Kurzwellen-Antennenanlage in einem Fahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kurzwellen-Antennenanlage in einem Fahr zeug, z. B. in einem Flugzeug, mit einem an der Oberfläche des Fahrzeuges liegenden Me tallblech. Die erfindungsgemässe Antennen anlage ist dadurch gekennzeichnet, dass das Blech wenigstens zwei parallele Schlitze auf weist, wobei wenigstens ein unter dem Blech angeordneter Hohlraumresonator durch diese Schlitze mit dem Aussenraum verbunden ist.
Die erfindungsgemässe Antennenanlage kann leicht so ausgeführt werden, dass sie nur einen minimalen Einfluss auf die aerodyua- mischen Verhältnisse des Fahrzeuges ausübt, und kann eventuell ganz unter dessen Ober fläche verborgen werden.
Die Schlitze können vorteilhaft durch Isoliermaterial geschlossen sein, so dass der Fahrzeugkörper nach Installation der An tennenanlage so glatt wie vorher ist.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfin dungsgegenstandes veranschaulicht.
Fig.l ist ein Längs-Querschnitt einer Antennenanlage nach der ersten Ausfüh rungsform.
Fig. 2 ist ein Strahlungsdiagramm dieser Antennenanlage.
Fig. 3 zeigt im Atüriss eine zweite Aus- fübrungsform der Antennenanlage.
Fig.4 ist ein Querschnitt durch diese Antennenanlage nach der Linie 4-4. Fig.5 zeigt Strahlungsdiagramme der Antennenanlage gemäss Fig. 3 und 4.
Fig. 6 zeigt im Aufriss eine dritte Ausfüh rungsform der Antennenanlage.
Fig. 7 ist ein Querschnitt nach der Linie 7-7 in Fig. 6.
Fig.8 ist ein Strahlungsdiagramm der Antennenanlage nach Fig. 6 und 7.
Fig. 9 ist ein Längs-Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform der Antennenanlage. Fig. 10 ist ein Querschnitt nach der Linie 10-10 in Fig. 9.
<B>Mg.</B> 11 und 12 sind Längsschnitte durch eine fünfte und eine sechste Ausführungs form der Antennenanlage, und Fig. 13 zeigt Strahlungsdiagramme de in Fig. 11 und 12 gezeigten Anlagen.
Die Antennenanlage nach Fig. 1 befindet sich z. B. in einem Flugzeug. Die aus Metall blech bestehende Seitenwand 45 des Flug zeuges weist ein Paar Schlitze 46 auf, von welchen jeder eine Länge von etwa einer Wellenlänge il bei der vorgesehenen sehr hohen Betriebsfrequenz hat und die in einem Abstand von einer halben Wellenlänge von einander angeordnet sind. Diese Schlitze sind vorzugsweise vertikal angeordnet,
so dass eine horizontale polarisierte Welle ausgestrahlt wird. Den hinternTeil des geschlitztenTeils des Flugzeugkörpers abdeckend, ist eine flache, quadarförmige Wanne 48 angeordnet, die einen Hohlraumresonator darstellt. Die Tiefe dieser Wanne ist nicht von grosser Bedeutung; eine Abmessung von etwa einer Achtels wellenlänge genügt vollauf. Die Seitenwände 49 der Wanne 48 sind vorzugsweise unmittel bar neben den Kanten der Schlitze 46 gelegen.
Mit der freien Kante einer der Schlitze 46 ist der Mittelleiter einer konzentrischen Über tragungsleitung<I>TL',</I> welche von einer-Hoch- frequenz-Energiequelle erregt wird, verbun den. Wegen des Abstandes 2./2 zwischen den Schlitzen wird die augenblickliche Spannung zwischen den Schlitzrändern bei beiden Schlitzantennen gleichgerichtet, bei der in direkt erregten aber etwas kleiner sein als bei der direkt erregten. Das von der Antennen anlage nach Fig.1 erhaltene, horizontale Strahlungsdiagramm ist in Fig. 2 gezeigt.
Es kann festgestellt werden, dass eine hohe Rieht wirkung mit einer gleichzeitigen, vollständi gen Abwesenheit von Nebenblättern erzielt wird. Die Richtung der maximalen Wieder gabe ist jedoch nicht genau vertikal zur Ebene der Wand 45, sondern sie ist etwa 10 Grad gegen den Schlitz, welcher direkt erregt wird, geneigt. Diese Neigung kann vermieden werden, indem beide Schlitzan tennen direkt erregt werden, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, wobei Fig. 4 einen Quer schnitt nach der Linie 4-4 in Fig. 3 darstellt.
Die beiden symmetrischen Leiter der Zwei draht-Übertragungsleitung<I>TL</I> sind mit den einander zugekehrten Rändern der Schlitze 46 verbunden. Mit dieser Ausnahme ist die Anordnung nach Fig. 3 und 4 gleich derjeni gen nach Fig. 1. Bei der Antennenanlage nach Fig. 3 und 4 liegt das Maximum des horizon talen Stxahlungsdiagrammes in der Ebene parallel zur Längslinie der Schlitze 46, welche genau vertikal zur Ebene der Seitenwand 45 ist, wie dies mit der Kurve 50 in Fig. 5 ge zeigt ist. Die Richtwirkung in der Vertikal ebene ist durch die Kurve 51 veranschaulicht.
Es ist zu beachten, dass keines der beiden Diagramme Nebenblätter aufweist. Die klei nen Unsymmetrien der Kurven 50 und 51 längen von nicht dargestellten Flugzeugtei len ab, während die Antennenanlage selbst durchaus symmetrisch ist. Unter gewissen Umständen kann es emp fehlenswert sein, die vertikale Richtfähig- keit der Antenne durch vertikales Aneinan- derreihen einer Mehrzahl von Ausstrahlern zu steigern.
Wenn zwei Paar Schlitzantennen der in Fig. 1 gezeigten Art oder eventuell mehr als zwei Paare solcher Schlitzantennen vertikal übereinander angeordnet werden, kann die Höhe des Gebildes zu gross werden. Zudem tragen die äussersten Enden des Schlitzes 46 sehr wenig zur Wirkungsfähig keit der Antenne bei, weil die Spannung zwi schen den Schlitzrändern in der Mitte des Schlitzes ein Maximum hat und gegen jedes Schlitzende abnimmt.
Die Wirksamkeit der Anordnung kann gesteigert werden, wenn die Enden der A, langen Schlitze eines An tennenpaares, wie in Fig. 6 bei 56 gezeigt ist, einwärtsgebogen werden, so dass die Enden der zwei Schlitze einander zugekehrt sind. Es ist klar, dass, wenn zwei Antennenreihen der in Fig. 6 gezeigten Art übereinander ange ordnet werden, die besonders wirksamen Schlitzmitten der beiden Reihen näher bei einander liegen können, als wenn zwei An tennenpaare nach Fig. 3 übereinander ange ordnet werden.
Während die Länge der einwärtsgebogenen Enden einer Schlitz antenne deren Ausstrahlung nur sehr wenig beeinflusst, wurde festgestellt, dass die Impe danz dieser Schlitzantenne etwas verändert werden kann durch eine Veränderung der Länge der einwärtsgebogenen Enden. Auf diese Weise kann experimentell eine einfache Anpassung der Impedanz der Antenne an diejenige der zugehörigen Übertragungslei tung erzielt werden.
Bei der Antennenanlage nach Fig. 6 und 7 weist das Metallblech 71 vier parallele Schlitze 52-55 auf. Durch diese vier Schlitze werden je vier 2/4-Hohlraumresonatoren, die durch die Bleche 45 und 71 sind, mit dem Aussen raum verbunden. Diese Resonatoren sind in Richtung quer zum Schlitz A,/4 lang. Zwei konzentrische Übertragungsleitungen TL,. und<I>TL,</I> sind mit ihren innern Leitern mit den Rändern der Plattenteile 30 an den , Schlitze. 53, 54 verbunden.. Die äussern Leiter der Übertragungsleitungen sind mit dem leitenden Blech 45 verbunden.
Halbwegs zwischen den Kanten der Schlitze 52 und 53 ist eine Scheidewand 60 vorgesehen, während eine zweite Scheidewand 61 halbwegs zwi schen den Schlitzen 54 und 55 angeordnet ist. Der elektrische Abstand von irgendeinem Schlitz zu einem benachbarten Schlitz ist im wesentlichen gleich der Hälfte einer Wellen länge. Beide Ränder des mittleren Platten teils 33 entlang den Schlitzen 53 und 54 sind mittels der Wände 62 und 63 mit dem leiten den Blech 45 verbunden.
Wenn die Innenleiter der beiden Über- tragungsleitungen TL, und TL, symmetrisch zur Masse erregt werden, wird die augen blickliche Spannung zwischen den Schlitz rändern bei allen Schlitzen gleichgerichtet.
Fig. 8 veranschaulicht die Wirkung einer Veränderung in der Grösse des Abstandes der Schlitze 53 und 54 in der Antennenanlage nach Fig. 6 und 7 auf deren horizontales Strah lungsdiagramm. Es ist speziell zu beachten, dass in dieser Figur der Nullpunkt der Skala nicht in der Mitte des Diagrammes ist, son dern um einen bedeutenden Betrag auf den Umfang eines Kreises nach auswärts ver schoben worden ist, um die äusserst kleinen Nebenblätter deutlicher zu zeigen.
Kurve 57 zeigt, dass geringfügige Neben blätter im Strahlungsdiagramm vorhanden sind, wenn der Abstand zwischen den mitt leren Schlitzen 53, 54 etwas grösser ist als eine halbe Wellenlänge. Kurve 58 zeigt, dass diese Nebenblätter verringert werden, wenn ein Abstand von einer halben Wellenlänge zwischen jedem der Schlitze 52, 53, 54, 55 vorgesehen ist, während Kurve 59 zeigt, dass die Nebenblätter beinahe ganz zum Ver schwinden gebracht werden, wenn der Ab stand zwischen den Schlitzen 53, 54 etwas kleiner als eine halbe Wellenlänge gemacht wird.
Bei der Antennenanlage nach Fig. 9, die im übrigen derjenigen nach Fig. 6 und 7 ent spricht, sind die konzentrischen Leitungs teile 65 und 66 so angeordnet, dass sie den äussern Rand des Schlitzes 52 mit dem innern Rand des Schlitzes 53 und den äussern Rand von Schlitz 55 mit dem innern Rand von Schlitz 54 verbinden.
Auf diese Weise sind die Phasen der Potentiale an diesen Rändern genauer festgelegt. Eine Öffnung 72 (Fig. 10) ist in jeder der Scheidewände 60 und 61 für den Durchtritt der Übertragungsleitungen 65, 66 vorgesehen. In der in Fig. 9 gezeigten Ausführungs form sind die Übertragungsleitungen TL,, und TL, mittels einer Symmetrierungsvor- richtung 70 an sich bekannter Art mit der Hauptübertragungsleitung <I>TL</I> verbunden.
Während nach Fig. 1 die Antennenanlage bündig ist mit der einen Teil der Verschalung des Flugzeuges bildenden Wand 45, springt sie nach Fig. 7 und 9 etwas über die Wand 45 vor. Diese zweite Anordnung wird bei be stehenden Flugzeugen angewandt, indem das geschlitzte Antennenblech 71 auf der Ver schalungswand 45 montiert wird.
Um den Luftwiderstand zu verringern, werden die Ränder des geschlitzten Bleches 71 wie dargestellt aerodynamisch günstig an die Wand 45 angeschlossen.
Bei gewissen in Flugzeugen verwendeten Radio-Peilgeräten ist es bekanntlich erfor derlich, abwechselnd ein Paar Strahlungs diagramme zu erhalten, welche symmetrisch zur Fluglinie des Flugzeuges gelegen sind, und welche sich auf dieser Axe überschneiden. Dies kann mittels separater Antennen er reicht werden, oder mittels einer einzigen Antennengruppe, welcbe abwechselnd auf zwei verschiedenen Arten erregt wird. Zu die sem Zwecke kommt z. B. eine Antennen anlage nach Fig. 11 in Frage.
Die gewölbte Fläche 93 kann als die Nase des Rumpfes eines zwei- oder viermotorigen Flugzeuges angesehen. werden. Sie wird hier im horizon talen Querschnitt gezeigt. Symmetrisch zur Mittelaxe sind vertikal angeordnete Schlitze 94, 95, 96 und 97 in einem Abstand von einer halben Wellenlänge auseinander ange ordnet. Hinter diesen Schlitzen befinden sich Hohlraumresonatoren 104, 105, 106 und 107, welche jede eine Tiefe von einer Viertels wellenlänge haben.
Wenn die Schlitzantennen 94-97 durch die Übertragungsleitung TL4 unsymmetrisch erregt werden, wird ein Strahlungsdiagramm erhalten, welchen sein Maximum zur Rechten der Symmetrieaxe der Figur hat. Die Erre- gung der Antenne durch die Übertragungs leitung TL, ergibt dagegen ein Strahlungs- diagramm, welches das.
Spiegelbild des- ersten ist und sein Maximum zur Linken der Sym- metrieaxe hat. Ein Peilempfänger, welcher abwechslungsweise mit den Übertragungs leitungen TL4 und TLs verbunden ist, kann somit in bekannter Weise verwendet werden, um das Flugzeug auf einen Peilsender auszu richten. Falls gewünscht, kann das Strah lungsdiagramm der Antenne etwas zu gespitzt werden, indem Dipole 120, welche symmetrisch zur Symmetrieaxe der Anten nenanlage angeordnet sind, vorgesehen wer den.
Sie können entweder, wie in Fig. 11 gezeigt, eng nebeneinander oder in einem grösseren Abstand voneinander angeordnet werden und, wie in Fig. 12 gezeigt durch die Mittellinie der Schlitze 95, 96 halbiert wer den.
Die Kurve 110 von Fig.13 veranschau licht das Strahlungsdiagramm der in Fig. 11 gezeigten Antennenanlage, wenn sie von der Übertragungsleitung TL4 erregt wird, wäh rend Kurve 115 das auf gleiche Weise erregte Strahlungsdiagramm der Antennenanlage nach Fig. 12 zeigt, die im übrigen derjenigen nach Fig. 11 entspricht.
Die Dipole haben vorzugsweise einen Ab stand von mindestens angenähert 2/8 von dem gekrümmten Verschalungsblech..
Alle beschriebenen Antennenanlagen kön nen selbstverständlich sowohl für Sende zwecke als auch für Empfangszwecke einge richtet sein.
Shortwave antenna system in a vehicle. The present invention relates to a shortwave antenna system in a vehicle, z. B. in an airplane, with a lying on the surface of the vehicle Me tallblech. The antenna system according to the invention is characterized in that the sheet has at least two parallel slots, at least one cavity resonator arranged under the sheet being connected to the outside space through these slots.
The antenna system according to the invention can easily be designed in such a way that it only has a minimal influence on the aerodynamic conditions of the vehicle, and can possibly be completely hidden under its surface.
The slots can advantageously be closed by insulating material, so that the vehicle body is as smooth as before after the installation of the antenna system.
In the accompanying drawings, several embodiments of the subject invention are illustrated.
Fig.l is a longitudinal cross-section of an antenna system according to the first Ausfüh approximately.
Fig. 2 is a radiation diagram of this antenna system.
3 shows a second embodiment of the antenna system in outline.
Figure 4 is a cross-section through this antenna system along the line 4-4. FIG. 5 shows radiation diagrams of the antenna system according to FIGS. 3 and 4.
Fig. 6 shows a third embodiment of the antenna system in elevation.
FIG. 7 is a cross section taken along line 7-7 in FIG. 6.
8 is a radiation diagram of the antenna system according to FIGS. 6 and 7.
9 is a longitudinal cross section through a fourth embodiment of the antenna system. FIG. 10 is a cross section taken along line 10-10 in FIG. 9.
11 and 12 are longitudinal sections through a fifth and a sixth embodiment of the antenna system, and FIG. 13 shows radiation diagrams of the systems shown in FIGS. 11 and 12.
The antenna system according to Fig. 1 is z. B. in an airplane. The sheet metal side wall 45 of the aircraft has a pair of slots 46, each of which has a length of about a wavelength il at the intended very high operating frequency and which are arranged at a distance of half a wavelength from each other. These slots are preferably arranged vertically,
so that a horizontal polarized wave is radiated. Covering the rear of the slotted portion of the aircraft body, there is a flat, square-shaped trough 48 which is a cavity resonator. The depth of this basin is not of great importance; a dimension of about an eighth of a wavelength is completely sufficient. The side walls 49 of the trough 48 are preferably located immediately next to the edges of the slots 46.
The center conductor of a concentric transmission line <I> TL ', </I> which is excited by a high-frequency energy source, is connected to the free edge of one of the slots 46. Because of the distance 2./2 between the slots, the instantaneous voltage between the slot edges is rectified in both slot antennas, but in the directly excited antenna it is slightly smaller than in the directly excited antenna. The horizontal radiation diagram obtained from the antenna system according to FIG. 1 is shown in FIG.
It can be stated that a high straightening effect is achieved with a simultaneous, complete absence of stipules. However, the direction of maximum playback is not exactly vertical to the plane of the wall 45, but it is inclined about 10 degrees from the slot, which is directly excited. This tendency can be avoided by energizing both Schlitzan antennas directly, as shown in FIGS. 3 and 4, FIG. 4 being a cross section along the line 4-4 in FIG.
The two symmetrical conductors of the two-wire transmission line <I> TL </I> are connected to the mutually facing edges of the slots 46. With this exception, the arrangement of Fig. 3 and 4 is the same derjeni conditions according to Fig. 1. In the antenna system according to Fig. 3 and 4, the maximum of the horizon tal Stxahlungs diagrames is in the plane parallel to the longitudinal line of the slots 46, which is exactly vertical to The level of the side wall 45 is as shown by the curve 50 in FIG. 5. The directional effect in the vertical plane is illustrated by curve 51.
It should be noted that neither of the two diagrams has stipules. The small asymmetries of the curves 50 and 51 length from aircraft parts, not shown, while the antenna system itself is quite symmetrical. Under certain circumstances it can be advisable to increase the vertical directivity of the antenna by vertically lining up a plurality of emitters.
If two pairs of slot antennas of the type shown in FIG. 1 or possibly more than two pairs of such slot antennas are arranged vertically one above the other, the height of the structure can become too great. In addition, the outermost ends of the slot 46 contribute very little to the efficiency of the antenna because the voltage between the slot edges has a maximum in the middle of the slot and decreases towards each slot end.
The effectiveness of the arrangement can be increased if the ends of the A, long slots of a pair of antennas, as shown in Fig. 6 at 56, are bent inward so that the ends of the two slots face one another. It is clear that when two rows of antennas of the type shown in Fig. 6 are arranged one above the other, the particularly effective slot centers of the two rows can be closer to each other than when two antenna pairs according to FIG. 3 are arranged one above the other.
While the length of the inwardly bent ends of a slot antenna has very little effect on its radiation, it has been found that the impedance of this slot antenna can be changed somewhat by changing the length of the inwardly bent ends. In this way, a simple adaptation of the impedance of the antenna to that of the associated transmission line can be achieved experimentally.
In the antenna system according to FIGS. 6 and 7, the sheet metal 71 has four parallel slots 52-55. Through these four slots, four 2/4 cavity resonators, which are through the sheets 45 and 71, are connected to the outside space. These resonators are long in the direction across the slot A, / 4. Two concentric transmission lines TL ,. and <I> TL, </I> have their inner conductors with the edges of the plate parts 30 on the slots. 53, 54 connected. The outer conductors of the transmission lines are connected to the conductive sheet 45.
Halfway between the edges of the slots 52 and 53, a partition 60 is provided, while a second partition 61 is halfway between the slots 54 and 55 is arranged. The electrical distance from any slot to an adjacent slot is substantially equal to half a wave length. Both edges of the middle plate part 33 along the slots 53 and 54 are connected by means of the walls 62 and 63 with the guide the sheet 45.
If the inner conductors of the two transmission lines TL, and TL, are excited symmetrically to ground, the instantaneous voltage between the slot edges is rectified for all slots.
Fig. 8 illustrates the effect of a change in the size of the distance between the slots 53 and 54 in the antenna system according to FIGS. 6 and 7 on the horizontal radiation diagram. It should be noted that in this figure the zero point of the scale is not in the middle of the diagram, but has been shifted outwards by a significant amount to the circumference of a circle in order to show the extremely small stipules more clearly.
Curve 57 shows that minor secondary leaves are present in the radiation diagram when the distance between the middle slits 53, 54 is slightly greater than half a wavelength. Curve 58 shows that these stipules are reduced when there is a half-wavelength spacing between each of the slits 52, 53, 54, 55, while curve 59 shows that the stipules are almost completely eliminated when the ab stood between the slots 53, 54 is made slightly smaller than half a wavelength.
In the antenna system according to FIG. 9, which speaks ent in the rest of those according to FIGS. 6 and 7, the concentric line parts 65 and 66 are arranged so that they connect the outer edge of the slot 52 with the inner edge of the slot 53 and the outer Connect the edge of slot 55 to the inner edge of slot 54.
In this way the phases of the potentials at these edges are more precisely defined. An opening 72 (Fig. 10) is provided in each of the partitions 60 and 61 for the transmission lines 65,66 to pass through. In the embodiment shown in FIG. 9, the transmission lines TL 1 and TL are connected to the main transmission line TL by means of a balancing device 70 of a known type.
While according to FIG. 1 the antenna system is flush with the wall 45 forming part of the casing of the aircraft, according to FIGS. 7 and 9 it protrudes slightly over the wall 45. This second arrangement is used in standing aircraft by the slotted antenna plate 71 is mounted on the shuttering wall 45 Ver.
In order to reduce the air resistance, the edges of the slotted plate 71 are connected to the wall 45 in an aerodynamically favorable manner, as shown.
In certain radio direction finding devices used in aircraft, it is known that it is necessary to alternately obtain a pair of radiation diagrams which are symmetrical to the flight path of the aircraft and which intersect on this axis. This can be achieved by means of separate antennas, or by means of a single antenna group, which is alternately excited in two different ways. For this purpose comes z. B. an antenna system according to Fig. 11 in question.
The curved surface 93 can be viewed as the nose of the fuselage of a two- or four-engine aircraft. will. It is shown here in a horizontal cross-section. Vertically arranged slots 94, 95, 96 and 97 are arranged symmetrically to the central axis at a distance of half a wavelength apart. Behind these slots are cavity resonators 104, 105, 106 and 107, each of which is a quarter of a wavelength deep.
If the slot antennas 94-97 are excited asymmetrically by the transmission line TL4, a radiation pattern is obtained which has its maximum to the right of the axis of symmetry of the figure. The excitation of the antenna through the transmission line TL, on the other hand, results in a radiation diagram that shows the.
Is the mirror image of the first and has its maximum to the left of the symmetry axis. A direction finder, which is alternately connected to the transmission lines TL4 and TLs, can thus be used in a known manner to direct trainees to a direction finder transmitter. If desired, the radiation diagram of the antenna can be sharpened somewhat by providing dipoles 120 which are arranged symmetrically to the axis of symmetry of the antenna system.
They can either, as shown in Fig. 11, be arranged close to one another or at a greater distance from one another and, as shown in Fig. 12, halved by the center line of the slots 95, 96 who the.
Curve 110 of FIG. 13 illustrates the radiation pattern of the antenna system shown in FIG. 11 when it is excited by the transmission line TL4, while curve 115 shows the radiation pattern of the antenna system of FIG. 12 excited in the same way as the rest of those according to Fig. 11 corresponds.
The dipoles preferably have a stand of at least approximately 2/8 of the curved cladding sheet.
All antenna systems described can of course be set up for both transmission and reception purposes.