DE102006001910A1

DE102006001910A1 - Microwave generator and reflector

Info

Publication number: DE102006001910A1
Application number: DE102006001910A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Urban; Robert Dr. Stark
Original assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2006-01-14
Filing date: 2006-01-14
Publication date: 2007-07-19
Also published as: IL192750A0; WO2007080118A1; RU2008133325A; EP1972031A1

Abstract

Ein plattenförmiger Reflektor (12), der mit einem dielektrischen Körper (13) belegt ist, führt nach Maßgabe dessen Dielektrizitätskonstanten und der Relation zum verbleibenden Luftweg vor der Platte (12) zu kleiner bauenden Strukturen bzw. mit gleichem Strahlerabstand zu höherem Antennengewinn bei verbesserter Richtcharakteristik. Eine gleichschenklig dreieckförmige Topographie des dielektrischen Körpers (13) bewirkt eine Transformation des vorragenden Firstes zu einem imaginären Winkelreflektor verkleinerten Scheitelwinkels hinter der Platte (12) mit entsprechend vergrößertem fiktivem Antennenabstand. Damit lässt sich der Platzbedarf für einen davor beispielsweise über seine integrierte Antenne kurzzeitig gedämpfte Sinusschwingungen abstrahlenden Mikrowellengenerator (11) bei sogar gesteigertem Antennengewinn signifikant reduzieren.A plate-shaped reflector (12), which is covered with a dielectric body (13), leads, depending on its dielectric constant and the relation to the remaining airway in front of the plate (12), to smaller structures or with the same radiator spacing to higher antenna gain with improved directional characteristics . An isosceles triangular topography of the dielectric body (13) causes a transformation of the protruding ridge into an imaginary corner reflector with a smaller apex angle behind the plate (12) with a correspondingly increased fictitious antenna spacing. In this way, the space requirement for a microwave generator (11) which emits sinusoidal oscillations that are briefly damped beforehand via its integrated antenna can be significantly reduced with even an increased antenna gain.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrowellengenerator bzw. einen Reflektor gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der Hauptansprüche.The The invention relates to a microwave generator or a reflector according to the respective generic term the main claims.

Ein derartiger Generator ist in der DE 1 03 286 B3 unter Bezugnahme auf die DE 1 01 51 565 B4 funktional und konstruktiv näher beschrieben. Er dient einem jeweils kurzzeitigen Erzeugen und Abstrahlen gedämpfter Sinusschwingungen mit mittleren Wellenlängen, die, bauartbedingt, typisch zwischen 60 und 600 cm betragen. Für das Generieren derartiger Abstrahlung wird die auf Hochspannung aufgeladene Kapazität zwischen einem flaschenförmigen Resonator und einem koaxial ihn umgebenden Hohlzylinder über eine Funkenstrecke am Resonator-Boden entladen. Das führt zu einem steil einsetzenden und stark oszillierenden Stromfluss auch über eine an den Flaschenhals konzentrisch sich anschließende, zur Impedanzanpassung trichterförmig sich aufweitende Antenne und zu breitbandiger Abstrahlung eines Mikrowellenspektrums derart hoher Energiedichte, dass in der näheren Umgebung aufgebaute Funkverbindungen zumindest beeinträchtigt und elektronische Schaltungen insbesondere eingangsseitig gestört oder sogar zerstört werden können. Die räumliche Abstrahlcharakteristik eines solchen Generators mit integrierter Antenne entspricht derjenigen eines Dipols mit ausgeprägten Minima in Längsrichtung.Such a generator is in the DE 1 03 286 B3 with reference to the DE 1 01 51 565 B4 Functionally and constructively described in more detail. It is used for short-term generation and emission of damped sinusoidal oscillations with medium wavelengths which, due to the design, are typically between 60 and 600 cm. For generating such radiation, the capacity charged to high voltage between a bottle-shaped resonator and a hollow cylinder coaxially surrounding it is discharged via a spark gap on the resonator bottom. This leads to a steep onset and strongly oscillating current flow via a concentric to the bottleneck, for funnel-shaped widening impedance for impedance matching and broadband radiation of a microwave spectrum of such high energy density that at least impaired radio communications built in the immediate vicinity and electronic circuits in particular the input side disturbed or even destroyed. The spatial radiation characteristic of such a generator with integrated antenna corresponds to that of a dipole with pronounced minima in the longitudinal direction.

Zur Beeinflussung der Wirkrichtung des abgestrahlten Spektrums, womit zugleich eine Steigerung des Gewinns der Dipolantenne um typisch 5 dB einher geht, wird der gattungsgemäße Generator der ersterwähnten Vorveröffentlichung zufolge vor einer Metallplatte betrieben. Die Wirkung eines solchen ebenen passiven Reflektors beruht auf einer Überlagerung der von der Antenne abgestrahlten gedämpften Sinuswellen, wenn diese Reflektorplatte in jeder Richtung Abmessungen von mehr als der doppelten mittleren Wellenlänge des abgestrahlten Spektrums aufweist, während der Strahlerabstand vor der Reflektorplatte in der Größenordnung von 20% bis 25% dieser Wellenlänge beträgt. Derartige Aufbauten erweisen sich allerdings bei vielen, insbesondere mobilen, Einsatzszenarien für solche Mikrowellengeneratoren als zu platzaufwendig.to Influencing the effective direction of the radiated spectrum, which at the same time an increase of the gain of the dipole antenna around typical 5 dB goes, the generic generator of the first-mentioned pre-publication operated in front of a metal plate. The effect of such a level passive reflector is based on a superposition of the antenna radiated muted Sine waves when this reflector plate dimensions in any direction of more than twice the central wavelength of the radiated spectrum, while the radiator distance in front of the reflector plate in the order of magnitude from 20% to 25% of this wavelength is. Such structures, however, prove in many, especially mobile, usage scenarios for such microwave generators as too space consuming.

Dieses anwendungsorientiert konstruktive Problem besteht mindestens gleichermaßen, wenn zu weiterer Steigerung des Antennengewinns (gegenüber dem Ergebnis vor einem ebenen Reflektor) an den Einsatz von dreidimensionalen Gebilden wie insbesondere von Winkelreflektoren oder von Parabolspiegeln gedacht wird. Denn die bedingen, bei ebenfalls konstruktiven Abmessungen vom Doppelten der Wellenlänge (für die Winkelschenkel bzw. für den Spiegeldurchmesser), zusätzlich einen (gegenüber der flachen Platte) tieferen Einbauraum und außerdem noch größere Strahlerabstände.This application-oriented constructive problem exists at least equally if to further increase in the antenna gain (compared to the result before a plane reflector) to the use of three-dimensional structures such as in particular angle reflectors or parabolic mirrors is thought. Because the condition, with also constructive dimensions of twice the wavelength (for the Angle leg or for the Mirror diameter), in addition one (opposite the flat plate) deeper installation space and also larger radiator distances.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, kleiner bauende Reflektoren und Reflektorabstände zu realisieren und damit auch noch eine signifikante Verbesserung des Antennengewinns und der Richtungsabstrahlung bei kleinbauenden gattungsgemäßen Mikrowellengeneratoren zu erzielen.In Recognition of these facts is the present invention Technical problem underlying, smaller constructive reflectors and reflector distances and thus also a significant improvement the antenna gain and the directional radiation in small building generic microwave generators to achieve.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Kombination der wichtigsten in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmale die Erscheinung nutzbar gemacht, dass eine elektromagnetische Welle sich im Dielektrikum signifikant langsamer als im Vakuum (oder auch noch durch die Luft hindurch) ausbreitet, was bei gleicher Frequenz einer Verkürzung der Wellenlänge gleichkommt. Bei gleich bleibendem Antennengewinn kann deshalb unter Beibehalten der Überlagerung von direkter und reflektierter Abstrahlung der Abstand des Strahlers vom Reflektor nach Maßgabe der vor der Trägerplatte im Dielektrikum eintretenden Verkürzung der Wellenlänge verringert werden.to solution this task is done according to the combination the main features specified in the main claims the Appearance harnessed that an electromagnetic wave itself in the dielectric significantly slower than in a vacuum (or even through the air), which at the same frequency one Shortening the wavelength equals. At a constant antenna gain can therefore under Maintain the overlay of direct and reflected radiation, the distance of the radiator from the reflector as required the front of the carrier plate Reducing the wavelength occurring in the dielectric can be reduced.

Dabei muss keinesfalls der gesamte Abstand zwischen der Reflektorplatte und dem Generator bzw. seiner Antenne mit gegenüber Luft erhöhtem Dielektrikum gefüllt sein; schon mit einer dielektrischen Schicht auf der Reflektorplatte ergibt sich eine Verringerung des Antennenabstandes nach Maßgabe deren Dielektrizitätskonstante und des Abstands-Teilbereiches, der nicht von Luft sondern von diesem Dielektrikum eingenommen wird.there must by no means the entire distance between the reflector plate and the generator or its antenna with air-enhanced dielectric filled be; already with a dielectric layer on the reflector plate results in a reduction of the antenna spacing in accordance with their permittivity and the distance portion not of air but of this one Dielectric is taken.

Die dem Generator mit seiner Antenne zugewandte Oberfläche des Dielektrikums muss auch nicht planparallel zur Oberfläche der tragenden Reflektorplatte verlaufen, sie kann durchaus eine unebene Topographie mit entsprechend örtlich unterschiedlichen Durchlaufzeiten aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung trägt die weiterhin planare Reflektorplatte einen dach- oder keilförmig, im Querschnitt gleichschenklig ausgebildeten Körper aus Isolierstoff mit möglichst hoher Dielektrizitätskonstante, dessen First oder Scheitel parallel zur Längsachse der Generatorantenne verläuft und in der Praxis durchaus an sie heran reichen kann, womit sich dann der konstruktiv kleinstmögliche Antennenabstand zur Reflektorplatte ergibt. Elektrisch maßgeblich für den Antennengewinn und für die Abstrahlcharakteristik ist nun die auf den Strahler bezogen relative Lage des vom Dielektrikum in den Raum hinter der Reflektorplatte projizierten, fiktiven Scheitelpunktes eines Winkelreflektors, dessen Scheitelwinkel sogar vorteilhafter kleiner als der des flach dreieckförmig vorkragenden dielektrischen Körpers ist. Der Gewinn kann deshalb nun trotz des kompakten Aufbaus mit ebener Reflektorplatte mindestens das Zwölffache oder 12 dB der einfachen Dipolabstrahlung ausmachen.The surface of the dielectric facing the generator with its antenna does not have to be plane-parallel to the surface of the supporting reflector plate, it may well have an uneven topography with correspondingly different throughput times. According to a preferred embodiment of the invention, the further planar reflector plate carries a roof or wedge-shaped, isosceles in cross-section body of insulating material with the highest possible dielectric constant whose ridge or crest runs parallel to the longitudinal axis of the generator antenna and in practice can quite zoom in on her, which then results in the constructively smallest possible antenna distance to the reflector plate. Electrically decisive for the antenna gain and for the radiation characteristic is now based on the radiator relative position of the dielectric projected into the space behind the reflector plate, fictitious vertex of an angle reflector whose vertex angle is even smaller than that of the flat triangular projecting dielectric body. Therefore, the profit can now despite the compact design with a flat reflector plate make at least twelve times or 12 dB of simple dipole radiation.

In der Regel ist der das Richtverhalten und den Antennengewinn bestimmende, elektrisch wirksame aber nur noch fiktive große Abstand zwischen Generator und Reflektorplatte von zwei Summanden abhängig, nämlich vom laufzeitbedingt reduzierten konstruktiven Antennenabstand zur Reflektorplatte, vergrößert um ein Maß gemäß der Dielektrizitätskonstanten des dielektrischen Körpers, gewichtet mit dessen Materialstärke. Der verbleibende konstruktive Abstand kann deshalb für gleiche elektrische Ergebnisse spürbar kleiner sein, als der ansonsten das Richtverhalten und den Antennengewinn bestimmende große Abstand von der Antenne zur unbeschichteten Reflektorplatte; oder gar zu einem fiktiven Scheitelwinkel hinter der Reflektorplatte.In the rule is the directional behavior and the antenna gain determining, electrically effective but only fictitious large distance between generator and reflector plate of two summands dependent, namely by the runtime reduced constructive Antenna distance to the reflector plate, increased by a measure according to the dielectric constant the dielectric body, weighted with its material thickness. The remaining constructive distance can therefore be the same electrical results noticeable be smaller than the otherwise the straightening behavior and the antenna gain determining big ones Distance from the antenna to the uncoated reflector plate; or even to a fictitious vertex angle behind the reflector plate.

Bezüglich zusätzlicher Alternativen und Weiterbildungen wird auch auf die Unteransprüche verwiesen. Näheres zur erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich auch aus der Zeichnung mit den unmaßstäblichern Prinzipskizzen zweier bevorzugter Realisierungsbeispiele und deren nachstehender Beschreibung. Darin zeigt, jeweils im Querschnitt zur Generatorachse:Regarding additional Alternatives and developments are also made to the dependent claims. For details, gives the solution according to the invention also from the drawing with the less-scale schematic diagrams of two preferred realization examples and their description below. It shows, in each case in cross section to the generator axis:

1 die konstruktive Abstandsverringerung bei einer eben beschichteten Reflektorkonfiguration mit parallel dazu orientiertem Generator und 1 the constructive distance reduction in a newly coated reflector configuration with parallel oriented generator and

2 die Wirkung einer flach keilförmigen dielektrischen Belegung auf ebener Reflektorplatte. 2 the effect of a flat wedge-shaped dielectric coating on a flat reflector plate.

Ein Abstand D zwischen einem vornehmlich über seine integrierte Antenne abstrahlenden Mikrowellengenerator 11 und einer planen Reflektorplatte 12 aus elektrisch leitendem Material oder mit elektrisch leitender Oberfläche erbringt eine bestimmte Richtwirkung und einen ausmessbaren Antennengewinn.A distance D between a microwave generator emitting predominantly via its integrated antenna 11 and a flat reflector plate 12 made of electrically conductive material or with an electrically conductive surface provides a certain directivity and a measurable antenna gain.

Die gleichen Charakteristika stellen sich ein, wenn gemäß 1 die Reflektorplatte 12 mit einem (hier planparallelen) dielektrischen Körper 13 der Stärke oder Höhe a bestückt ist und die relative Lage des Mikrowellengenerators 11 auf den konstruktiv verbleibenden Abstand d reduziert wird. Diese Reduktion R ist (wie in 1 formelmäßig angegeben) proportional der Summe aus dem reduzierten Abstand d und der Wurzel aus der Dielektrizitätskonstanten, letztere gewichtet mit der Höhe a des dialektischen Körpers 13.The same characteristics occur when, according to 1 the reflector plate 12 with a (here plane parallel) dielectric body 13 the strength or height a is populated and the relative position of the microwave generator 11 is reduced to the constructively remaining distance d. This reduction R is (as in 1 formally expressed) proportional to the sum of the reduced distance d and the root of the dielectric constant, the latter weighted by the height a of the dialectical body 13 ,

Mittels unterschiedlicher Topographien von Körpern 13 sind über unterschiedliche Durchlaufzeiten in unterschiedlichen Bereichen des dielektrischen Körpers 13 gewisse imaginäre Reflektorstrukturen hinter der Trägerplatte 12 transformierbar, um ohne großen Einbautiefenbedarf, nämlich auf einer ebenen Reflektorplatte aufbauend, unter Steigerung des Antennengewinns geometrisch vorgegebene Abstrahlcharakteristiken anzunähern. Im Beispielsfalle der 2 trägt die Reflektorplatte 12 einen gleichschenklig dach- oder keilförmigern dielektrischen Körper 13, der mit seinem First um die Höhe a auf den mit dem konstruktiven Abstand d achsparallel davor angeordneten Mikrowellengenerator 11 zu weist. Hinsichtlich der Abstrahlcharakteristik und des Antennengewinns entspricht diese Konfiguration einem sehr viel größeren originären Abstand D vom Scheitelpunkt S eines tatsächlichen Winkelreflektors, der hier aber nur durch den flach keilförmigen dielektrischen Körper 13 nachgebildet ist. Dabei wird der distanziert vor der Platte 12 gelegene große Scheitelwinkel des flachen Körpers 13 in einen kleineren Innenwinkel beim imaginären Scheitelpunkt S auf der vom Generator 11 abgelegenen Seite der Platte 12 transformiert, was den Abstrahlgewinn zusätzlich steigert. Denn man kann zeigen, dass ein Winkelreflektor mit 90° Innenwinkel gegenüber einem Dipol typisch um 8 dB Antennengewinn liefert, ein Scheitelwinkel von nur 60° aber schon bis über 12 dB.Using different topographies of bodies 13 are about different transit times in different areas of the dielectric body 13 certain imaginary reflector structures behind the carrier plate 12 transformable to construct without geometrical depth requirements, namely building on a flat reflector plate, increasing the antenna gain geometrically predetermined emission characteristics. In the case of the example 2 carries the reflector plate 12 an isosceles roof or wedge-shaped dielectric body 13 , with its ridge around the height a on the with the constructive distance d axially parallel in front of arranged microwave generator 11 to assign. With regard to the radiation characteristic and the antenna gain, this configuration corresponds to a much larger original distance D from the vertex S of an actual angle reflector, which here only by the flat wedge-shaped dielectric body 13 is modeled. It is the distanced before the plate 12 located large vertex angle of the flat body 13 into a smaller interior angle at the imaginary vertex S on the generator 11 secluded side of the plate 12 transformed, which additionally increases the radiation gain. Because it can be shown that an angle reflector with 90 ° interior angle compared to a dipole typically delivers 8 dB antenna gain, but a vertex angle of only 60 ° already up to more than 12 dB.

Die Erfindung betrifft deshalb auch zur Abstrahlbeeinflussung unter Abstandsreduzierung dielektrisch verkürzte Reflektoren der beschriebenen Arten als solche, unabhängig von deren Anwendung bei kleinbauenden Mikrowellengeneratoren gattungsgemäßer Art. Stets kommt erfindungsgemäß neben dem Vorteil des reduzierten Abstands zwischen planarer Reflektortafel und Antenne die verbesserte Abstrahlgeometrie ohne Erfordernis tiefbauender Reflektoreinrichtungen zum Tragen, insbesondere bei Simulation eines Winkelreflektors durch einen dielektrischen Keil auf der Reflektorplatte. Dadurch können abstrahlende Systeme mittels Reflektoren optimiert werden, die hier andernfalls, wegen zu enger Einbauumgebung (wie etwa in einem Handgerät), angesichts der größeren erforderlichen Luftabstände zwischen Antenne und Reflektor oder wegen dessen Bautiefe nicht einsetzbar gewesen wären.The Invention therefore also relates to Abstrahlbeeinflussung under Distance reduction Dielectric shortened reflectors of the types described as such, independently of their use in small-scale microwave generators generic type. Always comes according to the invention the advantage of the reduced distance between planar reflector panel and antenna the improved radiating geometry without the need for a deep structure Reflector devices to bear, especially in simulation of a Angular reflector by a dielectric wedge on the reflector plate. Thereby can radiating systems are optimized by means of reflectors, here otherwise, because of too tight installation environment (such as in a handset), given the larger required clearances between antenna and reflector or because of its depth not could have been used.

Jedenfalls führt erfindungsgemäß ein plattenförmiger Reflektor 12, der mit einem dielektrischen Körper 13 belegt ist, nach Maßgabe dessen Dielektrizitätskonstanter und der Relation zum verbleibenden Luftweg vor der Platte 12 zu kleiner bauenden Strukturen bzw. bei gleichem Strahlerabstand zu höherem Antennengewinn bei verbesserter Richtcharakteristik. Eine gleichschenklig dreieckförmige Topographie des dielektrischen Körpers 13 etwa bewirkt aufgrund lokaler Laufzeitunterschiede eine Transformation des flach vorragenden Firstes zu einem imaginären Winkelreflektor verkleinerten Scheitelwinkels hinter der Platte 12 mit entsprechend vergrößert wirksamem Strahlerabstand. Damit wird der Antennengewinn eines vor dem Reflektor 12 über seine integrierte Antenne kurzzeitig gedämpfte Sinusschwingungen abstrahlenden Mikrowellengenerators 11 bei verbesserter Bündelung der Richtcharakteristik signifikant erhöht.Anyway, according to the invention leads a plate-shaped reflector 12 that with a dielectric body 13 is occupied, according to its dielectric constant and the relation to the remaining airway in front of the plate 12 To smaller building structures or at the same emitter spacing to higher antenna gain with improved directional characteristics. An isosceles triangular topography of the dielectric body 13 For example, due to local transit time differences, a transformation of the flat projecting ridge to an imaginary angle reflector reduces the vertex angle behind the plate 12 with correspondingly increased effective radiator distance. This will be the antenna gain one in front of the reflector 12 via its integrated antenna briefly damped sinusoidal oscillating microwave generator 11 Significantly increased with improved bundling of the directional characteristic.

Claims

Microwave generator ( 11 ) for short-term emission of a high-energy spectrum of damped sinusoids in front of a reflector plate ( 12 ), characterized in that the reflector plate ( 12 ) to the microwave generator ( 11 ) with a dielectric body ( 13 ) is equipped.

Microwave generator according to claim 1, characterized in that the body ( 13 ) with the reflector plate ( 12 ) is plane-parallel.

Microwave generator according to claim 1, characterized in that the body ( 13 ) has a topography of varying material thickness (a).

Microwave generator according to the preceding claim, characterized in that the body ( 13 ) is wedge-shaped with isosceles cross-section at protruding ridge.

Reflector in the form of a flat plate ( 12 ), in particular for a microwave generator to be arranged in front of a reduction in distance according to the preamble of claim 1, characterized in that the plate ( 12 ) to the microwave generator ( 11 ) with a dielectric body ( 13 ) is equipped

Reflector according to the preceding claim, characterized in that the body ( 13 ) with the reflector plate ( 12 ) is plane-parallel.

Reflector according to the preceeding claim, characterized in that the body ( 13 ) has a topography of varying material thickness (a).

Reflector according to the preceding claim, characterized in that the body ( 13 ) is wedge-shaped with isosceles cross-section at protruding ridge.