DE10012789C1 - Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einer einfach-konischen oder bi-konischen Antenne, mit ein oder zwei Kegelstümpfen (1; 5), und zumindest einer Erregerbaugruppe (3) an der zur Grundfläche parallelen Ebene eines Kegelstumpfes (1; 5), dadurch gekennzeichnet, die Erregerbaugruppe (3) durch eine obere und eine untere Platte (2, 4) gebildet wird, die Platten (2, 4) durch einen zentrischen Reflektor (8) beabstandet sind, eine Anzahl von Erregerelementen (6; 7) im Abstand um den zentrischen Reflektor (8) auf einer der Platten (2; 4) angeordnet sind, und alle Einzelteile (1, 2, 3, 4, 5, 11) aus elektrisch leitfähigem Material bestehen und elektrisch leitfähig verbunden sind, wobei das (die) Erregerelemente(e) (6; 7) zur Platte (2; 4) elektrisch isoliert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 196 36 084 A1 ist eine phasengesteuerte Antenne bekannt, bestehend aus einer vorgebbaren Anzahl von zeilen- und/oder matrixförmig angeordneten Sende-/Empfangsstrahlerelementen, an die zugehörige Sende-/Empfangsmodule angeschlossen sind. Die Sende-Empfangsstrahlerelemente bestehen zeilenweise aus einem metallischen Hohlleiter mit einem rechteckförmigen Querschnitt. Das Problem bei derartigen Antennen besteht darin, daß zur Ansteuerung der einzelnen Sende-Empfangsstrahlerelemente, zur Erzeugung einer Neigung der Keule, eine umfangreiche Steuerelektronik notwendig ist. Ein Schwenken der Keule um die Azimutachse ist bei derartigen Antennen nur mechanisch möglich.

Abhilfe für das Schwenken der Keule um die Azimutachse schafft die sogenannte bikonische Antenne, die als solche seit langem aus Kühn, R.: Mikrowellenantennen, Verlag Technik Berlin, 1964 bekannt ist. Dieses trifft auch auf die unterschiedlichen Arten der Speisung zu. Beispiele für die Speisung sind z. B. die koaxiale Speisung, bei der der Außenleiter des speisenden Koaxialkabels mit dem unteren Kegel und der Innenleiter mit dem oberen Kegel verbunden ist oder die Speisung im Hohleitermode TE01 (vertikale Polarisation der abgestrahlten Welle), angeregt durch einen Koppelstift.

Bei dieser Art der Speisung kann durch die Verwendung einer Koppelschleife auch der TM01- Mode (horizontale Polarisation der abgestrahlten Welle) angeregt werden.

Alle bisherigen Ausführungen der bikonischen Antenne weisen in der horizontalen Ebene ein omnidirektionales Richtdiagramm auf und bündeln stark in der vertikalen Ebene.

In vertikaler Richtung ist durch die Veränderung der Kegelgeometrie eine mechanische Einstellung des Tilts (Richtung des Strahlungsmaximums in vertikaler Richtung) möglich.

Aus der DE 196 52 595 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur richtungsselektiven Abstrahlung elektromagnetischer Wellen bekannt. Als Antenne dient eine einfach-konische oder bi-konische Antenne. Die bi-konische Antenne wird durch zwei Kegel gebildet, die mit ihren Spitzen einander zugewandt sind. Die Spitze des oberen Kegels ist zu einem Innenleiter und die verbreiterte Spitze des unteren Kegels zu einem Außenleiter eines gemeinsamen koaxialen Wellenleiters ausgeformt. Zur Einkopplung elektromagnetischer Felder in den koaxialen Wellenleiter sind an dessen Außenleiter radialaußenseitig Anschlußbuchsen verteilt, mittels derer auf einer Leiterplatte angeordnete Kopplungselemente kontaktiert sind und eine elektromagnetische Welle im koaxialen Wellenleiter induziert wird. Verschiedene Schwingungszustände im koaxialen Wellenleiter führen zu entsprechenden Schwingungsmoden in der elektrisch mit dieser verbundenen bi-konischen Antenne.

Nachteilig ist, dass verschiedene Schwingungsmoden nur in der Koaxialleitung erzeugt werden können. Die Anordnung ist mechanisch nicht sonderlich stabil.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der zur Schwenkung des Strahlungsdiagramms nur wenig elektronische Mittel eingesetzt werden müssen, die in einfacher Weise ansteuerbar sind. Die Vorrichtung soll in ihrer Ausführung sehr stabil sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß die Erregerbaugruppe durch eine obere und eine untere Platte gebildet wird, die Platten durch einen zentrischen Reflektor beabstandet sind, eine Anzahl von Erregerelementen im Abstand um den zentrischen Reflektor auf einer der Platten angeordnet sind, und alle Einzelteile aus elektrisch leitfähigem Material bestehen und elektrisch leitfähig verbunden sind, wobei das (die) Erregerelement(e) zur Platte elektrisch isoliert ist (sind).

Die Vorrichtung läßt sich mit einer einfach-konischen oder mit einer bi-konische Antenne realisieren. Bei einer Ausführung mit einer bi-konischen Antenne sind die parallelen Ebenen der beiden Kegelstümpfe durch zumindest eine Erregerbaugruppe beabstandet.

Die Erregerelemente um den zentrischen Reflektor können aus Koppelstiften oder Koppelschleifen gebildet werden. Koppelstifte und Koppelschleifen können auch gemeinsam vorgesehen werden. Außerdem können als Erregerelemente Hohlleiter eingesetzt werden, die zwischen den Platten in Abstand um den Reflektor enden.

Zur einer Ansteuerbaupruppe sind die Erregerelemente einzeln oder in Gruppen ansteuerbar verbunden.

Weiterhin läßt sich die Vorrichtung bezüglich der Ausbildung der Kegelstümpfe, also der Horngeometrie, variieren. Das kann bezüglich des Öffnungswinkels, einer Profilierung oder durch Betreiben der Kegelstümpfe als dielektrisch belastetes Horn erfolgen.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß bei minimalen Aufwandes die Richtcharakteristik der Antenne elektronisch (trägheitslos) 360° in der horizontalen Ebene schwenkbar ist, wobei die elektronische Strahlschwenkung ohne Phasenschieber realisiert werden kann. Die Antenne ist multibeamfähig; beide Polarisationsebenen sind voneinander entkoppelbar und unabhängig verwendbar (auch bei verschiedenen Strahlen).

Durch einen Phasenunterschied von 90° in der Anregung zwischen beiden Polarisationsebenen ist darüber hinaus auch die Erzeugung von zirkularer Polarisation möglich.

In der vertikalen Ebene weist die Antenne eine große Direktivität (kleiner Öffnungswinkel) bei gut unterdrückten Nebenkeulen auf. Es besteht die Möglichkeit (mit größerem Aufwand) auch einen elektronisch einstellbaren Tilt zu realisieren. Desweiteren ist die Antenne reziprok, d. h. für Sende- und Empfangsfall gleichermaßen geeignet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematisch dargestellte Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit bi-konischer Antenne in Explosivdarstellung

Fig. 2 eine erste Ausführung des Erregerteils

Fig. 3 eine zweite Ausführung des Erregerteils

Fig. 4 eine dritte Ausführung des Erregerteils

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit bi-konischer Antenne in Explosivdarstellung gezeigt. Die Vorrichtung besteht aus zwei Kegelstümpfen 1 und 5, die mit ihren beiden zu den Grundflächen parallelen Ebenen einander zugewandt sind. Zwischen diesen beiden Ebenen befindet sich eine Erregerbaugruppe 3, die mit den Kegelstümpfen 1, 5 durch Platten 2, 4 aus Blech elektrische leitend verbunden sind. Die Platten 2, 4 bilden mit der Erregerbaugruppe 3 eine Radial-Platten-Leitung.

In der Fig. 2 ist eine erste Variante für eine Erregerbaugruppe 3 ohne Darstellung der Kegelstümpfe gezeigt. Zwischen den beiden Platten befindet sich zentrisch ein zylindrischer Reflektor 8. Um den zylindrischen Reflektor 8 sind in gleichem Abstand eine Mehrzahl von Koppelstiften 7 regelmäßig angeordnet. Jeder der Koppelstifte 7 ist von einer Koppelschleife 6 umgeben.

In der Fig. 3 ist eine zweite Variante für eine Erregerbaugruppe 3 dargestellt. Die Ausführung entspricht der Darstellung in Fig. 2, wobei hier nur Koppelstifte 7 (ohne Koppelschleifen) vorgesehen sind.

In der Fig. 4 ist eine dritte Variante für eine Erregerbaugruppe 3 dargestellt. Die Ausführung entspricht der Darstellung in Fig. 2, wobei hier nur Koppelschleifen 6 (ohne Koppelstifte) vorgesehen sind.

Die Speisung der bikonischen Antenne erfolgt durch eine Erregerbaugruppe 3, gebildet aus Koppelstiften 7 und/oder -schleifen 6 (Primärstrahler), angebracht um einen zylindrischen Reflektor 8 (mittig zwischen beiden Kegelstümpfen 1 und 5). Von dieser Anregung ausgehend wird die bikonische Antenne durch eine (auch mehrere) Radial-Platten-Leitung (gebildet aus den Platten 2 und 4) gespeist. Die Formung des horizontalen Richtdiagramms erfolgt dadurch, dass immer die entsprechenden Koppelstifte/Koppelschleifen 7/6 durch einen Schalter mit dem Mikrowellensignal beaufschlagt werden, die gerade benötigt werden. Horizontale Direktivität und Nebenkeulen-Unterdrückung können durch die Ansteuerung der Koppelstifte/Koppelschleifen 7/6 in weiten Grenzen variiert werden.

Nach der Formung des horizontalen Richtdiagramms erfolgt nun die des vertikalen Richtdiagramms. Vertikale Direktivität, Nebenkeulen und Tilt werden maßgeblich durch die mechanische Ausführung der beiden Kegelstümpfe 1 und 5 bestimmt. Tilt und Nebenkeulen können auch elektronisch beeinflußt werden, wenn zur Speisung statt einer zwei (oder mehrere) Erregerbaugruppen 3 verwendet werden. Die prinzipbedingte, massive, elektrisch leitfähige Verbindung zwischen unterem und oberen Kegelstumpf 5, 1 durch den zylindrischen Reflektor 8 in der Mitte der Radial-Platten-Leitung führen zu einem guten Blitzschutz der Antenne und zu einer mechanisch stabilen Konstruktion.

Die Strahlschwenkung erfolgt durch die Beaufschlagung der Ankoppelstifte 7 und/oder -schleifen 6 mit dem hochfrequenten Ansteuersignal in einer solchen Art und Weise, das sich eine Gruppe von aktiven Ankoppelstiften 7 und/oder -schleifen 6 bildet. Öffnungswinkel und Direktivität einer oder mehrerer Hauptkeulen werden bestimmt durch die Anzahl der aktiven Koppelelelemente. Eine Beeinflussung der Nebenkeulen ist durch Veränderung der Leistung der entsprechenden Ansteuersignale oder durch eine nichtäquidistante Anordnung der aktiven Koppelelemente, ebenfalls durch die Ansteuerung erreicht, möglich.

Der oder die so realisierten Sektoren aktiver Koppelelemente können auf dem gesamtem Umfang des gedachten Kreises durch alle Koppelelemente 6, 7 trägheitslos elektronisch in durch

definierten Schritten beliebig verschoben werden, so daß in Azimutrichtung 360° Schwenkwinkel der Hauptkeule in n-Schritten ereicht werden.

Unabhängig davon kann bei Verwendung von zwei oder mehreren Erregerbaugruppen 3 der Tilt (Elevation) elektronisch auf konventionelle Art und Weise durch die Phasenlage zwischen den Ansteuersignalen unterschiedlicher Erregerbaugruppen 3 eingestellt werden, falls ein elektronischer Tilt erforderlich sein sollte.

Bezugszeichenliste

1

Kegelstumpf

2

Platte

3

Erregerbaugruppe

4

Platte

5

Kegelstumpf

6

Koppelschleife

7

Koppelstift

8

Reflektor

Claims (6)

1. Vorrichtung zum richtungsselektiven Senden oder Empfangen elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einer einfach-konischen oder bi-konischen Antenne, mit ein oder zwei Kegelstümpfen (1; 5), und zumindest einer Erregerbaugruppe (3) an der zur Grundfläche parallelen Ebene eines Kegelstumpfes (1; 5), dadurch gekennzeichnet, die Erregerbaugruppe (3) durch eine obere und eine untere Platte (2, 4) gebildet ist, die Platten (2, 4) durch einen zentrischen Reflektor (8) beabstandet sind, eine Anzahl von Erregerelementen (6; 7) im Abstand um den zentrischen Reflektor (8) auf einer der Platten (2; 4) angeordnet sind, und alle Einzelteile (1, 2, 3, 4, 5, 11) aus elektrisch leitfähigem Material bestehen und elektrisch leitfähig verbunden sind, wobei das (die) Erregerelement(e) (6; 7) zur Platte (2; 4) elektrisch isoliert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer bi-konischen Antenne die parallelen Ebenen der beiden Kegelstümpfe (1, 5) durch zumindest eine Erregerbaugruppe (3) beabstandet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerelemente aus Koppelstiften (7) und/oder Koppelschleifen (6) gebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerelemente aus Hohlleitern gebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerelemente einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelstümpfe (1, 5) als dielektrisch belastetes Horn betrieben werden.