DE102006007928A1

DE102006007928A1 - Ultra-breitbandige dielektrische Stabantenne mit Anregung über eine Koaxialleitung

Info

Publication number: DE102006007928A1
Application number: DE200610007928
Authority: DE
Inventors: Thomas Prof. Dr.-Ing. Eibert
Original assignee: FORSCHUNGSGESELLSCHAFT fur AN; Forschungsgesellschaft fur Angewandte Naturwissenschaften Ev(fgan)
Current assignee: EIBERT, THOMAS, DR.-ING., 81925 MUENCHEN, DE
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-08-30

Abstract

Mit der Erfindung wird eine dielektrische Stabantenne mit einer Ankopplung realisiert, bei der die Koaxial-Leitungswelle unmittelbar in die Welle auf dem dielektrischen Stab umgewandelt wird. Zusammen mit einem metallischen Reflektor ergibt sich eine ultra-breitbandige dielektrische Stabantenne mit einer ausgeprägten Vorzugsstrahlungsrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine ultra-breitbandige dielektrische Stabantenne mit Anregung über eine Koaxialleitung
Dielektrische Stäbe mit z.B. kreiszylindrischem Querschnitt können als elektromagnetische Wellenleiter verwendet werden. An Inhomogenitäten des Wellenleiters wie z.B. Anfang und Ende werden elektromagnetische Wellen abgestrahlt, wodurch sich die Funktion einer Antenne ergibt. Eines der wesentlichen Probleme besteht darin, eine geeignete Anregung, z.B. basierend auf einer Koaxialzuleitung, zu realisieren, die eine hohe Bandbreite aufweist, wie sie z.B. für ultra-breitbandige Kommunikations- oder Sensorsysteme benötigt wird.

Bei bisher bekannten dielektrischen Stabantennen wird der Stab z.B. an einem Ende in eine metallische Hohlleitung eingeführt und die Anregung erfolgt über eine Koaxialeinspeisung in die Hohlleitung (Innenleiter endet als Monopol im Innern der Hohlleitung, Außenleiter endet an Hohlleitungswand). Dadurch wird die Koaxialwelle zuerst in eine Hohlleitungswelle und dann die Hohlleitungswelle in die entsprechende Welle auf dem dielektrischen Stab umgewandelt, Die Anregung über eine Hohlleitung bedeutet, dass die Bandbreite der resultierenden Antenne insbesondere durch die Bandbreite der Hohlleitung (vor allem nach unten durch Cut-oft) beschränkt ist. Ein ultra-breitbandiger Sende- und Empfangsbetrieb ist damit bisher unmöglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine ultra-breitbandige dielektrische Stabantenne zu schaffen.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit einer Antenne nach Anspruch 1 und ihrer weiteren Ausbildungen, wie sie in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben sind.

Die Koaxial-Leitungswelle wird nunmehr erfindungsgemäß unmittelbar in die Welle auf dem dielektrischen Stab umgewandelt. In Kombination mit einem metallischen Reflektor ergibt sich eine dielektrische Stabantenne mit einer ausgeprägten Vorzugsstrahlungsrichtung und extrem großer Bandbreite von mehr als 4 zu 1 (Verhältnis von oberer Grenzfrequenz zu unterer Grenzfrequenz). Zusammen mit den äußerst geringen Verlusten dielektrischer Stabantennen und ihrer sehr guten Anpassbarkeit, wird ein hocheffizienter ultra-breitbandiger Sende- und Empfangsbetrieb über diesen Antennentyp, dessen Strahlungsdiagramm sich über die gesamte Bandbreite nur wenig ändert und der kaum störende Nebenkeulen aufweist, bei, bezogen auf die Wellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz, kleinen Abmessungen möglich.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 im Einzelnen erläutert.
Es zeigt:
1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Antenne unter Einsatz der vorgeschlagenen Einspeisungsform im Querschnitt.
Auf einem metallischen Reflektor 1, dessen Durchmesser typischerweise mindestens einige Freiraumwellenlängen der niedrigsten Betriebsfrequenz betragen soll, ist ein dielektrischer Stab 2 (z.B. aus den als besonders geeignet empfohlenen Werkstoffen Teflon, Polystrol oder Polyvinylchlorid mit einer Dielektrizitätskonstanten im Bereich von 2 bis 4 und geringsten Verlusten), der an der reflektorabgewandten Seite konisch zulaufen kann, etwa im Abstand eines Zehntels der Freiraumwellenlänge der niedrigsten Betriebsfrequenz, angebracht. In den dielektrischen Stab 2 ist ein metallischer Monopol 3 eingesetzt, der mit dem Innenleiter einer Koaxialleitung 5 verbunden ist. Der Außenleiter der Koaxialleitung 5 ist mit einem metallischen Steg 4 verbunden, der wiederum mit dem Reflektor 1 verbunden ist und formschlüssig an dem dielektrischen Stab 2 anliegt. Das freie Ende der Koaxialleitung 5 wird durch den Reflektor 1 auf dessen Rückseite geführt.
Über den mit dem Innenleiter der Koaxialleitung 5 verbundenen Monopol 3 sowie den über den metallischen Steg 4 direkt mit dem metallischen Reflektor 1 verbundenen Außenleiter der Koaxialleitung 5 wird die über die Koaxialleitung 5 zugeführte Koaxialleitungswelle direkt in die Welle auf dem dielektrischen Stab 2 umgewandelt und schließlich entlang der Achse des dielektrischen Stabes weg vom Reflektor 1 abgestrahlt.
Dadurch, dass das freie Ende der Koaxialleitung 5, an dem die abzustrahlende Energie eingespeist wird, auf die Rückseite des Reflektors 1 geführt wird, wird die Ausbreitung von Mantelwellen entlang der Koaxialleitung 5 verhindert.
Fundstellennachweis:

Hondros, D., Debye, P.: Elektromagnetische Wellen an dielektrischen Drähten, Annalen der Physik, 32, 465-476, 1910.
Mueller, G.E., Tyrell, W.A.: Polyrod Antennas, Bell Systems Techn. J., 26, 837-851, Oct. 1947.
Kraus, J.D., Marhefka, R.J.: Antennas, Third Ed., McGraw Hill, New York, 2002.
Kühn, R.: Mikrowellenantennen, VEB Verlag Technik, Berlin, 1964.

Ultra-breitbandige dielektrische Stabantenne mit Anregung über eine Koaxialleitung Bezugszeichenliste

1: metallischer Reflektor
2: dielektrischer Stab
3: metallischer Monopol
4: metallischer Steg
5: Koaxialleitung

Claims

Ultra-breitbandige dielektrische Stabantenne mit Anregung über eine Koaxialleitung, gekennzeichnet durch, eine unmittelbare Umwandlung der Koaxial-Leitungswelle in die Welle auf dem dielektrischen Stab.
Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, einen metallischen Reflektor (1) beliebiger Größe und Form, mit einem einseitig auf seiner Längssachse auf dem Reflektor angeordneten dielektrischen Stab (2) mit einer Dielektrizitätskonstanten im Bereich von 2 bis 4 und geringsten Verlusten beliebigen Querschnitts, in den ein metallischer Monopol (3) eingesetzt ist, der mit dem Innenleiter einer Koaxialleitung (5) in galvanischer Verbindung steht, wobei der Außenleiter der Koaxialleitung (5) mit einem formschlüssig an dem dielektrischen Stab (2) anliegenden metallischen Steg (4) verbunden ist, der wiederum mit dem Reflektor (1) verbunden ist und das freie Ende der Koaxialleitung (5) durch den Reflektor (1) auf dessen Rückseite geführt ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch, einen aus Teflon bestehenden dielektrischen Stab (2).
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch, einen aus Polyvinylchlorid bestehenden dielektrischen Stab (2).
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch, einen aus Polystrol bestehenden dielektrischen Stab (2).
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch, einen konisch zulaufenden dielektrischen Stab (2).