig. 1.16. Einfluss der Bodenhöhe (24 cm Schneefall) auf die
Strahlungscharakteristik in grosser Entfernung.
S9Q
S1(-0
=
=
5
(sin0,81
-0,2sin0,96a )
sin0,96a -0,5sin 1,96a
Pgo
=
0,2
P1(-n=0,04
41
1
14
/ff.
tsa
',«
f.*
'
1,0
1
*,*
y'"
1
0.»
/
/
//
0,4
o,t
/
/
/
/iN,
x^lSO
Tri-.
i
1
1
l
i
i
ff
c
1
1
H'9*cm
J0
to
190
90]
I
\
\
ISO
\
/
\
/
180
«'
310
I
HmTfim
9.2m
Fig. 1.17. Strahlungscharakteristiken
in 180m Abstand bei24cm
H.SScm
Fig. 1.18. Strahlungscharakteristiken
42
\
N
*.**£
1
1//
P*o' °*
/
Bodenerhöhung.
H.ntcm
in
17,8m Abstand
bei 24
cm
Bodenerhöhung.
17,8
In
gehalten,
so
müsste
würde dann aber
schen den
erhöhung
Lage
Trägern
für einen
37%
um
A150'
0,454
=
hat sich
17,8
sind die
um
43
vor
der Station schon
Monitordipol ungeeignet
günstiger
1.3. Die Einrichtung
ten
len.
Aufgabe
zur
der
Träger auf die
werden.
Antennenspeiseeinrichtung
drei Antennen in
Alle
zur
Die
wendung findet,
müssen
formatoren
symmetrischer
schleife
[8]
ausgeführt,
transformation
69 Ohm
RG22A/U
2
95 auf
er¬
diejenigen
zu
den Antennen be¬
mit 95 Ohm Wellenwiderstand.
die einfachere 50 Ohm-Koaxialtechnik Ver¬
den Ein- und
auf
Ausgängen
im
gesamten fünf
unsymmetrische Leitung,
frequenzunabhängig
Doppelleitung überträgt
von
geführt
50 Ohm
und
ein koaxiales
Trans¬
sog. Baluns,
Symmetrierungs
Signal
symme¬
umgekehrt. Die nötige Impedanz-
geschieht
in einem
%/4
KoaxialstUck
von
Wellenimpedanz.
Die
lierten
die
vertei¬
sollen voneinander unabhän¬
vorhanden sein. Diese Transformatoren sind nach der Art der
trisch auf eine
zu
Fig. 1.20 aufgezeichnete Schaltung
Sender her und
Schalteinrichtung
von
und Phase
auf die unterste und die mittlere An¬
muss
Kabel
Da aber für die
an
den
Sie wird weiter unten genau beschrieben.
vom
symmetrischem
an
amplitudenmodulier¬
richtiger Amplitude
können. Die in
Anforderungen.
Kabelleitungen
aus
Signal
besteht darin, die
150 Hz
mit 90 und
Speisung nötigen Einstellungen
gig vorgenommen werden
stehen
Equisignal-System.
auf die mittlere und die oberste Antenne
150Hz-Signal
füllt diese
gross, dass diese
Speisung der Antennen.
Das 90 Hz-modulierte
das
so
verhält. Der Einfluss ist der 5 mal höheren
Senderausgängen vorhandenen,
tenne,
Ferngebiet
ist. Die Phase zwi¬
ist.
unteren Antenne wegen auch 5 mal geringer als beim
Die
konstant
klar, dass sich das "Null Reference"-System bezüglich Aende-
rung der Bodenhöhe
zwei
Gleitweg
unzulässig
im
verschoben. Der Einfluss einer Boden-
Abstand
m
absolut
Entfernung
in dieser
er
werden. Der
A.,-0
was
schon stark verändert.
Diagramme
erhöht. Würde
12% sinken,
um
ist in ca.
Es ist
(Fig. 1.18)
Abstand
m
Der Gleitwinkel wird
Aufteilung
Signals
in
des
vom
Sender gelieferten 90 Hz- resp. 150 Hz-modu¬
je 2 Teile geschieht
in
dazwischengeschalteten gegenläufigen
Die Brücken bestehen
A/4 Seitenlänge.
Die
aus
einem
Wellenimpedanz
je
einer
Doppelbrückenschaltung mit
Phasenschiebern
gemäss Fig. 1.19.
sechseckigen Ring (Hybridring)
der Koaxialleitungen im
Ring
von
ist
$Tmal
43
-
grösser (= 71 Ohm) als die Impedanz der angeschlossenen Leitungen Z
Dadurch wird auf der
erreicht
in zwei
[9]
.
Die
gleiche
oben in den ersten Ring fallende Welle 2 sin
aufgeteilt
und läuft nach Austritt
zwei Phasenschieber. Diese sind so
50 Ohm.
und Symmetrie der Brücke
Betriebsfrequenz Anpassung
von
Teile
=
aus
dem
tu
Ring
t wird
durch
geschaltet dass der Zunahme der Phase
2Si»H.t
=,
-s/hp
8*1
.
Fig. 1.19.
beim einen eine
gleich grosse
sin
wenn
wir
von
u.t
(i±/--p)
eoi?
+
£
y)
sin (uj*
sinwj
Leistungsteiler.
Abnahme beim andern entspricht. Nach diesen
Phasenschiebern sind deshalb die Signale sin(u) t
handen,
ecj
einer für beide
+
<p)
und sin
(u>
t
-if)
vor¬
Leitungen gleichen, und festen Phasen¬
schiebung absehen.
Auf den im untern Teil des oberen
44
Hybridringes angebrachten
50 Ohm-
Abschlusswiderstand kann keine
um
eine halbe
Wellenlänge
untpre Teil des
lich,
wir
wenn
Ringes
Energie treffen, da
scheint also
annehmen, dass
auf
Leitungslängen, die
sind, gleiche Energien eintreffen. Der
verschieden
überflüssig
sein.
zu
Öas
stimmt tatsäch¬
alles ideal angepasst sei. Wird
der Seite der Phasenschieber her
Energie reflektiert,
so
hingegen
von
landet ein grosser
Teil derselben in diesem Lastwiderstand.
Nach den Phasenschiebern treten die beiden
in den untern
Bei
Das
Hybridring
Berücksichtigung
der Laufzeiten erhalten wir
A
=
B
=
bung f
Die
bei dieser
ist. Diese
-
siny
cos
wQt
cosu
sin
u
'
U|2
Leistungsverhältnis
.
phasenverschobenen Signale
ein und teilen sich dort in
hochfrequente
den
gleiche
Teile auf.
Ausgängen
A und B:
(1 42)
t
.
tg y>
ändert sich also mit der Phasenschie¬
Phase zwischen den
Phasenschiebung unverändert,
Unabhängigkeit
an
zwei
o
2
=
k
je
was
Ausgängen
für
unsere
wird erreicht durch die
A und B bleibt
Zwecke
notwendig
gegenläufige Phasendrehung.
Die in den Brücken verwendeten 50 Ohm-Abschlusswiderstände sind für
eine maximale
Leistung-
von
10 Watt dimensioniert. Im Normalbetrieb haben
sie zwar eine bedeutend kleinere
tieren kann
es
Leistung
zu
trifft. Der Abschlusswiderstand besteht
kurzgeschlossen. Die Wellenimpedanz
gewählt werden,
triebsfrequenz
dass
am
50 Ohm
beträgt.
kompensiert
In
Fig. 1.20
auf sie
Ohm-Schichtwiderstand
Koaxialleitung. Diese Leitung
der
Koaxialleitung kann
offenen Ende der Realteil der
Impedanz
nun
Kapazi¬
geschaltete kurzgeschlossene Leitung
ist die
gesamte Speiseeinrichtung aufgezeichnet. Der symme¬
Ausgang des Senders Pün
wird über einen Balunauf
ein 50 Ohm-Koaxialkabel transformiert. Mit Hilfe des Phasenschiebers
Gleichphasigkeit
(Beeinflussung
aus-
[lOj.
trische 90 Hz-modulierte
kann
ist
so
bei der Be¬
In Serie dazu erscheint aber noch eine
tät. Diese kann durch eine in Serie
werden
Senderleistung
einem 50
aus
in Rohrform und bildet den Innenleiter einer
hinten
verarbeiten. Beim Experimen¬
aber vorkommen, dass die gesamte
der 90
der Grösse
und 150 Hz-Emissionen
/Sinn )•
Diese
Einstellung
stem auf umständliche Art und Weise durch
Kippen
eingestellt
150
„«
werden
musste beim alten
des Antennenmastes
genommen werden. Anschliessend gelangt das Signal in den
wie er oben beschrieben wurde.
f
Sy¬
vor¬
Leistungsteiler,
Von diesem wird einerseits die unterste An-
45
<\
0
0 0
4;
Vf.
ft>
Vis,
&£
5L
JtS/fat*/
Xoaxiol Kobel
SOS 86SA/U
Symm.
Kabul
aSS RSliAlU
vcm
Sender
von
90 Hirne*.
Uta
zur
untersten
Antenne
wrmilHtren
Antenne
Fig. 1.20. Einrichtung
46
Jmnofer
ISO Hz med.
zur
zur
Speisung
obersten
Antenne
der Antennen.
Fig. 1.21. Photo
der
Speiseeinrichtung.
.47
Leer
-
Vide
-
Empty
tenne über einen Balun mit
einen Phasenschieber
y>qf.
des 150
Hz-Signals
Mit
auf eine Brücke.
keit zwischen den beiden 90 Hz-Strahlern
Weg
vom
2
beliefert, anderseits gelangt
Pgo'
y>9Q
wird die
'
über
Gegenphasig-
Ganz analog ist der
eingestellt.
Senderausgang
Pgo
über Balun und
Leistungsteiler
auf die oberste Antenne und die schon erwähnte Kombinationsbrücke. Letztere
hat die
ohne
Aufgabe,
die Hälfte der 90 und 150 Hz- Leistungen 2 P
gegenseitige Beeinflussung auf die mittlere Antenne
dere Hälfte
geht
bei dieser
Sendeleistung.
Die
Zusammenschaltung
Leistungsteiler
Leistungsverhältnisse Pon"/?'
<p9q, Vikq
sind
geeicht
pico"/P150'
resp.
an¬
10% der
ca.
nur
und
an-
Schaltung verlegt, dass
verändert werden können. Die beschriebene
ein Panzerholzbrett
P,50'
ge¬
zeigen direkt die
Die Phasenschieber
sind in Grad angeschrieben. Die 5 variablen Elemente
ifnn
solchen Stellen in die
an
hängig
und
sind
und 2
führen. Die
im 50 Ohm-Lastwiderstand
der Brücke verloren. Der Verlust ist gering und beträgt
samten
zu
''
von ca.
1
x
2
alle voneinander unab¬
Speiseeinrichtung
aufgebaut worden
m
und in
Fig.
ist
1.21
auf
abge¬
bildet.
Die
Speisung
RG22A/U.
der Antennen
Durch die
Temperaturänderungen
gleich bleiben.
tennen ist
1,3,
Schalteinrichtung
Wert
von
richtung
1,3
was
bei
über 16
angeschlossenen
Leistung
Antennen überschreitet ebenfalls
beeinträchtigt
An¬
den
das Arbeiten der Speiseein¬
Pgo
vom
Sender gelieferten Leistungen P
Amplitudenstubs
bleibt dabei
im Sender
Pico
konstant;
kann
Mit dieser Einstellung wird das Verhältnis
.
P,-.
und
eingestellt werden. Die
hingegen variiert
Aqq/A...
auf den
wer¬
gewünsch¬
gebracht.
1.4. Inbetriebnahme und Messungen
Im
(VSWR) der
Das VSWR in der
noch nicht.
Das Verhältnis der
ten Wert
in den Kabeln für
Das stehende Wellenverhältnis
1,5% Leistungsreflexion ergibt.
nicht. Dieses VSWR
kann mit Hilfe des sog.
den.
lange symmetrische Kabel
m
Phasenschiebungen
verursachten
alle Antennen
ca.
erfolgt
gleiche Länge der Kabel wird erreicht, dass die durch
Folgenden
an
der
neuen
werden die Schritte
zur
Inbetriebnahme der
beschrieben. Das Vorgehen
geschieht
am
Antennenanlage.
neuen
Anlage
besten in der angeführten Reihen¬
folge.
Die Inbetriebnahme der Anlage beginnt mit der
Montage
der 3 Antennen
49
14
am ca.
m
hohen Antennenmast, der nach
und unter 120
Fig.
1.7
recht
und
seitlich mittels Stahlseilen
1.10).
gerichtet
Der Mast
vorne
parallel
mit Hilfe eines Theodoliten genau senk¬
muss
werden. Es hat sich
gezeigt, dass die Abspannung
seilen erstens keinen nachteiligen Einfluss auf die
ausübt und zweitens sich die
um
einige
cm
Mastspitze
Abstrahlung
mit Stahl¬
der Antennen
über viele Monate hinaus höchstens
gegen die Lotrechte verschiebt.
Die Antennen werden durch
je 16
m
lange symmetrische
gespeist. Die übrig bleibende Kabellänge wird
chens
Pistenachse
zur
doppelt abgespannt wird (siehe
aufgerollt,
wodurch eine gleiche
an
Kabel
RG22A/1J
der Aussenwand des Häus¬
Aenderung der
elektrischen Kabel-
grössen mit der Temperatur für alle 3 Antennen erreicht wird.
(half loop)
Die unterste Antenne ist eine halbe Rahmenantenne
terreflektor. Die
Strahlungscharakteristik
Die mittlere und oberste
Antenne
parasitischen Dipolreflektoren.
ker nach vorne
gerichtet
Vorwärtsrichtung
in
doppelte
sind beides
60
[4]
.
Die Höhe der mittleren Antenne über dem Erdboden
5,9 m, diejenige
11,8
m.
hältnis
1,18
m
Aqq/A.. _Q
beträgt
(1.23)
nach
und diejenige der obersten Antenne
Der Gleitwinkel ist in erster Linie
doch kann mit Hilfe des sog.
ist sehr breit.
V-Antennen mit
Die Strahlung dieser Antennen ist etwas stär¬
als bei der Rahmenantenne
der untersten
mit Git¬
von
Amplitudenstubs
der Höhe der Antenne
abhängig,
im Sendermodulator das Ver¬
und dadurch der Gleitwinkel verändert werden.
Diese Me¬
thode ist für kleine Korrekturen des Gleitwinkels dem Versetzen der Antenne
vorzuziehen.
Von den im
Gleitweghäuschen aufgestellten Sende- und Kontrollappara-
raturen interessiert
here
Beschreibung
uns nur
desselben
dulator vorhandenen
Leistungsverhältnis
der mechanische Sendemodulator.
sei auf
[4]
verwiesen.
EinStellvorrichtungen können,
der 90 und 150
wie schon
erwähnt, das
Hz-Ausgänge eingestellt (Amplitudenstub),
die Kreuzmodulation zwischen 90 und 150 Hz auf ein Minimum
(Kreuzmodulationsstub)
und der
liert werden. Schliesslich kann durch
Aenderung des Abstandes zwischen den
Statorplatten
die
Amplitudenmodula¬
sinusförmig gemacht werden.
Zur
Messung
der
Modulationsenveloppe
mit 90 bzw. 150 Hz modulierten
50
gebracht
Modulationsgrad (Modulationsstub) einregu¬
rotierenden Modulationsrädern und den
tion
Für eine nä¬
Mit den in diesem Mo¬
Trägers
von
und des
Modulationsgrades des
335 MHz wird
am
besten ein
Superhet mit
einer
genügend
zwischenfrequente Signal
tiefen
Zwischenfrequenz verwendet,
direkt auf einem
sodass das
Kathodenstrahloszillographen
be¬
trachtet werden kann. Das Bild auf dem Schirm stellt dann den praktisch
un¬
verzerrten, amplitudenmodulierten Träger dar. Die Einstellung geht
so
vor
sich,
indem zuerst die
gestellt werden, dass
zerrt ist. Diese
Statorplatten
des mechanischen Modulators so ein¬
resp. 150 Hz-Enveloppe möglichst wenig
die 90
Einstellung
nun
ver¬
ist sehr heikel und erfordert grosse Geduld. Mit
Hilfe des Kreuzmodulationsstubs wird darauf die gegenseitige Beeinflussung
von
90 und 150 Hz-Komponente minimal gemacht. Dabei ist
Verzerrungen
bei 150 Hz eine
nen
Grund in den
das
zwischenfrequente Signal
tor der
beachten,
geringere Rolle als bei 90 Hz spielen,
Trenneigenschaften
Enveloppen
zu
linear
der 90 und 150 Hz- Filter hat.
gleichgerichtet wird,
dass
sei--
was
Falls
kann der Klirrfak¬
gemessen werden. Er sollte nicht grösser als
10%
sein.
Nachdem eine annehmbare Spannungsform eingestellt worden ist, wird
mittels des Modulationsstubs der
Modulationsgrad
internationalen Vorschriften soll
m
die beschriebenen
ständen die
1.4.1.
obige
m
zwischen 90 und
einreguliert.
100% liegen.
Einstellungen gegenseitig beeinflussen,
muss
Gemäss
Da sich
unter Um¬
Prozedur wiederholt werden.
Einstellungjler_L_ei_stung^a^teilung_zwischen_90 jind
I5J? iiZ'JSi-nderausgang.
Um die
benötigten 90
wir vorerst die
Dabei
spielt
von
der
und 150
Hz-Sendeleistungen
zu
bestimmen,
müssen
den einzelnen Antennen ausgestrahlten Leistungen kennen.
gegenüber
der untersten Antenne höhere
Leistungsgewinn
der beiden oberen Antennentypen eine Rolle. Dieser Gewinn wurde
gemessen. Es berechnen sich daraus die
zu
g
=
1,6
Leistungsverhältnisse (siehe Fig. 1.20):
P„
90
"
"
P90'
*902
l
8
°>025
=
p
und
=
-5
Jt1sn
Die gesamte 90 Hz
-
0,25
Leistung ist aber:
d
"
p
*90
und analog
=
1SU
*150
P150
=
2
'
90
j-
P15Q'
2 P
+
"
90
P150"
51
'
p
*90
Mit
A90
,
(
g
=
'
P
£.90
,2
-r
A150
*150
)
.
,
..
wird somit
B
2«902
A90
,2
2+Jt15o2
A150
+
(
P150
verglichen
Dieser Wert ist,
mit
18,7
=
des alten
demjenigen
Systems (at7)
bedeu¬
tend höher.
Die
Amplitudenstubs
1)
Wir schalten
In der
2)
Leitung
(z.B.
im Sender
PgQ
auf die mittlere
nung
die Leistung
P15Q'
Wir schalten
Pjeq
malP90"
Die beiden
so
Wert
ist ein Mass für
wieder auf die Antennen. Dann
1).
haben wie unter
und
P
zur
Die
mittleren An¬
Leistung
ist dies-
P150
pa(/pi50
'
P90'
-
P
'
an
"
90
+
Op
durch einen
=
l+>/2(p90l
*90
^90
und schreibt die
Stellung
mit dem
(Eichung).
der Station eine
muss
2P90"
II
gewisse Neigung gegen die Ho¬
kann der wirkliche Wert ziemlich stark
verschieden sein. Deshalb
gross, also:
*90
Amplitudenstub
vor
gleich
2
P
*90
von
sind
Pqq"
P
-
*90
"
P90
Wenn der Erdboden
52
50'
p
*90
Man verschiebt den
PQf/P1 'SO
Hochfrequenzspan¬
Sie
ein, dass wir in der Leitung
Spannung
Leistungen P-.
oder
hat,
wir die
<P90-P90')/2-
2
rizontale
messen
auf eine Last und P..
P150
entsprechenden
gesamte 150 Hz-Energie
p150/2-
=
pan"/pg0'
=
Stellung
0.
=
Crystal Galvanometer 1802-A).
mit GR
stellen wir
=(\"/pie0'
d.h. P.
mittleren Antenne
zur
einer bestimmten
geschieht folgendermassen:
auf eine Last und leiten die
Antenne,
tenne wieder dieselbe
3)
Pq0/P150 bei
Messung des Verhältnisses
des
vom
oben berechneten
der im Betrieb einzustellende Wert von
Flugversuch
bestimmt werden.
Wenn bei der eben beschriebenen
gespeist und
den,
die Werte
kann die
so
P^5o"/pi 50'
Einstellung des
werden. Da die 90 und 150
mittlere Antenne kommen
ein Minimum der
Messung
müssen,
dann
Stellung
keit
maximale
Nullstelle.
zur
des
an
1.4.2.
Leistung
y>go
ergibt
<pgo
ist bei
ein¬
wer¬
vorgenommen
richtiger Einstellung
werden,
sorgt, dass
f qo
von
wenn man
Das eben beschriebene Minimum wird
kommt.
150
beeinflusst wird.
nur
wenig durch die
Eine weitere
Feldstärkemessungen
sich durch
durch
beiden Senderaus¬
aus
Messungen zeigen, dass fnn
Die
Amplitudenstubs
150
von
Sleictlgelassen
der Messteile vorhanden. Die Messung kann
der Modulationsrotoren dafür
Einstellung
P._0 gleichzeitig
ziemlich genau gegenphasig auf die
150
auch bei stillstehendem Modulator vorgenommen
gängen die
und
Phasenschiebers
Hz-Signale
Spannung
Pg0
P9o"^P9o'
" und
=
am
Einstellmöglich-
Hügel.
EhisJeJljjngjler_rjcJiügen_Ajiteni^n_sßeJs^ngjlurch
Feldstärkemessungen
Wie schon unter 1.2.2
eingestellt,
Hügel.
Zur
wird die
erwähnt,
dass auf dem störenden
gestellt wird,
den kann.
am
Hügel
mit der das Verschwinden der
Feldstärkemessung
Radio Mixer Rectifier
874-MR,
nerator 1021-P2 und als
wird ein
als
Antennenspeisung
eine
am
besten
Feldstärkemessapparatur
Strahlung
Dipol
genau beobachtet
wer¬
mit anschliessendem General
ein GR
Ueberlagerungsoszillator
Zwischenfrequenzverstärker
Signal Ge¬
und Indikator einGRIF
Unit Amplifier 1216-A verwendet. Die ganze Apparatur ist in einem Auto
tiert und kann durch ein
Benzinaggregat gespeist werden.
phonverbindung ermöglicht
Zuerst wird für
stungsaufteilung
den Verkehr zwischen Auto und
setzt und vorerst
Last
nur
Original-
Hügel
am
die
Meldung kommt,
so
Die
Abweichung
zu
geben.
Die Phase
der Antennenspeisung
gross, aber doch
vorhanden,
liger Gegenphasigkeit könnte
Strahlung erzeugt werden.
nämlich:
<fnQ
von
macht
der
aic«
=
eingestellt.
,-„
lange verändert,
dass das
A9q0
am
(siehe
ver¬
den theoretisch
vor
Hügel gleich Null.
Gegenphasigkeit
4,5
wird auf eine
bis vom Feld¬
Signal vollständig
schwunden sei. Diesen gemessenen Werten ist der Vorzug
gefundenen Werten
und die Lei¬
Sendegesteü stillge¬
die beiden 90 Hz-Antennen gespeist. P.
geschaltet. Es wird nun %q und P90"/Pq0'
stärkewagen
Gleitwegstation.
und Kompensationsantenne
Zu diesem Zweck wird der mechanische Modulator im
mon¬
Ein drahtlose Tele¬
jede Strahlergruppe die Gegenphasigkeit
zwischen
so
auf¬
Tab.
ist dann nicht
1.1.). Bei
völ¬
nach Theorie im Unendlichen eine Nullstelieder
Jetzt ist die
gegenphasige Speisung
etwas
verändert,
53
um am
Hügel
störenden
vollständige Feldauslöschung
eine
ist aber für uns vorteilhafter. Daneben ändert sich das
in grosser
ganz
die
Entfernung praktisch
die Reihe. Man erhält
Feldauslöschung
A®150
,-q
14
=
Null, sondern -14
nicht
Strahlungsdiagramm
90 Hz-Emission kommt die 150
Messung der
analog
aV:
bewirken. Dies
nicht.
Nach der
an
zu
<p<
und
50
Hz-Strahlung
pieo'/pi5o'"
**ier wird *ür
Im Unendlichen wird demnach die Phase
.
sein.
Das
Diagramm
S15Q
der
Fig.
1.5 än¬
dert sich dabei aber praktisch noch nicht.
am
Hügel
gefundenen
a8q0
in Formel
Werte für
0 und a6<
=
Veränderung
Durch
50
=
(1.14) verändert)
wird
und <f>.
<p„0
-„
beibehalten, d.h.
-
Leistungsteiler (Werte
besten bei
am
Hz-Gruppe je
ein
Mittels des Phasenschiebers
womit
man
für
Gleichphasigkeit
wird
<f>nn
Betrag
&ftgn
12,5
von
nun
-
gleich grosses, gut ablesba¬
muss
das Feld am
Normaleinstellung
am
Hügel,
nämlich
Im Unendlichen werden die beiden
=
Xi50
darauf
geachtet
undx.„ in entgegengesetztem Sinn verschoben werden.
werden, dassj^.»
ausgelöscht,
und
.XgQ
stillgelegtem Modulator
Signal gleichzeitig auf den Hügel geschickt. Dabei
wünschte
ist
es
0.
der Einstellung der
durch die 90 Hz- und die 150
res
zwischen 90 und 150 Hz-Emission
Einstellung der Gleichphasigkeit
Zur
werden die eben
der
der
aSqq
Träger
Hügel wiederum
Leistungsteiler die
zwar
0, gefunden
=
nach Tab. 1.1
Gleichphasigkeit abweichen,
ge¬
hat.
um
den
als minim
was
bezeichnet werden darf.
Die
Feldstärkemessungen
wiederholt,
um
gute Mittelwerte
jpg0
werden
für die Einstellungen
zu
erhalten.
an
<p9Q,
In der
verschiedenen Punkten des Hügels
p90"/Pgo',
f150,
Pi50"/pi5o'
folgenden Tabelle sind
und
die Mess¬
ergebnisse für 7 Messpunkte, die über den ganzen Hügel verstreut sind,
ange¬
gegeben.
Die
Streuung
der Phasen ist erstaunlich
alle Mal auf diese Werte einstellen. Die
mehr.
von
Man wird sie ein für
Leistungseinteilung
schwankt eher
Flugversuche werden den definitiven Entscheid über die Einstellung
pgo"/p9o'' P150 ^P15o'
Die
am
Schluss
hat einen Wert
von
von
-30
ist also vorzuziehen.
54
gering.
und besonders
vonfQ0
1.4.1 beschriebene Art
ergeben.
zur
geben.
Einstellung
Die Methode mit der
Messung
von
am
150
pgo
Hügel
Tab. 1.2.
Resultate der
Abstand
von
(m)
fr
der Station
Mess¬
punkt
"90
(°)
'
150.
66
0,06
26
3,0
-3
66
0,053
26
2,9
+5
2
1580
66
0,048
29
3,3
0
3
1570
67
0,045
25
3,0
-9
5
1450
68
0,053
31
3,1
+7
6
1320
74
0,04
34
3,1
+3
540
80
0,053
51
3,5
-30
68
0,05
28
3,1
0
durchgeführt
zwei Antennen ist noch auf eine
aber seitlich versetzt, aufgestellt. Auf der Mittelsenkrech¬
Messdipol. Das Verschwinden des Dipolsignals
y90
52
=
und
übereinstimmt,
Werten
von
worden. Die beiden Antennen wurden in gleicher Höhe
Amplitudengleichheit
Art erhielten wir
resp. 14
von
der
Der Wert
von
Pgo"/Pqa'
4,5
P
1680
Boden,
für
-1
150
(8)
'
Hügel.
1720
ten befand sich ein
obigen
P
*90
P
^150
90
Messung der Gegenphasigkeit
über dem
Angabe
P
am
"
1
Mittelwerte
andere Art
"
4
(7)
Die
Feldstärkemessungen
Gegenphasigkeit der
und
f^Q
auch
was
,
wenn man
Gegenphasigkeit
ist
20
=
ist eine
Wellen. Auf diese
erstaunlich gut mit den
berücksichtigt, dass diese
um
verschieden sind.
gegenüber
dem theoretischen etwas hoch.
Der Grund dafür wird in dem leicht abfallenden Gelände
vor
der Station lie¬
gen.
1.4.3.
Aufzeichmingjier^Ajiiemjn^^tjahlungsdiagramme
im_Hqrizontalflug.
Die
Aufzeichnung
Antennen und der zwei
Bild über die
vom
der unmodulierten
Hügel
Zweck wurde in das
verursachte
Messflugzeug
dessen Ausgang auf einem
flüge
in 300
m
Strahlungsdiagramme
zusammengehörigen Strahler ergibt
ein
Störung
und deren
Behebung.
gutes
Zu diesem
Empfänger R54/ARP4 eingebaut
Papierstreifen registriert.
Höhe in Richtung der Pistenachse
aus
Verformung dieses Diagrammes gegenüber
Es
folgten
15 km
durch erhält man einen horizontalen Schnitt durch das
Die
der einzelnen
ein sehr
und
dann Ueber-
Entfernung.
Da¬
Strahlungsdiagramm.
dem sonst üblichen bei kon-
55
stantem Abstand ist zweifacher Art. Erstens ist der Höhenwinkel
und zweitens nimmt die Feldstärke mit zunehmender Elevation
Diagramme
könnten ohne weiteres entzerrt werden. Dies wäre
allzugrossen Nutzen, da
die
uns nur
vom
von
5
Flügen aufgezeichnet.
worden. Diese Seite
(Middle Marker)
entspricht
ist das
ist in den
Flug
zeigt
fernt ein und hört in der
Geometrie des
Hügels
Diagrammen
(siehe Fig. 1.3).
Die
die
Phasenänderung
Die
Amplitude
tien des
der
Hügels
rechts
die
Pistenanfang
setzt
Strahlungscharakteristik
begonnen
(verzerrte Sinusform).
der
Störungen
Statt
Hügel reflektier¬
vom
einem Punkt 3 km
an
der obersten
vom
Pistenanfang
auch rein theoretisch dieses
man
Frequenz
und
entfernt.
Umgebung des Outer Marker (6,4 km) auf.
erhält
Die
und 1.23 sind die Ergebnisse
noch 1050 m vom
Der Verlauf sollte glatt sein
Störung
zu.
keinem
Störungen
verursachten
dessen tritt eine schwere Interferenzstörung durch die
ten Strahlen auf. Die
von
also kleinen Elevationen. Unter der Marke MM
Flugzeug
Das Diagramm No. 1
Antenne allein.
Der
Hügel
Fig. 1.22
deren Elimination interessieren. In den
verzerrt,
rapid
ent¬
Aus der
Störgebiet
nimmt nach auswärts
zu
ab, da
zwischen direktem und reflektiertem Strahl kleiner wird.
Störung
wird nach
aussen zu
grösser,
da die oberen Par¬
stärker bestrahlt werden als die untern.
Das zweite Diagramm zeigt die Strahlung der mittleren Antenne allein.
Das gestörte Gebiet ist dasselbe wie vorher. Man
beachte,
dass insbesondere
der erste und zweite Strahlungslappen und damit das Gebiet
winkel stark verzerrt sind. Werden
das Feld
gen sind
am
Hügel verschwindet,
Diagramm
rer
-
zeigt die Strahlung
Strahlung,
herrührend
Ueberlagerung
lungscharakteristiken
Hügels vollständig
56
Die Störun¬
abgeschwächt
ist.
der untersten Antenne allein. Die
der Kombination
von
neue
unterster und mittle¬
Antenne, zeigt schliesslich Bild 5.
Durch
alte
aus
Diagramm 3.
man, dass die kombinierte An¬
bei kleinen Höhenwinkeln stark
4
den Gleit¬
beide Antennen derart gespeist, dass
resultiert das
praktisch verschwunden. Auch sieht
tennenstrahlung
90 Hz
nun
so
um
Gleitweg
aus
der
neuen
90 Hz-
erhalten wir einen
elimin'ert ist. Man
den
(No. 5)
Gleitweg,
und 150 Hz-
(No.3)
Strah¬
bei dem der Einfluss des
vergegenwärtige
sich
Diagrammen 2 und 4 gebildet wurde.'
dabei,
dass der
f~l
MADE
HUM.
The E
Fig. 1.22. Strahlungsdiagramme von oberster (No.l) und mittlerer Antenne
(No.2) allein und von mittlerer und oberster Antenne zusammen
(No.3).
57
Fig. 1.23. Strahlungsdiagramme
von
unterster Antenne allein
unterster und mittlerer Antenne
58
zusammen
(No.5).
(No.4)
und
von
1.4.4.
Aufz_eichrwn£_vpn_GJejtweg^Ugjammeji.
Zur Kontrolle des
ein horizontaler
zu
diesem
in der Höhe
Das
0,38
Fig. 1.24 bis 1.26).
0,62. Geflogen
auf dem
0,82 hinaus,
oberhalb desselben.
hat, da
er
von
zu.
rechts nach links. Weit
geht
die Nadel über den Wert
Vorschriftsge-
und anschliessend befindet sich das
Strahlungslappen
nun
(6,4km)
In der Nähe des Outer Marker
Flugzeug
die Angabe "fly down". Eine Störung durch
der 150
Hz-Gruppe
eintreten,
kann nicht
denn
wird nicht erreicht. Das Maximum bleibt sogar unterhalb der
Winkel,
von
0,32.
Erst ganz nahe
erscheint ein falscher
an
Gleitweg,
der
Piste,
bei einem
der aber keine
Bedeutung
praktisch gar nicht geflogen werden könnte.
Die Diagramme No. 1 und No. 2 wurden bei einem
Antennensystem aufgenommen.
den Reflexionen
mentes im
gegen die Piste
von aussen
Auf dem Streifen
Folglich
vorgeschriebenen Grenze
sehr hohen
auf¬
des Instrumentes entspricht den
einem Verlauf
0,68 steigen.
Gleitweg gekreuzt,
0,38
Flugzeug wird
Registrierstreifen
auf dem Instrument Vollausschlag bedeutet.
was
mäss sollte sie über
den zweiten
Im
durchgeführt.
Ein Strom Null wird auf dem Streifen
wird wieder
Diagramm
"fly up"-Anzeige.
eine starke
der Wert
Höhe
Flugzeug unterhalb des Gleitwinkels, und das Instrument gibt
ist das
wird der
m
0,5 geschrieben. Vollausschlag
resp.
entspricht
aussen
in 300
Registrierflug
bei Normalbetrieb der Bodenstation
Zweck der Instrumentenstrom auf einem
gezeichnet (siehe
Höhen
Gleitweges wird
am
Flugzeug
sich sehr wild
Man erkennt die starken
Hügel herrührend.
bei
gebärdet
Flug
Es ist
richtigem Anflug
klar,
Unebenheiten,
von
dass die Nadel des Instru¬
mit konstanter
und nach unten und oben
nach dem alten
Sinkgeschwindigkeit
ausschlägt,
trotzdem sie in
der Mitte bleiben sollte. Ein genaues Fliegen nach dem Instrument ist prak¬
tisch
unmöglich,
da das
Flugzeug die
wildesten
richtigen Gleitwinkel ausführen müsste.
Ein
Schlangenbewegungen
ILS-Anflug
den
um
mit automatischem
Piloten ist in diesem Fall nicht durchführbar.
Diagramm
No. 3
zeigt
einen
Flug
nach Installation des
kleineren Höhenwinkeln stärkere
ausgeführt wurde,
ist das
neue
Schwankungen
langen
und gut 100
m
waren
breiten ebenen Streifens
treten
bei
auf. Wie schon weiter oben
System empfindlicher
Sendestation geworden. Am alten Standort
Antennen-
neuen
Systems. Die Störungen des Hügels sind verschwunden, hingegen
die
vor
auf das Gelände
Bedingungen
vor
der
eines 400
m
der Station nicht erfüllt.
10 m seitlich der Achse befand sich ein Hag und ein Geländeabfall.
Da eine
59
IL
n
Ml/.
-
ffl
Afe*
Fig. 1.24.
60
Im horizontalen
Ueberflug registrierte Gleitwegdiagramme.
•
No.3.
NO.*.
N
Fig. 1.25. Im horizontalen Ueberflug registrierte Gleitwegdiagramme.
61
*-*
st.r
N*S.
Mi&~
Fig. 1.26.
62
Im horizontalen
Ueberflug (No. 5) und im Anflug (No. 6) registrierte
Gleitwegdiagram me.
Ausebnung
des Gebietes nicht in Frage kam, wurde die Station auf die andere
Seite der Piste verlegt,
erfüllt
die
wo
(Fig. 1.14).
waren
Die
Voraussetzungen
Diagramme
Beziehung befriedigenden Verlauf.
zwar an
der unteren Grenze.
90 und 150 Hz-Emissionen
von
150
In
von
Die Breite
Diagramm
Diagramm
aufgehoben. Dadurch steigt
fgQ
der
des ebenen Geländestreifens
4 und 5 zeigen
5 wurde die
4 durch
jeder
ist
Gleichphasigkeit der
Aenderung
Modulationsgrad
der etwas steileren Kurve und dem höheren
einen in
nun
Gleitweges genügt,
des
der Einstellung
im
"fly-up"-Wert
Raum,
von
was
Diagramm
zu
5
führt.
Ein
gegeben.
Anflug auf
Der
dem
Gleitweg
Flug wurde
trug
im Mittel 3
sehr
befriedigend
1.5.
Betriebserfahrungen.
Die
0'
und schwankte
Diagrammes
12 Minuten.
um
in
übergeben.
der definitiven Installationsarbeiten im
April 1955
nur
bel
Standort und
tor und Station
Anflug
Sie stand bis
dieser Arbeiten wurden die im Herbst
Speisung
Der Gleitwinkel be¬
Ein solcher
kann als
provisorischer Ausführung wurde anfangs
Dezember 1954 offiziell dem Betrieb
zur
No. 5 ist in Bild 6 wieder¬
verfolgt.
bezeichnet werden.
Gleitweganlage
neue
des
mit einem Theodoliten
der Station
endgültig
am neuen
in den Boden
Aufnahme
im Dauerbetrieb. Während
auf dem Erdboden
ausgelegten Ka¬
Verbindung
zur
anfangs
den. An der
Antennenspeiseeinrichtung
Kontrollmessungen
an
waren
der Anlage durchgeführt
keine
Veränderungen
zu
gemessen)
Antenne
sungen
blieben mit VSWR
hingegen zeigte
am
eingestellt,
die 150
ter
1,3
in
erträglichen
ein etwas grosses VSWR von
Ka¬
m
Grenzen. Die oberste
1,7.
Mit Feldstärkemes¬
Hügel (siehe Tab. 1.3, Messung No. 2) wurde die Kompensation
wobei sich eine relativ grosse
genüber Messung No.
musste.
ca.
wer¬
kon¬
statieren, und die stehenden Wellen der zwei unteren Antennen (über 18
bel
Moni¬
von
verlegt. Nach Abschluss dieser Arbei¬
ten konnten
Mai
zur
Messflüge
1
zeigte,
Hz-Kompensation
Behebung des
Verbindung
nicht in
reicht wurde
y>150
(Messung
No.
zur
Unterbruchs
wandern der Phase
Aenderung
bei der Phase
auf das Konto der obersten Antenne
während des Monats Mai 1955 zeigten
abgewandert (Messung
dass sich die
was
3).
Ordnung
sein konnte.
von
y>,g0
pi
Se~
gehen
neuem, dass
war
Am 28. Juni wurde schliesslich
nochwei¬
bemerkt,
obersten Antenne vollständig gelöst hatte. Nach
ergab
eine erneute
Feldstärkemessung
ein Zurück¬
gegen den alten Wert zu, der aber nicht mehr
No.
c0
neu
er¬
4).
63
Im Monat
August wurde beim Middle Marker
station
Ruckmeldung
mit
kemessapparatur
permanente Feldstar
eine
der Messwerte über Kabel in die
-
Gleitweg-
eingerichtet. Dadurch werden die zeitraubenden Feidstarkemessun-
gen, die bis anhin
jeweils
an
6 über den
verteilten Punkten
Hügel
erfolgten,
ausserordentlich vereinfacht. Der Middle Marker wurde deshalb als Standort
gewählt,
weil die dort gemessenen Resultate
gen der andern über den
den dort
ein
Verfugung.
Feldstarkemessungen
Bei diesen
am
Hz-Gruppe
umgekehrt.
Kompensation kontrollieren,
Bruckenmessung
vor
schieber wird die auf
sich
Hz-Gruppe
bei
einer
labormassigen
?90
(°)
P
"
P9Ö
zu
einer
gemacht.
Null
Die
Ueberwachungsein-
Gleitweganlage automatisch ausschal¬
einen
190
mit
gewissen Wert überschreitet.
am
^150
<°>
Hügel. (Mittelwerte)
P
"
*150
-1
150
?90
(°)
P15Ö
Okt. 54
68
0,05
28
3,1
ca.
0
2
4.Mai 55
57
0,032
40
2,9
ca.
0
3
2. Juni 55
62
0,038
76
2,8
ca.
0
4
29. Juni 55
58
0,037
68
2,3
ca.
0
5
22.Sept.
58
0,046
53
3,1
ca.
0
September
zu
Normalbetrieb der Station
wie
neuerdings
Feldstarkemessungen
55
dass
abgeschaltet
1
Ende
1955 wurde die sich schon seit längerer Zeit aufdran¬
gengende Tiefersetzung
der Antennen
um ca.
8% durchgeführt.
Dadurch kann
Verbreiterung des Gleitweges bei gleichzeitiger Beibehaltung des Gleit¬
winkels
64
am
Datum
nicht
beim Middle Marker
Hügel
No.
zur
Senderausgang modu¬
Instrument neben dem Schaltbrett ablesbare Feld-
welche die
Messung
im
einfach
was so
tet, falls die Feldstarke
Resultate der
Hz-Gruppe
Man kann also
richtung verbunden worden,
eine
der
geht. Mit Hilfe der Leistungsteiler und der Phasen¬
einem
starke der 90 resp. 150
die 150
beschriebene Fernmessapparatur ist
Tab. 1.3
muss
90 und 150 Hz-Filter vorhanden sind. Das hat den Vorteil,
werden braucht und
die
den Messun¬
aus
Ausgang des Messempfangers (normaler Gleitweg Flugzeug-
der Messung der 90
iei
gutes Mittel
und freie Kabeladern
Hauschen, Netzanschluss, Telephon
liert sein, da
empfanger)
Hügel
ein
verteilten Standorte darstellten. Zudem stan¬
von
3
erreicht werden. Es hatte sich nämlich seit der definitiven
Einrichtung der Anlage
im
April gezeigt, dass
50')
kleinerem Gleitwinkel (ca. 2
Gleitweg
der
hinreichend breit
wird,
war.
Die Messung No.
nen.
Aenderung
Die
5,
vor
Apparatur
verzeich¬
zu
am
Aenderungen
keine allzu grossen
Teil dem
den Antennen
gewünschten Erfolg
die mit der beschriebenen
durchgeführt wurde, zeigt
ker
hatte den
bei etwas
was zum
Einfluss des durch den Umbau veränderten Geländes direkt
zuzuschreiben
nur
MiddleMar¬
in den
Speise¬
einstellungen.
Die relativ grossen
Aenderungen
Pgo"/PgQ
des Wertes
Der im Oktober 1954 gemessene, etwas grosse Wert
von
auffällig.
smc'
0,05
fiel nach der
Installation im April 1955 auf einen kleineren, besser verständ¬
endgültigen
lichen Wert hinunter. Das Gelände in unmittelbarer Nähe der Station, insbe¬
sondere der untersten Antenne,
bis
zum
spielt
für
Pqo"/Pqq
April 1955 vorhandene Kabelkanal direkt
eme
grosse Rolle.
der untersten
vor
Der
Antenne,
dann aber auch verschieden hoher Graswuchs sind für die Variationen
ver¬
antwortlich.
Die Einstellungen scheinen sich jetzt nach Ueberwindung gewisser An¬
fangsschwierigkeiten stabilisiert
zu
haben. Doch könnten
allfällige
Ver¬
neue
stimmungen der bequemen Antennenspeise- und Feldstärkemesseinrichtungen
wegen
1.6.
jederzeit
Zürich-Kloten befindet sich in
Flughafen
Piste ein
m
Ebene. Die
Flugplatzniveau
Wellen der
gleitwegbildende
durch die
vom
erhebt.
Dieser
ILS-Gleitwegstation
auch Bodenreflexionen bis
nun
direkte
Strahlung
einige hundert
Hügel
des Gleitwinkels.
Schwankungen
wurde den Piloten
der Instrumente
Eine
konnte diese
Das
empfohlen,
zu
neue
Hügel
als
1,5
der
Meter
Infolge
sich im
von
die die
zu
der Station nötig
gestört.
der
3 bis 6 km
vor
welcher
sind,
Diese Interferenz-
der Piste starke
der grossen Rauhheit des
gestörten
vor
wirkt für die horizontal
Gleitwegstation,
vor
Gebiet nicht
halten, sondern mit konstanter
Antennenanlage,
km Abstand
der sich maximal
gut reflektierende schiefe
reflektierten Wellen
Störungen verursachen in einem Gebiet
fliegen.
ca.
langgestreckter, langsam ansteigender Hügel,
über das
polarisierten
wird
korrigiert werden.
Zusammenfassung.
Im
20
sehr schnell
an
Gleitweges
die
Angaben
Sinkgeschwindigkeit
Bestrahlung
des
zu
Hügels verhindert,
Störungen eliminieren.
neue
System
besitzt
nun
3 senkrecht übereinander
angeordnete
An-
65
tennen,
wovon
die zwei untern
Antenne befindet sich in
wie beim alten
System. Die dritte
Höhe der alten obersten
doppelter
Antenne,
also
ca.
über dem Boden. Die unterste und mittlere Antenne dienen wie früher
11,5 m
zur
gleich sind
Ausstrahlung
tenne wird
nun
der 90 und 150 Hz-modulierten
aber noch zusätzlich mit dem 90
Signale.
Hz-Kompensationssignal
Die oberste Antenne liefert schliesslich die 150
speist.
Die mittlere An¬
ge¬
Hz-Kompensations-
strphlung.
Die
Speisung der 3
Antennen
richtung. Amplitude
zwischen den 90 und 150
durch eine besondere Speiseein¬
erfolgt
und Phase der
Kompensationssignale
Hz-Trägern
können durch diese
wie auch die Phase
Speiseeinrichtung
beliebig und unabhängig voneinander eingestellt werden.
Der Monitordipol befindet sich
der
Station,
anstatt wie früher 40
durch kleineren Signals wegen
jetzt
m.
muss
in einer
Entfernung
Der grösseren
das
von
180
m
vor
Entfernung und des da¬
Monitorsignal
zusätzlich verstärkt
werden.
Die
Aviation
neue
Gleitweganlage hält
gegenüber
in einer
der alten
Entfernung
strahlt werden.
von
ist also nicht
m an
einigermassen
von
der International Civil
Normen.
notwendig.
Eine
Das
nach auswärts
befinden,
Gleitwegbildung
eben sein. Diese
stören.
bis 400
m vor
an
den
Antennensystem
sich
nicht mehr ange¬
wichtig;
Forderung
er
ist
Bis in 700
Zur sauberen
der Station und
Gleitwegbildung
je
100
m
m
Abstand ist
sollte in diesem Gebiet al¬
verständlich,
dass der Erdboden eine wesentliche Rolle bei der
Strahlung spielt.
Aenderung
neue
können solche Hindernisse nicht mehr als Re¬
aber die Funktion des Erdbodens noch
denkt,
die
Anlage den Vorteil, dass Bodenerhebungen, die
700
Demzufolge
flektoren wirken und die
so
an
Organization (ICAO) aufgestellten
ILS-Flugzeugeinrichtungen
hat
sich
muss
wenn man
Auslöschung
be¬
der
insbesondere das Gebiet
seitlich sehr flach und hindernisfrei
sein. Unebenheiten sollten nicht höher sein als ein Tausendstel ihres Abstan-
des
von
der Station. Die Station selbst soll zwischen 300 und 400
stenanfang
der
66
und 150
m
seitlich der Pistenmitte
ILS-Referenzpunkt
aufgestellt
zwischen 150 und 300 m
vom
m vom
werden. Dann
Pistenanfang
Pi¬
liegt
entfernt.
Teil II.
EIN VOM ERDBODEN UNABHAENGIGES ANTENNENSYSTEM FUER DIE
GLEITWEG-BODENSTATION.
Für das in Teil I beschriebene
der Station
von
biet eine gute
fundamentaler
Feldauslöschung
ebenes Gelände bis in
ungefähr
Um im Fraunhofer'sehen
über dem Bodeh
700
Abstand
m
ebenheiten, Schnee, Graswuchs, Fahrzeuge
stets in Form
von
groben Aenderungen
verständlich beim Betrieb
ten
auf,
e^ner
ist der Erdboden
Antennensystem
Wichtigkeit.
bewirken, wird
zu
den Antennen
vor
Fernge¬
ein
möglichst
benötigt.
Un¬
etc. in diesem Gebiet wirken
sich
von
im Gleitwinkel aus. Man achtet selbst¬
Station auf diese Punkte und stellt Vorschrif¬
z.B. über das Betreten und Befahren dieser Zone und das Mähen des
Grases nach Erreichen einer gewissen Höhe. Alle diese Vorschriften sind
aber sehr
unangenehm.
Man könnte sie fallen
gramme von einer Antenne
erzeugt würden,
lassen,
wenn
die
Strahlungsdia¬
die den Erdboden nicht mehr be¬
nötigt.
Um auch ohne die Mithilfe des Erdbodens die
ristik der Antenne
toren
erzielen,
zu
gewünschte
Richtcharakte¬
Strahlformierung durch Reflek¬
greifen oder die entsprechenden Dipolflächen aufstellen. Dabei
aber trotzdem darauf
oder
muss man zur
zu
achten, dass
sonstige Gegenstände trifft,
rungen Anlass
Die
so vor
geben
Erzeugung
sich, dass
zu
viel
zu
Strahlung
auf den Erdboden
unangenehmen
Interferenzstö¬
eines Richtstrahls mit Reflektorantennen
geht bekanntlich
ein Reflektorblech durch einen Primärstrahler beleuchtet
mehr oder weniger
primären
Wellen in der
geometrisch optisch
Charakteristik wird die
Verteilung
von
einer
Punkt der
gewünschten Richtung
zurück. Zur Berechnung der
Amplitude,
Oeffnungsebene benötigt;
vorausgesetzt. Jeder
lungszentrum
nicht
wieder
man
könnte.
wird. Dieses Blech wirft die
Feldes über der
was
hat
Oeffnung
Kugelwelle aufgefasst
Strahlungs
Phase und Polarisation des
sie wird im
Folgenden
kann dann als
als bekannt
Huygens'sches Strah¬
werden. Alsdann erhält
Strahlungsdiagramm ganz einfach durch Summation
aller
von
den
man
das
Huygens'sehen
Quellen ausgehenden Wellen. Die Summation geht für eine stetige Ausleuchtung
der Oeffnungsebene in eine Integration über. Auch bei Hörn- und Linsenanten¬
nen
sowie beim
Beugungsproblem
gramm auf Grund der
am
Spalt oder
Apertur-Feldverteilung
Loch wird das
Strahlungsdia¬
berechnet.
67
-
Die
Strahlungsdiagramme
für grosse
Entfernungen
siert aber auch die
von
Reflektorantennen werden normalerweise
im Fraunhofer'schen Gebiet
Strahlung
im Fresnel'sehen
strahlenoptisch gerechnet werden darf. Hingegen
parallelen Strahlenganges
fallen
gelassen
des Abstandes
von
von
wo
immer
allen Punkten der Antenne
Ferngebiet,
Antennenachse,
sogar Nullstellen auftreten.
zu
einem
was
wir in Teil I schon
gesehen
Demzufolga
wird viel
Anlass
geben.
nisse in der Fresnel'schen Region genauer
Energie
seitlich
und Rechteckfläche als
mer
von
einer
Strahlungsdiagramm
bis sehr nahe
an
untersuchen. In der Literatur
gewissen Entfernung
ist,
der
gegen die Strahlerfläche
Rechteckstrahler,
wenn
auf,
Ueberlegungen
zeigen, dass bei Ab¬
gegen den Rand der Strahlerfläche
zu
werden und sogar verschwinden können. Das
behält dann auch seinen im
Ferngebiet
bekannten Verlauf
(Pill-Box-Antenne),
der
Polarisation, gleichphasig und amplitudenmässig in Form einer
ausgeleuchtet wird,
das
Fresnel'schen Zone berechnet werden. Dieses hat
-
im¬
die Antenne bei.
Gauss'schen Glockenkurve
stanz
insbesondere
zu
treten keine solchen Nullstellen mehr
Ausleuchtung
ausgeglättet
an
Es konnte für einen schmalen Rechteckstrahler
mit fester
fll]
Auf der Achse der Kreis¬
wohl aber noch Minimalstellen. Einfache
diese Minimalstellen
Verhält¬
Beugungsprobleme behandelt.
mehr Nullstellen vorhanden. Beim
Amplitude
zu
unerwünsch
wichtig, die
strahlenden Kreisscheibe
Phase und
eine Seite des Rechtecks schmal
nahme der
Es ist daher
abgestrahlt.
zu
Amplitude
gleicher
sind die Fälle der mit
ha¬
das Strahlungsmaximum sein sollte, können
wo
Interferenzerscheinungen
scheibe sind
Aufpunkt
wird dann eine Funktion
Diese kann aber auf den Erdboden treffen und nach der Reflexion
ten
noch
die Annahme eines
der Antenne und kann unter Umständen einen ganz anderen
Charakter aufweisen als im
ben. Auf der
muss
Strahlungsdiagramm
werden. Das
angegeben. Uns interes¬
Nahgebiet,
Strahlungsdiagramm
-
unabhängig
von
in der
der Di¬
ebenfalls die Form einer Glockenkurve. Dabei ist aber vorausgesetzt,
dass die Erregung
am
Rand der Antenne auf einen Bruchteil des Wertes in der
1/55) abgesunken
Mitte
(z.B.
durch
geeignete Ausbildung
auf
der
ist. Die Gauss'sche
Aperturverteilung
Strahlungscharakteristik
kann
des Primärstrahlers
realisiert werden, auf welchen Punkt aber hier nicht näher eingegangen wird.
glockenförmigen Strahlungscharakteristik,
Dieser Rechteckstrahler mit der
der im
Folgenden
Gleitweganlage
noch genau behandelt
sehr
Fig. 2.1 zeigt die Geometrie der
68
wird, wäre
zur
Verwendung
gut geeignet.
zu
untersuchenden Antenne
in der
Mir
2.1.
Fig.
.—.
Rechteckstrahler ( Pill-Box-Antenne) mit glocken¬
förmiger Ausleuchtung.
Wir interessieren
teristik in der
ist das
y-z-Ebene
breit und
Die
+L/°
uns
x-z-Ebene,
hier,
wo
Diagramm infolge
der
I,
nur
für die
Bündelung
geringen
zu
Strahlungscharak¬
erwarten ist. In der
Schachteldicke b sehr
interessiert nicht besonders.
Amplitude des Feldes
habe
den
sei
Amplitude.
in
in der
Antennenöffnung
zwischen
-L/2
und
Verlauf
A(x)
Das Feld
wie in Teil
eine starke
(2.1)
V
y-Richtung polarisiert
Unter diesen
und in dieser
Voraussetzungen
gramm für Distanzen D »
Richtung
berechnet sich das
L/2 (Fresnel'sches
von
konstanter
Strahlungsdia¬
und Fraunhofer'sches
Gebiet)
+i
folgendermassen:
S
=
|a(x )e~jkrx
(2.2)
dx
L,
"2
Die
Entfernung r,.
x'tf\|(H-x)
=
+
D
2Hx
drücken
o
wir
für-5—s-3*
« 1
durch die
Näherung
69
r
—
r
Mit sinui
aus.
H/r
=
2Hx
+
(2.3)
2r_
o
x
wird dann
(2.2)
+i
je-ax^-jkf^-xsinv,,)
-Aoe"3kr°
dx
L,
2
L
j
Aoe ikro
k
-ax
e
cos
( jf
x
2
-
x)
k sinu/
dx
_L_
2
"ax
e
sin
2
k
( gr-
x
-
k sinui
x)
(2.4)
dx
o
2
Feldamplitude (2.1)
Wir setzen voraus, dass die
des Reflektors auf A
Dann ist aL
wenn
die
/4
=
4
/55
A
=
oder
a
e
Integrationsgrenzen
die Integrale
(2.4)
16/L
=
von
=
Wir machen
auf t
co
[12,
obern und untern Rand
sei.
nun
Fehler,
keinen grossen
abgeändert werden,
Formel
337/3]
worauf
gelöst werden
S wird dann:
von
a(|siny)2
A0\r»
s
.
t L/2
nach Gröbner Hofreiter
können. Der Absolutwert
am
herabgefallen
2
a
T,
,
k
>2
+(5-)
(2.5)
O
Für feste Abstände
von
sin tu
wird der das
r
Strahlungsdiagramm
in Funktion
beschreibende Raumfaktor
a(|slnVr
a
Sl
Für
.
a
k
+{^F)
e
grössere Entfernungen
sinu»
70
=
2
o
ist im Gebiet der
(2.6)
Strahlungskeule U)«l, also
^u». Dann kann (2.6) auch folgendermassen geschrieben werden
:
-
S1
T=\J
oder
\y (
(2.7)
ln4(*f
k^
—
-•
r
In4(^)2
e
=
oo)
-4-)
+
o
1
=
r
'
(
Fresnel'schen Gebiet
wertsbreite
dung
iji,
es
unerlaubte
1
\|4a
Strahlungsdiagramm
Das
(2.8)
ar^
4
n
ist also sowohl im Fraunhofer'sehen als auch im
Typ der Gauss'schen Glockenkurve
vom
weist demnach nahe der Antenne keine für
Verformung
auf. Im
Gegensatz
zu
mit der Halb¬
unsere
Anwen¬
einer konstanten Ausleuch¬
tung der Strahlerfläche ergibt die Gauss'sche Amplitudenverteilung eine für
Zwecke sehr
unsere
Region.
den
zu
Wir brauchen also die Antenne nicht besonders hoch über dem Erdbo¬
aufzustellen,
Bestrahlung
eine
um
verhindern. Um den Hügel nicht
wertsbreite
genügend
*
=
Mit Hilfe dieser
Strahlungsdiagramme
aufgezeichnet werden,
dass die
=
16/L
wo
die Feldstärke auf
in
(2,10)
Gleitweganlage nötigen
2.2
geschehen
Instrumentenanzeige
ist. Dabei ist
Träger der 90 und 150 Hz-modulierten Strahlungen
seien. Das
lungsquellen.
bedingt
des
'
können die für eine
Fig.
1/55
Entfernung ist dieser
und die sich daraus berechnende
was
2
(2.9)
Winkel,
! 2'55 */L
Angaben
a
.
ist. In grosser
abgefallen
Yl/55
zu
1,5 a/L
Schliesslich interessiert noch der
Maximalwertes
desselben in ihrer unmittelbaren Nähe
stark anzustrahlen, müssen wir die Halb-
klein halten. Diese ist für
ip
phasig
in der Fresnel'schen
geeignete Strahlungscharakteristik
vorausgesetzt,
im Raum
gleich¬
aber das örtliche Zusammenfallen der beiden Strah¬
Realisiert wird das
dadurch, dass die 90 und 150 Hz-Strahlungs
Charakteristiken mit demselben Reflektor erzeugt werden, der durch zwei
dem
Brennpunkt verschobene
strahier müssen zudem
Gauss'sche
steht. Wie
metrisch
so
Amplitudenverteilung
Fig.
um
aus
Primärstrahler beleuchtet wird. Diese Primär
ausgebildet werden,
in der
-
-
dass die vorausgesetzte
Oeffnungsebene
2.2 zeigt, ist die Instrumentenanzeige im
des Reflektors ent¬
Flugzeug jetzt
den Gleitwinkel. Die Breite des Gleitweges ist aber
nur
sym¬
halb
so
71
1
c* i.Vr20'
>.o
Sisoy
0,9
^s<to
y
f j/./t'2C
o.t
'
\
o,i-
0,20
—^
0
1
r
—i
1
2
}
m
I
*
S
(
V
1
f
f
%
%o
0,1-
m.O,<fS
\
o,t
0,4
0,9
1
2
j
1
0,2
0.4
0.*-
os-.
1,0-
S90
=
exP'
S150=exp.
DDM
=
l
-
-
_
)
In 4
-<-ö^ln4
mtgh(-*^2ln4)V
Fig.
72
2.2.
Strahlungscharakteristiken und Instrumentenanzeige bei Verwendung
einer Pill-Box Antenne zur Strahlbündelung.
gross, wie
der
es
die internationalen Vorschriften vorsehen. Durch Herabsetzen
Empfindlichkeit
des Bordinstrumentes könnte diese Breite aber
gewählten Strahlungsdiagramme
erhöht werden. Die
dass kein falscher
Gleitweg
(ungenügende
clearance") entstehen
fach durch
"low
und keine
Ä=
cm
Folge,
zur
kann. Der Gleitwinkel wird sehr ein¬
Kippen der Antenne eingestellt.
nach
(2.9)
ip
=
1°20' (Fig. 2.2)
=
1,5
Ä/y
=
58
m.
Eine solche Antenne würde eine für die Praxis unerlaubte
besitzen. Bei einer
Wellenlänge
3
gross sein. Eine
noch 2
m
und
zu:
L
cm nur
beliebig
Störung durch andere Strahlungslappen
Die Grösse der Antenne berechnet sich bei
90
haben weiter
da die Antenne dann noch
von
genügend
10
cm
müsste sie noch
Wellenlänge
3
von
cm
hoch über dem Boden
ca.
wäre
Ausdehnung
6,5
m
und bei
empfehlen,
zu
aufgestellt werden
kann, sodass Personen und Fahrzeuge, die davor zirkulieren, nicht stören.
Atmosphärische Einflüsse würden die direkte Emission
auf 3
flussen, aber noch
Strahlung
nicht
zu
zontalebene könnte durch
Störungen
Prinzip
in Form von
[13]
für unsere Zwecke
Auch die
Fälle
um
wohl beein¬
in der Hori¬
mittelst Reflektorantennen für ILS ist
schon in die Wirklichkeit
umgesetzt worden. Das
zu
gross. Nicht
unser
nur
Hügel
der Boden direkt
cm
arbeitet,
ist mit ihren
vor
der
Antenne,
wird stark angestrahlt.
Experimentier-Ausführung ASV23 der
30
cm
arbeitet im 10 cm-Band. Die Strahlbreite ist aber mit
sondern auch ein Hindernis wie
mit Wellen
Die
angepasst werden.
Strahlbündelung
Prototypen
Sperry-System
2°12'
der
geben.
geeignete Ausbildung der Oeffnung der Pill-Box-An-
tenne den Bedürfnissen der Praxis
Das
Anlass
ca.
2
CSF in Paris
[14]
,
die
40' Strahlbreite für viele
ungeeignet.
73
Teil ID..
ERZEUGUNG VON GLEITWEG-STRAHLUNGSDIAGRAMMEN MIT ANTENNEN¬
ANORDNUNGEN VON BELIEBIG KLEINER RAEUMLICHER AUSDEHNUNG.
(SUPER GAIN-ANTENNEN).
Es wäre
aus
zwei Gründen
und II beschriebenen
würde dadurch das
wünschenswert,
Hindernis, das
stellt, verschwinden,
die Höhe der in Teil I
wenn
Gleitweg-Antennen verringert
werden könnte. Erstens
eine solche Antenne für die
und zweitens bleibt
zu
Nahzone zusammenschrumpfen würde. Dadurch könnten die
die
Ausdehnung
Nach
Breite
vp
des ebenen
dar¬
Anforderungen
an
verkleinert werden.
Vorgeländes
landläufiger Auffassung
Flugzeuge
hoffen, dass die Fresnel'sche
wird
zur
Bildung
(zwischen Punkten halber Leistung)
eines Richtstrahles der
eine Antenne mit der linearen
Ausdehnung
L ei
und
benötigt,
überhaupt
es
V«p
ist nicht ohne weiteres
kleiner als dieser Wert
gilt für die durchwegs
(3.1)
ersichtlich,
gemacht
wie und ob die Antenne
werden könnte. Die Formel
in der Praxis verwendete
Gruppe
von
Strahlern,
(3.1)
bei
denen Amplitude und Phase der Antennenströme oder des Feldes über die
Antennenfläche ungefähr konstant sind. Unter diesen üblichen Voraussetzungen
ist der Gewinn g
(Gain)
einer
Richtantenne, verglichen
gai4«ir-^Weicht
und
mit einem isotropen
durch die Grösse der Antennenfläche F bestimmt
Strahler,
man
aber
von
sehr viel
(3.2)
•
der Voraussetzung einer nahezu konstanten Phasen-
Amplitudenverteilung ab,
so
zeigt
grösser werden können,
bei diesen Strahlern auch
gemäss
von
es
sich,
als die
dass L sehr viel kleiner und g
obigen Formeln angeben. Man spricht
"Super Gain"-Antennen. In der
schon verschiedentlich Arbeiten
Literatur sind
erschienen, die gewisse Teilprobleme dieser
Antennen behandeln.
So hat schon 1922 Oseen
[15]
Gleichungen Lösungen besitzen,
quelle
zu
einer
würden. Er
beliebig
bringt
74
hingewiesen,
dass die Maxwell'schen
Energietransport
weit entfernten und
beliebig
Beispiel, dass
aus
der Erde
-
aus
elektro¬
Pfennigstückes,
befindet, konzentriert werden könnte.
dass die drahtlose
einer Punkt
kleinen Fläche erlauben
von
in voller Stärke auf der Fläche eines
das sich auf dem Sirius
heissen,
die einen
dazu das lustige
magnetische Energie
darauf
Das würde aber
Uebertragung grösserer Energien theoretisch
möglich wäre,
wie wir noch sehen
nicht,
wenn
werden,
her der Realisation fast unüberwindliche Grenzen
[16]
Zum ersten Mal scheint H. Chireix
zu
haben,
mit der sich bei
erzielen lässt. Chireix erwähnt
Antenne mit zunehmender
Gain-Antennen wurden
schrieben,
dabei,
Hansen und
Sendeleistung
bei konstanter
[19]
absinkt. Von Reid
wird
beliebig
hoher Gewinn
Strahlungswiederstand
Woodyard
[17]
-
trotz
die
an
einem Punkt
Super
-
dass der Gain
von
be¬
infolge der
empfangene
Ansteigen des Antennengewinns
angegeben,
dieser
[18]
und Franz
zeigt, dass bei diesen Antennen
wobei letzterer noch
unvermeidlichen ohmschen Verluste
gie
(Ring-)Antenne angegeben
ein
sukzessive abnimmt. Aehnliche
Bündelung
von
dass der
Seite
praktischer
wären.
gesetzt
eine
gegebener Abmessung
von
kurzen
Ener¬
schnell
Yagi-Arrays
sehr hoch werden kann.
Allgemein
von
beschränkter
seien. Etwas
von
hat Schelkunoff
darauf
später geben Boukamp-de
[22]
,
Brujin[2l]
Stromverteilungen
die Theorie
bilde. Mitteilungen
von
Schwierigkeiten bei
allem den geringen
von
[24]
der
und
Arrays
Richtwirkung möglich
auf einer Arbeit
,basierend
auf einem dünnen Draht an, mit
Boukamp-de Brujin
Wilmotte
dass lineare
erzeugen lassen. Riblet
beliebig scharfe Strahlbündel
allgemeinerte
hingewiesen,
aber beliebig grosser
Ausdehnung
La Paz-Miller
welchen sich
[20]
Taylor
[23]
[25]
heben die
prinzipiellen
Realisierung der Super Gain-Antennen hervor,
Wirkungsgrad
ver¬
für zweidimensionale Ge¬
infolge der extrem kleinen
so vor
Strahlungswider¬
stände.
In den Arbeiten
von
[26] [27]
Chu
tennen auf andere Art und Weise
tenne
angepackt.
wie der Gütefaktor
astronomisch hohen Werten ansteigen
Feld
Ohne
nötige Stromverteilung einzugehen, zeigt
Gleichungen allgemein,
zu
wird das Problem der Super Gain-An¬
um
er
auf die in der An¬
überhaupt
mit Hilfe der Maxwell'sehen
Q solcher Antennen (ohne Verluste)
muss.
Das will
heissen, dass im
diese Antennen fast ausschliesslich Blindleistung steckt und
nur
ein
verschwindend kleiner Bruchteil davon abgestrahlt wird. Der Strahlungswi¬
derstand ist
dementsprechend
Super Gain-Antenne auch
als
sehr
gering.
Aus diesem Grund kann man die
speziellen Resonanzkreis
fassen, der in einen kleinen Raumwinkel eine
hohen Gütefaktors wegen ist die Antenne sehr
ohmschen Verluste im Antennenmaterial
Energie hauptsächlich
geht
von
hoher Güte auf¬
geringe Energie aussendet. Des
schmalbandig,
und
infolge der
die in die Antenne gespeiste
im Verlustwiderstand und nicht im
Strahlungswider¬
stand verloren.
75
Yaru
[30],
[28]
hat, gestützt auf die Veröffentlichungen
Amplituden
gruppe berechnet, mit welcher eine
zulässigen
Verwirklichung
der
Angaben über die
Stromamplituden.
Toleranzen der
Strahlungswiderstand und
der
[29]
und Riblet
Tschebyscheff'sehe Richtcharakteristik
erreicht wird. Bemerkenswert sind dabei die
nen
Dolph
von
und Phasen für die Ströme einer räumlich kleinen Dipol-
der kleinen Bandbreite ein weiterer
Super
äusserst klei¬
Das ist neben dem geringen
Grund,
warum
Gain-Antennen grosse Hindernisse entgegen¬
stehen.
An dieser Stelle
muss
erwähnt
werden, dass die
Dolph
von
nis der Grösse der Seitenmaxima
unter besonderen
zur
Breite des
Voraussetzungen gilt,
wie
muss
aber ausdrücklich betont
werden,
tennen
-
Abschnitt
das
voneinander und
jetzt vorliegenden
Gruppen eingeteilt
von
allgemeinen
z.B. wie bei den
beliebig gewählt
Es
optimalen
keine
Super Gain-An¬
werden können
(siehe
gänz¬
auch
3.2.4.2).
Die bis
zwei
Berechtigung.
die Breite des Hauptstrahles und die Grösse der Seitenmaxima
unabhängig
lich
-
als eine halbe
grösser
haben in der Praxis ihre
Antennenstromverteilungen existieren, da
nur
der Ströme und
Gleichphasigkeit
dass im
angege¬
Hauptstrahles ergibt,
Abstand der einzelnen Strahlerelemente voneinander
Wellenlänge. Solche Bedingungen
[29]
günstigstes Verhält¬
bene "optimale" Stromverteilung auf der Antenne, die ein
einer
Arbeiten über
Super
Gain-Antennen können in
werden: Die eine befasst sich
mit dem
nur
gewissen Antennenstrombelegung erzeugt wird.
Die
Fernfeld,
Berechnungs-
methode ist relativ einfach (siehe Teil I und II), dafür fehlen alle Angaben
über die
Impedanzen
der Antennen. Die Arbeiten
von
Chu
hingegen geben
im-
pedanzmässig ein gutes Bild, ohne auf die Geometrie der Antenne selbst ein¬
zugehen.
Im
folgenden
Abschnitt 3.1 werden mit Hilfe der einfachen Ueberlagerungs-
methode die Speiseströme einer kleinen linearen
welcher die für den
gibt
auch
nur
praktisch
von
geringem
Vielschlitz-Zylinderantenne,
kann, genau gelöst.
Gleichungen
das
deren Durchmesser
Mit dieser Antenne kann ebenfalls eine
lungscharakteristik erzeugt werden,
wobei
nun
aber nicht
Antennenproblem
beliebig
klein sein
sinusförmige
nur
Strah¬
das Fernfeld,
sondern auch das Nahfeld bis auf den Antennenzylinder selbst bekannt sind.
76
rea¬
Nutzen
einen beschränkten Einblick in die Probleme dieser Antennen.
Unter 3.2 wird mit Hilfe der Maxwell'sehen
für eine
mit
Gleitweg nötige sinusförmige Strahlungscharakteristik
lisiert werden kann. Diese Lösung erweist sich
und
Dipolgruppe angegeben,
Dadurch können sämtliche
an
der Super Gain-Antenne vorkommenden Proble¬
Zylinderdurch¬
untersucht werden. Durch sukzessives Verkleinern des
me
messers
erkennt
man
gut,
welcher Grösse
von
eine solche Antenne für die
an
Praxis ungeeignet wird. Die angestellten Untersuchungen haben deshalb nicht
nur
rein akademischen sondern auch
3.1. Verwendung einer
Es sei hier die
risierten
Erdoberfläche senkrecht angeordneten Dipolgruppe.
zur
Aufgabe gestellt,
Dipol
S
mittelst einer senkrecht
=
Für die weitere
Rechnung
wir für
r
(3.3)
<h ist,
berechnet sich nach
V
=.
Dipol
Gruppe
sei
dem Vorzeichen
Fig. 3.1 finden
erzeugte Strahlungsdiagramm
Boden stehenden
N
_
S
zum
einzigen horizontal pola¬
deren Gesamthöhe h
Strahlungsdiagramm
entsprechend
einem
von
2Asin2^h-u>
zum
polarisierten Dipolen,
Das
das
in der Höhe h über dem Erdboden
in der Vertikalebene senkrecht
tal
praktischen Wert.
von
zu
(1.6)
ebenfalls horizon¬
realisieren
zu:
-j(kV*)
jf
0
=
von
(3.4)
gesetzt,
an
(Fig.3.1).
d.h. die Antennenströme seien
entweder gleich oder
analog dem Verfahren
von
gegenphasig.
Nach
(2.3) den Ausdruck:
(2n-l)2s2
rn
=
ro
(2n-l)
s
(3.5)
siny +-^
^JtnmA
Jfromc
r
2.
'
*ai|
*.
^*
y//^
i,
(lH-l)\
St*
••»«
I3
>
rfTTTTTTTTm
rn // /
f
v////
\
/////////////////////
i)
Fig. 3.1.
Ersatz eines hoch über dem Erdboden
Dipolgruppe geringerer
gelegenen Dipols a)
durch eine
Höhe b).
77
.
ir(2n-l)s 1
.
wobei
für grosse
(3.5),
mit
2
2(2n-l)s
~
\\y—
.
,
'—sinvji
^
<<1,
insbesondere
was
ro
Entfernungen
von
der Antenne zutrifft. Gl.
die Anteile der
wenn
(3.4) schreibt sich
Spiegelbildantennen (negatives s)
nun
mitberück¬
sichtigt werden:
_jk
^
S
2j
=
e
-jkßfcüV
N
°
2_ V
I (2n-l)ks
sin
°
sin J
(3.6)
.
n=l
In grosser
Entfernung
von
der Antenne ist
k(2n-l)2s2
g
=
"o
sodass wir die Exponentialfunktion
n
von
«l,
(3.7)
(3.6) approximieren können. Wir
er¬
halten dann
S
JL
-jkr
__
2_ an(l-j£n)
2je
=
l(2n-l)ks siny
sin
(3.8)
•
n=l
Für die
folgende Rechnung beschränken
dasse-*(). Am Schluss werden wir
welcher Distanz
von
an
an
wir
auf so grosse
uns
einem
Entfernungen,
praktischen Beispiel untersuchen,
diese Bedingung erfüllt ist. Mit ks sinui
=
a
ist
nun
der
Absolutwert der Strahlung
N
S
=
2
V"
an
sin
(2n-l)a
(3.9)
.
n=l
Setzen wir sin
in
x
sehe
a
x, so kann
=
entwickelt werden. Die
Entwicklung
(-1)"" T2n.1(x)
Polynom
Reihen ist
sin(2n-l)a
(2n-l).
Im
=
sin
K2n-1)
aresin
x]
wird direkt durch das
dargestellt
[31,
Folgenden sind einige
S.
uns
55].
in ein
Polynom
Tschebyscheff'
Die höchste Potenz dieser
interessierende Polynome
an¬
gegeben:
Tj
T3
T5
T?
T9
78
=
=
=
=
=
x
4x3-3x
16x5 -20x3+
5x
64x7-112x5+ 56x3- 7x
256x9- 576x7+ 432x5- 120x3+
9x
.
(3.10)
Somit wird
(3.9):
N
S
2^ a^-ir1 Tj^M
=
(3.11)
n=l
Wir verlangen
diesem Strahlungsdiagramm
nun von
(3.11),
dass
es
von
der
Form
Li
Sv
sei. Um
erkennen,
zu
(3.12)
wickeln wir
Sy
=
2
Wenn
süJ
nun
Tj(^-)
für eine
was
(3.12)
Strahlung dadurch dargestellt wird,
(j^)l
«1 oder
s
«
=2 sin« 1 aresin
Ä
1
r
=
so
ggf.
Svä
2
[j^sin (ks sinyjH.
sinly
(3.14)
,
gewünschte Charakteristik, die praktisch derjenigen
Antenne
(3.3) entspricht,
Vergleich
wenn
Bestimmungsgleichungen
dass die
Ordnung
1 des
(3.11)
S
von
h
/h«l.
tennen der Gesamthöhe h
räumlichen
Sy
mit
=
(2N-1)
Aus
=
21Th/A
(3.12),
=
d.h. SaS
a
.
s
a
einzigen
ergibt
nun
N lineare
von
Gl.
(3.12)
S
=
nun
2 sin
die wichtige Erkenntnis: Eine
ly
kann stets mit N
werden, wobei
=
(l+l)/2
aus
Lösung
einem nun
An¬
h «h. Die Schärfe des
s
also nicht mehr
Antennengebildes ab, sondern
nur
von
der
noch von der
beliebig
klein sein. Die
werden aber im allgemeinen sehr grosse, unterschiedliche
und mit hoher Präzision einzuhaltende Werte aufweisen im Unterschied
einfacheren
unge¬
(3.15)
(3.15) folgt
verwirklicht
des
einer
1A/21T.
Man erkennt dabei auch,
Anzahl Strahlerelemente. Die Antenne könnte räumlich
Antennenströme
,
=
.
"Super Gain"-Antenne hängt
Ausdehnung
1 oder h
oder
i|i
Strahlungscharakteristik der Form
Strahls einer solchen
1 und
Tschebyscheff'sehen Polynoms T,
N
=
=
für die Antennenströme
rade sein muss, nämlich 1
Damit wird ks
A
(3.13)
wird
also die
Der
ent¬
weiter:
1 aresin
ks
2
2(-1)
=
mit
Einzeldipol
folgenden Beispiel
vom
zu
der
Strome 1 und der Höhe h. Dies wird
genau ersichtlich.
79
Die
von
N
Strahlungscharakteristik
5
=
=
-
a2T3(x)
a3T5(x)
+
Koeffizientenvergleich führt
die Koeffizienten
+
a.^
9y,
2 sin
Dipolen verwirklicht werden.
aiTx(x)
Der
S
folgendes
auf
a5Tg(x)
+
9,
=
soll mit einer
Gruppe
folgt
Aus SsS
a4T7(x)
-
also 1
=
(j^)
Tg
(3.16)
.
Gleichungssystem für
lineares
:
a
3a2
+
a,
+
+
7a4
+
9ag
5ag
+
14a4
+
30a5
a3
+
7a4
+
27a5
a4+
9a5
5a_
9
=
ks
30
=
(ks)3
27
=
(3.17)
(ks)5
9
=
(ks)7
1
*5
Wir wählen h
=
s
0,5 h,
d.h. ks
=
h
s
/h
=
(ks)9
0,5,
(3.17)
womit
sehr einfach
gelöst
Dipolgruppe
kann also
werden kann. Wir erhalten:
32130
a2
=
-
a3
=
+
a4
=
-
a5
=
22896
11232
3456
512
Mit diesen 5 Werten
a
für die Antennenströme der
dieselbe Richtcharakteristik wie mit einer einzigen Antenne
samthöhe h
=
2h
und dem Strom A
=
1 erhalten werden. Der
die Verkleinerung der Antennenhöhe auf die Hälfte
dabei ganz
beträchtlich, benötigt
man
von
doppelter
Ge¬
Aufwand, der
getrieben werden
für
muss, ist
doch Antennenströme, die bis über
30'000 mal grösser sein müssen als für die Lösung mit Einzelantenne.
Die
(3.18)
folgende Betrachtung zeigt noch,
sein dürfen. Zu diesem Zweck wollen wir
Wert S
=
2 des
Strahlungsdiagrammes (3.8)
Einzelstrahler zusammensetzt. Nach
von
S
=
S
,
welchem S
(3.14)
dass die Maximalstellen des
Wert 2 besitzen. Nach
80
wie gross die Toleranzen der Ströme
(3.13)
untersuchen,
resp.
(3.9)
wissen
aus
wir,
wie sich der
den Anteilen der
unter
Berücksichtigung
Strahlungsdiagrammes ungefähr
können wir vorerst den Winkel
y
berechnen,
das erste Mal den Wert 2 erreicht. Dieser Winkel ist
den
bei
tj>0
woraus sich
=
aQ
rechneten Wert
S
=
Das erste
[2
aresin
-
o
0,5
sin
aresin
yQ
(0,5
-
5903,7
Klammerglied
4729,8
+
rührt
soll,
-
(3.9)
1975,6
nun
günstigsten Fall höchstens
des
um +
Absolutbetrages
0,1/N
=
ist dabei
+
360,9)
+
annehmen,
0,02
Speisestrom
a.
und dem eben be¬
=
32130,0
=
2(1,0)
=
obiger
0,1
+
5%
ca.
un¬
zulässige
N-ten Teil der
Fig. 3.1.a.
von
eine Toleranz von
+
—
-5
0,23
Damit
absolut
oder + 0,7 .10
relativ und für ac
512,0 eine solche von + 0,028 oder +
-4
10
relativ. Wenn man sich vergegenwärtigt, dass jeder Strahler dieser
=
~
Super
Gain-Antenne für sich allein ein
enorm
durch die andern Strahler dann aber wieder
wird,
siert
versteht man,
so
warum
Aehnlich kleine Werte erhält
rungen der Strahlerabstände s,
Für h
=
0,45
h wurden aus
(3.17)
wesentlich andere Werte wie in
ax
=
a2
=
-
a3
=
+
a4
=
-
ag
=
+
+
man
zum
wir mit
die Antennenströme
so
werden,
zulässigen Verände¬
a
ersichtlich ist.
ausgerechnet und
95881,90
67418,44
32179,58
9485,50
1321,56
(3.19)
was
für einer
Entfernung
rechnen dürfen. Die Parallelität der Strah¬
gut sein, dass noch keine wesentliche Verformung der Strah¬
lungsdiagramme gegenüber dem Unendlichen
füllt
klein werden.
(3.18) erhalten, nämlich:
parallelem Strahlengang
len soll dabei
so
folgenden Beispiel
Zum Schluss wollen wir noch untersuchen, von
an
.
allergrössten Teil kompen¬
für die maximal
dem
0,5
starkes Fernfeld erzeugt, das
die Toleranzen
was aus
von
genau
Formel im
schwanken. Diese
1,0
2.
=
(aA das zweite
dass S auf
gerade gleich dem
Toleranz des Stromes des Einzelstrahlers A
resultiert für den
,
anschreiben:
dürfen die Anteile der Einzelstrahler in
so
Aenderung
10°0'46"
der untersten Antenne
von
der zweituntersten etc. her. Wenn wir
sein
=
0,086933 ergibt. Mit (3.18)
=
kann man die Summe
2(2789,6
10°)]
sin
wenn
wir die in
(3.8)
eintritt. Diese
vorhandene Grösse
a
£
,
Bedingung
folgenden Rechnung vernachlässigt wurde, gleich Aan setzen,
ximal zulässige absolute Toleranz
fall bestimmt haben. Mit
(3.7)
von a
ist, die
kann
er¬
die in der darauf¬
wo Aa
wir oben für einen
die
ma¬
Spezial¬
wird also:
81
£a=aa
n
n
In Teil 1 führte die
=k(^"1)2s2an
2rQF
n
(3.20)
.
n
Voraussetzung für
eine
geringfügige Aenderung
nur
nach welcher
Ferndiagramme auf eine Lauf Zeitbedingung,
man
der
auf den Wert
(1.8) oder
rF
=
^jf-
(3.21)
für diese Grenze kommt. Der Grenzabstand
günstigsten
Für unser
Fall
n
=
Beispiel
N und £
mit N
=
=
5,
/a
&a
ks
£N
=
0,5
Dieser Wert ist also unerhört vielmal grösser als
stimmt werden muss. Dies ist besonders für
Unsere
Antennengebilde genügt
Hoffnung, dass
10"4
(3.21).
(1.8)
Die in diesem Abschnitt
wo
das
war
wird
resp.
Strahlungsdiagramm
den,
Schwierigkeiten, die
so
z.B. die
Notwendigkeit
von
rp.
daraus,
be¬
Super Gain-An¬
also nicht
gerechtfertigt.
starken
grösser.
Antennengebilden
sich einer
1963
(3.21).
dass ein be¬
durchgeführten Rechnungen zeigen,
mit
=
Man erkennt
von
beliebig
räumlicher Abmessung realisiert werden könnte. Dabei sind
tale
rQF
Strahlungsdiagramm
ganz beträchtlich
Aenderungen unterworfen ist,
stimmtes
.
die Fresnel'sche Zone bei einer
Uebergangszone,
un¬
Super Gain -Antennen nötig. Für
meist Gl.
tenne von geringer Höhe kleiner würde als r„,
Statt dessen wird die
für den
jede Antennentype individuell
dass die Grenze des Fraunhofer-Gebietes für
konventionelle
(3.20)
ist nach
:
0,5 und
=
rQF
kleiner
einige fundamen¬
Realisierung entgegenstellen,
erkannt wor¬
sehr grossen Antennenströmen mit äusserst
kleinen Toleranzen und die grossen
Genauigkeitsanforderungen
an
die Geome¬
trie der Antenne.
Viele Punkte konnten der verwendeten Methode wegen nicht
werden. Darunter
gehören
Strahlungswiderstand,
folgenden
der
die
gegenseitige Beeinflussung
Wirkungsgrad
und die Bandbreite der Antenne. Im
Abschnitt 3.2 werden alle diese Fragen
Zylinderantenne
abgeklärt
der Antennen, der
am
Beispiel
einer Vielschlitz-
genau untersucht. Eine Super Gain-Antenne nach diesem Prin¬
zip hätte bedeutend mehr Aussicht auf Verwirklichung als die oben beschrie¬
bene
82
Anordnung.
3.2. Eine Vielschlitz-Zylinderantenne.
Im
Folgenden wollen
tung auf dem Umfang
untersuchen
Der
wir die
Strahlung
eines dünnen metallenen
Schlitzen, die
in axialer Rich¬
Kreiszylinders angeordnet sind,
(Fig. 3.2).
Metallzylinder
sei in
z
-Richtung unendlich lang, und die Schlitze
sollen, auf gleicher Höhe regelmässig
der Länge L
von
(z.B. %/2)
und
von
über den
gerader
Anzahl
Zylinderumfang verteilt,
(21)
von
sein. Unter 3.2.3 werden
Fig. 3.2. Die Vielschlitz-Zylinderantenne.
unendlich lange Schlitze
die
betrachtet,
um
mit Hilfe von konformen
Abbildungen
Spaltfelder, die Kapazität und den Wellenwiderstand der Vielschlitz-Lecher
leitung
zu
Spaltfeld
berechnen. Der schmalen,
nur
eine
dann erhalten,
<p
wenn
-
Komponente.
die
langen
-
Schlitze wegen hat das elektrische
Der Grundmodus der
Antennenstrahlung wird
Spaltfelder abwechslungsweise gegenphasig,
aber von
83
gleicher absoluter Grösse sind.
in der Mitte durch eine
Spalt
Um diese
Erregung
realisieren,
zu
kann
Doppeldrahtleitung gespeist werden. Dabei
jeder
muss
darauf geachtet werden, dass die Zylinderstucke zwischen den Schlitzen ab¬
grosse, aber
wechslungsweise gleich
die rechnerische
derkoordinaten,
sehen
da dadurch die
Im
ladungs-
Randbedingungen
bei der
Lösung
der Maxwell'
einfacher erfüllt werden können.
3.2.1. Die .Lösungen _der_
unter der
Für
des Problems verwenden wir vorteilhaft Zylin¬
Behandlung
Gleichungen
entgegengesetzte Potentiale haben.
Ma^ell/schen_GleicJ}ungjen
für _Zy.linderprpbleme
und verlustfreien Raum lauten die Maxwell'sehen
Feldgrössen (Vektoren
dass sich alle
Annahme,
E und
H)
Gleichungen
e^
mit
ändern:
rotH=
wo
«
=
1,257
.
(3.23)
H
(3.24)
=
div E
=
O
div H
=
O
£
und
6
8,85
=
jweH
rot E
.
-jwyu
(3.25)
u
li
=
a
(As/Vcm)
10
(Vs/Acm).
10
(3.26)
.
Die Dielektrizitätskonstante des Vakuums
.
und die Permeabilität des leeren Raumes
und
£
beträgt
u
=
sind die dimensionslosen relativen Werte
u
der Dielektrizitätskonstante und der Permeabilität.
Aus den Maxwell'schen
und H wie
Gleichungen
können die
abgeleitet werden: Den Rotations
folgt
Wellengleichungen
Operator
auf
(3.24)
für E
angewen¬
det, ergibt
rot rot E
=
Es ist aber rot rot E
Setzen wir
nun
-
=
jwii
rot H
grad div
noch den Wert
Wellengleichung
.
E
von
-
AE, und wegen (3.25) wird £E
rot H
aus
(3.23) ein,
so
=
jwii
rot H.
erhalten wir die
für E:
AE
=
-k2E,
(3.27)
2*T
wo
k
=
.r—
ujycii
Analog würde
=
zii
w
=
c
man
T
erhalten:
AH
In
Zylinderkoordinaten
=
-k2H
schreibt sich
I _2_ ,-M
u 1_
r
84
(3.28)
.
32H
(3.28)
32H
_
O^f
[31,S. 146]:
nach
<Jz
.2
.
,„
M)
Mit Hilfe des Produktansatzes H
gleichung (3.29) gelöst werden,
ten H
,
H
oder H
tialgleichung ein,
erhält
so
kann die
partielle Differential¬
irgendeine
der drei
Komponen¬
man:
f*
fr"
Gestrichene Grössen bedeuten
die ersten drei Terme
vierte sein. Mit der
-
=
Ableitungen
nach der betreffenden Variablen. Da
(3.30) unabhängig
von
Konstanten
neuen
jp
2
h"
g
r
k|
oder h"
k,
+
sind,
von z
so muss
dies auch der
dürfen wir deshalb schreiben:
k2h
=
(3.31)
0.
(3.31) wird (3.30):
r2r
Da
g{f) h(z)
wobei wir für H
nehmen müssen. Setzen wir diesen Ansatz in die Differen¬
f"
Mit
f(r)
=
nun
sind,
in dieser
rr
+
(k2"k32)r2 !~
+
|p
neuen
-
=
n2
Konstanten
oder g"
+
n2g
werden. Damit erhalten wir schliesslich
(3'32)
0-
=
Gleichung wieder die ersten drei
mit der
so muss
+
Terme von
<f> unabhängig
n
=
(3.33)
0
aus
(3.32)
die
gewöhnliche Differential¬
gleichung für f:
r2f"
+
r
f'
+
(k2r2
wok2 =k2 -k2
(3.31)
und
(3.33) haben
und
(3.34)
g
J
als
Gleichungen
als
=
a.
cos
k,z
+
b.
sin k ,z
=
a
cos
ntp
+
b
sin
ist die Bessel'sche
f
wo
(3.34)
0,
zweiter
Ordnung
mit konstanten
Lösung, falls nicht k, oder
n
ima¬
sind. Also:
h
Gl.
=
•
ungedämpfte Schwingungen
Koeffizienten
ginär
n2)f
Differentialgleichungen (3.31), (3.33) und (3.34) sind wohlbe¬
Die Lösungen der
kannt.
-
=
af Jn
+
(3.36)
.
Differentialgleichung
(k2r)
die Bessel'schen und N
mp
(3.35)
mit der
Lösung
bf Nn(kir),
die Neumann'schen Funktionen n-ter
(3.37)
Ordnung
85
sind. Die Koeffizienten
(Randbedingungen)
Lösungen
der Art
zu
wenn es
Wellengleichung (3.29)
[af
=
und b sind dem
(3.35), (3.36)
superponiert werden,
H
a
lösenden Problem entsprechend
zu
wählen. Es können aber auch ohne weiteres
und
die
(3.37),
Randbedingungen
setzt sich also
cos
.
oder
beliebig
Modi,
erfordern. Die
folgenden Typen
aus
(kjrJ+bjN^kjr)] [a
Jn
Wellentypen
sog.
Lösung
der
zusammen:
npT.
sin
np+b
viele
linear
[ahcos k3z+bhsin kgzl eJ
.
(3.38)
-jk,z
Für die weitere
Rechnung
ersetzen wir h durch e
meinheit der Lösung nicht
eingeschränkt wird, da
teilung in z-Richtung durch Ueberlagerung
(Fourier-Reihe
können
d.h.
e
J
Um
einführen,
aus
einer
oder
Integral).
aber
was
,
Dasselbe könnte
wobei
die
regende Spaltfeld
'
z
nur
eine
mit
e"w
=
=-jk3Er
ju>£Ep
können,
schrei¬
entsteht eine
an,
er¬
gewisse Symme¬
-jhyiH^
(3.39)
3(rEy
)
-97—
man
(3.39)
dE
r
~df "jTrHz
auch
=
folgendermassen
schreiben:
i^Ä
--1^^
E
1
k3
H
(3.40)
3H,
z
Kl
H.--J
*
86
zu
Zylinderkoordinaten
in
"Jw/iHj,
einigen Umformungen kann
-
durchführen,
-JW/UHr
=
=-*3Er
3Hz
E
bei g
multiplizieren sind. Da das
zu
E*-Komponente hat,
3(rHp) 3Hr
~*f~~~*?m*
Nach
3Z'
jkgE,
Jk3Hr- -^
man
Feldver¬
beschreiben
überall verschwindet. Wir erhalten demnach:
3Hz
1
-
sodass E
^ 3
eine andere berechnen
Rotationsgleichungen (3.23) und (3.24)
trie,
e
Allge¬
weniger praktisch wäre.
Feldkomponente
Feldgrössen
jede beliebige
Termen
von
ben wir die
jetzt
wir
wodurch die
k3 3Hz
rk,2^"
Mit Hilfe dieser
grösse
Gleichungen
insbesondere H
-
3.2.2. M.%4H&
können wir leicht
einer bekannten Feld-
aus
eine andere berechnen,
-
z
^PJ-Ra^pdwjextaufgate.bei^vorgegebenem Spaltfeld.
Wenn wir z.B. das Feld E» auf dem Antennenzylinder
kennen
würden,
so
könnte mit Hilfe dieser
inner- und ausserhalb des
Schlitze
Antenne,
gleich Null. Setzen
(RyQ)
Randbedingungen
=
R)
genau
das gesamte Feld
Zylinders berechnet werden. Vernachlässigen
vorerst die Verluste in der
Schlitzen
(r
ist E~ auf dem
so
Zylinder
wir
neben den
wir dann weiter voraus, dass die Breite der
viel kleiner als eine
Wellenlänge und
Länge (L) viel grösser
ihre
als ihre Breite sein soll und zudem der Abstand zwischen den Schlitzen viel
kleiner sei als ihre
Länge,
kann die
so
Schlitzanordnung
fach-Lecherleitung endlicher Länge aufgefasst
nun
aber bei
richtung
die
Lecherleitungen
Feldverteilung senkrecht
mit Hilfe der Methode der konformen
Folgenden
kurz
begründet
Für die unendlich
als strahlende Mehr¬
werden. Bekanntlich kann
zur
man
Fortpflanzungs
Abbilungen bestimmen,
was
-
im
wird.
langen
Schlitze
(gestrichelt)
der
Fig. 3.2 wird bei
Be¬
rücksichtigung der für unbelastete Lecherleitungen bekannten Tatsache, dass
sich die Wellen in
z-Richtung
32E
—
2
mit
Lichtgeschwindigkeit ausdehnen,
d.h.
,2
.
+
k"E
=
(3.41)
0,
Dzz
Wellengleichung (3.29)
die
für die elektrische Feldstärke E reduziert auf
F5T<r"5F)+^ g^2(3.42)
Gl.
ne
(r;p)
den
ist aber die
senkrecht
Komponenten
Achse der
E
=
-
grad
senkrecht
von
-
zur
div
E
=
div
grad
Lecherleitung
V
=
also AE
AV
=
Abbildung
kann auch sagen, die Feldverteilung quer
0. Das E-Feld mit
(r;
ip)
ableiten, nämlich
gilt ebenfalls die Laplace'sche Glei¬
0. Wir haben
mit einem Potentialfeld
ist die oben erwähnte konforme
=
analytische und harmonische
einem Potential V
V. Für die Potentialfunktion V
chung, denn
in Polarkoordinaten in der Ebe-
Lecherleitung,
und E„ ist demnach eine
Funktion und lässt sich deshalb
(3-42)
°-
Laplace'sche Gleichung
zur
E
=
zur
zur
zu
es
also in der Ebene
tun. Aus diesem Grund
Feldbestimmung erlaubt.
Man
Leitung sei elektrostatisch.
87
Ist
nun
die
Leitung
von
die sich
aus
der
(L), beidseitig kurzgeschlossen
endlicher Länge
und z.B. in der Mitte gespeist,
Superposition
so
treten auf der
Lichtgeschwindigkeit
mit
von
Leitung stehende Wellen auf,
hin und rücklau¬
fenden Wellen ergeben.
Wenn wir also
leitung auffassen,
unsere
so
beidseitig kurzgeschlossene
Antenne als
können wir den Verlauf
£- im
von
tung mittelst konformer Abbildung und in z-Richtung
sonanten
der
Lecherleitung erhalten.
folgenden Rechnung
dieser
nur
lungswiderstand
Randbedingung
zu
für grosse
an
den
kurzgeschlossenen
spielen, und der Strah¬
den
Strahlungswiderstand
Strahlungswirkung
Die Antenne
Zylinderdurchmesser
immer mehr der
Lecherleitung
Ep
entspricht
physikalischen
mit sehr
geringer
vor uns.
wird,
wie schon oben
erwähnt,
durch
abwechslungsweises
gleich grossen positiven und negativen Spannungen
an
platten zwischen den 21-Schlitzen erregt. Dadurch kann natürlich
bestimmte
ist
Zylinderdurchmesser erheblich.
Realität. Wir haben dann eine resonante
werden,
von
En¬
der resonanten Leitung, welcher den Feldverlauf in z-Rich¬
bei kleiner werdendem
von
re-
Abweichungen
Das nach der beschriebenen Methode bestimmte Randfeld
Anlegen
y>-Rich¬
der Theorie der
Grunde legen.
bei grossen Schlitzbreiten eine Rolle
tung ändert. Die Dämpfung der Leitung durch
nur
aus
Lecherin
Wir wollen das auf diese Art erhaltene Feld
bewirken die Randeffekte
Feldverteilung
den, die aber
als
Spalt (r=R)
Strahlungscharakteristik erzeugt werden, die,
in <f -Richtung
ungefähr cosinusförmig
die Metall¬
nur
eine ganz
später sehen
wie wir
ist und deshalb für den Gleit¬
weg gut passen würde. Andere Charakteristiken können durch
Superposition
solcher Grundmodi erhalten werden.
Der Verlauf
von
E^
in
Speisung genau berechnet.
p-Richtung
Das
prinzipielle Verhalten ist aber
gezeichnet. Die Darstellung gilt
angegebene
für
88
z
=
Form beibehalten mit dem
des Feldes ändert. Das in Fig. 3.3
reihe
dargestellt werden,
wird unter 3.2.3 für die beschriebene
nämlich:
in
Fig. 3.3
auf¬
0. Für andere z-Werte wird aber die
Unterschied,
dargestellte
dass sich die
Amplitude
Feld kann durch eine Fourier-
£r(r.*,y;t.o)
M
M
//
-f
4
G
-f.
Fig. 3.3.
Das
ü
5"
n
f
*
A
Spaltfeld
E^
auf dem
Umfang des Antennenzylinders.
CO
(r
E
=
R; f
;
z
=
0)
y
=
an
cos
(3.43)
nty,
n=l,3,5
r
woa
TT
n
Die Koeffizienten
mit
a
Da vorausgesetzt
Spaltspannung
Ep
=-
U
.
cos
nty df.
geradzahligem
wurde, dass
Rb
Index sind dabei alle
«),
gleich
Null.
kann rein elektrostatisch eine
berechnet werden:
2
°--"J
E
d,p
=
Rpb E(ol
(3.44)
'
2
wobei E
sich der
.
der Mittelwert des Feldes über dem
uns
Spalt ist. Falls lu/4«l, schreibt
später besonders interessierende Koeffizient
21u«i
.v.
—91
(3.45)
a,ü
l-TR
d.h.
er
ist
nur
Spaltfeldes,
abhängig
aber nicht
von
von
der Schlitzspannung, also
vom
Mittelwert des
der Form dieses Feldes.
89
In
z-Richtung
soll sich E«
des
längs
Spaltes
für
r
beidseitig kurzgeschlossenen Lecherleltung der Länge
=
L
R wie das Feld einer
=
A/2
=
TT/k
verhal¬
cosinusförmig (Fig. 3.4). Dieser Feldverlauf kann durch
ten,
d.h. das Feld ist
das
folgende Fourierintegral ausgedrückt werden:
CO
+
TTk,
Ev,(r=R;1p=0;z)rel=fj
e
k
3'
(3.46)
co
-
£,(,.»,?.;.*)„
Fig. 3.4.
Das Gesamtfeld im
E^
(r
=
also mit
R; f
;
z)
=
Spalt und auf
E^
(r
=
E„ längs des Spaltes.
Das Feld
R;p;
dem
z
=
Zylinder wird
0)
Ef
(r
=
R; if>
nun:
=
0;
z)rel>
(3.43) und (3.46):
+ co
Tk,
CO
Epü-Rjpjz)^
y
a
cos
co
Unter 3.2.1 fanden wir als
Lösung
k„ 2
3
der Maxwell'sehen
Gleichung (3.38)-resp. (3.40) gegebenen Wellentypus.
Gleichungen den durch
Durch lineare Ueberla-
gerung solcher Wellen können auf der Zylinderoberfläche die durch
Gleichung (3.47) gegebenen Randwerte
90
(3.47)
1-0
n=l,3,5
-
nlp.
erhalten werden. Vorerst ist
obige
klar, dass
(3.38)
in
ten wir
die
bei
Berücksichtigung
(3.40) b
von
das Feld ausserhalb des
nun
einer radial nach
Bedingung
=
0 gesetzt werden darf. Betrach¬
Zylinders
für
Hn
(2)
nur
(klr)
bei
Nn^klr^
^
"
werden kann. Es ist also b.=
uns
Zylinderfunktionen
weiss
man
diese
Randbedingung
a,, und der
j
im Unendlichen erfüllt
Ueberlagerung
zur
verwendete
hat demnach die Form:
Wellentypus
Hz(r;
Bei Benützung
afag HRV '(^r)
=
(3.40)
von
"Jk3z
(2)
<p ;z)
(r; <f ;z)
Ef
wo
-
bestimmt
der Hankel'sehen Funktion zweiter Art
Verwendung
"Vklr)
=
so
laufenden Welle die Koeffizienten der
aussen
Bessel'schen Funktionen. Aus der Theorie der
aber, dass
R^r<co,
(3.48)
npe
wird
Aß
=
cos
-jk„z
Jßa-Hn(2),(k1r)
cos
(3.49)
npe
3H(2)(kir)
(),
^^(^»-j^-i-und^-V
Gleichung (3.47) sagt
superponieren
uns, dass wir die
Grundtypen (3.49) folgendermassen
müssen:
+ CO
oo
E« <r;
p;z>
\
i«/1
=
A cos nl
"nl^V*
5-
„
~*3Z
e
-
dk,
n=l,3,5
-
Gleichung (3.50)
muss
oo
für
r
(3.50)
=
R die
Randbedingungen (3.47) erfüllen,
was
mit
Vk,
cos
A
=
k,
(3.51)
i(k3)2 H^'d^R)
n-jtfkuyi
der Fall ist.
2k
(3.51)
in
Randwertproblems,
(3.50) eingesetzt, ergibt
d.h. auch die
schliesslich die Lösung
unseres
Lösung für die Antennenstrahlung im Aussen-
raum:
+ oo
Hlll(2),(k1r)coB-^
CO
E
T
(r;f;z)^2_
n=l,3,5
*
—f^e
Hnl(2)(klR)l-fe2
nl/,v,
ancosnly
"jk-z
3
dk,,
3
(3.52)
OD
91
wo
k.
Die Koeffizienten
des
Spaltfeldes
in
rö—2"
und
\J k
k,
=
-
a
n
r^R
sind noch unbekannt, lassen sich aber bei Kenntnis
p-Richtung angeben,
im
was
fogenden
Abschnitt 3.2.3 ge¬
schehen wird. Die dort verwendete Methode der konformen
Zylinders
das gesamte Feld inner- und ausserhalb des
Abbildungen
liefert
für den Fall der nicht
strahlenden, kurzgeschlossenen Lecherleitung. Für kleine Zylinderdurchmesser
stimmt das wirkliche Feld in und um die Antenne mit diesem Lecherfeld
tisch überein, sodass wir darauf verzichten, analog
des
(3.52)
prak¬
das Feld im Innern
Zylinders anzugeben.
3.2.3.
Berechnung.dgr .Kapazität,. des.V^eJlenwjderstajides. und_des _Sp.altfeldes.
dSSJ&h.U&SXÜQdsF. :Lecherleitung_mit J3ll|§_4.er
Methode
der_kgnf_qrmen_
Abplldimg.e.n.
Nach
(3.42) gilt
Schlitzen die
für eine
Lecherleitung
Laplace'sche Gleichung AE
lytische Funktion,
und
es
gelten
=
der
Fig. 3.2
mit unendlich
0. Das Feld E ist
die Gesetze der konformen
folglich
langen
eine
Abbildungen
ana¬
[32]
Insbesondere verändert sich die Kapazität oder der Wellenwiderstand einer
Leiteranordnung
In
Fig. 3.5
bei konformen Transformationen nicht.
ist ein
Lecherleitung gegeben.
grosse
positive
und
Querschnitt durch die
zu
untersuchende Vielschlitz-
Die 21-Platten haben dabei
abwechslungsweise gleich
negative Potentiale.
Uy
/
Z-Ebene
Fig. 3.5. Querschnitt
92
durch die
Vielschlitz-Lecherleitung. (z-Ebene)
.
Als
Ausgangsebene
wird die
z
-Ebene
gewählt
mit
z
=
j
x +
y
=
r
e'^.
Die erste
Transformation
w
bildet
nun
=
u +
jiv
z1
(3.53)
den zwischen den gestrichelten Strahlen sich befindenden Sektor
Oeffnungswinkel 21T/1 (Fig. 3.5)
w
=
=
r
e'
auf die ganze w-Ebene ab
vom
gemäss Fig. 3.6,
wo
^.
j"
w-Ebene.
/
/
//1i
,
ii
ji<
i
Uli
\
\
An 7
Fig. 3.6. Abbildung der Lecherleitung auf die
w-Ebene.
Mit Hilfe der bilinearen Transformation
J
(3.54)
4
R+w
kann alsdann das Innere des Kreises
transformiert
werden,
wo
Elektroden der w-Ebene
f
=
gehen
I
+
|w|
< R
auf die obere halbe
ji\ (Fig. 3.7).
Die beiden
f
-Ebene
halbkreisförmigen
damit über in die zwei ebenen Platten AB und
CD in der reellen f -Achse. Die imaginäre v-Achse erscheint in der
als Kreis
um
den
Nullpunkt
vom
Radius ctg
Und als letzte Transformation in die
w
=
F
(k;
aresin
t)
w-Ebene,
,
f
-Ebene
(1 y>0/4).
mit w=
a +
jV
,
dient
(3.55)
93
f-£S0/te
z
/
.1
~S'
*'
i
/
*"'
Ä.-
•KX*
/
\
y
ctjfZt
etg'tk
K
Die in die f -Ebene transformierte
Fig. 3.7.
Leitung.
Sc
wo
F(k;
aresin
f
das
)
ist und k
=
erster
^(l-j2)(l-k2j2)
.
Gattung
elliptische Integral
2°1*
tg -j54-
der Modul dieses Integrals. Die Transformations-
Differentialgleichung
dw
dl
(3.56)
y(l-j2)(l-k2f2)
f
könnte
man
nach dem in der Theorie der konformen
Schwartz'sehen Verfahren erhalten; siehe
[32]
.
Abbildungen
Durch
(3.56)
resp.
wird das Innere eines Rechtecks in der u)-Ebene auf die obere
gebildet.
Aus der Theorie der
elliptischen
Funktionen
weitern, dass die Abbildung doppelt periodisch
rer
weiss
Integrale
(3.55)
-Ebene ab¬
man
des
4K(k) und
erster
Gattung
=
F(k;1T/2).).
=k*
\jl-k2
K(k)
Vl-k2
wird dabei als
komplementä-
Modul bezeichnet. Die Funktionen F und K sind bei Jahnke-Emde
belliert. In
Fig. 3.8.
ist die durch
Gleichung (3.55)
(o-Ebene transformierte Leitung aufgezeichnet.
94
f
ist mit den Perioden
Die Grössen K sind vollständigendige elliptiscelliptische
und definiert durch
=k*
2jK(k').
[33]
bekannten
aus
[34]
ta
der f -Ebene in die
*-T~§ r-r-g
01-Ebene
is-".
t
t
«
Ml
r^r-3 r-srf
t_J
£
CJL*. ±-*--i
tKOt)
Fig. 3.8. Abbildung
der
Lecherleitung
auf ein
in der
Parallelplattensystem
w-Ebene.
Der in Fig. 3.5 gezeichnete Sektor ist demnach auf ein zwischen zwei
ebenen Platten konzentriertes homogenes elektrisches Feld 4-6-6'-4'
bildet worden. Die Kapazität pro
Cg
=
e
K(k')/K(k)
und ist auch
Längeneinheit
einer solchen
gleich der Kapazität
Werden alle positiven und alle negativen Platten
tet,
so
ist die
Lecherleitungen
einheit C
geschwindigkeit
lich Z
=
ol
.
=1C
s
ol
kann
man
£1
1/c
C
c
,
01
=
l/\/£
ju'
oder im
im
.
1Zq1
von
der
Kapazität pro Längen¬
umgebenden Medium bekannt ist;
es
ist näm¬
Speziellen:
Mit Luft als Dielektrikum wird
und
(3.57)
schliessen, falls die Fortpflanzungs¬
zoi" reiKft')
ausgewertet
Fig. 3.5.
Fig. 3.5. parallel geschal¬
K(k)
sehr einfach
auf den Wellenwiderstand Z
,
von
Gesamtkapazität
C
Bei
Leitung
des Sektors der
abge¬
ist aber
gegen 1
\J£
=
(3.58)
120lT= 377 Ohm. In Fig. 3.9 ist Gl.(3.58)
fQ aufgetragen.
95
ftoe
1
(Ohm]
1
400
\
JOO
800
1
1
too
s
^^
1
0
30
$o
10
Fig. 3.9. Der Wellenwiderstand
Für Luftdielektrikum sollen die
tto
tto
der
MO
Vielschlitz-Lecherleitung.
obigen Formeln
noch in zwei
Spezial¬
fällen durch bekannte Funktionen ausgedrückt werden. Zuerst sei der Fall
kleiner Spalten
den
K(k)
=
untersucht, also
«FT/2
und
Col
=
Für sehr grosse
96
ln^
4l£Q
^T
=
In
p-
=
und
oder k « 1. In diesem Fall
wer¬
und wir erhalten:
8
Spalten y>
| j^In
lfe/4 « 1
lnr^r
30T2
^"Tln-«
Jfo
und
K(k)
K(k')
=
lf«
«
1
(3.59)
(Ohm)
-
=
y
K(k') «T/2
=
w
,
wo
l*|»Q/4 «1
und man erhält:
oder
kal, wird
"
'0l
In
JL
lnifo
^o
und
zoi
Die Formeln
verglichen
Terman
=
1r ln4
(3.60)
[35]
oder
=
Kapazität
%-T
1 mit andern Resultaten
von
von
[36].
Assadourian und Rimai
Lecherleitung
Zol
=
120 ln
83,2
+
mit runden Drähten
ZQ
^
Interessant ist noch
Fig. 3.10b.
W
120 ln
=
120 ln
(Ohm)
b)
Fig. 3.10. Wellenwiderstände
ten b).
konstatiert, dass
^
(Ohm)
a)
Man
Leitung findet
Streifenleitung Fig.3.10a
der Unterschied im Wellenwiderstand zwischen einer
und einer
der Literatur
aus
zwei schmalen ebenen Streifen ist bei
und der Wellenwiderstand derselben
angegeben,
sich in einem Artikel
(3.60)
(°hm)
können für 1
werden. Die
^«1
von
eine ebene
Streixenleitung a) und Leitung mit Runddräh.
Streifenleitung
der
Oeffnung y
Wellenwiderstand hat wie eine Leitung mit runden Drähten
von
denselben
der halben
Oeffnung y /2.
Um
nun
das Feld E„ der
z
Elektrodenkonfiguration
können, müssen wir das bekannte
homogene Feld
formieren. Vorerst schreiben wir die Felder
Ez
von
Ew
von
und
Ew
Fig. 3.5 angeben
Flg. 3.8
zu
zurücktrans¬
als Gradienten des
Potentials V und nehmen davon den Absolutwert, nämlich:
97
|E|Z
|E|w
und
-
=
-
|gradv|z
=
|gradv|w
Weiter gilt nach den Gesetzen der
|ar|
Vektorrechnung
|sradvU
=
(3.61)
•
in der z- und der w-Ebene:
C0S(,i
(3.62)
|d
V
du-|
wo
u
und
1
|gradv|w
=
der Winkel zwischen dem Vektor
analog
a„
der Winkel zwischen
u>
z
und der
gleich,
also
=
u,
u
,
2
Richtung der Feldlinien
worden ist, sind diese
abgebildet
Damit folgt sofort
„.
ist
und den Feldlinien in der w-Ebene. Da
aber die z-Ebene konform auf die w-Ebene
beiden Winkel
cos«
(3.61)
aus
und
(3.62)
die
Transformationsformel
|E|
1
Mit Hilfe dieser
Beziehung
1^1
|E|
'
können wir
(3.63)
.
Mdz I
nur
den
Abbildung
sieht
man
aber ohne weiteres, dass das
auf der Linie 2-1-8 in der
Spaltfeld
Auf der Oberfläche des
Zylinders
derw
Gl.
(3.63)
-
in die z-Ebene
mit Vorteil
z
-Ebene
eine
nur
steht das Feld
hingegen
gehen
wir über die f
-
ieiz
senkrecht und be¬
=
wird:
iEUifi \it\m
den ersten
Differentialquotienten
^
157*
•
Aus
(3.54)
'
folgt
£.1
dw
(3.53)
Wollen wir
<f>Q/2$
if>
=
ctg*
L* _jbL_
4
„1
R
+ w
12
liefert schliesslich
|*|
-
interessierende
und die w-Ebene, weshalb
folgendermassen geschrieben
Gleichung (3.56) liefert
uns
E„ -Komponente hat.
-Komponente. Zur Rücktransformation der Felder
sitzt deshalb nur eine E
aus
und
nicht aber die
Absolutbetrag,
der Feldlinien rücktransformieren. Aus der Geometrie der konfor¬
Richtung
men
=
'z
nun
1-1
-
M-r
das Feld auf dem Zylinder
^yjj/2,
kennen,
so
Zylinders eingesetzt werden,
müssen in
r
=
obige
welche lauten
:
R, insbesondere aber im Spalt
Formeln die
Gleichungen des
zz
wz
und
U
Das Feld in der
co
Spannung
=
R1e jl?
^o
t
lf
t
-4^
ctg
tg
T
homogen und deshalb
-Ebene ist
konstant. Sein Wert ist
jy
=Re
|E|w
UQl/2K(k),
=
U^
wo
sein Absolutwert überall
die über dem Spalt angelegte
(3.64)
bedeutet. Damit erhalten wir nach
das auf dem
Zylinder
vor¬
handene Feld:
1U
ol
f
4RK(tg2-^)tg^
Für
Ep
<Y>Q/2
\<p\
(r
=
R)
Zylinder
stellt aber nach dem oben
und für
Er
(r
lere Feldstärke E
Für kleine
fQ/2 $ \f>\ ^
R) dar.
=
=
,
U
-y-
-
^
An Stelle der
,/R <p
Gesagten
das radial
(r =R)~-
Fig. 3.11.
-9
UQl
Spaltfeld
Feld auf dem
kann auch die mitt¬
sich das
Spaltfeld
auf
E,
"ol
(3.66)
Spalt zwischen
zwei unendlich
metallischen Halbebenen
[37].
aus¬
Die Feld¬
Fig. 3.11 aufgetragen.
1
h
gerichtete
das
\pl
gedehnten, entgegengesetzt geladenen
ist in
(3.65)
?*)2
Dieser Feldverlauf herrscht auch exakt im
(3.65)
Gl.
.,2
verwendet werden.
2
stärke nach
sin 1»
Schlitzspannung
Spalten 1»/2«1 vereinfacht
Ef
(3.65)
1
•
Hl,
fr
(r.R)
f
B
Verlauf des Feldes auf dem
Zylinder.
99
3.2.3.1. Die JFQurte^zerlegung_der Sjaltfeider.
Im
vorigen Abschnitt
Spaltfeld
wurde das
berechnet,
genau
jetzt die Fourierzerlegung (3.43) explizite ausführen
Spalten verwenden
(3.66)
wir Gl.
sodass wir
können. Im Falle kleiner
und erhalten für die Koeffizienten
a
das In¬
tegral:
2
81E
Ol
Nullter
[l2,
x
=
üt
lässt sich das
c],
Formel 333.76
Ordnung hat,
To
wo n
=
1,3,5
Integral auf
eine tabellierte Form
welche als Lösung die Bessel'sche Funktion
E
Spalten
nl ip
.
ol
T
TT
Für sehr kleine
,
nämlich:
21u>
voneinander
dtp
fW
Mit der Substitution
bringen
nly
cos
V
/
V
iq
2
,
(3.67)
>
sind die ersten Glieder a«, a,,
verschieden,
ag
die exakte Formel (3.65) genommen werden, wobei wir
den
uns
allein interessierenden ersten Koeffizienten
später
Mit der Substitution
lip
=
x
etc. nicht stark
praktisch gleich 1 ist. Für breite Spalten
da J
aber
nur
muss
noch auf
beschränken wollen.
a«
wird
2
al
Die exakte
cos X
dx.
=
Ttg^ K(tg2^)
\|
2
.
Vsin
Lösung dieses Integrals finden
ln>
T~
wir bei
.
sin
[39,
2
x
Formel
470.2].
Damit
wird
1
*o Eol
cos
2^
4
(3.68)
K(tg2 ^)
In
Fig. 3.12
timale
ist
a./E
.
Spaltbreite gibt,
mögliche Breite
<pQ
=
wo a,
am
grössten
T/1 erreicht, geht aj
andern höhern Koeffizienten.
100
tp aufgetragen.
gegen 1
Man
beachte,
wird. Wenn der
dass
Spalt
es
eine op¬
die maximal
gegen Null und überdies auch alle
t.o
o.»
0.6
0,*
0,3
0
ftß
t&O
120
10
SO
30
»
Fig. 3.12. Der erste Fourierkoeffizient der Schlitzfelder.
3.2.3.2.
Das.Pptentialfeld_der .Leiteranordnung.
Es wird hier das Problem
kannten Potentiallinien
u
=
behandelt,
die in der w-Ebene
ursprüngliche
konstant in die
der z-Ebene zurückzutransformieren. Die Aufgabe wird
(Fig. 3.8)
Geometrie
nur
für den
be¬
(Fig.3.5)
Spezial¬
fall kleiner Spalten explizite gelöst.
folgenden Abschnitt 3.2.3.3.
Die Kenntnis der Potentiallinien ist im
der
Berechnung der Verluste
Fig. 3.5
würden wegen der
an
von
Wichtigkeit.
Die Verluste der
Leitung
bei
nach
den scharfen Kanten auftretenden Unendlich¬
keitsstellen der Felder nach dem weiter unten verwendeten Berechnungsver¬
fahren unendlich gross. Macht
Kanten etwas ab,
unnötig
zu
komplizieren, wird
Potentiallinie
Platten
so
man
die Platten aber dicker, und rundet die
haben die Verluste endliche Werte. Um das Problem nicht
gewählt,
als Kontur einer
die sehr nahe
an
Spezialfall
sodass die
sinj
Leitungsanordnung
eine
unendlich dünnen
liegt.
5
Im
neuen
ursprünglich
den
kleiner
elliptische
Spalten
Funktion
u>=
ist k
F
=
tg
(k; aresint)
ersetzt werden darf. Mit den Formeln
für kleine Schlitze
gültige
1)P
—~
eine sehr kleine
von
(3.55)
(3.54) und (3.53)
durch
Grösse,
w= arc
erhalten wir die
Transformationsformel
101
1?„
U)
11
=
+
jv
=
In der w-Ebene stellt
U
ju
,/
2K(k) dar,
1
-(I)
1
+0
e
j
(3.69)
j ctg
arc sin
u
=
R'
konstant eine Potentiallinie vom Potential V
oder bei
Berücksichtigung
von
K(k-*-0)
=
'Ü/2 wird
=
uoA-
/•
einiger Rechenarbeit
Nach
Phase
Spalt
[
yi
-
A2
(3.69)
aus
+
aJ
j
Setzen wir
u
=
y und
/"
die Winkel
wo
r
konstant,
costp
go
u
arctg
(3,
j£-x
und
z
=
(3.70)
(3.70)
eine
implizite Gleichung
(3.70)
unter
^
n1
=
+
geometrischen
R bis
-
sind. Die Potentiallinien
Ort aller Punkte
dargestellt,
R unter einem konstanten Winkel TT-
R/tg
u
-
R
gehen
dem
-s—
A/U
und deren Mittelpunkte
Koordinatennullpunkt
,
wobei
a
u«1,
<p
von
(3.71)
z
=
und
Berücksichtigung
wird. Das sind aber bekanntlich Kreise, die durch die Punkte
aus
r
(52
p,i» Figur 3.13 eingezeichnet
+
in
folgendermassen geschrieben werden:
arctg
werden demnach durch den
denen die Strecke
sinhp
1 kann
=
vom
den Wert
(|)
stellt
auch
x
=
[ aresin AJ=
erhalten wir für nicht allzu geringen Abstand
für den Realteil
für die Potentiallinie dar. Für 1
rsinp=
Benützung der Beziehung Re
unter
2
z
=
V
um
den
Betrag
d
=
=
+
s
in
der Winkel zwischen der Normalen im Punkt
z
Fig. 3.13 ungefähr
=
+
R und der
unter
gesehen
R und
auf der
verschoben sind. Für den Fall, dass
wird die Distanz
n
u
au
y-Achse
=
R und
Kreistangente
Die Feldlinien sind die ortogonalen Trajektorien der Potentiallinien und
ebenfalls Kreise, nämlich die
die
102
Bedingung
fJ^n
=
sogenannten Appolonischen Kreise, die
konstant
dargestellt
werden können.
durch
Fig. 3.13. Potentiallinien
Auch
dieselbe
Zworykin
einiger Entfernung
geschrieben.
Delta-Funktion,
von
den Schlitzen für 1
erhält für den infinitesimal kleinen Schlitz
Potentialverteilung (3.70),
Fourierreihe
einer
[38]
in
nur
(1
=
=
1.
1)
ist das Resultat in Form einer
Das Feld im
Spalt
ist bei
Zworykin
von
aber auch bei Annahme eines konstanten
der Art
Spaltfeldes
würde (3.70) resultieren. Man sieht daraus, dass der exakte Verlauf des Spalt-
feldes für das Potential in grösserer Entfernung
eine
Erkenntnis, die
vom
Spalt
Interessant ist die Aehnlichkeit zwischen unserem
=
+
R und
z
=
-
wichtig ist,
R. Die
Bedeutung
von
Zylinder
mit zwei
mit Runddrähten an den Stellen
Feld und Potentiallinien ist in beiden
Problemen vertauscht, doch ist die Form der Linien dieselbe. Für die
drahtleitung gilt obige Lösung exakt,
Entfernung
von
-
wir unter 3.2.4 für das Fernfeld auch finden werden.
Spalten und der Doppeldraht-Lecherleitung
z
nicht
für
unseren
Zylinder
aber
nur
in
Doppelgrösserer
den Spalten.
103
In der
Umgebung der Schlitze
kann ebenfalls
\\l
z
ii**
r el
=
=
R
\
y
Da tg
-r^
(3.72)
auf
1,
«
ist in der
+
1
}
und setzen in
=
sin
(
u
+
jV)
nach z
r
=
e]"
auf:
-g-2
(3.72)
-J2 siniü
j tg
-
des
Spaltes tg -r& sinw«l, sodass sich
(3.73)
sinoi
vereinfacht. Nun entwickeln wir sinu in Real- und
sinai
(3.69) der Verlauf der
+j tg-r^sinu)
±
Umgebung
=R
z
aus
(3.69)
Potentiallinien erhalten werden. Dazu lösen wir
=
sin
(3.73) Imaginär- und
a
coshv>
Realteil
+
j
Imaginärteil, nämlich
cos u
gleich.
sinhv*
Dann resultieren die beiden
Beziehungen
x
-
und
aus
welchen
R
y
man
Rp0
=
=
—y°-
-g-2
cos u
sin
sehr einfach die
u
(3.74)
sinhv
cosh V
folgenden
zwei
(3.75)
,
Gleichungen ableiten
<£/ -(^.2 (->)2
(3.76,
=
(3.76)
stellt konfokale
Hyperbeln
als Brennpunkte dar. Diese
Potential V
zu
=
ü
U
/IT.
mit
u
als Parameter und den
(3.77) gegeben
(3.76) ortogonalen und konfokalen Ellipsen (Fig. 3.14).
104
Spalträndern
Hyperbeln sind gleichzeitig Potentiallinien
Die Feldlinien sind durch
kann:
vom
und sind die
Fig. 3.14.
Potential- und Feldlinien im schmalen
Spalt.
Nun wollen wir noch im Hinblick auf den nächsten Abschnitt eine nahe
der unendlich dünnen Elektrode
wo
au«1,
cos jus au
u
=
'n/2 liegende
genauer betrachten. Man
sind. Für den Fokalabstand f
Halbparameter der Hyperbel
und der
eine Parabel. Der
x-Achse
Winkel,
kreisförmigen
nun
sin uA-
(Fig. 3.14) findet
wird
p=i2 f,
d.h. die
Hyperbelasymptote
den die
bildet, beträgt ungefähr
Schnittwinkel der
Potentiallinie
beachte, dass
au, ein
man
f
u
(
=
|
-
an
au,
au2/2)und
=*
au
Hyperbel
R
#/4,
ist beinahe
mit der Normalen
zur
Wert, der in Fig. 3.13 auch als
Potentiallinien mit der
Zylinderoberfläche
erhalten wurde.
Diese Beziehungen
geben
uns
gutes Bild
ein
von
der Geometrie der Elek-
troden für den Fall, dass deren Konturen durch die Potentiallinie
mit
am
3.2.3.3.
-
A
k/>
«1 gegeben sind.
Pje^Verl.ust^derLeitungi
Die
Dämpfungskonstante
Leitungsverlusten
ten
u
Wirkleistung
P
Pw
pro
wie
«
einer
Lecherleitung berechnet sich
Längeneinheit und
der
von
der Leitung
aus
den
transportier¬
folgt:
:
2P_
(3.78)
105
Im
Folgenden
nicht aber
,
Einschränkung,
die ohmschen Verluste in den
Leitern,
Leitung einbettenden Dielektrikum. Das ist
da die
Leitungsumgebung
normalerweise
Luft besteht.
Für die
Z
nur
in einem die
diejenigen
keine wesentliche
aus
betrachten wir
und der
transportierte Leistung gilt
an
der
Leitung liegenden Spitzenspannung
Pw
Spalten und
Für kleine
beschrieben. Ein
wesentlich,
nungen üblich
&,u
er
ist,
so
=
U
die Formel
.
äf-
(3.79)
ol
0 wird der Wellenwiderstand Z
aber kleiner Wert
von
au
,
(3.59)
durch Gl.
verändert Z
,
un¬
nur
mitberücksichtigt wird.
hier nicht
Berechnung
Antennenzylinder
=
endlicher,
weshalb
Bei der
bei Kenntnis des Wellenwiderstandes
der Verluste
gehen wir,
wie das bei solchen Rech¬
vor, dass vorerst der Verlauf der Feldstärke auf dem
unter der Annahme unendlich grosser
Leitfähigkeit
des Me¬
talls berechnet wird.
Unter 3.2.3 wurde das Feld auf dem
bei
gefunden,
dass die Feldstärke
am
Eine solche Unendlichkeitsstelle könnte
Spaltes
«
au
dungen
den
1
neue
Elektrodenkontur,
ist, folgt. Das Feld auf dieser
neuen
wegen keine Unendlichkeitsstellen mehr
Rechnung gezeigt
diesen Stellen des Antennen¬
die der Potentiallinie
u=-pr-au,
Elektrode wird der Abrun-
aufweisen,
wie in der
folgen¬
wird.
Der Absolutwert der Feldstärke in der
bekannten Wert
(3.73)
an
wird,
Ueberschlägen führen,
sehr gross werden. Aus diesen Gründen verwenden wir die im letz¬
ten Abschnitt berechnete
wo
unendlich gross
elektrischen
zu
und ausserdem würden die Stromwärmeverluste
zylinders
berechnet und da¬
Antennenzylinder
Rand des
(homogenes Feld)
in der
co
-
z-
Ebene berechnet sich
Ebene
gemäss
Gl.
(3.63).
aus
dem
Nach
erhalten wir für
dz
diu
=
,
j
R*b
cosw
—=p
R*b
=
—jp
fsin
u
sinhw
+
j
cos
u
coshvl
und für
Idz
du>
sodass mit IeI
'
*tßj
106
R!blL.u2..._2.:af«!felL„1.2u. =*
2
llsinh^+cos2^
** U
,/TT
Ol
=
R
v
O
E
-g2 ^sinn2*
2
+
ayu2
./IT die gesuchte Feldstärke senkrecht
Ol
zur
Elektrode
neuen
2E
El
(3.74)
wird.
—
Ml
Nach
ol
=
y
slnn
V
AJU
+
2 (x-R)
s—^—
können wir aber schreiben: sinhv=
wodurch wir
,
erhalten:
2Eol
\E\z
(3-80)
ir^r—?
1 + x"
=
irA/U^
je
2(2X'R)
=
A/i
Wenn wir 411 konstant lassen,
der Kontur
Für
x
=
11
"
=
«
(3.81)
.
RpQ
so
gibt
uns
(3.80)
den Wert des senkrecht auf
stehenden Feldes in Funktion der Koordinate »eresp.
am
R hat das Feld den maximalen Wert IEI
I
nicht mehr unendlich. Mit wachsender
=
ol
izmax
Entfernung
vom
x.
2 E ySAJu, ist also
Spalt,
/
für
|x-R| >0,
nimmt die Feldstärke sehr schnell ab.
Nachdem das Feld auf dem Antennenzylinder unter der
unendlich guter
berechnet worden
Leitfähigkeit des Metalls
Voraussetzung
ist, wird
nun an¬
genommen, dass dieses Feld auch bei verlustbehaftetem Leiter vorhanden
sei. Der Verluste wegen besteht
nun
aber noch eine kleine
nente E. des elektrischen Feldes auf dem
Leiteroberfläche ist
aus
Zylinder
Tangentialkompo-
selbst. Die
Impedanz
der Theorie des Skin-Effektes bekannt und
i "&L
Et
(3.82)
&c
H.
wo
=
n
=
f
=
gc
=
Magnetfeld
/U
u
Frequenz
2
(E
auf der Leiteroberfläche
Permeabilität des Leiters
in Hz
Leitfähigkeit des Metalls (für Kupfer ist gc
Die ohmsche
Verlustleistung
erhält
gerichteten Komponente
oberfläche
tors
=
x
H*)
durch
Integration
Pv
der
beträgt
=
|Re
man aus
Et. Ht
df.
5,8.105 :p_)
der senkrecht
des Realteils des
über die ganze
=
zur
.
Leiter¬
komplexen Poynting Vek¬
Leiteroberfläche,
nämlich:
(3.83)
107
Da aber
Et
und wir P
T]H.,
=
pro
Einheitslänge
in
z-Richtung
zu
nehmen
haben, wird
rv
"
Re
2
Ht Ht
tj
ds
=
| Re
lHt
tj
ds
Ht|2ds
Datai ist das
in einer Ebene senkrecht zur Leiterachse
Linienintegral
der ganzen Elektrodenkontur
immer noch die Schlitzin axialer
lich die
Richtung
mit
zu
erstrecken. Wir
Lecherleitung
axialer
zum
Richtung E_/H
von
ziehung
längs
Verlustrechnung
Grunde, auf der
zu
Lichtgeschwindigkeit
sich eine Welle
ausdehnt. Dann lässt sich näm¬
Leiter stehende elektrische
darstellen. Nach (3.40) sind für k«
Wert
legen der
tangential auf der Leiteroberfläche liegende Magnetfeldkomponente
H. durch die senkrecht
E
(3.84)
120V
/Ht
E
=
=
=
-
E»/H
=
=
yf^,
co\|£,u'
was
U^
gilt,
Normalkomponente
Wellenimpedanzen
in
für den leeren Raum einen
377 Ohm ergibt. Es ist einfach
womit dann
die
zu
dass auch die Be¬
zeigen,
(3.84) folgendermassen geschrieben
werden kann:
-i\ffit
<?
Sn
Das
Integral
ist über die 21 -Leiter der
sondere über die 41
Längs
an
welche
von
aus
Lecherleitung
...2
(1
=
(3.76)
und
-^-^l+Uyux)2
(3.81)
erhalten
wird,
Gl. (3.80). Das Linienelement ds berechnet sich nach
ds
X
Die Elektrode wird
nur
in der
den Verlusten
an
2
AU
2
Umgebung des Spaltes
genau beschrieben. Da aber der weitaus
108
(3.86)
herrscht die Feldstärke
f+(|Mxzu
A/riüirdx_r.^\fL±
von
erstrecken, insbe¬
zu
liegenden Elektrodenkanten.
der Elektrodenkontur
RVf
y
den Spalten
(3.85)
ds.
grösste
=
der Formel ds
=
(3.87)
dx
durch
(3.86) genügend
Anteil für das
den Elektrodenkanten herrührt, ist
|e| |e|
es
Integral (3.85)
zulässig (3.86)
zu
benützen,
fällt,
und weil
|E
dehnen wir die
I
einiger Entfernung
in
Integrationsgrenze
ohne einen grossen Fehler
Pv
Nach
=f?\/^(4)B7T-
Dwight
[ 39,
tisches erster
ausgedrückt
f
R*°
(
K
d*
=
ist das
yl- au£),
Integral
welches für
werden kann. Somit wird der
T2
81 U
.
,
Tu f
.
(3-88)
•
vollständiges ellip«1
auch durch In
Leistungsverlust
pro
—
Längeneinheit:
.
(3-89)
V
Ry»0 y
Dämpfungskonstante (3.78)
ein
au
*-k-
^^i^^f^-i^
Bc
r *»
Und die
(3.85)
Spalt auf sehr kleine Werte
für »tauf Unendlich aus,
iyu.xwy)
780,l]
Formel
Gattung
vom
begehen. Somit wird (3.85):
zu
z1
von
der
Lecherleitung
wird für Luftdielektri¬
kum
/Tu f
,
,
«,=—^-\H^1
ÖOI^Rv», \J
WO
und
AU
(3-90)
,
1
-7-° « 1
4
Ein grosser Spalt Rw
klein)
«
gc
ln-^—*&
.
und eine starke
Abrundung der
Kanten
(
au
nicht
zu
verkleinern also den Verlust der Leitung.
In Tabelle 3.1 ist die
Dämpfungkonstante «j für folgenden Spezialfall
an¬
gegeben:
Betriebsfrequenz
f
=
300 MHz
Kupferzylinder
R
=
7,96 cm (kR
0,1
0,1
mit
Spaltbreite
<f>0
=
Ab rundungspar ameter
A»
=
=
0,5)
(5,7°)
109
Tab. 3. 1.
Dämpfungskonstanten
1
1
"l
ul
fio-5i
cm
.
[db 1
Km
Die
grossen
3
2
4
8
7
6
5
0,807 0,958 1,076 1,179
1,275
1,364 1,451
3,50
5,55
5,93
Dämpfung
Koaxialkabeln
für Vielschlitz-Lecherleitungen.
(a.
4,15
5,28
einer solchen
ca.
150db/km),
5,13
1,535
6,67
6,31
mit üblichen
Lecherleitung ist, verglichen
sehr
gering,
Zylinderdurchmessers (ca. 16 cm)
was
des hier angenommenen
und der Luftisolation wegen auch
ohne weiteres verständlich ist.
3.2.3.4.
Der_Schlitzz3dinder_a_ls_Resqnanzkreis.
Schliessen wir die
L
=
A
/2 beidseitig
Anordnung
als
Parallelschwingkreis,
ist. Es werden dabei eine
abgestimmt
an
Zylinderschlitz-Lecherleitung
in einem Abstand
kurz und speisen das Gebilde in der
der auf eine
Strahlung
Mitte,
Frequenz
so
von
f
von
wirkt die
c/A
=
der Schlitze und Randeffekte
den kurzgeschlossenen Enden der Leitung vernachlässigt. Der Einfluss
dieser beiden Effekte wird
tungslänge
Im
L zu
Folgenden
kleiner, je grösser das Verhältnis
wollen wir die
speiste Lecherleitung
vergleichen
umso
Zylinderdurchmesser 2R
der
Länge
kurzgeschlossene
L und den
mit einem einfachen RLC
Nach der
„
Yl
Leitungstheorie
2
.
.
,.
und in der Mitte ge¬
Leitungskonstanten
>
L
,
und
a.
von
Fig. 3.15a
(3.91)
^j^l'T^i'l
t/*
Z
Parallelschwingkreis (Fig. 3.15).
berechnet sich die Admittanz Y-
2TT
Lei¬
von
wird.
V*
uti**
a)
b)
Fig. 3.15. Vergleich von kurzgeschlossener Lecherleitung a) mitParallelschwingkreis b).
110
A=
Mit
c/f, L
'
Y1
=
0
c/2f
O
und f
-|- ctgh
Zol
=
1
Wir wollen
A /2
=
~"
•
f
/'"
+
die
Y1
Näherung
'»
ül
2
r>
,
« 1
und
a.
A
«
beschränken und
1.
Dann erhal-
:
Ol
Der
wird
Frequenzverstimmungen
geringe Verluste voraussetzen, d.h.Af/f
tem wir für
A f
=
0
j(2
auf kleine relative
uns
-
Ol
0
komplexe Leitwert das Parallelschwingkreises Fig. 3.15b wird
Abweichungen
Af
=
f
-
f
der
von
Resonanzfrequenz
f
=
1/2'ir^LC'
für kleine
in erster
Näherung:
Y2
ü
Durch Vergleich
tung
von
Fig.
^
j 4TC Af
+
von
(3.92)
mit
3.15a durch einen
(3.93)
.
(3.93)
können wir die
Parallelschwingkreis
kurzgeschlossene
Lei¬
Fig. 3.15b darstellen
mit einem Resonanzwiderstand
R
=
2 z„i
—^
(3.94)
"l*o
und einer
äquivalenten Kapazität
C
wo
C
.
nach
=
^-j-
=
^
Cq1
(3.95)
,
(3.57) die Leitungskapazität pro Längeneinheit bedeutet.
Für den Gütefaktor Q des Schlitzresonators finden wir unter
von
(3.94)
und
Benutzung
(3.95):
Q
=
2« CR
-
o
Q kann durch Verkleinerung
von
—V-
(3.96)
.
Ulao
u.
sehr hoch
getrieben
werden. Die Breite B
der Resonanzkurve zwischen den Punkten halber Leistung ist dann entsprechend
f
B
=
-^
(3.97)
111
Werten, die für Tab. 3.1 verwendet wurden, erhal¬
sehr klein. Mit denselben
ten wir mit 1
1 eine Güte
=
von
Q
=
3893 und eine Bandbreite
kurzgeschlossene Lecherleitung
Die betrachtete
von
soll im
77 kHz.
Folgenden
in
erster Linie die Funktion einer Antenne ausüben. Wie wir unter 3.2.6 noch
sehen
werden,
äussert sich die
Ausstrahlung
in den freien Raum
Energie
von
durch das Erscheinen eines zusätzlichen reellen Widerstandes parallel
den
Antennenklemmen,
Strahlungswiderstand
(3.94) angegebene
zu
der Antenne. Im Interesse eines möglichst guten
R
Antennenwirkungsgrades
in
parallel
also
zu
R. Dieser neue Widerstand ist der
muss
der
Strahlungswiderstand
viel kleiner als der
Resonanzwiderstand R sein, der durch die Verluste be¬
stimmt ist.
pas_Fernf_eld_der;_ Antenne IStrahlungsdiagramm).
3.2.4.
In Gl.
ben
(3.52)
Antennenzylinders
ist das Feld E« ausserhalb des
wobei die noch fehlenden Koeffizienten
worden,
in 3.2.3.1
a
angege¬
berechnet
n
wurden.
Wir wollen
für
r
» R.
Das
nun
Argument
Beachtung gewisser
die
k.r
wie auch
Folgenden
auf
Jahnke, Emde
<klr>
für das
r~2
k
\1
-
kg
,
4
k1 r
2"
muss
Integral (3.52)
nun
unter
darauf
unter
nicht mehr
Benützung
v4!?e
.1*)
H
also
ist bei
von
2_
n=1.3.5
Zylinderfunktionen
(Für
wird hier und
verwiesen.).
-jk.r
i—r—
^Tifr
<3-98>
e
» nl.
geachtet werden,
Umgehung
komplexe k, -Ebene geführt wird,
Näherung (3.98)
zwischen
[34]
e
"
für
=
spezialisieren,
Funktion
dieser Funktion verwendet werden darf:
Beziehungen
J(2nl-l)J
Hnl(2)
Da k«
der Hankel'schen
Vorsichtsmassnahmen stets viel grösser als nl, weshalb
asymptotische Entwicklung
Näherungen,
im
für den Fall des Fernfeldes
(3.52)
gelten
(3.98)
der Punkte
ansonst k-
an
dass der
+
k und
Integrationsweg
-
k durch die
diesen Stellen Null und die
würde. Der Ausdruck (3.52) schreibt sich
:
F(ve
vosni?e
v
3
k3
-od
(3.99).
112
likg
WO
cos'2k
F(kg)
=
J
und
z
=
j>
l-(^)2
^V^flfV"]
Führen wir
nun
cos
§
if,
(k„)
und damit das
noch
=
Kugelkoordinaten j>,
wird der
so
-
Exponent
(kgCosi?+
jf
(3.100)
trund
des
<p
ein
(Fig. 3.16)
Integranden
von
mit
r
=j>siniA
(3.99)
siniM]k^kg2)
(3.101)
Integral
+
00
F(kg) e^ (k3* dkg
I
(3.102)
-oo
Fig.
3.16.
Uebergang
In diesem
Integral
Funktion im
kann
zur
werden
ist
von
Zylinder
F(kg)
Gegensatz
zur
für
r
auf
Kugelkoordinaten.
» R eine sich
langsam m'.t
Exponentlaifunktion e''
3
.
kg
ändernde
Aus diesem Grund
Lösung des Integrals die sogenannte Sattelpunktsmethode verwendet
[40] [4l] [42]. Das
Extremum des
Exponenten
|.
das ein
Sattelpunkt
113
(Pass) ist,
k,
=
berechnet sich
cosi?".
k
den Pass
Es ist
weg nicht über den Punkt
ausgenommen
k,
k
=
Voraussetzung,
führe,
0,
der Stelle tr=
an
ist also
^1
wird
um
ersetzt und vor das
Sattelpunkt
den
dratischen Glied
speziellen
Fall
zu
eine
in
(kg)
Integrations-
grossen und ganzen
Rechnung nicht
darf
nun
er¬
zu
stören
durch den Wert
im
gezogen werden. Der Exponent
Integral
Taylorreihe entwickelt,
(f'(k„ )
wird. Da
abgebrochen
im
Umgebung des
dass der
aber die
was
vermag. Der langsam sich ändernde Term F
Sattelpunkt F(k, )
unseren
dann auf die nächste
Integration
Passes beschrankt werden kann. Die
füllt,
0 für
=
gunstig, den Integrationsweg längs der Fallime über
da die
fuhren,
zu
^/dk„
d
aus
0,
=
OS
die nach dem qua¬
erhalten
wir
(k3)-*(k3s) H"<k3s)(k3-k3/
+
Damit wird
(3.102),
wenn wir
die
Integrationsgrenzen
neuen
ohne grossen
Fehler auf t Unendlich ausdehnen
+co
f
*(k3s>
,
~
I
•/„
» e
JS
F(k3s)
e
!*"<k3s)(Vk3s>
.
dk3
-co
oder
~F(k3s)e(^(k3s) \f f.?([
I
Mit
$(k„
S
)
=
-
]kP
und
^"(k,
s
)
1
=
Hn/2)(kR sin»
(3.99)
wir
wird schliesslich
ksinJ
cos(fcos^)
1_
Somit kennen
**x—
=
Fall
T
(3-103)
~)
.
auch den Verlauf
-j(kj-f)
raf
i^STT- VT
von
6
E^
•
im
Fernfeld,
man
musste,
(p
114
(3.104)
in
so
berücksichtigt, dass (3.105)
stellt der Ausdruck
e
^
qr
noch mit
^
'S
eJ
eine
und
v
-Richtung
Durch das
Integral
multipliziert werden
nach auswarts laufende
welle dar, und der Rest der Formel beschreibt das
-
wenn wir
<3-104)
einsetzen
0°
Wenn
in unserem
I konnten
Strahlungsdiagramm
wir
Kugel¬
in
also die durch die
Fourierreihe und das Fourierintegral gegebene doppelt unendliche Anzahl
Wellenmodi
Zylindertyp
vom
in eine einfachere Reihe
von
Kugelwellen
über¬
führen, die im Folgenden noch weiter vereinfacht werden kann. Für den Fall
schmaler Schlitze
10./2 «.1
(3.67) die
sind nach
ersten Koeffizienten a-, a,,
a, etc. praktisch gleich gross und haben den Wert 21to E Jf»
Man kann dann
4U
E.„
=
<if2
H|2)'
(kR
tttt,
H31(2)
11 cosjcosift
H—r—'
e
S
./*ifR.
21U
=
auch schreiben:
j
-jkj
H——
;p
*
(3.105)
sini?)
cos31*
(kR sini»
sinÄ/2)
kR
hJ2)'(kR sinif)
jTl
e
f
!
Wi
—
+
+
H51U'
cos
lw+
f
\
1
j2«iTl
cos51»+..f
e
tsw
(kR sinif)
\
(kR sini?)
J
(3.106)
Eine genauere
nun
auf
hängig
das
von
des Verlaufes der Hankel'schen Funktionen führt
Untersuchung
wichtige
Ergebnis,
dass für 1 »1
und kR
sini^<21
oder unab¬
1 für kR sin J1« 1 alle Glieder in der Reihe ausser dem ersten
verschwindend klein werden. Dies sei im Spezialfall kR
Unter dieser
Voraussetzung dürfen wir die
sinif«
folgende Näherung
1 kurz
gezeigt.
für die Hankel'
sehen Funktionen verwenden:
Hj(2)'
Für grosse Werte
1:
~
"ST (- )l
H
-J
c-
-
j
-y (|)1
1 drücken wir
1!
+
1
(3.107)
.
durch die
Stirling'sche Formel
aus:
sodass der Quotient
,
(2)'
von
(z)
(kR sin*)
H3/2>'
.
-L_
=*
(kR
V?3l
sin*)
(
ekRsinif21
e_kKsini/j<ii
1
.
d
61
Das Fernfeld schreibt sich demnach in der einfachen Form:
jfl
4Uol g-jky
wo
W.
1
(kR sin£)
cos
(f cos,?)
fj-—
Wj
(kR sinrn
Ltkvt
=
kR
sinif H^
'
.
(kR
sintfy
cos
\f,
(3.108)
(3.109)
115
(3.108)
Gl.
cos
l<p
stellt eine
Kugelwelle dar
Ausdruck
V2 Dipols und
W. beschreibt die durch die 21-Schlitze bewirkte
l^-Richtung.
zusätzliche Energiekonzentration in
Typus
gerade
aber
coslipist
für unsere
Ein
Strahlungsdiagramm
Gleitweganlage sehr gut brauch¬
bar. Zu den unter Teil
I und 3.1
angegebenen Methoden
Strahlungsdiagrammen
des
cosly>
(3.108)
dritte. Nach
Phase und
uns
Auskunft
gegeben
Verlauf des
Spannung
U
.
Typs
ist auch eine
Amplitude und
dius R. Weiter ist
en
Abhängigkeit
y>-Richtung und einer etwas komplizierteren in i^-Richtung. Der
cos(i cosi^J/sün/-ist das Strahlungsdiagramm eines in derz-Achse
in
stehenden
vom
mit der sehr einfachen
der
U
.
über die Stärke des Feldes in Funktion des Antennenra¬
bemerkenswert,
Spaltfeldes
in
dass das Feld
y>-Richtung.
Es
unabhängig
spielt
oder die mittlere Spaltfeldstärke E
man muss
wird,
sich
durch einen
an
so
von
vorhanden. Durch W. wird
,
die
nur
gilt
die verwendete
den exakten Wert
grösseren Spalt
Näherung
(3.68)
ist
genau¬
vom
Spalt liegende
am
eine Rolle. Die Grösse
des Spaltes erscheint in der Formel überhaupt nicht. Wenn
allzu gross
Erzeugung
sich also noch eine
zwischen Fernfeld-
eindeutige Beziehung
Speisespannung
zur
\f gesellt
resp. sin
für
zwar
der
mehr,
nicht
a,
Spalt
und
halten. Danach wird das Fernfeld
vermindert. Man kann diese auf den ersten Blick
erstaunliche Tatsache bei Betrachtung der Feldlinien für kleine und grosse
Spalten leicht verstehen (Fig. 3.17).
V
s
Fig.
3.17.
Feldbilder einer
a)
In
Fig. 3.17a
kleinem und
Zylinderschlitzantenne (1
ist die vorherrschende
von
/
1) mit
b) grossem Spalt.
oben nach unten. Bei den grossen
den Elektroden auch
=
j
Richtung des elektrischen Feldes
Spalten
oben nach unten
von
von
Fig. 3.17b ist das Feld zwischen
gerichtet,
es
besteht
jedoch
ein sehr
starkes, entgegengesetzt gerichtetes äusseres Feld, das die Abstrahlung
116
ins
Fernfeld vermindert. Im Hinblick auf eine
deshalb die Schlitzbreite klein
Die Details des
möglichst gute Abstrahlung soll
gehalten werden.
Spaltfeldes
wirken sich
nur
auf die höheren Wellenhar¬
monischen aus, die wohl im Nahfeld eine grosse Rolle
tisch nicht in die Ferne
spielen,
(3.52)
durch
prak¬
werden. Im Nahfeld bilden die unendlich
abgestrahlt
vielen Wellenharmonischen das Blindfeld. Das Nahfeld in
könnte aus Gl.
aber
Reihendarstellung
der Hankel'schen Funktionen für
Spezialisierung
kleine Argumente erhalten werden. Da wir aber unter 3.2.3 das Nahfeld für
kleine
haben,
Für kR
für
v« 1
wollen wir diese
sini^«l,
d.h. für kleine
Abbildungen be¬
verfolgen.
lV2'floder
Antennenzylinderradien R«
(3.108)
j<ii"
=
1
(kR
.
(1-1) I21
sinif)1
(3.110)
,
wird:
4Uol
EV> -fFÖT
W.
Darstellungsart
nicht weiter
schreibt sich
W.
womit
mit der Methode der konformen
Zylinderdurchmesser
rechnet
e"jtkJ "2(1+1)]
kRl J
(JT>
enthält den Ausdruck sin
Strahlung auf das Gebiet
tung (y= 0) beträgt
um
cos
(f cos*
J
üb— sinVcoslp
fr,
der eine mit 1 wachsende Konzentration der
fr= TT/2
für grosse
1
bewirkt. Die Halbwertsbreite
ungefähr
1,53/^T
Es ist deshalb
(3.11D
•
ini^-Richanzunehmen,
dass der Gewinn einer solchen Antenne mit der Zahl der Schlitze ansteigt,
unter 3.2.5 genau
gezeigt wird. Weiter lässt W.
stärke für grosse 1 undkR « 1 bei fester
ser
Spaltspannung
Abfall kann ohne weiteres derart-sein, dass
strahlung überhaupt
praktisch
nur
cherleitung
faktor. Die
von
U
.
erkennen. Die¬
einer brauchbaren Ab¬
nicht mehr die Rede sein kann. Das Antennenfeld ist dann
noch ein
Strahlungswirkung.
was
ein starkes Absinken der Feld¬
am
Zylinder
haftendes Blindfeld mit äusserst kleiner
Man kann auch sagen, die Antenne sei eine resonante Le-
mit geringem
Strahlungsverlust und dementsprechend
Strahlungscharakteristik
hohem Güte¬
dieses Resonators ist dabei durch
(3.111)
gegeben.
Es ist
len
ren
klar,
dass solche
soll, unerwünscht
Betriebsbedingungen für
sind. Eine bessere
Antennendurchmessern,
Abstrahlung
d.h. wenn kR in die
Dann kann aber W. nicht mehr wie in
eine
Antenne, die strah¬
erhält
man
Grössenordnung
bei grösse¬
von
1 kommt.
(3.110) approximiert werden, vielmehr
117
die exakte Beziehung
muss
(2)'
H,v
(z)
(3.108)
tabelliert, sodass
nicht
benützt werden. Leider ist die Funktion
wir sie durch bekannte
Zylinderfunktionen
ausdrücken müssen. Aus der Theorie der Besselfunktionen kennen wir folgen¬
de
und
Da
z
=
reell,
=
Hj(2)
(z)
=
h/2*'
(z)
von
1
Jj
(z)
Nj(z)
j
-
sodass
,
[Jj.^z) l-Jx (z)] jjMj.j (z) LNl (z)]
-
-
uns
=
Iw.l
bis
zur
(bis
von
1
Ordnung
Ordnung
=
1
=
1
20
[44].
[34]
Integraldarstellung
> 1
Näherung
Da wir
N.
muss
für
die durch
,
[43]
135 tabelliert
=
80) interessieren,
sehen Formeln
'
(z) wird:
2
(3.112)
,
N.(z).
,
die Neumann'schen aber
auch für sehr grosse Werte
uns
(z)
für diese hohen
|W.
I
nur
Ordnungen
be¬
approximative Werte
be¬
Am besten
Anwendung
der
eignen
sich die Watson'
Sattelpunktsmethode
auf die
der Neumann'schen Funktionen erhalten wurden. Es ist
:
Nj
(z)
e*
|- [jfty)
w
=
sinp
-
ifty)
cos
J
,
^(f)2-l"
1
3
_.3
w
3
<f
=
rf"(y)
=
1
(w
-
tt—
J
x
(y)
arctg w)
+1
l*y)
=
\fT
[j
(y)
x
+3
"3
118
HJ
berechnet werden kann. Die Besselfunktionen erster Art
zur
eine
wo
.
-
nötigen, genügt
z
(2V
interessierende Absolutwert
sonders berechnet werden. Weil wir für
für
-
(z)| Vjfjj.j (z)- l- Jj (z)] 2+[N1.1 (z) \ Njjz)]
(z) sind
bis
=
-iH;2>(z) +Hj3w
kR sin t?* eine reelle Grösse ist, sind auch die Funktionen J und N
sodass auch
nur
:
h/2>'(z)
und der
k(2)'
Jj
[34]
Beziehungen
j
(y)
-
J
i
(y)]
(3.113)
Die Bessel'schen Funktionen J
von
Argumente
[45].
0 4 y 4 25 tabelliert
Für
Ordnung 1/3
der
-1/3 sind
und
für die
$ 1 ist
z
3
-
Njfc)«-
v
l(v
+
e
-
=-
3
Artgh v)
r
o
.
V,}
3
WO
V
im zweiten Band
Für das
ly,
tenne 1
=
der
aus
[45]
von
d.h. 1
80
=
8,
(2,25 )
in die
stehen
(Fig. 3.18).
Schlitzzahl 1
2W*
=
kh
=
40
=
(4,5°)
und die oberste An¬
(1.1)
auch
benötigt.
Damit die
über den Boden
Gleitwegantenne
Schlitzring
Spannung
muss
gehoben
in der
fallen und senkrecht
nur
ein halber
Zylinder
zur
mit 1
äquivalenten
=
um
eine halbe Schlitz-
in eine sinus¬
Strahler für die unterste und die mitt¬
8 und 40 Schlitzen könnten durch einen gemein¬
8, 40 und 80 längs der
noch bemerkt werden, dass die
den
Pistenachse
direkt auf der Erd¬
der erste Schlitz
werden, der
gespeist werden müsste. Doch ist
was
-
mit der halben
cosinusförmige Strahlungscharakteristik
Die
Gleitweg
werden.
mit 40 Schlitzen ersetzt
den polarisiert sind,
Verwendung
Strahlungscharakteristik
es
durch eine kombinier¬
einfacher, drei Schlitzringe
Achse versetzt auf dem
gegenseitige Beeinflussung der
entsprechen
(3.115)
müsste für die
Es wird dann also
förmige umgewandelt.
=
sind
der Art
.
gut leitende Erdoberfläche
Auf diese Art wird die
Die
Strahlungsdiagramme
sein müssten. Die Grösse 1 berechnet sich nach
oberfläche eine Nullstelle besitzt,
teilung nr/21
für 1
wir
für die mittlere Antenne 1
Antennenzylinder
anläge
te
-1/3
und
Beziehung
Die Achse der
samen
Ordnung 1/3
tabelliert.
Gleitwegproblem benötigen
1
lere
(3.114)
,
"3
wobei für die unterste Antenne der Winkel zwischen zwei Nullstellen
22,5°,
ca.
^fv3)]
^-(f)2'
Die modifizierten Bessel'schen Funktionen I der
cos
_
[h (§v3)+I
Zylinder
Antennen ist dann sehr
anzuordnen.
gering.
ausgesendeten Wellen senkrecht
jetzigen internationalen Normen
Es
zum
muss
Erdbo¬
für ILS nicht
würde.
119
Fig. 3.18
Verwendung
einer
Schlitzzylinderantenne
für die
ILS -Gleitweganlage.
Nun wollen wir die für die Güte der
| Wj(kR sint>)|
z
=
(3.109)
für die Werte
kR sintA unter Benützung
und
N40' N79
N80
von
1
Abstrahlung massgebende
=
8,20,
(3.112) angeben.
ein,
was
10%
von
Die Funktionswerte N»«,
sind mit den Watson'sehen Formeln
rechnet worden und stimmen auf besser als
Grösse
40 und 80 in Funktion
(3.113) und (3.114)
be¬
mit den exakten Werten über-
mit der exakten Formel
Nl-l<z>
IjW [f.^iW'wW]
=
Ergebnis dieser langwierigen Rechnungen
kontrolliert werden konnte. Als
sind die Grössen
|Wg|, |W20(
,
|W4Q|
und
|W8Q|
in den
Fig. 3.19 und 3.20
graphisch aufgetragen
worden. Man erkennt sehr deutlich den starken Abfall
der Kurven für z«l
Ein Wert in der Nähe
Für z>21
muss
.
beachtet
werden, dass
von
z
sich die in
=
1
ist
am
vorteilhaftesten.
(3.108) vernachlässigten
Raum-Oberwellen langsam bemerkbar machen. Es müsste dann (3.105)
(3.106)
Der genaue Verlauf des Absolutwertes des
^Richtung
120
oder
genauer diskutiert werden.
kann bei Kenntnis von
Strahlungsdiagrammes
in
IW.I angegeben werden. Das interessanteste
0
1
I
)
3
N
"i
*/
7
'
?
Fig. 3.19.
.
11
'.
11
IwJ
^l^a'
13
Die Funktionen
1 1
17
Iw,
1f
und
IS/S
*1
19
i»
&
it
23
S*
9i
CO
to
o
c
9
5
o'
s
CD
3
O
e
3
a
00
o
122
Gebiet ist
90°,
iN
um
immer kleiner und
kR
wo
|W.|
sini^~
kR.
je grösser der Zylinderdurchmesser
Energiekonzentration
wie bei kleinen
t?-Richtung
in
Antennen,
Sollte eine
geführt werden,
von
kleine
90
festgelegt,
3.2.4.1.
Die
Bis
.Nahzone
sich
Allgemeinen
if
ist deshalb die
nach der Methode des
wo
1
=
Schlitzzylinders
stark
aus¬
Strahlungsdiagramm
80. Damit noch eine
einigermassen
kP > 70 sein. Damit erhalten wir bei einer
einen Antennenradius
zu
so
(3.111) gilt.
10 m,
R^
was
können,
ist also für die
leider für prak¬
Antenne, beliebig
Anwendung
in der Gleit-
der .Antenne.
wir das Feld sehr weit von der Antenne
jetzt haben
Gebiet,
teressiert wieder
wo
wird
theoretischem Interesse.
nur von
Fraunhofer'schen
gang,
cm
muss
Abmessungen haben
weganlage
Gl.
ist. Im
gross sein dürfte. Der Vorteil dieser
zu
zu
bei grossen Antennenradien nicht
wird die Grösse der Antenne durch das
gute Abstrahlung erfolgt,
tische Zwecke
wo
Gleitwegantenne
so
der obersten Antenne
Wellenlänge
Gegen die Zylinderachse
fällt stark ab, doch ist der Abfall immer schwächer,
entfernt,
d.h. im
betrachtet. Aber auch bei der Vielschlitzantenne in¬
die Grenze
zum
Fresnel'schen
Nahgebiet, d.h.
zusammengesetzte Strahlungsdiagramme stark
zu
der Ueber-
ändern be¬
ginnen.
Zu diesem Zweck
benötigen
j
Hankel'sehen Funktion H
bye'sche Näherung
[34]
'
für H
wir eine etwas genauere
(ki r>
als in Formel
J") (kjr),
Approximation
(3.98) angegeben.
der
Die De-
nämlich
H(2)(kr).\rzire"jnl[w-arctgw]+j4
Bnl
{Klr'
~
Virnlwe
)f
klr
2
führt hier mit der weiteren
aus
der Theorie der Bessel-Funktionen bekannten
Beziehung
Hnl(2)' <V>
zum
Ziel.
=
V
Hnl(2) (V> «nS <V>
+
Wenn wir die kleinen Grössen
(j^-)
vernachlässigen, resultiert
schliesslich die verbesserte Formel
123
2
Hn/2)
(klr)
e
=
j(2nl-l) |
4
U^r
e
2klr
e
2k
e
r
1
vom
Phasenfaktor ändert sich langsamer als
ser
=
if
k oder
und kann deshalb bei der
0)
=
F(k,)
in den Ausdruck
e
Uol
,
*
kR
v
<ir(i-i):
l
L
e
'
2
i__
(T cosiJ-)
,
sin
sin?
N
—
1,
=
wobei
s
wollen wir das
Vergleich
anschreiben. Wenn wir
=
h und
(p«l,
^ cosl*
nun
trachtet
werde,
tung
TT/21
d.h.
Form
haben,
der beiden
(1.9)
mit
*"
x
=
0 oder einfacher
einzigen,
Winkel<p
(3.6)
=
TT/2.
(3.117)
muss
aber,
Strahlungen (3.117)
zur
Zylinderachse
Durch eine
aus
der
(3.118)
und
(3.118)
Verdrehung
der Schlitze in
eine
die Absolutwerte der
als erstes, wie schon in
zwei
^»-Rich¬
Strahlungsdiagramme
an
1
Anteilen,
Tatsache, dass
die
im
die Antennen identisch
sind. Die Grenze zwischen Fraunhofer'scher und Fresnel'scher Zone
deshalb für beide Antennen dieselbe sein, nämlich nach (1.8)
•
=
kann, auch die Pha¬
unwesentlichen festen
gleichgesetzt wurden, auch noch bis nahe
=
kh
grundverschiedenen Antennentypen, die
?F=f ^
ver¬
sinusförmige Cha¬
(3.115) angegeben,
wie leicht kontrolliert werden
von
miteinander
mittelsenkrechten Ebene be¬
cosinusförmigen
Diagramme, abgesehen
Strahlungsdiagramme der
124
mit
schreiben,
i
genau überein. Wir konstatieren also die erstaunliche
Fernfeld
S einer
wie sie in Teil I verwendet
—
.
-Richtung. Damit
sein. Dann stimmen
sen
(3,117)
Strahlungsdiagramm
e
in der
lf
wird in
rakteristik in <p
gleiche
klwp
die beiden
(3.117)
glichen,
wobei
um
dann:
•
A auswerten und anstatt u/den
=
2 A sin
=
Es seien
(3.102)
Integral gezogen wird.
erhalten wir:
so
S
a,
I
2k<>sin«f
sich über dem Erdboden befindenden Antenne
wurde
der Stelle
f
cos
Zum
von
.2
_
4
(abgesehen
Ausführung des Integrals
Antennenzylinder gUltige Lösung (3.111) wird
Die für kleine
w
r
1
der vor das
werden,
genommen
(3.98) unterscheidet. Die-
Ausdruck
~]k
k,
(3.116)
,
Ml
-J
die sich im Phasenfaktor
-]§JL
"jkjr
X
l—ä—'
muss
:
(3"119)
Die in Teil I gezeigten
Verformungen
der
Strahlungsdiagramme
Nähe der Antenne treten also unverändert und in
gleicher Entfernung
in der
bei den
analogen, aber mit Vielschlitzantennen realisierten Diagrammen auf. Wenn
man
die Grenze der Fraunhofer'sehen Region nach
wäre für die
Schlitzringantenne
ein Wert
£_
=
(1.8)
berechnet hätte,
/'S herausgekommen,
8R
so
der
beliebig
klein hätte werden können. Interessanterweise würde auch mit einer
exakten
strahlenoptischen Untersuchung analog derjenigen
in Abschnitt 3.1
der eben angegebene falsche Wert für j>_, herauskommen. Das heisst aber mit
andern Worten, dass
bei der
Schlitzzylinderantenne
Strahlung anbelangt.
gestrahlte Energie
Der Grund liegt
darin, dass
Gesetze mehr
strahlenoptischen
Zusammenfassend kann gesagt
Entfernungen (Fraunhofer-Gebiet)
werden, dass
ein
zur
von
kann,
Angabe der Grenze gegen
was
die Phase
den Schlitzen ab¬
Blindenergiezone drin¬
gelten.
für ausserordentlich grosse
Antennendiagramm
Gesetze bestimmt werden
strahlenoptischen
die
vorerst durch eine ziemlich grosse
gen muss, in der keine
schen Prinzipien
bis in grosse Entfer¬
strahlenoptisch rechnen darf, wenigstens
nungen nicht mehr
der
man
stets mit Hilfe der
dass aber diese geometri¬
das Fresnel'sche Gebiet ins¬
besondere bei Super Gain-Antennen nicht mehr ausreichen. Hier führt
noch eine
exakte,
lung
Ziel.
zum
auf die Maxwell'sehen
Gleichungen
nur
sich stützende Behand¬
Aus dem Verhalten der hier verwendeten Bessel-Funktionen kann auf
die
Ausdehnung des Gebietes
mit
vorwiegender Blindenergie geschlossen
werden. Die Bessel'schen Funktionen zeichnen sich nämlich bis
ment kr
sen
=
1 durch ihr monoton auf- oder
für kr > 1 den oszillatorischen
in einem Gebiet
che
Lösung
von
r
zum
absteigendes Verhalten
Fernfeldtypus
aus
Argu¬
und wei¬
auf. Das heisst aber, dass
^ 1/k hauptsächlich Blindenergie vorhanden ist. Die einfa¬
Teil I setzt
Antenne anstelle der 1
=
nun
gerade
an
diese Grenze h
k h Schlitze auf einem
=
1/k
eine
einzige
beliebig kleinen Halbzylinder
(Fig. 3.18).
Ebensowenig
wie bei der
Zone darf auch bei der
Angabe
Bestimmung der Grenze der Fraunhofer'sehen
der Grösse der
nung der reflektierenden Erdfläche
(Fig.
unbedingt notwendigen Ausdeh¬
3.18) die Strahlenoptik
angewendet
werden. Die exakte Lösung dieses Problems wäre beim Schlitzzylinder sehr
kompliziert,
man
darf aber wohl
aus
Analogiegründen
sagen, dass der Erd¬
boden über dasselbe Gebiet eben und gut reflektierend sein
Antennengebilde
von
Teil I. Dadurch wird die
muss
wie für das
Hoffnung auf eine Verkleinerung
125
der notwendigen Reflexionsfläche durch geometrisch kleine
te
Antennen zunich¬
gemacht. Aehnlich wie schon in Teil I gilt auch hier, dass Gegenstände in
der Nähe der Antenne das
Strahlungsdiagramm störend
insbesondere dann der Fall,
d.h. in einem Abstand
<
r
wenn
1/k
beeinflussen. Dies ist
die Störung sich im Blindfeld der Antenne,
befindet. Dann wird nämlich durch den
stand auf mehr oder weniger elektrostatische Art und Weise eine
quelle
(1
=
im
-
Antennenzylinder induziert, die eine niedere Wellenharmonische
klein)
messer
Gegen¬
Spiegelbild
zur
Ausstrahlung anregt. Da aber bei gegebenem Zylinderdurch-
die Wellentypen mit kleinem 1 viel besser
durch diese
Störung
die
gewünschte Strahlung vollständig
Wir wollen hier die
wegproblem
abgestrahlt werden,
Anwendung
nicht mehr weiter
der
verfolgen
überdeckt werden.
Schlitzzylinderantenne
und im
kann
Folgenden
auf das Gleit¬
grund¬
noch einige
sätzliche Probleme der kleinen Antennen hervorheben.
Vorerst sei
gezeigt,
wie durch
Ueberlagerung
(3.111) beliebige Strahlungsdiagramme erzeugt
vorgegebenes Richtdiagramm
ein
mittels einer
von
Wellenmodi des Typs
werden können oder
umgekehrt
Schlitzzylinderantenne synthe¬
tisiert werden kann.
3.2.4.2.
Mög^i£h^eJt_der_Erzeugung_von be^ie^jg^n_S^rahlmij;^iagjrammen_
ßUchtstrahlantennen).
Nach
(3.111)
besitzt eine
wechslungsweise gegenphasig
Fernfeld eine
Abhängigkeit
Zylinderschlitzantenne
mit derselben
cos
lip.
Bei
Spannung
Verwendung
mit
21-Schlitzen,
U
gespeist werden, im
,
mehrerer solcher Schlitz-
ringe, die auch zusammenfallen können, gibt sich die Möglichkeit,
mutebene
(t^=
90
in der Azi¬
) ein resultierendes Feld der Form
Vot=^EfolcoslV
zu
nen
auch Wellen vom
im
nen
sin
lp abgestrahlt
je
in seine
durch einen
um
eine halbe
werden.
Schlitzring
nengewinn
von
gegebener Abmessung
Höhe der
Umgekehrt
kann ein ge¬
ein
und die
realisiert werden. Wir können al¬
Antenne realisieren. Das in der Literatur
zu
Teilung TT/21 kön¬
Fourierkomponenten zerlegt
Prinzip jede beliebige Strahlungscharakteristik
einer Antenne
126
Typ
Strahlungsdiagramm
einzelnen Glieder
so
(3-120)
erzeugen. Durch Verschieben der Schlitze
wünschtes
die ab¬
[29]
mit einer
beliebig
optimales Verhältnis
Seitenstrahlungslappen
zu
klei¬
behandelte Problem, mit
von
Anten¬
erhalten, tritt hier gar nicht
in
firscheinung.
Ein
Optimumproblem
tenne gewissen einschränkenden
Wir wollen hier
(für (f
=
von
<),$•= 90°)
E
müssen dann die einzelnen
Ud-J
sein.
1
1, 2, 3
=
bis
M mit
der Grösse
(3-121)
Der letzte Klammerausdruck ist für alle Wellenmodi
Spannung
der Welle stark ansteigen. Die Phase
U
90°.
(3.111)
Gl.
V
Epco
=
ftot
"
Z_
1=1,2
-
=
V
V
gleich gross.
mit der
,
von
mit
Ordnung
Ordnung
zu
1
Ordnung
(3.121):
,
sintfcoslp.
(3-122)
somit:
coscos(^cost^
\
C0SW
.2g
Y*x
nun
(|cosif)
ergibt
U
steigt
,
—ita*
Die Summation der M Grundwellen
=
von
schreibt sich
cos
-
welchem im
gleicher Fernfeldampli¬
<fe">1V^)
<i-n:e
in Schritten von
die An¬
wenn
phasengleich überlagert werden. Nach(3.111)
Speisespannungen,von
Laut Formel müssen die Absolutwerte der
E
auftreten,
unterworfen wird.
explizite den einfachen Fall behandeln, bei
gesamten M Wellenmodi
tude
kann erst dann
Voraussetzungen
_
r;^"i—
.
_,_1.1
\
.
—itair-
sin*coslr-
Z_
.,
123)
(i.ltö)
1=1,2
In der Azimutalebene wird
M+l
V*(*=90)
Der Verlauf
(3.124)
Diagramms liegt
ist in
V>
.
M
~-<p
~*
=
^^
•
Fig. 3.21 aufgezeichnet.
bei einem Winkel
V*
„
cos—„--^ sin
=
Die erste Nullstelle des
von
WT
<3-125>
•
Die Strahlungskeule kann also durch
Vergrösserung
von
M
beliebig
schmal
gemacht werden. Der Durchmesser des Antennenzylinders kommt nicht vor,
er
kann also
beliebig klein sein. Wenn die Schlitze für alle Wellentypen gleich¬
zeitig verwendet werden, benötigt
Fig.
man zur
3.21 maximal 2 M Schlitze. Zum
Realisierung
Vergleich
sei
des
Diagramms
erwähnt, dass
eine
von
mit
127
gleicher
Länge
Amplitude gespeiste Dipolgruppe (Broadside-Array)
Phase und
2h ein ganz ähnliches
A/2h
erste Nullstelle bei
Nullstelle haben,
Strahlungsdiagramm
wie
(3.124) besitzt,
muss
(3.126)
M+l
=
sein. Wir sehen auch hier wieder, dass die konventionelle
Ausdehnung haben
Strahlung ist
(kr
ca.
muss, die bis
=
M)
13,5 db
Die
ungefähr
unter dem
1.5/
eine
die Grenze des Nahfeldes der
Hauptmaximum,
ein
unserer
Wert,
Rieht-
der auch für
gilt.
Strahlungsdiagramm für »N 90° bei Ueberlagerung
von M gleichen Wellenmodi.
Energiekonzentration
in
wählbar. Die Halbwertsbreite der
von
an
Dipolgruppe
reicht. Das erste Seitenmaximum
den erwähnten Broadside-Array
Fig. 3.21.
dessen
erste
liegt. Damit die beiden Antennen die gleiche
kh
Schlitzantenne
der
tf -Richtung
Strahlung
ist
geringer und
ist hier in der
nicht
beliebig
Grössenordnung
\fW.
An einem
Beispiel wollen
für eine Richtantenne mit 1
=
wir noch
M
zeigen,
Schlitzringen
bei festem Antennenradius R verlaufen.
Aus
wie die
nach
Speisespannungen U
(3.123)
in Funktion
(3.121) bilden wir
von
1
einen relativen
Spannungswert
Uolrel
128
=
uoi
2 ,1-1
M
|g)
lT7= (1-D
e
-jfd-i)
.
(3.127)
In Tabelle 3.2 sind Absolutwert und Phase
dünnen
Zylinders, nämlich
Tabelle 3.2
Die
kR
Speisespannungen
(3.127)
von
0,5 oder R
=
=
für eine
für den Fall eines
V41T
0,08A aufgetragen.
=
Schlitzzylinder
-
Richtstrahlantenne.
1
1
2
3
Uolrel
1
4
32
4Uolrel
0
-90
-180
-270
-360
-450
-540
-630
absol.
Toleranz
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
relative
Toleranz
0,1 0,025 0,0031
Man sieht
an
diesem
4
384
6144
7
122'880
8
2'949'120 82'575'360
2,6.10"4 1,62.10"5 0,81.10-6 0,33.10"7 1.21.10"9
Beispiel deutlich,
Feldstärken im Fernfeld die
6
5
wie
Speisespannungen
zur
Erzeugung
Ordnung
mit der
dentlich stark ansteigen müssen. Bei den Wellenmodi höherer
deshalb der Hauptteil der Speisespannung
zum
von
1
gleichen
ausseror¬
Ordnung
wird
Aufbau eines starken Blindfel¬
des in der Nähe der Antenne benötigt. Die ausgestrahlte Energie ist dabei ein
verschwindend kleiner Bruchteil der Blindenergie. Wie bei der Antenne
Abschnitt 3.1 wird auch hier die Toleranz der
Ordnung
tral
1 ausserordentlich klein.
gegenüberliegenden Schlitzen
strahlung
auch bei
genau
ve
von
des ersten Wellenmodus
beliebig
eingehalten
hohem 1 die
Eine
(1
=
Speisespannungen
mit höherer
Spannungstoleranz zwischen
einer relativen Einheit führt
1)
von
diame¬
zur
Aus¬
in voller Stärke. Deshalb müssen
Speisespannungen
U
.
,
auf z.B.
1/10
Einheit
werden. Was das für einen enormen Einfluss auf die relati¬
Cpannungsgenaulgkeit hat,
ersieht
man
ebenfalls
aus
Tab. 3.2. Im
Gegensatz
dazu stellt die Einhaltung der korrekten Speisephase überhaupt kein Problem
dar.
3.2.5.
Der
Antennengewinn.
Es soll hier der Gewinn der
einem
isotropen Kugelstrahler,
die maximalen
Antennenstrahlung (3.111), verglichen
mit
berechnet werden. Reduzieren wir vorerst
Strahlungsintensitäten des isotropen
tersuchenden Antenne auf den Wert Eins,
so
Strahlers und der
zu un¬
kann der Gewinn g als Verhältnis
129
ausgestrahlten Leistungen
der in den ganzen Raum
Isotropstrahler und
von
Richtstrahler definiert werden:
sinifdi^dcp
2sintf diJdp
.
«1-
cos
=
,
(3.128)
Af|Ey>nl2sin*dlf*?
EfU|
Ew,
wo
41T
(«cosif) (sintty
(3.129)
coslip
Damit wird
gl
4T
"
Z»
o.
cos2ly dp cos2(|cosjf) (sinif)21"1 di/"
~W2t2f
cos2(|cos#)(sinif)21"1
Das noch
übrig bleibende Integral wird
Das erste
mit cos
(| cosif) | |cos (Tcosity
+
=
zu
T/2f
1/22ff
oj
dt
T/2r
cosCrcosjfHsin*)21"1
(sin*)21_1diK|
-
Integral findet sich
in
dlf.
OJ
Gröbner, Hofreiter
[l2,
Formel
331,30d]
und
hat die Lösung
(1-1).'221"21!
V¥Rl)
4f(l
Das zweite
+
|)
=
(21):
[l2,
Integral wird ebenfalls nach
2
\[?
"
'
Formel
334,58a]
2
Somit wird der Gewinn:
«1
=
(i-i):
21"3
(3.130)
f,
1
wo
130
Fl
'
(2i):
2
(3.131)
Die Werte
J
j
(TT)
von
J
CiT) und
,
wurde erhalten
von
Jj
aus
l"2
g, sind in Tabelle 3.3
(T)
J,(1)
0 und
=
l-\~
2
0,45015 0,42986
Fi
1
0,4346
«i
4,00
Der
4,60
-1
(1-1)-i (1-2)-|
.
Schlitzzylinder-Grundstrahlungen.
3
0
sam an.
T
Der Gewinn der
i
1
4
0,23399
6
5
0,091517
7
0,02819
0,007189
5,13
5,60
6,45
6,04
T2l'
von
*
also mit 1
lang¬
1 kann die Bessel'sche Funktion J
Näherung dargestellt werden, und der
^T an.
VS^)1
7,18
Gain
Der Grund für den
«(TT)
1-
steigt dann
ansteigenden Gewinn liegt
(3.111) gegebenen Strahlungskonzentration um 1^= 'n/2.
3.2.5.1.
VhA
0,001577
6,84
Antennengewinn der Grundstrahlung (3.111) steigt
proportional
i»ir
8
9,7464.1Ö"2 14.860.10"3 17.225.10"4 16,1S38.10"5 12.688.10"6 8.6253.10'7
Bei sehr grossen Werten
durch eine
und der Rekur-
[34]
21-3
Tabelle 3.3
V2/*5"
2
2
sionsformel
=
zusammengestellt.
—
2
in der durch
DerJ^winn_von_RicMs^rahJantennen.
Hier soll der Gewinn der unter 3.2.4.2 behandelten Richtantenne
vom
Strahlungstyp (3.123) berechnet werden. Für den Gain gilt analog (3.128) die
Formel:
4T
8,tot
wo
1
E
=
,
*i
ptotl
»7
M
^
2_
£Tj~2
E
und E«n
f»ll
Integration verschwinden die
lEetotll
'
sodass stcn
8tot
(3.132)
P11
durch
Anteile der
Gl.(3.129) gegeben
Doppelprodukte der
durch die Werte g.
von
Ist.
Beider
Summe von
(3.130) sehr einfach ausdrückt:
131
M
(3.133)
M
»tot
%
1=1,2
>4,0,
Da g.
ist
gtot>4
sind die
In Tabelle 3.4
M.
Antennengewinne der
Richtstrahlantennen in Funktion der Anzahl M der Grundwellentypen
8,56
4,00
gtot
3
4
13,59
19,03
2
1
M
Schlitzzylinder-Richtstrahlantennen.
Der Gewinn der
Tabelle 3.4.
5
DejJ3traWung_swide_rstand.der
3.2.6.
Der
Strahlungswiderstand
typ (3.111)
R
kann bei Kenntnis der
,
angegeben.
8
7
6
24,85 31,01
37,49 44,26
Antenne.
der Schlitzantenne
gesamten
vom
in die Ferne
Strählungsgrund-
gelieferten Energie P,
leicht nach
R
ermittelt werden.
Pj
ol
wird durch
Poynting'schen Vektors über
(3.134)
2 P
sl
Integration der Wirkkomponente
eine grosse
Kugel
S
des
erhalten.
Mit
Sw
wo
tjo
=
377
Pl
Nach
(3.111)
Ohm,
V*
=
Kl
Impedanz
=
132
In"
K|
>
des freien Raumes
1
"
f\
>%>
U_
-Ol
nÜPTTT
,kE,ll
("2")
2-2—iWd
f
bedeutet,
wird
(3.135)
f
,t.
cos(jcos#)
f —iüTiF
,
simfcosip,
(3.135) schreibt:
2T
51
2^
ist
4
sodass sich
die
=
[f(Flff {}f)l] I
TT
coslpdJ cos2(|cos^)sin2l-Vd^.
(3.136)
Die
Integrale
Gewinnberechnung
wurden schon bei der
unter 3.2.5
angetrof¬
Lösungen wird
gefundenen
fen. Mit den dort
VW1
(3.137)
Tij 21"2(i-i):
Die Grösse F.
ist
in
Wir wollen im
(3.131) definiert
Folgenden
nur
und in Tabelle 3.3
den
aufgetragen.
Strahlungswiderstand
R
eines ein¬
,,
zigen Schlitzes des 21-Spalten enthaltenden Antennenringes betrachten.
Selbstverständlich müssen aber stets alle 21-Schlitze gleichzeitig gespeist
werden,
wobei
möglich
ist. Haben die
Speisepunkt
so muss
R
nur
Parallelspeisung,
eine
Speiseleitungen
eine gegen die
.j
z.B. über
vom
Doppeldrahtleitungen,
Schlitz bis
Wellenlänge nicht
zu
zum
gemeinsamen
vernachlässigende Länge,
nach Leitungstheorie transformiert werden. Mit
(3.134)
ist
nun
21"2!.'
R
In der Tabelle 3.5
verschiedene Werte
2
1
36,81
Man bemerkt
wo
Spezialfall
Rgll
=
kR
2^»^
0,5
=
aufgetragen.
4
5
6
7
8
3.94.103 8.27.105 2.85.108 1.46.1011 1.04.1014
aus
ein relativer
2369 0hm ist, für
=
Strahlungswiderstände der Schlitzzylinder
Grundstrahlungen.
3
1
1
(3.138)
(kR)21F.
sl
Rsll/Rsll>
von
Tabelle 3.5.
Rsll
Rsll
Sil
ist wiederum für den
Strahlungswiderstand
1
21R
der Tabelle ein mit der
Ordnung
1»T
17
0,98.1g1'
#T,21 .21
8 W
1 unerhört starkes An¬
steigen des Strahlungswidarstandes. Mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad
der Antenne müssen diese
hältnis
zum
Strahlungswiderstände
3.2.7 noch genauer untersucht. Weiter sagt
auf die
in einem
vernünftigen
Ver¬
Verlustwiderstand der Antenne stehen. Dieser Punkt wird unter
abgestrahlte Leistung
und den
uns
(3.138),
dass die
Strahlungswiderstand
Spaltbreite
keinen Einfluss
hat, wenigstens solange die Schlitze sehr schmal bleiben. Bei breiten Spalten
müsste der exakte Wert
von a«
nach
(3.68) benutzt werden,
der eine Verklei-
133
nerung
3.2.7.
von
P, und deshalb eine unerwünschte
Vergrösserung
von
Rgll
ergibt.
Impedanz,.Gütefaktor, ^nJbjeiLejind_Wirkjjngs^adJer_Antenne.
Wie wir unter 3.2.3.4 gesehen haben, lässt sich der nicht strahlende Schlitz¬
zylinder
als Parallel-Resonanzkreis darstellen. Da
Wirklichkeit strahlen,
sichtigt werden.
R «L
die
uns
hier
vor
nun
aber die Schlitze in
Impedanzersatzschema
allem mit dünnen
in erster Linie die
Antennenzylindern
Wirkkomponente
des
Nahfeldes, und
bleibt praktisch dasselbe wie beim Schlitzresonator
Ausstrahlung macht sich demnach beim Einzelschlitz
scheinen des
Strahlungswiderstandes
pedanzersatzschema
berück¬
ein grosses Blindfeld besitzen. In diesem Fall beeinflusst
Energieausstrahlung
das Blindfeld
Die
Wir wollen
befassen, die
diese Tatsache im
muss
Rgll
nur
von
3.2.3.4.
durch das Er¬
bemerkbar. Demnach kann das Im¬
eines Schlitzes in einem
Ring
von
21
abwechslungsweise
gegenphasig gespeisten Schlitzen (Grundstrahlung) angegeben werden (Fig.3.22).
r.
<e,
Fig. 3.22.
Impedanzersatzschema
Grundstrahlung
Die
Ersatzschaltung
mit dem
Kreis
eines Einzelschlitzes in einem die
emittierenden
Ring
von
21 Schlitzen.
ist wieder ein Parallelresonanzkreis wie in
Unterschied,
dass jetzt noch der
geschaltet erscheint.
Für kleine
Fig. 3.15b
Strahlungswiderstand parallel
Verstimmungen
Af
=
f
f
o
zum
wird die
Antennenimpedanz ungefähr:
-,
„
A
134
Rsll Rvll
V Rvll
(
Rsll+Rvll -j4*ilCnAf lsll+Rvll
2
,
(3.139)
1
f
wo
0
c
A„
h,C.
OT^L^j
1
=
o
C
2 L
-1
11
_
81Z ,f
ol
o
4iz„i
Vll
H
,A
1
0
1»-*gc
60TRt»o V
30S2
=
01
811
=
,
„
~r
'
12012 21"2
R
1:
(kR)21Fl
iDie
%
~1^
^i-i
(21):
angegebenen
Formeln
gelten
für Luftdielektrikum.
Der Gütefaktor Q, der Antenne ist deshalb
die Bandbreite B,
f/Qi
=
Q
=
1
2!f
o
renen
=
r
ohmschen
2
U
,
/2
R
..
Pwl
wl
P
-1
+
Es ist
(3-14°)
Rsll+RTll
«
1
vi
Interesse, weil daraus
r-S—rw11
C.,11
der von einem Schlitz
aus
und der im
Verlustleistung
von
:rhalten wird.
der Antenne
Und schliesslich berechnet sich
Leistung P
"
4
ln-5—
^n
=
Antennenzylinder
U
/2
,
1
üvl-1+«sll
Pwl
R
,«
der
abgestrahlten
pro Schlitz verlo¬
Antennenwirkungsgrad
(3.141)
1+Kvll
135
In Tabelle 3.6
der
f
sind einige interessierende Grössen für einen Antennenzylin¬
Kupfer
aus
mit kR
0,5, <p
=
300 MHz in Funktion
=
1
von
0,1,
=
au
=
0,1
bei einer
von
In der letzten Kolonne ist für
aufgetragen.
proportionale Abhängigkeit
sehr grosse Werte von 1 die
Frequenz
von
1, <p
und R
f
,
angegeben.
werden, dass diese Gesetzmässigkeit
Es darf aber nicht vergessen
für
nur
2TOf
1ü»
-^«1
und kR
Tabelle
gelten.
1
«
3.6.Impedanzwerte, Gütefaktor und Wirkungsgrad
Schlitzzylinder-Grundstrahlungen.
3
2
1
1
——
=
5
4
7
6
der
\»<Ü
8
prop.
57,57
[Ohm]
Cll
m
40,13 30,06
6,17
5,19
4,62
24,71
21,36
19,05
17,36
16,07
4,22
3,90
3,64
3,43
3,24
i/i
*4
1*4
ro
0
RsU
[K Ohm]
Rvll
87,2
2,37
9333
1.96.106 6.75.108 3.46.1011 2.46.1014 2,32.1017
_
1
21
O
335
335
335
335
«1
27,35
679
2809
2648
\
0,993
0,793
0,035
-0,03
-1,01 -14,56
335
335
335
Rlft
335
[KOhm]
2451
2290
2154
RCln4
2036
1„R
1.97.10"4 4.94.10"7 0,96.10"9 1.35.10"12 1.43.10"15
-37,1
-63,1
-90,2
-118,7
21+4
-148,5
[db]
Die Tabellenwerte
zeigen deutlich,
wie das starke
widerstandes verantwortlich istfür den
wachsendem 1
.
Der
enormen
angegebene Wirkungsgrad
und einem
Ansteigen des Strahlungs-
Abfall des Wirkungsgrades mit
würde noch kleiner,
Zuleitungen
sichtigt würden.
Der Gütefaktor der Antenne ist für kleine Werte
relativ
stark
136
gering,
dämpft.
weil der
Strahlungswiderstand
Wird aber 1 immer
wenn
die
Anpassungstransformator mitberück¬
Verluste in den
grösser,
von
1 noch
den Antennenresonanzkreis
so
ist
nur
noch der Verlust-
widerstand der Antenne
massgebend,
und die Güte Q. nimmt wieder
ab, nachdem sie bei mittleren Werten
3.2.8.
Zujajnnienfasjung.
In Teil III ist die
kleinen Antennen
Möglichkeit
untersucht
worden,
vorgegebene Strahlungsdiagramme
auch hier wieder das
mit räumlich
zu
Strahlungen
besondere Beachtung fand.
Gleitwegproblem
dabei die Möglichkeit, unabhängig
Richtstrahlen
ler,
aus
zu
erzeugen. Von
kennen. So
sich
der Grösse der Antenne beliebig scharfe
von
Wichtigkeit
ist
einzig die
Zahl der Einzelstrah¬
lassen sich schon bei der in 3.1 verwendeten Methode
steigen die Antenlnenströme bei kleiner werdender Antenne
nomisch hohen Werten an, wobei aber
gleichzeitig
Ströme unverändert bleibt. Das hat
zur
Antennenströme unvorstellbar gross sein
ströme keine besonders starke
um
zeigte
denen die ganze Antenne zusammengesetzt ist. Nachteile dieser sog.
Super Gain-Antennen
ser
Superposition
Einzelantennen das Fernfeld berechnet. Es
von
beliebig
realisieren, wobei
Unter 3.1 wurde vorerst mit der einfachen Methode der
der
langsam
1 ein Maximum erreicht hat.
von
Folge,
muss.
nel'schen Nahzone
aussen
dass die
Genauigkeit
muss man
Hoffnung
auf
schliessen,
dem aber
aus
Verkleinerung
infolge der geringen Antennenhöhe wird ebenfalls
füllt. Es ist nämlich nicht
zulässig,
der
Da trotz der hohen Speise¬
Abstrahlung erfolgt,
abfliesst. Die
dass
nur
derFresnicht
er¬
die Grenze zwischen Fresnel'schem und
Fraunhofer'schem Gebiet wie in Teil I durch eine reine Lauf Zeitbedingung
bestimmen. Die grossen Unterschiede in den Antennenströmen
die Strahlen stärker parallel sein müssen,
fen, wodurch
er¬
astro¬
die absolute Toleranz die¬
die Antenne herum ein sehr starkes Blindfeld existiert,
wenig Energie nach
zu
um
zu
bewirken, dass
Fernfeldverhältnisse anzutref¬
Vergrösserung des Fresnel'schen Ge¬
schliesslich eine massive
bietes herausschaut.
Unter 3.2 wurde dann eine zweite
tennen
nes
zu
realisieren. Mit Hilfe
leitenden
von
Möglichkeit angegeben, Super Gain-An¬
21-Schlitzdipolen, die auf dem Umfang
Kreiszylinders regelmässig
abwechslungsweise gegenphasige Speisung
gramm erzeugt werden. Bei
Fernfeldstrahlung
hängig,
nicht aber
genügend
auch hier wieder
von
verteilt
ein
kleinem
nur von
cos
ei¬
einfache,
lf -förmiges Strahlungsdia¬
Zylinderdurchmesser
ist die
der Zahl der Strahlerelemente ab¬
der Grösse der Antenne. Im
beim Schlitzstrahler die Maxwell'schen
sind,
kann durch
Gegensatz
Gleichungen
genau
zu
3.1 werden
gelöst, wobei
als
137
Randbedingungen
dienen,
Zylinder
auf dem
auch Aufschluss über die
uns nun
chungen
ohmschen Antennenverluste
Eigenfrequenz
der
von
Diese
der Antenne unter Be¬
anteil der
Impedanz
Folge
dargestellt.
kungsgrad
Zylinder
Verlustleistung
immer
geringer
der Antenne. Da die Blindenergie
die
Strahlungsenergie
bei weitem
und
abgestrahlte Leistung
folglich
auch derWir-
die Antenne im Fall kleiner
um
überwiegt,
kann
man
die Super
Gain-Antenne auch als Resonanzkreis betrachten mit zusätzlicher
Energieausstrahlung.
vergrössert
sich
Die
Ausdehnung
des
des
an
Schlitze. Es wurde
proportional der Zahl der
die Grenze des Nahfeldes
Antennenzylinders
im Erdboden
auf einfache Art und Weise unter
Ausdehnung erreicht wird,
eine
beliebig
kleine
zu
Beanspruchung
zum
Teil
Zylinderschlitzantenne
gezeigt, dass
Strahlungsdiagramm
liegen käme,
liegt. Was also mit
könnte mit
gerichteter
eigentlichen Nahfeldes der Antenne
die in Teil I betrachtete Einzelantenne, die dasselbe
zeugt, gerade
im¬
hat, dass der Gütefaktor der Antenne hohe Werte
annimmt und die Bandbreite klein wird. Zudem wird die
im Verhältnis zur
Der Blind¬
Zylinderdurchmesser
wird mit kleiner werdendem
was zur
Für kleine Abwei¬
angeben.
der Antenne wird das Ersatzschema dieser
durch einen einfachen Parallelresonanzkreis
grösser,
immer exak¬
Berechnungsmethode
Impedanz
mer
Feldverteilungen
im Nahfeld der Antenne. So
Vorgänge
Strahlungsimpedanz
können wir die gesamte komplexe
rücksichtigung der
elektrostatische
Zylinderdurchmesser
entsprechen.
ter den wirklichen Verhältnissen
gibt
zwar
die aber bei kleiner werdendem
einer
er¬
falls die Achse
einer fiinzelantenne
gewissen räumlichen
prohibitivem
Aufwand durch
mit einer grossen Anzahl Schlitze
realisiert werden.
Bei diesen Schlitzantennen kann die Grenze des Fraunhofer'sehen Ge¬
bietes nicht rein
strahlenoptisch
bestimmt
werden,
es
ist vielmehr die exakte
Lösung, insbesondere die verwendeten Bessel'schen Funktionen,
ren.
Man erhält das interessante
Ergebnis,
sehen Gebietes mit der in Teil I für den
nen
übereinstimmt und
zwar
unabhängig
äquivalenten
von
Objekten
im
einen störenden Einfluss. Dies
eigentlichen
gilt
gefunde¬
Antennenzylinders.
Gegenstände
Nah- oder Blindfeld der Antenne. Im Nahfeld
eines metallischen
Gegenstandes
auf das
ganz besonders
noch mehr oder weniger elektrostatische Gesetze, sodass
duktionswirkung
diskutie¬
Einzelstrahler
der Grösse des
Im Gebiet zwischen dieser Grenze und der Antenne haben
Strahlungsdiagramm
zu
dass die Grenze des Fraunhofer'
auf die
man
leicht
von
gelten
die In¬
Schlitzspannungen
beurteilen kann. Da auch bei dieser Antenne die Speisespannungen und ihre
138
Genauigkeit
sehr gross sein müssen, kann durch solche Induktionen das
Strahlungsdiagramm vollständig verändert werden.
Wenn der
sehr
Antennenzylinder genügend
wirkungsvolle Abstrahlung
erhalten
werden,
der verwendeten Bessel'schen Funktionen
der
Super Gain-Antennen,
gemacht wird,
gross
zeigt.
was
Nur
geht dabei der Verteil
ihre Kleinheit, schliesslich verloren.
Für Empfangszwecke auf Mittel- und Langwellen,
kungsgrad
der meist hohen
spielt und die
bedeuten,
könnte eine
ihrer
und ihr
das
mit
ausschlagge¬
Erfolg
verwen¬
in der Peiltechnik auf
Wirkungsgrad sind
geringen Strahlungsdämpfung
Resonanzkreis
zu
man u.a.
der Antennenwir¬
länge¬
Wellen. Die Rahmenantennen sind dabei das bestbekannte Beispiel. Ihr
Strahlungswiderstand
nen
Richtwirkung
Super Gain-Antenne
det werden. Solche Verhältnisse findet
ren
wo
wegen keine grosse Rolle
Empfangsfeldstärken
Kleinheit der Antenne und ihre
bende Moment
kann eine
die genaue Diskussion
geschaltet,
sehr gering, und sie werden
wegen meist als Induktivitäten in einen
d.h. die inhärent kleine Bandbreite dieser Anten¬
schadet hier nicht und hilft sogar mit, die Trennschärfe des
Empfängers
vergrössern.
Zum
Empfang
von
gestörten
Mittel- oder
Richtantennen mit veränderbaren Nullstellen
sehr nützlich.
Langwellensendern wären
zur
Elimination der Störsender
Für diesen Zweck würden sich die hier beschriebenen
Super-
Gain-Antennen sehr gut eignen. Das dürfte auch das aussichtsreichste Anwen¬
dungsgebiet
für diese Art
von
Antennen sein.
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142
Lebens- und
Ich wurde
5 Jahre
4. Januar 1927 in Solothurn
am
lang die
Bildungsgang.
Primarschule,
4 Jahre das
geboren.
Dort besuchte ich
Gymnasium
und
31/2
Jahre die
Oberrealschule der Kantonsschule. Im Herbst 1945 schloss ich die Mittel¬
schulstudien mit der
ster Studium
der
an
Maturitätsprüfung
Abteilung
Technischen Hochschule in Zürich mit
Frühjahr 1950.
technik im
Mitarbeiter
tung
im
von
am
Institut für
Anschliessend folgten 8 Seme¬
Auftrag
der
Hochfrequenztechnik
Kriegstechnischen Abteilung
an war
ich
von
ausser
der
Eidgenössischen
in
Hochfrequenz
-
August 1950 wurde ich als wissenschaftlicher
Uebertragungsanlagen
bruar 1954 bin ich
an
Diplomabschluss
der E.T.H. unter der Lei¬
Herrn Prof. Dr. F. Tank eingestellt. Bis
verschiedener
da
Im
ab.
für Elektrotechnik
an
auf dem
anfangs
1954 arbeitete ich
der Planung und Entwicklung
Mikrowellengebiet.
Seit Fe¬
der Studienkommission für Luftfahrt angestellt. Von
mit
einigen Untersuchungen auf dem Gebiete der
Radar¬
technik besonders mit Problemen der
Flugzeug- Blindlandung beschäftigt.
Diese
der
Arbeiten, die
rich- Kloten
zur
führten,
Verbesserung
sind in der
nebst weiteren theoretischen
Gleitweganlage
vorliegenden
Untersuchungen
im
Flughafen
Promotionsarbeit
aus
Zü¬
festgehalten
dem Gebiete der Antennen-
synthese.
143
On the Construction of Antenna Arrays by Prescribed Radiation Patterns.
(Antenna Synthesis).
In the field of radio
example need
for radar is
a
sometimes appears the
engineering
construct antenna arrays with
prescribed radiation patterns.
strong concentration
a
Special
antenna
patterns
guidance of military
for
an
are
particular pattern. Energy
used for airplane blind
interference between medium
By these
means an
frequency,
same
concen¬
approach Systems
missiles. And sometimes there may arise
antenna radiation which is very weak in certain
the
Essential
importance for FM and TV stations.
tration in the vertical direction is of
for
can
wave
prescribed
radiated energy is allowed tofall onto
objects
the last
was
type
whose reflections
of
a
and
demand
directions.
stations, working
be avoided. But also in the field of beam
fere with the main beam. It
to
Radio links for
electromagnetic energy.
of
low side low level and
a
problem
problem
on
guidance
might
no
inter-
which initiated the
present thesis.
The
glide path of
the Instrument
Airport of Zürich showed
smoth,
the
glide
line
was
a
very
very
Landtag System (ILS)
unsatisfactory
interference between the direct
leading
By it's
which
waves
to the observed deviations "in the
The first
use
part
were
distorted in
and others ref lected
of the thesis describes
the ICAO
regulations
earlier two and is jn continuous
now uses
use
The
certain region
a
by
hill, thereby
a
glide angle.
a new
glide path
antenna
the radiations onto the hill coald be avoided. The
obeys
being
rough and therefore disagreeable to fly.
radiation patterns of the glide path antennas
by
in the International
behaviour. Instead of
new
system.
equipment
three antennas instead of the
since December 1954
working
to füll
satisfaction.
In the second
part of the paper
is described a
pill-box reflector antenna
generating suitable glide path radiation patterns which also avoid the disturbances caused
by
does not need the
radiation
the abovementionned hill but in contrast to the first Solution
conducting ground.
patterns, thus allowing
With the standardized
It
was
possible to calculate
to avoid reflections from
(ICAO) glide path wavelength
144
used, the described
near
field
of 90 cm, the reflector
diameter should be 58 meters which is unpractically large. If 3
were
the
near-by objects.
cm waves
antenna would be the ideal Solution for the
glide path.
In the third and last
wether the
glide
would be
with
equations,
following
1.) The
was
hope
some
at the
generated by arbitrarily
(Fresnel region),
beginning of
where radiation
be smaller too. The exact
show the
possibility
some severe
The most
is carried out
airports because they present only
on
of the antenna
But there are
investigation
called super-gain antennas. These small antennas
there
distance, would
well's
the
so
advantageous
airplanes and
nearzone
an
path radiation diagrams could be
small antennas, the
for
the thesis
part of
important
of
on
super-gain
a
small obstacle
work,
practical
that the
patterns change
calculations, bades
designing extremely
limitations in their
results
the
on
Max-
small antennas.
use.
antennas are summarized in
10 points:
narrowness
of the beamwidth increases with the number of antenna
independent
elements
of their
2.) Very high antenna currents
3.) Unfavorable radiation
spacing.
voltages.
or
resistance.
4.) In the immediate neighbourhood of the antenna is
reactive field. The
super-gain antenna
can
an
unusually high
thus be considered
as a
high
Q resonator with small and directed radiation.
5.) Small frequency handwidth (High Q).
6.)
Low radiation
7.) High
efficiency.
accuracy of antenna current distribution.
8.) High dimensional accuracy of antenna elements.
9.)
Grave influence of
nearby objects
on
the radiation
diagram.
10.) No reduction in the extent of the Fresnel region.
The present papier does not represent
treatise
on
there exist
the
a
problem
of antenna
general insight
chosen
synthesis.
multitude of Solutions for
Solution has to be selected
more or
a
less
in the field of antenna
glide path problem and
a
general
and comprehensive
Similar to network
given problem,
intuitively.
synthesis
is
so
that
synthesis
a
suitable
But nevertheless a certain
given by
means
of the
its Solutions.
145