DE2014939C3 - Mehrelementenantenne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrelementenantenne mit einer dielektrischen Folie als Elemententräger und einer Mehrzahl von ebenen Dipolen als Antennenelementen, von denen jeweils die eine Dipolhälfte auf der einen Oberfläche des Elemententrägers und die andere Dipolhälfte auf dessen gegenüberliegender Oberfläche angebracht ist, ferner mit Speiseleitungen jeweils in Form zweier schmaler Leiterstreifen, die einander gegenüberliegend auf den Oberflächen des Elemententrägers in derartigem Muster angeordnet sind, daß von einem gemeinsamen Einspeisungspunkt zu jedem einzelnen Dipol ein gleichlanger Leitungsweg führt, der sich zusammensetzt aus Leitungsabschnitten, die an Verbindungsstellen T-förmig aufeinandertreffen.

Eine derartige Antennenanordnung ist aus der US-Patentschrift 29 62 716 bekannt und hat den Vorteil, daß sie leicht, robust, billig und kompakt ist. Andererseits besteht bei solchen Anordnungen die Gefahr, daß durch die strahlenden Dipole Ströme in die parallel zur Dipolorientierung verlaufenden Speiseleitungsabschnitte induziert werden, die bei gleicher Größe in derselben Richtung fließen. Solche Gleichtaktströme in zwei gleich orientierten, an einer T-förmigen Verbindungsstelle zusammentreffenden Leitungsabschnitten können dazu führen, daß die betreffenden Teile des Speiseleitungssystems in unerwünschter Weise strahlen. Außerdem bewirken Ströme, die in gleicher Richtung in den beiden zusammentreffenden Leitungsabschnitten fließen, daß die erwünschte Gegentakt-Stromspeisung der Antennenelemente eine gewisse Unsymmetrie bekommt, was die Wirksamkeit der Antennenanordnung vermindert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Mehrelementenantenne der eingangs beschriebenen Gattung so auszubilden, daß die erwähnten Gleichtaktströme unterbunden werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an denjenigen T-förmigen Verbindungsstellen, wo parallel zur Orientierung der Dipole verlaufende erste und zweite Leitungsabschnitte mit einem dazu senkrechten dritten Leitungsabschnitt zusammentreffen, jeweils ein Einschnitt gebildet ist, der eine Viertelwellenlänge weit in das Ende des besagten dritten Leitungsabschnitts reicht ίο Die erfindungsgemäßen Viertelwellen-Einschnitte haben praktisch die Wirkung, daß der Stromweg für Ströme, die in gleicher Richtung in zwei zusammentreffenden, parallel zur Dipolorientierung verlaufenden Leitungsabschnitten fließen könnten, unterbrochen wird. Jeder Einschnitt bildet an seinem inneren Ende einen Kurzschluß, der eine Viertelwellenlänge weiter weg am offenen äußeren Ende des Einschnitts als hohe Impedanz (offener Stromkreis) erscheint Diese hohe Impedanz unterbricht praktisch den Weg der unerwünschten Gleichtaktströme.

Aus der US-Patentschrift 28 77 427 ist es an sich bekannt, an der Verzweigungsstelle eines zu einer Speiseleitung einer Antenne gehörenden Leiters einen Einschnitt vorzusehen, der sich in die Kehle der Verzweigung erstreckt. Dieser Einschnitt wird hinsichtlich seiner Breite so bemessen, daß er Reflexionen an der Verzweigung verhindert. Über die Länge des Einschnitts ist in der genannten Patentschrift nichts ausgesagt, so daß die mit der Erfindung erzielte Wirkung im bekannten Fall nicht angestrebt und wohl kaum erreicht wird.

Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Antenne die Breite jedes der Einschnitte klein im Vergleich zur Breite des betreffenden dritten Leitungsabschnitts, so daß dessen Wellenwiderstand nicht sehr beeinflußt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Mehrelementenantenne;

F i g. 2 zeigt einen die Einspeisungsstelle enthaltenden Ausschnitt aus der einen Oberfläche der in F i g. 1 dargestellten Antenne;

F i g. 3 zeigt einen entsprechenden Ausschnitt aus der anderen Oberfläche (Rückfläche) der Antenne.

In den Fig. 1, 2 und 3 ist die Anordnung und Ausbildung der Dipole 11 und der Speiseleitungen 13 einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mehrelementenantenne dargestellt. Die Dipo-Ie 11 sind Fächerdipole mit fächer- oder flügelähnlichen Dipolhälften. Die Dipole 11 und die Speiseleitungen 13 sind auf einer isolierenden Folie 15 von etwa 0,8 mm Dicke aus einem Material niedriger Dielektrizitätskonstante gebildet, bei dem es sich beispielsweise um ein Polyolefin-Dielektrikum mit niedrigen Verlusten und einer Dielektrizitätskonstante von 2,32 handeln kann. Eine Hälfte 12 jedes Dipols 11 befindet sich auf der einen Oberfläche der Folie 15, und die anderen Dipolhälften 14 befinden sich auf der gegenüberliegenden Oberfläche. Die Seite der Folie 15 mit den Dipolhälften 14 ist in Fig. 1 dargestellt, wobei die in diesem Fall nicht sichtbaren Dipolhälften 12 auf der gegenüberliegenden Seite der Folie 15 gestrichelt angedeutet sind. Gemäß den F i g. 2 und 3 werden die Speiseleitungen 13 durch HF-Streifenleitungen gebildet, br denen sich ein Leiter 17 auf der einen Oberfläche und ein zweiter Leiter 19 auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Folie 15 befindet. Die Leiter 17 führen zu

den Dipolhälften 12 (F i g. 2) und die Leiter 19 führen zu den Dipolhälften 14(F i g. 3).

Die leichte Versetzung zwischen den beiden Hälften jedes Dipols, welche durch die Dicke der Isolierfolie bedingt ist, ist elektrisch nicht von Bedeutung und hat den Vorteil, daß keine Durchführungsverbindungen benötigt werden, wie sie im Falle der Anordnung beider Dipolhälften auf derselben Oberfläche des Blattes erforderlich wären.

Ist eine Richtwirkung erwünscht, dann kann man die insgesamt mit iO bezeichnete gedruckte Mehrelementenantenne, deren Dipole sich mit einer Hälfte auf der einen und der anderen Hälfte auf der gegenüoerliegenden Seite der Folie befinden, in eine flache Metallschale in Schaum betten, welche als Reflektor für die Dipole wirkt.

Die Antenne 10 kann über eine Koaxialleitung gespeist werden, die in der Nähe der Mitte des Antennenfeldes angekoppelt wird. Dabei wird der Außenleiter der Koaxialleitung mit einem Leiter 59 auf der einen Oberfläche der Folie 15 (Rückseite, in F i g. 3 dargestellt) an den Punkten 36 verbunden. Der Innenleiter der Koaxialleitung wird durch die Folie 15 hindurch zur anderen Seite der Folie geführt (Vorderseite, in F i g. 2 dargestellt) und dort an einem Punkt 31 mit einem Leiter 57 verbunden. Der auf der Rückseite liegende Leiter 58 ist mit einem der dort verlaufenden Leiter 19 des Speiseleitungssystems verbunden, während der Leiter 57 auf der Vorderseite der Folie mit einem der dort verlaufenden Leiter 17 des Speiselei- jo tungssystems verbunden ist.

Von dieser Verbindungsstelle aus, die in den Figuren mit B bezeichnet ist, führen Leitungsabschnitte in entgegengesetzten Richtungen (im folgenden als »horizontal« bezeichnet) zu zwei ersten Verzweigungspunkten 37 und 39. In diesem Leitungsabschnitt verändert sich die Breite des Leiters 17 auf der Vorderseite der Folie jeweils so, daß eine symmetrische Impedanz von 50 Ohm an den Punkten 37 und 39 in eine unsymmetrische Impedanz von 100 Ohm am Punkt B transformiert wird. Die Breite des entsprechenden Leiters 19 auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Folie ändert sich vom Punkt B zu den Punkten 37 und 39 nicht (F i g. 3). Die beiden Hälften der vollständigen Anordnung ergeben im beschriebenen Beispiel zusammen eine Impedanz von 50 Ohm. Die Impedanz der Leitung am Koaxialeingangsanschluß zwischen den Punkten 31 und 35, 36 beträgt ebenfalls zur Anpassung an die Koaxialleitungsimpedanz 50 Ohm.

Die Impedanz der Leitung vom Punkt ßzum Punkt 31 wird durch den mit den Leitern 57 und 59 gebildeten Streifenleitungsabschnitt angepaßt, wobei der Leiter 57 gemäß Fig.2 wesentlich schmaler als der Leiter 59 gemäß Fig.3 ist. Ein Feineinstellelement 58 für die Impedanzanpassung wird durch ein kleines Planchen aus dielektrischem Material mit einem Leiter wie Kupfer auf einer Oberfläche gebildet. Durch Veränderung der Länge des Plättchens 58 und seiner Lage längs der Streifenleitung ergibt sich eine Impedanzanpassung zwischen der an den Punkten 31 und 35, 36 angekoppelten Koaxialleitung und dem Punkt B mit einem niedrigen Stehwellenverhältnis bei einer bestimmten Frequenz. Wenn einmal die optimale Lage des Plättchens festgestellt ist, dann läßt es sich einfach mit der Oberfläche des Leiters 57 verkleben.

Von den Verzweigungspunkten 37 und 39 führt ein System sich weiter verzweigender Speiseleitungen 13 zu den einzelnen Dipolen 11, deren Hälften 12 und 14 jeweils die Form von Flügeln haben, welche sich unter einem Winkel von 90 Grad erweitern, so daß sich eine größere Impedanzbandbreite ergibt. Ab den Punkten 37 und 39 sind die Leiter 17 und 19 auf gegenüberliegenden Seiten der Isolierfolie jeweils gleich breit und bilden symmetrische Speiseleitungen. Die Verzweigung geht im dargestellten Beispiel so vor sich, daß sich jeder vom Punkt B kommende horizontale Leitungsabschnitt zunächst T-förmig in zwei vertikale Leitungsabschnitte verzweigt, deren jeder sich daraufhin wieder T-förmig in zwei horizontale Leitungsabschnitte verzweigt, usw., bis insgesamt 128 Endzweige entstanden sind, deren jeder einen Dipol speist. Die Anordnung ist so getroffen, daß vom Punkt B zu dem Dipol 11 ein Leitungsweg gleicher Gesamtlänge führt

Das Netz der Speiseleitungen liegt bei der hier beschriebenen Anordnung in derselben Ebene wie die Dipole selbst. Ferner haben die vertikalen Speiseleitungsabschnitte die gleiche Orientierung wie die Dipole. Es besteht daher die Gefahr, daß von irgendwelchen Dipolen in der Anordnung Ströme in die vertikalen Leitungsabschnitte induziert werden, die bei gleicher Größe in derselben Richtung fließen. Diese Ströme können eine unerwünschte Leitungsstrahlung zur Folge haben und dazu führen, daß die erwünschte Gegentaktspeisung der Antennenelemente unsymmetrisch wird, wodurch die Wirksamkeit der Mehrelementenantenne vermindert wird. Um solche Gleichtaktströme zu unterbinden, sind an denjenigen T-förmigen Verzweigungsstellen, wo horizontale Leitungsabschnitte in vertikale Abschnitte einmünden. Einschnitte 81 vorgesehen. Diese Einschnitte reichen jeweils eine Viertelwellenlänge weit in das Ende der horizontalen Leitungsabschnitte hinein und bilden daher an ihrem offenen Ende eine sehr hohe Impedanz für die unerwünschten Gleichtaktströme. Die Einschnittbreite ist relativ klein im Vergleich zur Leitungsbreite, so daß der Wellenwiderstand der im Gegentakt betriebenen Leitung nicht mehr beeinflußt wird.

Wie in den Figuren erkennbar, sind die Speiseleitungsabschnitte 13 nicht alle und überall gleich breit. Die Abstufungen in der Breitenabmessung und die jeweiligen Teillängen der Abschnitte sind so gewählt, daß die Wellenwiderstände und die an verschiedenen Stellen gemessenen Lastimpedanzen jeweils einander angepaßt sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mehrelementenantenne mit einer dielektrischen Folie als Elemententräger und einer Mehrzahl von ebenen Dipolen als Antennenelemente, von denen jeweils die eine Dipolhälfte auf der einen Oberfläche des Elemententrägers und die andere Dipolhälfte auf dessen gegenüberliegender Oberfläche angebracht ist ferner mit Speiseleitungen jeweils in Form zweier schmaler Leiterstreifen, die einander gegenüberliegend auf den Oberflächen des Elemententrägers in derartigem Muster angeordnet sind, daß von einem gemeinsamen Einspeisungspunkt zu jedem einzelnen Dipol ein gleichlanger Leitungsweg führt, der sich zusammensetzt aus Leitungsabschnitten, die an Verbindungsstellen T-förmig aufeinandertreffen, dadurch gekennzeichnet, daß an denjenigen T-förmigcn Verbindungsstellen (z. B. 37), wo parallel zur Orientierung der Dipole (11) verlaufende erste und zweite Leitungsabschnitte (z. B. 13 vertikal in Fig. 1) mit einem dazu senkrechten dritten Leitungsabschnitt (13 horizontal) zusammentreffen, jeweils ein Einschnitt (81) gebildet ist, der eine Viertelwellenlänge weit in das Ende des besagten dritten Leitungsabschnitts reicht

2. Mehrelementenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite jedes der Einschnitte (81) klein im Vergleich zur Breite des betreffenden dritten Leitungsabschnitts (13 horizontal) ist.