DE2020192A1 - Dipolstrahlerelement in Streifenleitungstechnik - Google Patents

Description

• Di;)olstrahlerelement in Streifenleitungstechnik.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Dipolstrahlerelement in Streifenleitungstechnik mit Symmetrierungsnetzwerk auf einer leiterkaschierten, aus einem verlustarmen Dielektrikumsmaterial bestehenden Trägersubstanz für eine phasengesteuerte Antennenanordnung mit einem wandförmig ausgebildeten Reflektor, auf dem die Strahlerelemente mechanisch befestigt sind und hinter dem sich die Eingänge der Speiseleitungen zur Strahlererregung befinden.
• Aus 'tSupplement to IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems" Vol. AES-2, No. 6, Nov. 1966, Seiten 286 bis 299 sind Dipolstrahlerelemente für phasengesteuerte Antennen bekannt, bei denen jeweils eine beidseitig kupferkaschierte Trägerplatte verwendet wird und der Dipol und die Zuführungsleitungen in Streifenleitungstechnik ausgeführt sind. Bei dieser bekannten Anordnung treten jedoch Schwierigkeiten bei den Übergängen von einem Leitungstyp zum anderen auf, so daß Wellenstobstellen entstehen, mit denen zwangsläufig unerwünschte Reflexionen verbunden sind.
• Gemä; der Erfindung ist ein einfach herzustellendes, zuverlassiges und einwandfrei arbeitendes Dipolstrahlerelement der eingangs genannten Art, bei dem die Schwierigkeiten des bekannten Strahlerelements für eine phasengesteuerte Antenne vermieden sind, dadurch gekennzeichnet, dab zwei senkrecht aus der Reflektorebene herausragende, deckungsgleich zusammengefügte und aus der Trägersubstanz bestehende Trägerplatten vorgesehen sind, von denen die eine auf ihrer Vorderseite mit der Kontur eines Dipols versehen ist, der an seinen inspeisesteltn in zwei Streifenleitungszüge übergeht, die einen Nellenwiderstand aufweisen, der doppelt so groß ist wie derjenige einer entralen Streifenleitung, welche die Speiseleitung mit den beiden Streifenleitungszügen verbindet, dab diese Trägerplatte auf ihrer Rückseite und die andere einfach kaschierte Trägerplatte in übereinstimmender Form vor dem Reflektor mit einer dipolsei tig konisch auslaufenden Leiterkaschierung versehen sind, daX unmittelbar vor der Einmündung der zwei Streifenleitungszüge in die Kontur des Dipols diese in ein Zweidraht-Leitungssystem übergeführt sind und dabei gleichzeitig sowohl ein Weilenwiderstandssprung vom Wellenwiderstand der Streifenleitungszüge zum eilenwiderstand des Dipols vorgenommen als auch aas Streifenleitungssystem an die Impednz es Dìpol s angepaBt ist und d.lv eine der beiden Streifenleitungen mittels einer UmwegstrecKe mäanderförmigum die Länge länger ausgebilaet ist als die andere, wobei Ä die Wellenlänge und E die relative Dieletrizitätskonstante der Trägersubstanz darstellen. Das Dipoistrahlerelement nach der Erfindung besitzt ein geringes Gewicht, so daß damit die gesamte Phased-Array-Antenne bedeutena leichter wird und demzufolge auch die Halterung oder Lagerungen der Gesamtantenne in leichterer Ausführung gebaut werden können.
• Auxerdem ist eine einfache und auch technisch verhältnismäbig wenig aufwendige Pertigung von Strahlerelementen in großer Stückzahl mit äußerst geringer Streuung der Eigenschaften gegeben. Durch die besondere Ausbildung des Dipolstrahlerelements nach der Erfindung wird ein Vermeiden von Steckkontakten ermöglicht, da der Dipol und das nachfolgende System, z.B. die Phasenschieber, in der gleichen Streifenleitungstechnik gebaut wer-Sl den können. Da Stecker nicht erforderlich, ergibt sich ferner eine freie Wahl der Leitungsimpedanz. Die individuelle Impedanzanpassung der einzelnen Dipolstrahlerelemente innerhalb der Gruppe einer Phased-Array-Antenne gestaltet sich wesentlich weniger aufwendig als bei koaxialen Ausführungen, da keine Dreh-und Fräsarbeiten erforderlich sind.
• Durch das Vorziehen der Kaschierung auf der rückseite der doppelt kaschierten Trägerplatte und der Kaschierung der zwei-.erÆ Trägerplatte in den Auvenraum vur den Reflektor ist zugleich eine AbschilXmung der Zuleitung zum Dipol gegeben, wobei jedoch diese Kaschierung im Strahlungsbereich vor dem Reflektor St! schmal wie möglich zu bemessen ist, um das Peia zwischen ilefiektor und Dipol möglichst wenig zu beeinflussen.
• Ein Faltdipol wird vorteilhaft dann als gedruckte Form auf der einen Tragerplatte verwendet, wenn die relative Bandbreite mehr als 15 ; betragen soll. Werden kieinere-Bandbreiten gefordert, so kann auch ein gestreckter A/2-Dipol angewendet werden.
• In vorteilhafter Weise ist eine koaxiale Zuführungsleitung mit einem blattförmig nach außen auslaufenden Innenleiter an die zentrale Streifenleitung derart herangeführt, daß der Innenleiter bei zusammengefügten Trägerplatten fest und leitend zwischen diese Platten eingeklemmt ist und daß der Außenleiter der koaxialen Zuführungsleitung mit zwei aus Metall bestehenden Deckplatten verbunden ist, zwischen welche die beiden Trägerplatten hinter dem Reflektor stütztend eingeklemmt sind. Beide Trägerplatten, von denen die eine die Kontur des Dipol3, er Leitungszüge sowie auf der Rückseite zweckmäßig die Kontur der Deckplattenkaschierung und die andere nur die Kontur der Deckplatten enthält, werden fest zusammengefügt, wobei zum Erreichen einwandfreier Abstrahlung die Verwendung von Metallschrauben im Strahlungsraum vor dem Reflektor zu vermeiden ist.
• Statt dessen werden in vorteilhafter Weise die Trägerplatten in diesem Bereich verklebt, verschweißt oder durch Kunststoffschrauben zusammengehalten.
• Die Erfindung wird anhand eines in drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt ein Dipolstrahlerelement mit zwei kaschierten Trägerplatten auf einem wandartigen Reflektor in Seitenansicht, wobei der in der Mitte liegenden Kaschierung die Form eines Dipolstrahlerelements gegeben ist; Fig. 2 zeigt die Kaschierungsform der einen Seite der doppelt kaschierten Trägerplatte, und Fig. 3 die Kaschierungsform der anderen Seite der doppelt kaschierten Trägerplatte sowie die dazu identische Kaschierungsform der nur einseitig kaschierten zweiten Trägerplatte.
• Das in Fig. 1 gezeigte Dipolstrahlerelement weist zwei Trägerplatten 1 und 2 auf, deren mechanische Pertigkeit mindestens so grob ist, daß sie in jeder Winkellage etwa A/4 weit aus einem Reflektor 3 in den Strahlungsraum hinausragen können. Die Trägerplatte 1 ist beidseitig und die Trägerplatte 2 einseitig kupferkaschiert. Dies ist bei der Trägerplatte 1 mittels der durchgezogenen dicken Striche 4 und 5 und bei der Trägerplatte 2 mittels des unterbrochenen Linienzuges 6 angedeutet. Die Formgebung der durch die Strichzüge 4 und 6 angegebenen Kaschierungen ist gleich. Trägerplattensubstanz ist ein verlustarmes dielektrisches Material. Die beschriebene Anordnung ist in Triplate-Technik ausgeführt. Die Anwendung der Mikrostrip-Technik ist nach entsprechender Modifikation möglich. Der Eingang einer koaxialen Speiseleitung 7 zur Erregung des Dipolstrahlerelements befindet sich hinter dem Reflektor 3. Dabei läuft der Innenleiter 8 blattförmig aus und liegt an der Kupferkaschierung 5 der Trägerplatte 1 an, wobei er zwischen die beiden Trägerplatten 1 und 2 fest eingeklemmt ist. Der Außenleiter 9 ist mit zwei Deckplatten 10 und 11 aus Metall elektrisch und mechanisch verbunden, zwischen denen die beiden Trägerplatten 1 und 2 festgeklemmt werden. Über die beiden Deckplatten 10 und 11 wird das Dipolstrahlerelement am Reflektor 3 befestigt, was im Ausführungsbeispiel mittels mehrerer Winkel 12 erfolgt. Die Trägerplatten 1 und 2 ragen durch einen Schlitz des Reflektors 3 hindurch.
• Als Dipolkontur 20 in der Anordnung nach Fig. 2 ist diejenige eines Faltdipols vorgesehen. Eine zentrale Streifenleitung 21 geht in zwei Streifenleitungszüge 22 und 23 über, die ihrerseits in die Faltdipolkontur 20 an den Stellen 31 und 32 einmünden.
• Die Wirkungsweise läßt sich lediglich im Zusammenhang mit der Kaschierungsform nach Fig. 3 erklären, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Trägerplatten 1 und 2 nach der bei Fig. 1 beschriebenen Art zusammengefügt sind. Der Wellenwiderstand der zentralen Leitung 21 ermittelt sich aus der relativen Dielektrizitätskonstante Er des Materials der Trägerplatten1 und 2 sowie den Abmessungen der zentralen Leitung 21, d.h. deren Breite und deren Abstand von den beiden-in Fig. 1 dargestellten Kaschierungen 4 und 6. Der Wellenwiderstand der Streifenleitungszüge 22 und 23 ist doppelt so groß wie der Wellenwiderstand der zentralen Streifenleitung 21. Zur Erzeugung einer symmetrischen Erregung des Faltdipols 20 unterscheiden sich die beiden Längen der Streifenleitungszüge 22 und 23 phasenmäßig um 180 Grad, was durch die mäanderförmige Umwegstrecke 24 beim Streifenleitungszug 23 erreicht wird. Die beiden Streifenleitungszüge 23 und 24 münzen direkt in den offenen Schenkel 25 des Faltdipols 20.
• Ihr Abstand ist nach dem Gesichtspunkt geringer Verkopplung bestimmt. Im Bereich vor der Reflektorebene 26 ist die Kaschierung 2;? so schmal wie möglich gewählt. Die beiden Streifenleitungszüge 22 und 23 sind unmittelbar vor der Einmündung in die Faltdipolkontur 20 in ein Zweidrahtleitungssystem übergeführt, was durch das Auslaufen des Kaschierungsteils 27 auf der Trägerplatte 2 bedingt ist. Der dadurch verursachte Wellenwiderstandssprung ist durch die konische Formgebung dieses auslaufenden Teilbereichs der Kaschierung und der genauen Wahl des Ortes der Leitungstransformation kompensiert. Gleichzeitig ist das Leitungssystem an die Impedanz des Faltdipols 20 angepaßt.
• Durch die besondere Formgebung des Kaschierungsteils 27 auf der Trägerplatte 2 im Außenraum vor der Reflektorebene 26 ist eine Abschirmung der Streifenleitungszüge 22 und 23 auf der Trägerplatte 1 gegeben und die Stoßstellen zwischen den Triplate- Leitungszügen und den Zweidrahtleitungen sowie zwischen Zweidrahtleitung und Dipol 20 können an einem Ort vereinigt werden, so daj eine einfache Anpassung möglich ist. Die Länge der beiden Schenkel 25 und 28 des Faltdipols 20 beEtragt etsVet d r8 0,4-fache der vorgesehenen Wellenlänge. Die Kontur des Faltdipols 20, vor allem das Verhältnis der Breiten der beiden Schenkel 25 und 28, ist im wesentlichen durch die Forderung, mögLichst nahe an die Impedanz der Zuleitung heranzukommen, bestimmt Im ausgr führten Beispiel ist der Schenkel 25 mehr als doppelt so breit wie der außen gelegene Schenkel 28. Die Bandbreite des Strahlerelements kann durch geeignete Formgebung der seitlichen Verbindungsstege 29 und 30 zwischen den beiden Schenkeln 25 und 28 zusätzlich beeinflußt werden. Hinter der Reflektorebene 26 verlaufen die Leiterkaschierung auf der Rückseite der doppelt kaschierten Trägerplatte 1 und die dazu identische Leiterkaschierung auf der einen Seite der Trägerplatte 2 durchgehend über die ganze Breite der Trägerplatten 1 und 2.
• 7 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (1)

1. Patentans rüche C Dipolstrahlerelement in Streifenleitungstechnik mit Symmetrierungsnetzwerk auf einer leiterkaschierten, aus einem verlustarmen Dielektrikumsmaterial bestehenden Trägersubstanz für eine phasengesteuerte Antennenanordnung mit einem wandförmig ausgebildeten Reflektor, auf dem die Strahlerelemente mechanisch befestigt sind und hinter dem sich die Eingänge der Speiseleitungen zur Strahlererregung befinden, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei senkrecht aus der Reflektorebene (26) herausragende, deckungsgleich zusammengefügte und aus der Trägersubstanz bestehende Trägerplatten (1,2) vorgesehen sind, von denen die eine (1) auf ihrer Vorderseite mit der Kontur eines Dipols (20) versehen ist, der an seinen Einspeisestellen (31, 32) in zwei Streifenleitungszüge (22,23) übergeht, die einen Wellenwiderstand aufweisen, der doppelt so groß ist wie derjenige einer zentralen Streifenleitung (21), welche die Speiseleitung mit den beiden Streifenleitungszügen (22,23) verbindet, dab diese Trägerplatte (1) auf ihrer Rückseite und die andere einfach kaschierte Trägerplatte (2) in übereinstimmender Form vor dem Reflektor (26) mit einer dipolseitig konisch auslaufenden Leiterkaschienrng (27) versehen sind, daß unmittelbar vor der Einmündung (31,32) der zwei Streifenleitungszüge (22,23) in die Kontur des Dipols (20) diese in ein Zweidraht-Leitungssystem übergeführt sind und dabei gleichzeitig sowohl ein Wellenwiderstandssprung vom Wellenwiderstand der Streifenleitungszüge (22,23) zum Wellenwiderstand des Dipols (20) vorgenommen als auch das Streifenleitungssystem an die Impedanz des Dipols (20) angepaßt ist und daß eine der beiden Streifenleitungen (23) mittels einer umwegstrecke (24) mäanderförmig um die Länge länger ausgebildet ist als die andere, wobei Adie Wellenlänge und ( die relative Dielektrizitätskonstante der Trägersubstanz darstellen.

   2. Dipolstrahlerelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Dipol (20) ein Faltdipol ist.

   5. Dipolstrahlerelement nach Anspruch 1 oder 2, d a d ii. r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine koaxiale Zuführungsleitung (7) mit einem blattförmig nach außen auslaufenden Innenleiter (8) an die zentrale Streifenleitung (21) derart herangeführt ist, daß der Innenleiter (8) bei zusammengefügten Trägerplatten (1,2) fest und leitend zwischen diese Platten (1,2) eingeklemmt ist, und daß der Außenleiter (9) der koaxialen Zuführungsleitung (7) mit zwei aus Metall bestehenden Deckplatten (10,11) verbunden ist, zwischen welche die beiden Trägerplatten (1,2) hinter dem Reflektor (3) stützend eingeklemmt sind.

   4. Dipolstrahlerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Strahlungsraum vor dem Reflektor (3) die Trägerplatten (1,2) miteinander verklebt, verschweißt oder durch Kunststoffschrauben verbunden sind.

   5. Dipolstrahlerelement nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Länge der Schenkel (25,28) des Faltdipols (20) etwa das 0,4-fache der Wellenlänge beträgt.

   6. Dipolstrahlerelement nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß derjenige Schenkel (28) des Faltdipols (20), der weiter vom Reflektor (26) entfernt ist, schmaler als der andere Schenkel (25) ausgebildet ist.

   7. Dipolstrahlerelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Leiterkaschierung auf der Rückseite der doppelt kaschierten Trägerplatte (1) und die dazu identische Leiterkaschierung auf der einen Seite der anderen Trägerplatte (2) hinter dem Reflektor (26) durchgehend über die ganze Breite der Trägerplatten (1,2) verlaufen.

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