EP0124047A2 - Omnidirectional reception antenna - Google Patents
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- H01Q21/245—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction provided with means for varying the polarisation
Definitions
- the invention relates to a broadcast antenna according to the preamble of the main claim.
- a turnstile antenna consisting of two crossed horizontal dipoles with a vertical antenna on a mast (antennas HE 002 and HE 001 from Rohde & Schwarz, Radiomentor-Elektronik 1974, issue 10, page 390).
- the two separate antennas are not electrically interconnected here but can be connected separately to a receiver input depending on the desired reception conditions.
- this known antenna system has a reception possibility from all directions with any polarization.
- the invention is based on the knowledge that an antenna system known per se, consisting of a horizontal turnstile antenna and a vertical antenna when electrically connecting these two separate antennas, has a spatial hemispherical reception diagram for any polarization and only has a funnel-shaped saddle in a certain elevation in a certain elevation has, namely where the merged output signals of the two antennas are 180 ° out of phase with respect to one another and therefore cancel each other out and in the elevation where the vertical diagram of the turnstile antenna is opposite to the vertical diagram of the rod antenna.
- the measure according to the invention of interposing an adjustable phase shifter and an adjustable amplifier or attenuator between the two antenna outputs ensures that this spatial funnel-shaped zero of the spatial hemispherical omnidirectional diagram both in azimuth and in FIG Elevation can be precisely aligned to a possible jamming transmitter and the reception of these jamming signals can thereby be masked out, while the antenna system in the rest of the area has optimal broadcast reception properties for useful signals of any polarization.
- the azimuth is set here by the phase shifter and the elevation by the amplifier or the attenuator.
- both settings are independent of each other, via the intermediate amplifier ker or the attenuator, the size of the received signals of the two antennas can be set separately from one another and in this way the vertical diagram of the vertical antenna and the vertical diagram of the turnstile antenna can be changed independently of one another.
- an omnidirectional antenna for the optimal reception of signals of any polarization and the optimal suppression of interference radiation incident from any direction and elevation is created, i.e. one Antenna system that optimally solves the task mentioned at the beginning.
- FIG. 1 shows the basic circuit diagram of an omnidirectional receiving antenna according to the invention, consisting of an active turnstile antenna 1 and a vertical active rod antenna 2.
- the turnstile antenna consists of two horizontal dipoles 3 and 4 crossed at 90 °, which are arranged in one plane for reasons of clarity in the figure are shown, but in reality they are arranged spatially crossed horizontally above the floor.
- the outputs of the two horizontal dipoles 3 and 4 are connected in a known manner via a phase shifter 5 at 90 0- phase shift and to the input of a receiver. 6
- the output of the rod antenna 2 is also connected to the input of the receiver 6 via an adjustable phase shifter 7 and an adjustable amplifier 8 or an adjustable attenuator.
- the received signal of the turnstile antenna 1 receives a phase shift within the turnstile antenna which is proportional to the azimuth angle of the incident wave.
- the rod antenna 2 generates a reception voltage at its output, the phase of which is independent of the azimuth angle of the received wave. If the phase of a specific signal received via antenna 2 is 180 ° out of phase with the signal of the turnstile antenna received from a specific direction, this signal is extinguished if the amplitude is equal.
- the phase shifter 7 can thus be used for any azimuth angle to extinguish the rich direction received signals are set, for all other azimuth directions, however, the antenna according to the invention has optimal reception properties, since for other azimuth angles of the turnstile antenna there is a phase shift deviating from 180 ° with respect to the signal of the rod antenna and the signals therefore do not cancel each other out. In this way, an interference signal incident from a specific azimuth angle can be suppressed and the antenna according to the invention then receives the useful signals incident from other directions only with optimal properties.
- the phase shifter 7 could of course just as well be arranged in the connecting line between the turnstile antenna 1 and the interconnection point of the two antennas; the only important thing is that a relative phase shift between the output signals of the antennas 1 and 2 can be set.
- a symmetrical vertical dipole could also be used.
- the vertical diagram of the turnstile antenna 1 is just opposite to the vertical diagram of the rod antenna 2, as shown in FIG.
- the zero 10 of the radiation diagram can be pivoted in elevation independently of the azimuth, as is indicated schematically by dashed lines for a corresponding damping of the vertical diagram of the two antennas 1 and 2 in FIG and whereby the zero 10 of the elevation between the angular ranges 11, 12 and 13 can be changed.
- This can be achieved by the additionally provided adjustable amplifier 8 or an appropriately adjustable attenuator, which in turn could just as well be arranged in the feed line to the turnstile antenna 1.
- the phase shifter 7 or the device 8 for influencing the amplitude of the received signals can either be installed directly at the base of the antennas 1 or 2, but they can also be accommodated in remote devices, for example in the receiver 6 or in the feed line thereto, but before the interconnection point of the Antennas 1 and 2.
- the latter is advantageous, for example, for retrofitting an existing antenna system or when several receivers are connected to a common antenna system.
- phase shift or adjustment of the damping or amplification can be carried out by the user by hand, but automation is also possible if appropriate criteria for
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Rundempfangsantenne laut Oberbegriff des Hauptanspruches.The invention relates to a broadcast antenna according to the preamble of the main claim.
Es ist bekannt, eine aus zwei gekreuzten horizontalen Dipolen bestehende Drehkreuzantenne mit einer Vertikalantenne auf einem Mast zusammenzubauen (Antenne HE 002 und HE 001 der Firma Rohde & Schwarz, Radiomentor-Elektronik 1974, Heft 10, Seite 390). Die beiden getrennten Antennen sind hier zwar nicht elektrisch zusammengeschaltet sondern können getrennt je nach den gewünschten Empfangsbedingungen einzeln an einen Empfängereingang angeschlossen werden. Dieses bekannte Antennensystem besitzt jedoch eine Empfangsmöglichkeit aus allen Richtungen bei beliebiger Polarisation.It is known to assemble a turnstile antenna consisting of two crossed horizontal dipoles with a vertical antenna on a mast (antennas HE 002 and HE 001 from Rohde & Schwarz, Radiomentor-Elektronik 1974,
In neuerer Zeit werden insbesondere für den Grenz- und Kurzwellenbereich immer mehr Empfangssysteme gebraucht, die es ermöglichen, starke Störsignale aus bestimmten Richtungen möglichst zu unterdrücken und trotzdem im übrigen Bereich unter allen Azimut- und Elevationswinkeln einen optimalen Rundempfang von Signalen beliebiger Polarisation zu ermöglichen. Die bisher üblichen Antennensysteme sind für diesen Zweck nicht optimal geeignet.In recent times, more and more reception systems have been used, particularly for the limit and shortwave range, which make it possible to suppress strong interference signals from certain directions as possible and still enable optimum broadcast reception of signals of any polarization in the rest of the range under all azimuth and elevation angles. The antenna systems customary up to now are not optimally suited for this purpose.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Rundempfangsantennensystem zu schaffen, dass diese Aufgabe optimal löst.It is therefore an object of the invention to provide a broadcast antenna system that optimally solves this problem.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Rundempfangsantenne laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus dem Unteranspruch.This object is achieved on the basis of a omnidirectional antenna according to the preamble of the main claim by its characteristic features. An advantageous further development results from the subclaim.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, dass ein an sich gekanntes Antennensystem bestehend aus einer horizontalen Drehkreuzantenne und einer Vertikalantenne beim elektrischen Zusammenschalten dieser beiden getrennten Antennen ein räumliches halbkugelförmiges Empfangsdiagramm für beliebige Polarisation besitzt und nur in einem schmalen Winkelbereich in einer bestimmten Elevation eine trichterförmige Einsattelung besitzt, nämlich dort, wo die zusammengeführten Ausgangssignale der beiden Antennen um 180° in der Phase gegeneinander verschoben sind und sich daher auslöschen und in der Elevation dort, wo gerade das Vertikaldiagramm der Drehkreuzantenne gegenläufig ist zu dem Vertikaldiagramm der Stabantenne. Ausgehend von dieser theoretischen Erkenntnis wird durch die erfindungsgemässe Massnahme des Zwischenschaltens eines einstellbaren Phasenschiebers und eines einstellbaren Verstärkers bzw. Dämpfungsgliedes zwischen die beiden Antennenausgänge erreicht, dass auf rein elektrischem Wege diese räumliche trichterförmige Nullstelle des räumlichen halbkugelförmigen Rundstrahldiagrammes sowohl-im-Azimut als auch in der Elevation genau auf einen eventuellen Störsender ausgerichtet werden kann und der Empfang dieser Störsignale dadurch ausgeblendet werden kann,während das Antennensystem im übrigen Bereicht optimale Rundempfangseigenschaften für Nutzsignale beliebiger Polarisation besitzt. Der Azimut wird hierbei durch den Phasenschieber und die Elevation durch den Verstärker bzw. das Dämpfungsglied eingestellt. Beide Einstellungen sind unabhängig voneinander, über den zwischengeschalteten Verstärker bzw. das Dämpfungsglied kann die Grösse der Empfangssignale der beiden Antennen getrennt voneinander eingestellt werden und auf diese Weise das Vertikaldiagramm der Vertikalantenne und das Vertikaldiagramm der Drehkreuzantenne unabhängig voneinander geändert werden.The invention is based on the knowledge that an antenna system known per se, consisting of a horizontal turnstile antenna and a vertical antenna when electrically connecting these two separate antennas, has a spatial hemispherical reception diagram for any polarization and only has a funnel-shaped saddle in a certain elevation in a certain elevation has, namely where the merged output signals of the two antennas are 180 ° out of phase with respect to one another and therefore cancel each other out and in the elevation where the vertical diagram of the turnstile antenna is opposite to the vertical diagram of the rod antenna. Based on this theoretical knowledge, the measure according to the invention of interposing an adjustable phase shifter and an adjustable amplifier or attenuator between the two antenna outputs ensures that this spatial funnel-shaped zero of the spatial hemispherical omnidirectional diagram both in azimuth and in FIG Elevation can be precisely aligned to a possible jamming transmitter and the reception of these jamming signals can thereby be masked out, while the antenna system in the rest of the area has optimal broadcast reception properties for useful signals of any polarization. The azimuth is set here by the phase shifter and the elevation by the amplifier or the attenuator. Both settings are independent of each other, via the intermediate amplifier ker or the attenuator, the size of the received signals of the two antennas can be set separately from one another and in this way the vertical diagram of the vertical antenna and the vertical diagram of the turnstile antenna can be changed independently of one another.
Zur Ausblendung einer mit einer bestimmten Polarisation empfangenen Störstrahlung ist es an sich bekannt, einen horizontalen und einen vertikalen Dipol über ein einstellbares Phasenglied und gegebenenfalls auch über einen einstellbaren Verstärker zusammenzuschalten und über eine vom Empfänger gesteuerte Steuereinrichtung den Phasenschieber so zu steuern, dass gerade die mit der vorbestimmten Polarisation empfangene Strahlung unterdrückt wird (GB-PS 2 011 726). Der Verstärker wird hierbei so gesteuert, dass die Amplitude der beiden unterschiedlich polarisierten Dipole gleich ist um dadurch eine scharfe Einsattelung des Strahlungsdiagrammes für die unterschiedliche Polarisation und damit für die Ausblendung der ungewünschten Polarisation zu erreichen. Durch die Anwendung dieser für die Ausblendung.,unterschiedlich polarisierter Schwingungen vorgesehene Massnahme bei einem bekannten Antennensystem der eingangs erwähnten Art wird erstmals eine Rundstrahlantenne für den optimalen Empfang von Signalen beliebiger Polarisation und die optimale Ausblendung einer aus beliebiger Richtung und Elevation einfallenden Störstrahlung geschaffen, also ein Antennensystem, das die eingangs erwähnte Aufgabe optimal löst.To suppress interference radiation received with a certain polarization, it is known per se to interconnect a horizontal and a vertical dipole via an adjustable phase element and, if appropriate, also via an adjustable amplifier and to control the phase shifter via a control device controlled by the receiver in such a way that the phase shifter the predetermined polarization received radiation is suppressed (GB-
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained below with reference to schematic drawings of an embodiment.
Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfin- dungsgemässen Rundempfangsantenne bestehend aus einer aktiven Drehkreuzantenne 1 und einer vertikalen aktiven.Stabantenne 2. Die Drehkreuzantenne besteht aus zwei unter 90° gekreuzten horizontalen Dipolen 3 und 4, die aus Grunden der übersichtlichkeit in der Figur in einer Ebene-dargestellt sind, in Wirklichkeit jedoch räumlich gekreuzt horizontal über dem Boden angeordnet sind. Die Ausgänge der beiden horizontalen Dipole 3 und 4 sind in bekannter Weise über einen Phasenschieber 5 unter 900-Phasenverschiebung zusammengeschaltet und mit dem Eingang eines Empfängers 6 verbunden. Der Ausgang der Stabantenne 2 ist über einen einstellbaren Phasenschieber 7 und einen einstellbaren Verstärker 8 bzw. ein einstellbares Dämpfungsglied ebenfalls mit dem Eingang des Empfängers 6 verbunden. Das Empfangssignal der Drehkreuzantenne 1 erhält innerhalb der Drehkreuzantenne eine Phasenverschiebung, die dem Azimutwinkel der einfallenden Welle proportional ist. Die Stabantenne 2 dagegen erzeugt an ihrem Ausgang eine Empfangsspannung, deren Phase unabhängig vom Azimutwinkel der empfangenen Welle ist. Wenn die Phase eines bestimmten über die Antenne 2 empfangenen Signals um 180° gegenüber dem aus einer bestimmten Richtung empfangenen Signal der Drehkreuzantenne phasenverschoben ist, wird dieses Signal bei Amplitudengleichheit ausgelöscht. Durch den Phasenschieber 7 kann damit für beliebige Azimutwinkel die Auslöschung der aus dieser Richtung empfangenen Signale eingestellt werden, für alle anderen Azimutrichtungen besitzt die erfindungsgemässe Antenne dagegen optimale Empfangseigenschaften, da für andere Azimutwinkel der Drehkreuzantenne eine von 180° abweichende Phasenverschiebung gegenüber dem Signal der Stabantenne besteht und die Signale sich daher nicht aufheben. Auf diese Weise kann ein aus einem bestimmten Azimutwinkel einfallendes Störsignal ausgeblendet werden und die erfindungsgemässe Antenne empfängt dann nur mit optimalen Eigenschaften die aus anderen Richtungen einfallenden Nutzsignale.FIG. 1 shows the basic circuit diagram of an omnidirectional receiving antenna according to the invention, consisting of an active turnstile antenna 1 and a vertical
Der Phasenschieber 7 könnte natürlich genauso gut in der Verbindungsleitung zwischen der Drehkreuzantenne 1 und dem Zusanmenschaltungspuhkt beider Antennen angeordnet sein, wesentlich ist nur, daß eine relative Phasenverschiebung zwischen den Ausgangssignalen der Antennen 1 und 2 einstellbar ist. Anstelle der Stabantenne 2, die unsymmetrisch gegenüber dem Boden 9 erregt ist, könnte auch ein symmetrischer vertikaler Dipol verwendet werden.The
Das Vertikaldiagramm der Drehkreuzantenne 1 ist gerade gegenläufig zu dem Vertikaldiagramm der Stabantenne 2, wie dies Fig.2 zeigt. Durch Dämpfung bzw. Verstärkung der Ausgangsspannung einer der beiden Antennen 1 oder 2 kann die Nullstelle 10 des Strahlungsdiagrammes unabhängig vom Azimut in der Elevation geschwenkt werden, wie dies gestrichelt für eine entsprechende Dämpfung des Vertikaldiagrammes der beiden Antennen 1 und 2 in Fig.2 schematisch angedeutet ist und wodurch die Nullstelle 10 der Elevation zwischen den Winkelbereichen 11, 12 und 13 geändert werden kann. Dies kann durch den zusätzlich noch vorgesehenen einstellbaren Verstärker 8 bzw. ein entsprechend einstellbares Dämpfungsglied erreicht werden, das wiederum genauso gut in der Zuleitung zur Drehkreuzantenne 1 angeordnet sein könnte. Damit kann auch das Vertikaldiagramm optimal auf die Ausblendung eines störenden Signals ausgerichtet werden, was insbesondere im Kurzwellenbereich wichtig ist. Mit dem einstellbaren Dämpfungsglied bzw. Verstärker 8 können auch Unterschiede der beiden Empfangsspannungen der Antennen 1 und 2 ausgeglichen werden, die sich aufgrund der Polarisation der empfangenen Wellen ergeben.The vertical diagram of the turnstile antenna 1 is just opposite to the vertical diagram of the
Der Phasenschieber 7 bzw. die Einrichtung 8 zur Amplitudenbeeinflussung der Empfangssignale können entweder unmittelbar am Fusspunkt der Antennen 1 bzw. 2 eingebaut sein, sie können aber auch in abgesetzten Geräten beispielsweise im Empfänger 6 oder in der Zuleitung dazu untergebracht sein, jedoch vor dem Zusammenschaltungspunkt der Antennen 1 und 2. Letzteres ist beispielsweise für eine Nachrüstung einer schon vorhandenen Antennenanlage von Vorteil oder dann, wenn mehrere Empfänger an eine gemeinsame Antennenanlage angeschaltet sind.The
Die Phasenverschiebung bzw. Einstellung der Dämpfung bzw. Verstärkung kann von dem Benutzer von Hand erfolgen, es ist jedoch auch eine Automatisierung möglich, wenn entsprechende Kriterien zurThe phase shift or adjustment of the damping or amplification can be carried out by the user by hand, but automation is also possible if appropriate criteria for
Ausblendung von entsprechenden Störsignalen vorhanden sind. So ist es beispielsweise möglich, über eine geeignete Steuerschaltung 14 den Phasenschieber 7 und/oder den einstellbaren Verstärker bzw. das einstellbare Dämpfungsglied 8 automatisch so in Abhängigkeit von dem Empfangssignal zu steuern, dass ein bestimmtes Störsignal ausgeblendet. wird. Dazu ist es lediglich nötig, dass beispielsweise elektronisch der ganze Azimut- und Elevationswinkelbereich abge-sucht wird. Besonders einfach können so Störsignale ausgeblendet werden, wenn der Nutzsignal-Sender eine entsprechende Kennung mitausstrahlt, so dass die Steuerschaltung 14 zwischen Nutzsignalen und Störsignalen unterscheiden kann.Suppression of corresponding interference signals are present. It is thus possible, for example, to automatically control the
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