KRALJEVINA JUGOSLAVIJA UPRAVA ZA ZAŠTITU Klasa 21 (1) INDUSTRISKE SVOJINE Izdan 1 aprila 1933. PATENTNI SPIS BR. 9930 Radio Corporation of America, New-York, U. S. A. Direkcionalne antene i antenski sistemi. Prijava od 12 septembra 1930. Važi od 1 juna 1931. Traženo pravo prvenstva od 11 juna 1930 (U. S. A.). Ovaj se pronalazak odnosi na antene a naročito na antene ili antenske sisteme za zračenje u određeni pravac. Ako se jedna duga žica, duga relativno prema radnoj talasnoj dužini, t. j. duga veći broj polutaliasnih dužina, nadraži tako, da se na njoj proizvedu stojeći talasi, nasta-će zračenje poglavito u pravcu simetričnih kulpa, čiji su vrhovi u sredini žice. U poprečnom preseku karakteristika zračenja javiće se kao simetrične putanje kupe oko žice. Cilj je cvcm pronalasku iskcrišćenje ove pojave za direktivno zračenje elektromagnetske energije. U tome cilju piar žica ili pravih provodnika, koji su relativno dugi prema radnoj talasnoj dužini, raspoređuju se pod takvim uglom, da glavno zračenje biva duž srednje presečne linije ugla. Ovaj ugao, uopšte, odgovara uglu glavne kupe zračenja oko jednog od provodnika. Dalji je cilj ovom pronalasku da pokaže pravi ugao za provodnike ili radiatore (zračeča tela), koji su dugi bilo paran broj polutalasnih dužina ili neparan broj polu-talasnih dužina, i uopšte da pokaže ugao za najbolje direkcionalno otpravljanje za žice neke određene dužine. Par provodnika, raspoređen na opisani način, zračiće podjednako dobro u oba pravca, naime prema divergentnom kraju žice i prema konvergentnom kraju tih žica, t. j. tako opisani antenski sistem je za dva pravca. Dalje je cilj pronalasku da stvori jedno-smerni raspored. Ovo se postiže stavljanjem istovetnog paralelnog para žica, na odstojanju neparnog broja četvrt-talasnih dužina od žica, koje obrazuju samu antenu, u pravcu koji je uzet duž srednje presečne linije ugla obrazovanog žicama. Drugi par žica može se ostaviti ne energizo-van ali da samo stoji, ili se on može ener-gizovati sa pravilnom fazom tako, da se za jedan pravac ništi zračenje, dok u drugom pravcu postoji pojačanje propagiranih e-lektro-magnetskih talasa. Dalje je cilj pronalasku koncentrisanje snopa talasa u poprečnoj; ravni koja je relativna prema ravni parova žica, a ona je obično vertikalna ravan, pošto su parovi obično raspoređeni u horizontalnim ravnima. Ovo se postiže stavljanjem istovetnih parova žice u ravni, koje su paralelne ravnima prvo-pomenutih parova žice. Ove su ravni obično razmaknute jedna od druge, najmanje za jednu polutalasnu dužinu. Da bi se uz to skoncentrisao snop talas-ne zračene energije, to se sistemi pre po-menute vrste mogu staviti u ravni zračenja čime se povećava koncentracija zrače-nog snopa energije u horizontalnoj ravni i postavljanjem više sistema ili grupe sistema jedog iznad drugog postiže se koncentracija snopa u vertikalnoj ravni. Pronalazak je dalje opisan, u vezi sa priloženim nacrtima u kojima: Sl. la pokazuje, u opšte, glavnu koničnu Din. 35. karakteristiku zračenja dugog provodnika na kome se proizvode stojeći talasi. SI. lb pokazuje, u poprečnom preseku, karakteristiku zračenja žice (provodnika) koja je duga pet talasnih dužina. SI. 2a, 2b i 2c pokazuje razne oblike osnovne jedinice ovog pronalaska, gde su dugi pravolinijski provodnici sa stojećim talasima raspoređeni p^d uglom tako, da glavno zračenje biva duž pravca srednje presečne linije ugla. SI. 3 pokazuje karakteristiku zračenja u dva pravca jedne od jedin.ea pokazanih u si. 2. SI. 4 pokazuje antenski sistem za Kon-centrisanje direkcionalnog snopa zračenog sa jedne od jedinica pokazanih u si. z., SI. 5 pokazuje raspored većeg oroja jedinica pokazanih u si. 2 za dob.janje zračenja u jednom pravcu. SI. 6 i 7 pokazuju raspodelu energije u horizontalnoj i vertikalnoj ravni sa antenskog sistema pokazanog u si. 5. SI. 8 pokazuje raspored jedinica za zračenje u jednom pravcu u cilju daljeg povećanja direktivnosti zrsčenog snopa elek-tro-magnetskih talasa. SI. 9 je izgled jednog rasporeda za povećavanje direktivnosti jednog snopa talasa. SI. 10 i 10a pokazuju rombične rasporede jedinica za dobijanje zračenja u jednom pravcu. SI. 11 pokazuje bolji obik pronalaska za koncentrisanje jednosmernog snopa e-nergije u horizontali i vertikali, kad je dužina žica od 6 do 12 talasnih dužina. SI. 12 je diagram, kej: pokazuje pravilan odnos, po ovom pronalasku, između dužine jednog provodnika iz para provodnika 1 ugla, koji treba dati provodniku, a koji se odnosi na željeni pravac zračenja. U cpšte, kaio što je pokazano u si. la, oko žice 2, koja je duga u odnosu na radnu talasnu dužinu, postoje u glavnom dve Šuplje kupe 4, 6 zračenja. Kupe su simetrične oko žice 2 i osa kupa poklapa se sa o-som žice 2 (rcdiatora). Za jednu datu žicu, pri datoj talasnoj dužini, ugao a između o-sa Y—Y svake zamke kupe, koja se kao takva javlja u poprečnom preseku, i žice 2 stalna je veličina. Poprečni presek diagrama zračenja sa provodnika, koji je dug izvestan broj talasnih dužina i ima stojeće takse, ima onoliko zamki (pe lji) na jodan kvadrant, koliko ima talasnih dužina u provodniku. Kao što je pokazalo u si. lb za jednu žicu, dugu pet talasnih dužina, postoje pet zamke u svakom kvadrantu. Pri čem se glavna krila zračenja nalaze duž ose y—y. Kao što je 'pokazano, momentani pravac polja, prestavljenog svakom zamkom, je obrnut (suprotan). Ako se sad želi zračenje energije poglavito u pravcu ose x—x iz si. 2 onda treba provodnike okrenuti za ugao a prema pravcu ose x—x da bi se još više povećala karakteristika duž te ose. Po cvom pronalasku uzete su dve žice koje zaklapaju u-gao a sa osom x—x i to na suprotnim stranama od ose tako, da osa i par žica leže u jednoj ravni. U pravcima drugim, izuzev pravca x—zračenje će se potrti, usled čega će par žica pod uglom a u odnesu na osu x—x imati karakteristiku zračenja u ravni para žica kao što je to pokazano u si. 3. Ako posmatramo dugo žicu, koja je jednaka velikom broju vrlo kratkih (Hertz-ov.h) oscilatora, i ako sumiramo u nekoj tačci P komponente p -Ija, čiji je ugao, prema osi žice pošto je tačka P tako daleko cd žice u srsvnjenju sa dužinom žice, da su sve linije od tačke P do neke tačke na žici skoro paralelne, onda možemo pokazati, da je jačina polja H za provodnik dug neparan broj polutalasnih dužina izražena sledečim odnosom: 71 H « cos (n^ cos 0) sin © Oznaka »n« pokazuje broj polutalasnih dužina u žici. Za žicu, dugu paran broj polutalasnih dužina, na isti način dobija se jačina polja H, t. j. data je odnosom: 71 H a sin (n^- cos @) sin © gde n označava broj polutalasnih dužina u žici. Vrednost za koju ugao ® bilo u jednom ili u drugom slučaju č.ni izraz maksimumom, daje naravno vrednost za ugao a pod kojim se treba postaviti žica prema pravcu x—x, ako se želi odašiljanje talasa. Dobijanje kritične vrednosti za bilo koju od gornjih jednačma, može se lako ipostići, njena veličina za žice duge do četrnaest talasnih dužina data je grafički u si. 12. Za praktične svrhe empirićki obrazac: je dovoljno tačan; tu je 1 dužina žice k talasna dužina i to obe dužine u jedinicama merenja. Gde se upotrebljuje par žica tpo ovom pronalasku, onda njih treba razmaknuti pod uglom, koji je dvaputa veći od a koji se određuje na gore pokazani način. Za dobijanje jedinice za dvosmerno zra- čenje, koja ima karakteristiku pokazanu u slici 3 može se upotrebiti ma koji od rasporeda 'pokazanih u slici 2.' Osnovna jedinica pokazana je u shc. 2a gde transmisicna linija daje visoko frekventnu energiju paru žica A, B, koje međusobno zaklapaju ugao 2 a. Ugao a je ugao koji zaklapa jedan od provodnika sa x—x osom duž koje se želi da žice A, B zrače energiju. Ove žice A, B spojene su pri vrhu, koji pada u osi x—x. Žice debljaju energiju između svojih krajeva na način isti na koji se polutalasni oscilator napaja između svojih krajeva. Ako se želi, naravno, transmis.ona linija 10, kao u si. 2b, može primiti krajeve provodnika A, B što je bolje nego da se oni spoje. Raspored pokazan u si. 2c bolji je, jer on omogućava akordiranje (podešavanje) antenske" jedinice, koja se sastoji iz para žice A, B. Transmisiona linija 10 daje e-nergijii zamki 12 oblika U, čiji su kraci kratko vezani pomoću jedne podešljive trake 14, koja prestavlja naponski čvor. Krajevi 16 zamke 12 dovode energiju, sa suprotnom fazom, provodnicima A, B. Podešavanje impedanse tako, da ne bude odbi-janjo duž linije 10, vrši se duž krakova zamke pomoću podesnih mesta 18 za odvod. Upotreba zamke omogućava podešavanje antenskih žica time. što se celokupna stvarna dužina akordiranja svake žice je-d niče »V« ili zračeće jedinice pravi jednakom sa neparnim brojem četvrt-talasnih dužina. Stvarna (efektivna) dužina zračenja je dužina žice, koja se nalazi samo u »V«, pošto zamka ne zrači i može se načiniti svake proizvoljne dužine. Kad se akordiranje »V« pravilno izvede pomoću zamke oblika U, onda sis em prestavlja čisto otporno opterećenje za trans-misionu liniju. Ako se sa linije, na kracima U na podesnom odstojanju od trake za kratku vezu, odvodi energija, onda se efektivni otpor antenskog sistema može načiniti jednakim sa impedansom linije, što je potreban uslc v za maksimalni prenosni stepen dejstva. Ovde napominjemo, da se energija radi-atorima (žicama) A, B uvek treba dovodib vanfazno, jer biva inače na udaljenom mestu P duž ose x—x potiranje zračenja, i napominjemo, da tako opisana jedinica nije samo korisna za zračenja već se može upotrebiti podjednako i za prijemi. Anten-sk' sistem po ovom pronalasku je podjednako podesan za svaku vrstu zračenja, bilo da se skuplja energija zračenja bilo da se ista otpravlja. Osim toga napominjemo, da žice svake jedinice mogu biti proizvoljno duge, ako se vodi računa da se stave pod pravdnim uglom, koji odgovara njihovoj dužini. Radi najboljeg akordiranja celokupna dužina obeju žica i zamke oblika U, koja čini kraj žica, treba da je ceo broj polu-talasnih dužina, ali deo koji obrazuje ele-menat zračenja, može biti proizvoljne dužine. Zakon, koji daje pravilan ugao za dužine između neparnog i parnog broja po-lutalasnih dužina, inje ovde dat zbog svoje komplikovanosti ali empiriski obrazac i kr.-va iz si. 12 tačna je za sve praktične svrbe, gde dužina posmatrane žice ne odgovara celom broju polutalasn.h dužina. Da bi se sprečilo neželjeno više-ugaono zračenje i da bi se željeni snop skoncentn-sao u vertikalnoj ravni, upotrebljuje se šema po si. 4. Ovde su pan vi žica A, B i A' B’ stavljeni u paralelne horizontalne ravni i držane od katarki (stubova) 20 od kojih su podesnim izolatorima 22 izolovane. Oba para žica kc fazno se napajaju sa transmi-sicne linije 24 preko provodnika 26, pri čem se žice svakog para napajaju suprot-nim fazama. Da bi se povećala koncentracija zračene energije u vertikalnoj ravni par A, B i A’ B’ postavljaju se razmaknute u horizontalnim ravn.ms i to bar za odstojanje od jedne polutalasne dužine. Donji par mora biti bar za jednu polutalasnu dužinu iznad zemlje. Dvo-smerno rasprostiranje ide duž ese x—x ali u mnogo koncen-trisanijem obliku nego sa jednom jedinicom. Vertikalno razmicanje jedinica jedne z-nad druge ne me ra biti ceo broj polutalas-nih dužina. Uz to napominjemo, Ga je za žice, duge nekoliko talasnih dužina, vertikalno zračenje ili nula ili stvarno vrlo malo. Nula je za žice čije su dužine jednake parnom broju polutalasnih dužina i malo za žice koje su duge neparan broj talasnih dužina. Za ž:ce, čija se dužina približuj-1 veličini od 6 do 10 talasnih dužina bolja je razmaknutost, koja je veća od jedne polutalasne dužine. U praksi gde je visina antene ograničena usled ekonomskih razloga i gde se želi, da se apsorbcija zemlje što više smanji, dobro je rešenje i otstojanje od jedne polutalasne dužine. Za prenos energije sa talasnom dužinom od 17 ili 18 metara može se dobiti dobra izvedljiva antena, gde su donje žice oko trš-četvrtine talasne dužine iznad zemlje, a otstojanje između žica je jedna P'lutalasna dužina. Katarke (stubovi) od oko 26 metara mogu se upotrebiti za nošenje žice. Da bi se dobila karakteristika jedno-smernog zračenja par jedinica, pokazan na pr. u sli. 2, može postaviti paralelno i razmaknuti duž ose x—x ili srednje presečne linije ugla, koga zaklapa svaki par žica u svakoj jedinici, i to za odstojanje ravno neparnom broju četvrt-talasnih dužina. Takav sistem kombinovan sa srestvima za koncentrisanje snopa u pravcu, koji pre-seca ravan žice svake jedinice pokazan je u si. 5, t. j. si. 5 pokazuje sistem kao u si. 4 koji je udvojen u pravcu ose x—x, usled čega se u horizontalnoj ravni dobija direk-cionalna karakteristika takva kakva je pokazana u si. 6 a u vertikalnoj ravni karakteristika podele snage, kakva je pokazana u si. 7. Sistem iz si. 5, koji se sastoji iz para žica A, B, sa kojima je paralelan istovetan par a, b, koji je u pravcu x—X razmaknut za neparan broj četvrt-talasnih dužina i kao što je pokazano za devet-četvrtina jedne talasne dužine iza vrha 28 žica A, B, nadra-žen je tako, da žice a, b imaju stojeće strujne talase za SO stepeni na-pred u fazi od faze Suprotnih talasa na žicama A, B. Prema tome, energija će biti odašiljana poglavito duž ose x—x ka divergentnim krajevima ž.ce. Da bi se koncentrisao snop tako zračene energije istovetni parovi ica postavljeni su ispod parova A, B i a, b u ravnima, koje su podesno razmaknute od prvo pomenutih parova žica, da bi se dobilo vertikalno kon-centrisanje. Donji parovi žica draže kofaz-no sa gornjim parovima preko provodnika 26, 26’, koje napaja transmisiona linija 24. Da bi se akordirale razne jedinice predviđene su zamke 30, .30’ oblika U, koje se kratko vezuju pomoću traka 32, 32’. Naravno draženjem žica a, b, koje zaostaje za 90° iza draženja žica A, B može se postići jedno-smerno odašiljanje u suprotnom pravcu ili prema konvergirajućim krajevima ili vrhovima jedinica. Ako se želi veća koncentracija energije žice, onda se više sistema pokazanih u si. 5 na pr. -— koji se sastoje iz stvarne zra-čeće jedinice A, B i odbijajući jedinice a, b, — mogu staviti prema strani odašiljanja i dražiti istofazno. Na taj način, u si. 8 svaka od zračečih jedinica A, B, pokazana u horizontalnoj ravni, ima odbojnu jedinicu a, b, Preko granastih transmisionih linija, kakve su šematički pokazane kod T, svaki sistem se napaja istofazno, usled čega se vrlo koncentrisani snop energije, u ravni jedinica, otpravlja u pravcu od odbojnih jedinica ka zračečim jedinicama ili obrnuto, što zavisi od faze talasa u jedinicama. Jedinice se mogu rasporediti redom ili koaksialno kao što je pokazano u si. 9, gde je svaka jedinica U razmaknuta u pravcu željenog otpravljanja. Ako je fazna razlika između svake jedinice ravna s Zti -- gde je s razmaknutost svake jedi- A niče mereno duž ose, onda se koncentn-sano jedno-smerno otpravljanje može postići u jednom ili drugom pravcu duž x—x ose, što zavisi od toga da li su ili ne talasi na sledečim jedinicama u zakašnjenju ih idu napred jedan ispred drugog usled fazne razlike dobivene na osnovu gornjeg izraza. Druge kombinacije lako će biti ostvarene od strane stručnjaka, na pr. jedinice U mogu se postaviti u rombičnom obliku kao na pr. u si. 10 ili se mogu staviti jedna iznad druge kao u si. 10:a, pri čem žice svake jedinice poprečno idu preko druge jedinice. Da bi se dobilo veće koncentrisanje zra-čenog snopa energije u pravcu koji preseca ravan svake jedinice, sistemi se mogu proširiti na način pokazan u si. 11. Ovde je sistem iz si. 5 udvostručen u vertikalnom pravcu. Čime se postiže povećana koncentracija u tom pravcu. Energija se dovodi sistemu preko naprave 40 i onda kofazno ka odbojnim jedinicama preko podesne veze 42. Energija se na isti način dovodi zračečim jedinicama preko podesne veze 44. Podesnim akordiranjem i podesnim razmi-canjem zračečih parova žica i odbijajućih parova žica, može se postići jednosmerno otpravljanje u jednom ili drugom pravcu duž presečne linije ugla, koga zaklapaju žice svakog para. Razmicanje antene i žica sistema po si. 11, gde su žice duge 6 do 12 talasnih dužina, obično je devet četvrti talasne dužine. Za žice duže od 10 talasnih dužina, bolje je da se predvidi veća razmaknutost između antene i žica na pr. dve i tri četvrtine ili tri i iedna četvrtina talasnih dužina. Za žice duge od tri ili četiri talasnih dužina raz-maknutcst žica cd antena treba da je jedna i jedna četvrt talasne dužine ili manje od toga. U opšte, za najveću koncentraciju, treba da se odstojanje između žica i antene poveća. U svakom sistemu, naravno za prijem treba transmisionu liniju prosto vezati za podesni prijemnik i da se antena upravi prema otpravnoj stanici. Žice, ako i obično postavljene u horizontalnim ravnima, mogu se staviti pod svaki željeni ugao a da se ipak ne izađe iz okvira pronalaska, j za vreme otpravljanja često je korisno ravni žica skrenuti sa zemlje i upraviti u smeru, u kome treba otpravljati snop e-nerg'je. Patentni zahtevi: ]. Direkcionalna antena (antena za pravac) ra radio prijem i otpravljanje, nazna- cena time, što se ona sastoji iz para provodnika, koji međusobno zaklapaju ugao i od kojih je svaki dug nekoliko poluta-lasnih dužina, a koji imaju stojeće talase, usled čega se glavno zračenje vrši duž srednje presečne linije ugla između provodnika. 2. Direkcionalna antena po zahtevu 1, naznačena time, što su krajevi provodnika otvoreni i imaju stojeće talase suprotnog trenutnog polariteta. 3. Antenski sistem po zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što se sastoji iz većeg broja antena, koje su raspoređene paralelno jedna drugoj i koje su razmaknute duž srednje presečne linije ugla, koji zaklapaju provodnici svake antene, za neparan broj četvrt — talasnih dužina. 4. Antenski sistem po zahtevima 1—3, naznačen time, što su antene raspoređene tako, da provodnici antene leže u paralelnim ravnima. 5. Antenski sistem po zahtevu 1—4, naznačen time, što su antene raspoređene jedna pored druge. 6. Antenski sistem po zahtevima 1—5, naznačen time, što su provodnici svakog para provodnika raspoređeni pod uglom koji je jednak dvaputa 5,09 0.513 stepeni. 7. Antenski sistem po zahtevu 1—5, naznačen time, što su provodnici svakog para, dugi neparan broj polutalasnih dužina, raspoređeni pod uglom koji je jednak dva- puta uglu za koga je izraz cos(n ^ cos @) sin © maksimum. 8 Antenski sistem po zahtevu 1—5, naznačen time, što su provodnici svakog para, dugi paran broj polutalasnih dužina, raspoređeni pod uglom koji je jednak dva- put uglu za koji je izraz sin(n cos ©) sin © maksimum. /4. fO 7 2 c 'iT' , ; ■ . . ■ i ■ " ■" . '» ' . ... % Vi . ' ■ . \ I///> I - V . rt ’ >• . . ' v/ ■f- ' ' . i , '