DE10126468A1

DE10126468A1 - Schlitzantenne

Info

Publication number: DE10126468A1
Application number: DE10126468A
Authority: DE
Inventors: Klaus Solbach
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2003-01-02
Anticipated expiration: 2021-06-01
Also published as: EP1263084A2; US20020190910A1; JP4065722B2; EP1263084A3; DE10126468B4; JP2003037432A; US6657599B2

Abstract

Es wird eine Schlitzantenne mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Speisehohlleiter (1) zur Führung einer elektromagnetischen Welle und mindestens einem in einer ersten Wand (4) des Speisehohlleiters (1) ausgebildeten Schlitz (2) zur Abstrahlung eines Teils der in dem Speisehohlleiter (1) geführten elektromagnetischen Welle, wobei Mittel zur Drehung der Polarisationsrichtung der von dem Schlitz (2) abgestrahlten elektromagnetischen Welle vorgesehen sind, beschrieben. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß die Mittel zur Drehung der Polarisationsrichtung einen in Richtung der Abstrahlung der elektromagnetischen Welle dem Schlitz (2) nachgeordneten Polarisationshohlleiter (11) umfassen, welcher eine erste Querachse (A) aufweist, die um den gewünschten Winkel (alpha) der Drehung der Polarisationsrichtung gegen den Schlitz (2) verdreht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlitzantenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Schlitzantennen werden Rechteck- oder Steghohlleiter zur Führung einer elektromagnetischen Welle und zur Anregung eines in einer ersten Wand des Hohlleiters ausgebildeten Schlitzes zum Zwecke der Abstrahlung eines Teils der Welle verwendet.

Die Polarisationsrichtung, d. h. die Richtung des elektrischen Feldvektors im Fernfeld der abgestrahlten Welle, wird durch die Richtung des Schlitzes festgelegt, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. In der Hauptstrahlrichtung des Schlitzes, der mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet ist, liegt das elektrische Fernfeld senkrecht zur Schlitzebene, nämlich als E_y-Komponente. Der Hohlleiter, der mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet ist, ist als Rechteckhohlleiter ausgebildet. Zur Drehung der Polarisation muß nach dem Stand der Technik entweder der Schlitz 2 gedreht werden, oder es muß über dem Schlitz 2 ein in der Antennentechnik bekanntes Polarisator-Gitter angebracht werden. Beide Methoden haben Nachteile: Eine Drehung des Schlitzes 2 in der Wand des Hohlleiters 1 führt zu einer Phasenumkehr der abgestrahlten Welle in aufeinanderfolgenden Schlitzen 2 einer Resonanz- Gruppe mit Halbwellenabstand der Schlitze und muß daher wieder umgekehrt werden, so daß der Effekt einer Drehung der Polarisationsrichtung in solchen Gruppenanordnungen nicht nutzbar ist. Auf der anderen Seite ist eine zusätzliche Anordnung eines Polarisator-Gitters aufwendig und mit zusätzlichen Dämpfungsverlusten verbunden.

Die Erfindung geht aus von einer an sich bekannten Schlitzantenne mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Speisehohlleiter zur Führung einer elektromagnetischen Welle und mindestens einem in einer ersten Wand des Speisehohlleiters ausgebildeten Schlitz zur Abstrahlung eines Teils der in dem Speisehohlleiter geführten elektromagnetischen Welle, wobei Mittel zur Drehung der Polarisationsrichtung der von dem Schlitz abgestrahlten elektromagnetischen Welle vorgesehen sind.

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Schlitzantenne anzugeben, die einfach und kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebene Schlitzantenne gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schlitzantenne sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Erfindung wird eine Schlitzantenne mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Speisehohlleiter zur Führung einer elektromagnetischen Welle und mindestens einem in einer ersten Wand des Speisehohlleiters ausgebildeten Schlitz zur Abstrahlung eines Teils der in dem Speisehohlleiter geführten elektromagnetischen Welle geschaffen. Zusätzlich sind Mittel zur Drehung der Polarisationsrichtung der von dem Schlitz abgestrahlten elektromagnetischen Welle vorgesehen. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß die Mittel zur Drehung der Polarisationsrichtung einen in Richtung der Abstrahlung der elektromagnetischen Welle dem Schlitz nachgeordneten Polarisatorhohlleiter umfassen, welcher eine erste Querachse quer zur Abstrahlungsrichtung aufweist, wobei diese erste Querachse um den gewünschten Winkel α der Drehung der Polarisationsrichtung gegen den Schlitz verdreht ist.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schlitzantenne ist es, daß sie einfach hergestellt werden kann, ohne zusätzliche Dämpfungsverluste in Kauf zu nehmen.

Vorzugsweise ist der Polarisationshohlleiter ein Rechteckhohlleiter.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es bei einer solchen Schlitzantenne vorgesehen, daß der Rechteckhohlleiter in Richtung der ersten Querachse eine erste Abmessung und in Richtung seiner zweiten Querachse eine zweite Abmessung hat, wobei die erste Abmessung größer und die zweite Abmessung kleiner als die halbe Freiraumwellenlänge λ/2 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ist.

Auf diese Weise kann in dem Polarisatorhohlleiter nur eine H₁₀-Welle mit einer Polarisation in Richtung der zweiten Querachse ohne Dämpfung transportiert werden, die am äußeren Ende des Polarisatorhohlleiters mit einer um den Winkel α gedrehten Polarisationsrichtung aus der Apertur abgestrahlt wird. Der H₀₁-Wellenanteil in Richtung der ersten Querachse wird in dem Polarisatorhohlleiter bis auf ein unwesentliches Maß gedämpft.

Der Polarisatorhohlleiter weist vorzugsweise eine Länge H auf, die mindestens eine viertel Freiraumwellenlänge λ/4 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung beträgt. Eine solche Länge des Polarisatorhohlleiters kann bereits ausreichen, um eine genügend große Dämpfung der Kreuzpolarisation (H₀₁-Welle) zur Nutzpolarisation (H₁₀- Welle) zu bewirken.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, daß der Rechteckhohlleiter in Richtung der ersten Querachse eine erste Abmessung und in Richtung seiner zweiten Querachse eine zweite Abmessung aufweist, wobei sowohl die erste Abmessung als auch die zweite Abmessung größer als die halbe Freiraumwellenlänge λ/2 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ist. In diesem Fall kann eine beliebige "elliptische" Polarisation der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung erreicht werden.

Gemäß einer speziellen Ausführungsform hiervon ist es vorgesehen, daß die erste Abmessung und die zweite Abmessung des Polarisatorhohlleiters gleich sind, und daß der Winkel α der Drehung der Polarisationsrichtung α = 45° beträgt.

In diesem Fall werden beide Grundmoden H₁₀ und H₀₁ des Polarisatorhohlleiters gleich stark angeregt.

Wenn, was Gegenstand einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist, zusätzlich Mittel zur Phasenverschiebung vorgesehen werden, um die orthogonal polarisierte Schwingungsmoden des Polarisationshohlleiters gegeneinander zu verschieben, wobei insbesondere an eine Verschiebung der orthogonal polarisierten Schwingungsmoden H₁₀ und H₀₁ um 90° gegeneinander gedacht ist, ergibt sich eine rein zirkulare Polarisation der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung. Die Mittel zur polarisations- bzw. modenabhängigen Phasenverschiebung sind im Stande der Technik bekannt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schlitzantenne ist es vorgesehen, daß die Länge H des Polarisatorhohlleiters wesentliche größer als eine viertel Freiraumwellenlänge λ/4 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ist. Hierdurch kann die Bandbreite der Abstrahlungsauskopplung gezielt beeinflußt und in weiten Grenzen variiert werden. Eine wesentliche Verlängerung der Länge H des Polarisatorhohlleiters gegenüber einer viertel Freiraumlänge λ/4 bedeutet eine Verlängerung über das zur Unterdrückung der Kreuzpolarisation erforderliche Maß hinaus.

Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schlitzantenne ist es vorgesehen, daß der oder die in der ersten Wand ausgebildeten Schlitze in Längsrichtung und in der Mittellinie des Speisehohlleiters verlaufend ausgebildet sind.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, daß der oder die in der ersten Wand ausgebildeten Schlitze in Längsrichtung und gegen die Mittellinie des Speisehohlleiters versetzt verlaufend ausgebildet sind (Offset- Schlitze).

Weiterhin kann es gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, daß der Speisehohlleiter als Steghohlleiter ausgebildet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Schlitzantenne als Gruppenantenne mit vielen gleichartigen, jeweilige Schlitze aufweisenden Schlitzstrahlerelementen ausgebildet ist.

Mit Vorteil kann die Schlitzantenne aus metallisierten Kunststoff hergestellt werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Schlitzantenne zur Erläuterung der Polarisationsrichtung der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen;
Fig. 2a) eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Schlitzantenne gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 2b) eine seitliche Schnittansicht entlang der Linie A-A' durch den in Fig. 2a) gezeigten Teil des Ausführungsbeispiels.
Bei dem in Fig. 2a) und b) dargestellten Teil einer Schlitzantenne bedeutet das Bezugszeichen 1 einen sich in einer Längsrichtung erstreckenden Speisehohlleiter, in welchem eine elektromagnetische Welle geführt wird. Der Speisehohlleiter 1 ist in Form eines Rechteckhohlleiters ausgebildet und verfügt über eine erste Wand 4, in der mindestens ein in Längsrichtung des Speisehohlleiters 1 verlaufender Schlitz 2 zur Abstrahlung eines Teils der in dem Speisehohlleiter 1 geführten elektromagnetischen Welle ausgebildet ist. Die Rückseite des Speisehohlleiters 1 ist durch eine zweite Wand 9 gebildet. Von den Seitenwänden 8, 9 des Speisehohlleiters 1 ist in Fig. 2b) die Seitenwand 8 in der Draufsicht zu sehen.
Außen auf dem Speisehohlleiter 1, also in Richtung der Abstrahlung der den Schlitz 2 verlassenden elektromagnetischen Welle nachgeordnet, ist ein Polarisatorhohlleiter 11 vorgesehen. Dieser ist in Form eines Rechteckhohlleiters ausgebildet, welcher eine erste Querachse a und eine zweite, auf diese senkrecht stehende zweite Querachse b aufweist. Die beiden Querachsen a und b liegen quer zur Abstrahlungsrichtung der aus den Schlitz 2 austretenden elektromagnetischen Strahlung. Mit der ersten Querachse a ist der Polarisatorhohlleiter 11 um einen Winkel α gegen die Richtung des Schlitzes 2 verdreht. Der Winkel α entspricht der gewünschten Drehung der Polarisationsrichtung gegen die Polarisationsrichtung des Schlitzes 2.
Bei dem in Fig. 2a) und b) dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Abmessung L_a des Polarisatorhohlleiters in Richtung der ersten Querachse a größer als die halbe Freiraumwellenlänge λ/2 der von dem Schlitz 2 abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung. Die zweite Abmessung L_b in Richtung der zweiten Querachse b des Polarisatorhohlleiters 11 dagegen ist kleiner als die halbe Freiraumwellenlänge λ/2 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung. Hierdurch wird bewirkt, daß nur die H₁₀- Welle mit einer Polarisation in Richtung der zweiten Querachse b ohne Dämpfung durch den Polarisatorhohlleiter 11 nach außen transportiert und abgestrahlt werden kann, wogegen die dazu orthogonale H₀₁-Welle in Richtung der ersten Querachse a gedämpft wird.
Der Polarisatorhohlleiter 11 weist eine Länge H auf, die mindestens eine viertel Freiraumwellenlänge λ/4 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung beträgt. Hierdurch wird eine Dämpfung für den unerwünschten kreuzpolarisierten Wellenanteil (H₀₁-Welle) auf ein ausreichend geringes Maß bewirkt. Bei einer Vergrößerung der Länge H des Polarisatorhohlleiters 11 wesentlich über die genannte viertel Freiraumwellenlänge λ/4 hinaus ergibt sich eine stärkere Bedämpfung des kreuzpolarisierten Wellenanteils H₀₁ und eine Beeinflussung der Bandbreite der Abstrahlungsauskopplung in weiten Grenzen.
Die Schlitzantenne ist insbesondere geeignet als Gruppenantenne mit vielen gleichartigen Schlitzstrahlerelementen, die jeweilige Schlitze 2 aufweisen.
Die Schlitzantenne wird vorzugsweise aus metallisiertem Kunststoff hergestellt.
Bei alternativen Ausführungsformen kann es vorgesehen werden, daß der Polarisatorhohlleiter 11 in Richtung der ersten Querachse a eine erste Abmessung L_a aufweist, die größer als die halbe Freiraumwellenlänge λ/2 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ist, und wobei auch die zweite Abmessung L_b in Richtung der dazu orthogonalen zweiten Querachse b größer als die halbe Freiraumwellenlänge λ/2 ist. Damit ist die Schlitzantenne zur Abstrahlung mit "elliptischer" Polarisation geeignet. Im speziellen Fall, daß die erste Abmessung L_a und die zweite Abmessung L_b des Polarisatorhohlleiters 11 gleich sind, und daß der Winkel α der Drehung der Polarisationsrichtung α = 45° beträgt, kann eine zirkulare Polarisation der abgestrahlten Leistung erreicht werden. Hierfür können zusätzlich Mittel zur Phasenverschiebung vorgesehen werden, um die orthogonal polarisierten Schwingungsmoden um 90° gegeneinander zu verschieben.
Der oder die in der ersten Wand 4 ausgebildeten Schlitze 2 können, wie bei den in Fig. 2a) und b) dargestellten Ausführungsbeispiel in der Mittellinie des Speisehohlleiters 1 verlaufend ausgebildet sein.
Alternativ dazu können die Schlitze 2 gegen die Mittellinie des Speisehohlleiters 1 versetzt verlaufend ausgebildet sein (Offset-Schlitze).
Der Speisehohlleiter 1 kann auch als Steghohlleiter ausgebildet sein.
Durch die Erfindung wird eine Antennenstruktur geschaffen, die einfach und kostengünstig herstellbar ist und zur Abstrahlung von polarisierter elektromagnetischer Strahlung in der Lage ist, ohne daß zusätzliche Dämpfungsverluste in Kauf genommen werden müssen. Bezugszeichenliste 1 Speisehohlleiter
2 Schlitz
3 Steg
4 erste Wand
5 Stift
7 Seitenwand
8 Seitenwand
9 zweite Wand
11 Polarisatorhohlleiter

Claims

1. Schlitzantenne mit einem sich in einer Längsrichtung erstreckenden Speisehohlleiter (1) zur Führung einer elektromagnetischen Welle und mindestens einem in einer ersten Wand (4) des Speisehohlleiters (1) ausgebildeten Schlitz (2) zur Abstrahlung eines Teils der in dem Speisehohlleiter (1) geführten elektromagnetischen Welle, wobei Mittel zur Drehung der Polarisationsrichtung der von dem Schlitz (2) abgestrahlten elektromagnetischen Welle vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Drehung der Polarisationsrichtung einen in Richtung der Abstrahlung der elektromagnetischen Welle dem Schlitz (2) nachgeordneten Polarisatorhohlleiter (11) umfassen, welcher eine erste Querachse (a) aufweist, die um den gewünschten Winkel (α) der Drehung der Polarisationsrichtung gegen den Schlitz (2) verdreht ist.

2. Schlitzantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisatorhohlleiter (11) ein Rechteckhohlleiter ist.

3. Schlitzantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckhohlleiter (11) in Richtung der ersten Querachse (a) eine erste Abmessung (L_a) und in Richtung seiner zweiten Querachse (b) eine zweite Abmessung (L_b) aufweist, wobei die erste Abmessung (L_a) größer und die zweite Abmessung (L_b) kleiner als die halbe Freiraumwellenlänge λ/2 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ist.

4. Schlitzantenne nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisatorhohlleiter (11) eine Länge H aufweist, die mindestens eine viertel Freiraumwellenlänge λ/4 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung beträgt.

5. Schlitzantenne nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechteckhohlleiter (11) in Richtung der ersten Querachse (a) eine erste Abmessung (L_a) und in Richtung seiner zweiten Querachse (b) eine zweite Abmessung (L_b) aufweist, wobei sowohl die erste Abmessung (L_a) größer und auch die zweite Abmessung (L_b) größer als die halbe Freiraumwellenlänge λ/2 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ist.

6. Schlitzantenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abmessung (L_a) und die zweite Abmessung (L_b) des Polarisatorhohlleiters (11) gleich sind, und daß der Winkel α der Drehung der Polarisationsrichtung α = 45° beträgt.

7. Schlitzantenne nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich Mittel zur Phasenverschiebung vorgesehen sind, um orthogonal polarisierte Schwingungsmoden des Polarisationshohlleiters (11) gegeneinander zu verschieben.

8. Schlitzantenne nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Phasenverschiebung eine Verschiebung der orthogonal polarisierten Schwingungsmoden um 90° gegeneinander vorsehen.

9. Schlitzantenne nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge H des Polarisatorhohlleiters (11) wesentlich größer als eine viertel Freiraumwellenlänge λ/4 der abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung ist.

10. Schlitzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine in der ersten Wand (4) ausgebildete Schlitz (2) in Längsrichtung und in der Mittellinie des Speisehohlleiters (1) verlaufend ausgebildet ist.

11. Schlitzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine in der ersten Wand (4) ausgebildete Schlitz (2) in Längsrichtung und gegen die Mittellinie des Speisehohlleiters (1) versetzt verlaufend ausgebildet ist.

12. Schlitzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisehohlleiter (1) als Steghohlleiter ausgebildet ist.

13. Schlitzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzantenne als Gruppenantenne mit vielen gleichartigen jeweilige Schlitze (2) aufweisenden Schlitzstrahlerelementen ausgebildet ist.

14. Schlitzantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzantenne aus metallisierten Kunststoff hergestellt ist.