DE2020192B2 - Dipolstrahlerelement in Streifenleitungstechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dipolstrahler in Streifenleitungstechnik mit Symmetrierungsnetzwerk auf einer leiterkaschierten, aus einem verlustarmen Dielektrikumsmaterial bestehenden Trägersubstanz für eine phasengesteuerte Strahlergruppe mit einem wandförmig ausgebildeten Reflektor, auf dem die Dipolstrahler mechanisch befestigt sind und hinter dem

ju sich die Eingänge der Speiseleitungen zur Strahlererregung befinden.

Eine phasengesteuerte Antenne in Streifenleitungstechnik mit Symmetrierungsnetzwerk, die allerdings nicht aus zusammengesetzten Einzelstrahlen besteht,

r, sondern als Gesamteinheit hergestellt wird, ist aus der Zeitschrift »Electronics«, 21.2.1966, Seiten 96 und 97, bekannt.

Aus »Supplement to IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems«, Vol. AES-2, Nr. 6, November 1966, Seiten 286 bis 299 sind darüber hinaus Dipolstrahler für eine phasengesteuerte Antenne bekannt, bei denen jeweils eine beidseitig kupferkaschierte Trägerplatte verwendet wird. Sowohl der Dipol als auch die Zuführungsleitungen sind in Streifenleitungstechnik ausgeführt, wobei eine Dipolhälfte gemeinsam mit ihrer Speisezuführung auf der einen Seitenfläche als Streifenleiter und die andere Dipolhälfte gemeinsam mit ihrem nächsten Speisezuleitungsbereich als Streifenleiter auf der anderen Seitenfläche ausgebildet sind. Es handelt sich somit im Bereich vor der Einmündung in die Dipolhälften bei den beiden Speiseleitungen um ein Zweidrahtleitungssystem. Außerhalb des Einmündungsbereichs ist auf der einen Seite der Trägerplatte die Metallkaschierung voll ausgebildet. Bei dieser bekannten Anordnung treten Schwierigkeiten beim Übergang zur Zweidrahtleitung und beim Übergang zwischen Zweidrahtleitung und Dipol auf, so daß Wellenstoßsteilen entstehen, mit denen zwangsläufig unerwünschte Reflexionen verbun-

bo den sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach herzustellenden, zuverlässig und einwandfrei arbeitenden Dipolstrahler für eine phasengesteuerte Antenne zu schaffen, bei dem keine Wellenstoßstellen auftreten.

Gemäß der Erfindung, die sich auf einen Dipolstrahler der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwei senkrecht aus der Reflektorebene herausragende, deckungsgleich zusammengefüg-

te und aus der Trägersubstanz bestehende Trägerplatten vorgesehen sind, von denen die erste auf derjenigen Seite, welche an der anderen Trägerplatte anliegt, mit der Kontur eines Dipols versehen ist, der an seinen Einspeisestellen in einen ersten und einen zweiten Streifenleiter übergeht, die sich beide zu einem dritten Streifenleiter vereinigen, daß diese erste Trägerplatte auf derjenigen Seite, welche nicht an der anderen Trägerplatte anliegt, und die andere, nur einfach kaschierte Trägerplatte auf derjenigen Seite, weiche nicht an der ersten Trägerplatte anliegt, in übereinstimmender Form vor dem Reflektor mit einer dipolseitig dreieckförmig auslaufenden Leiterkaschierung versehen sind, die zusammen mit dem ersten, zweiten und dritten Streifenleiter je eine Triplate-Leitung bilden, wobei der Wellenwiderstand der ersten und zweiten Triplate-Leitung doppelt so groß ist wie derjenige der dritten Triplate-Leitung, welche mit der Speiseleitung verbunden ist, daß unmittelbar vor der Einmündung der ersten und zweiten Triplate-Leitung in die Kontur des Dipols diese in ein Zweidraht-Leitungssystem übergeführt sind und dabei das Streifenleitungssystem an die Impedanz des Dipols angepaßt ist und daß einer der beiden ersten und zweiten Streifenleiter in an sich bekannter Weise mitteis einer Umwegstrecke mäander-

förmig um die Länge länger ausgebildet ist als die

andere, wobei λ die Wellenlänge und λ_Γ die relative Dielektrizitätskonstante der Trägersubstanz darstellen.

Es wird noch darauf hingewiesen, daß es aus »Transactions of the IRE, Professional Group on Microwave Theory and Techniques«, März 1955, Seiten 149 bis 156 an sich bekannt ist, in der Zuführung zu einem Streifenleitungsstrahler einen der beiden Streifenleiter mäanderförmig mittels einer Umwegstrecke um eine halbe Wellenlänge länger auszubilden.

Der Dipolstrahler nach der Erfindung besitzt ein geringes Gewicht, so daß damit auch die gesamte phasengesteuerte Antenne leicht ist und demzufolge auch die Halterung oder Lagerungen der Gesamtantenne in leichterer Halterung gebaut werden können. Außerdem ist eine einfache und auch technisch verhältnismäßig wenig aufwendige Fertigung von Strahlerelementen in großer Stückzahl mit äußerst geringer Streuung der Eigenschaften gegeben. Durch die besondere Ausbildung des Dipolstrahlers nach der Erfindung wird ein Vermeiden von Steckkontakten ermöglicht, da der Strahler selbst und das nachfolgende System, z. B. die Phasenschieber, in der gleichen Streifenleitungstechnik gebaut werden können. Da Stecker nicht erforderlich sind, ergibt sich ferner eine freie Wahl der Leitungsimpedanz. Die individuelle Impedanzanpassung der einzelnen Dipolstrahlerelemente innerhalb der Gruppe einer phasengesteuerten 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 zweiten Trägerplatte in den Außenraum vor den Reflektor ist zugleich eine Abschirmung der Zuleitung zum Dipol gegeben, wobei jedoch diese Kaschierung im Strahlungsbereich vor dem Reflektor so schmal wie möglich zu bemessen ist, um das Feld zwischen Reflektor und Dipol möglichst wenig zu beeinflussen.

Es wird vorteilhaft als gedruckte Form auf der einen Trägerplatte ein Faltdipol verwendet, wenn die relative Bandbreite mehr als 15% betragen soll. Werden kleinere Bandbreiten gefordert, so kann auch ein gestreckter Λ/2-Dipol angewendet werden.

In vorteilhafter Weise ist eine koaxiale Speiseleitung ί mit einem blattförmig nach außen auslaufenden Innenleiter an den dritten Streifenleiter derart herangeführt, daß der Innenleiter bei zusammengefügten Trägerplatten fest zwischen diese Platten eingeklemmt und leitend mit dem dritten Streifenleiter verbunden ist

in Der Außenleiter der koaxialen Speiseleitung ist dabei mit zwei aus Metall bestehenden Deckplatten verbunden, zwischen welche die beiden Trägerplatten hinter dem Reflektor sich abstützend eingeklemmt sind, derart, daß eine leitende Verbindung zwischen dem Außenleiter und den Leiterkaschierungen besteht Beide Trägerplatten 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.

F i g. 1 zeigt einen Dipolstrahler mit zwei kaschierten Trägerplatten auf einem wandartigen Reflektor in Seitenansicht, wobei der in der Mitte liegenden Kaschierung die Form eines Dipolstrahlers gegeben ist; F i g. 2 zeigt die Kaschierung der innen liegenden Seite der doppelt kaschierten Trägerplatte und

F i g. 3 die Kaschierungsform der außen liegenden Seite der doppelt kaschierten Trägerplatte, die mit der Kaschierungsform der nur einseitig kaschierten zweiten Trägerplatte identisch ist.

Das in F i g. 1 gezeigte Dipolstrahlerelement weist zwei Trägerplatten 1 und 2 auf, deren mechanische Festigkeit mindestens so groß ist, daß sie in jeder Winkellage etwa λ/4 weit aus einem Reflektor 3 in den Strahlungsraum hinausragen können. Die Trägerplatte

4() 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. 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 Ausführungsbei-

bo spiel 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 F i g. 2 ist diejenige eines Faltdipols vorgesehen. Ein zentraler

b5 Streifenleiter 21 geht in zwei Streifenleiter 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 Kaschierungs-

form nach F i g. 3 erklären, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Trägerplatten 1 und 2 nach der bei Fig. 1 beschriebenen Art zusammengefügt sind. Der Wellenwiderstand der Triplate-Leitung, der der zentrale Leiter 21 angehört, ermittelt sich aus der relativen Dielektrizitätskonstante ε,-des Materials der Trägerplatten 1 und 2 sowie den Abmessungen des zentralen Leiters 21, d. h. dessen Breite und dessen Abstand von den beiden in F i g. 1 dargestellten Kaschierungen 4 und 6. Der Wellenwiderstand Triplate-Leitung, der der Streifenleiter 22 bzw. 23 angehört, ist doppelt so groß wie der Wellenwiderstand derjenigen, der der dritte Streifenleiter 21 angehört. Zur Erzeugung einer symmetrischen Erregung des Faltdipols 20 unterscheiden sich die beiden Längen der Streifenleiter 22 und 23 phasenmäßig um 180 Grad, was durch die mäanderförmige Umwegstrecke 24 beim Streifenleiter 23 erreicht wird. Die beiden Streifenleiter 23 und 24 münden direkt in den unterbrochenen Schenkel 25 des Faltdipols 20. Ihr Abstand ist nach dem Gesichtspunkt geringer Verkopplung bestimmt. Im Bereich vor der Reflektorebene 26 ist die Kaschierung 27 so schmal wie möglich gewählt. Die beiden Streifenleiter 22 und 23 sind unmittelbar vor der Einmündung in die Faltdipolkontur 20 in ein Zweidrahtleitungssystem übergeführt, was durch das Auslaufen des Kaschierungsteils 27 auf den Trägerplatten 1 und 2 erreicht wird. Der dadurch verursachte Wellenwiderstandssprung ist durch die dreieckförmige Formgebung dieses auslaufenden Teilbereichs der Kaschierung und der genauen Wahl des Ortes der Leitungstransforma tion kompensiert. Gleichzeitig ist das Leitungssystem ar die Impedanz des Faltdipols 20 angepaßt. Durch die besondere Formgebung des Kaschierungsteils 27 au den Trägerplatten 1 und 2 im Außenraum vor dei Reflektorebene 26 ist eine Abschirmung der Streifenlei· ter 22 und 23 auf der Trägerplatte 1 gegeben und die Stoßstellen zwischen den Triplate-Leitungszügen unc den Zweidrahtleitungen sowie zwischen Zweidrahtleitung und Dipol 20 können an einem Ort vereinig! werden, so daß eine einfache Anpassung möglich ist. Die Länge der beiden Schenkel 25 und 28 des Faltdipols 2C beträgt etwa das 0,4fache der vorgesehenen Wellenlänge. Die Kontur des Faltdipols 20, vor allem das Verhältnis der Breiten der beiden Schenkel 25 und 28, isi im wesentlichen durch die Forderung, möglichst nahe an die Impedanz der Zuleitung heranzukommen, bestimmt Im ausgeführten Beispiel ist der Schenkel 25 mehr als doppelt so breit wie der außen gelegene Schenkel 28 Die Bandbreite des Dipolstrahlers kann durch geeignete Formgebung der seitlichen Verbindungsstege 29 und 3C zwischen den beiden Schenkeln 25 und 28 zusätzlich beeinflußt werden. Hinter der Reflektorebene 26 verlaufen die Leiterkaschierung auf der einen Seite 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

!0 20 192 Patentansprüche:

1. Dipolstrahler in Streifenleitungstechnik mit Symmetrierungsnetzwerk auf einer !eiterkaschierten, aus einem verlustarmen Dielektrikumsmaterial bestehenden Trägersubstanz für eine phasengesteuerte Strahlergruppe mit einem wandförmig ausgebildeten Reflektor, auf dem die Dipolstrahler mechanisch befestigt sind und hinter dem sich die Eingänge der Speiseleitungen zur Strahlererregung befinden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei senkrecht aus der Reflektorebene (26) herausragende, deckungsgleich zusammengefügte und aus der Trägersubstanz bestehende Trägerplatten (1, 2) vorgesehen sind, von denen die erste (1) auf derjenigen Seite, welche an der anderen Trägerplatte {1) anliegt, mit der Kontur eines Dipols (20) versehen ist, der an seinen Einspeisestellen (31,32) in einen ersten (22) und einen zweiten (23) Streifenleiter übergeht, die sich beide zu einem dritten Streifenleiter (21) vereinigen, daß diese erste Trägerplatte (1) auf derjenigen Seite, welche nicht an der anderen Trägerplatte (2) anliegt, und die andere, nur einfach kaschierte Trägerplatte (2) auf derjenigen Seite, welche nicht an der ersten Trägerplatte (1) anliegt, in übereinstimmender Form vor dem Reflektor (26) mit einer dipolseitig dreieckförmig auslaufenden Leiterkaschierung (27) versehen sind, die zusammen mit dem ersten (22), zweiten (23) und dritten (21) Streifenleiter je eine Triplate-Leitung bilden, wobei der Wellenwiderstand der ersten und zweiten Triplate-Leitung doppelt so groß ist wie derjenige der dritten Triplate-Leitung, welche mit der Speiseleitung verbunden ist, daß unmittelbar vor der Einmündung (31, 32) der ersten und zweiten Triplate-Leitung in die Kontur des Dipols (20) diene in ein Zweidraht-Leitungssystem übergeführt sind und dabei das Streifenleitungssystem an die Impedanz des Dipols (20) angepaßt ist und daß einer (23) der beiden ersten und zweiten Streifenleiter (22, 23) in an sich bekannter Weise mittels einer Umwegstrecke (24)

mäanderförmig um die Länge länger ausge-

bildet ist als die andere, wobei λ die Wellenlänge und ε_Γ die relative Dielektrizitätskonstante der Trägersubstanz darstellen.

2. Dipolstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dipol (20) ein Faltdipol ist.

3. Dipolstrahler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine kaxiale Speiseleitung (7) mit einem blattförmig nach außen auslaufenden Innenleiter (8) an den dritten Streifenleiter (21) derart herangeführt ist, daß der Innenleiter (8) bei zusammengefügten Trägerplatten (1, 2) fest zwischen diese Platten (1, 2) eingeklemmt und leitend mit dem dritten Streifenleiter (21) verbunden ist, und daß der Außenleiter (9) der koaxialen Speiseleitung (7) mit zwei aus Metall bestehenden Deckplatten (10, U) verbunden ist, zwischen welche die beiden Trägerplatten (1, 2) hinter dem Reflektor (3) sich abstützend eingeklemmt sind, derart, daß eine leitende Verbindung zwischen dem Außenleiter (9) und den Leiterkaschierungen (27) besteht.

4. Dipolstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlungsraum vor dem Reflektor (3) die Trägerplatten

(1, 2) miteinander verklebt, verschweißt oder durch Kunststoffschrauben verbunden sind.

5. Dipolstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Schenkel (25,28) des Faltdipols (20) etwa das 0,4fache der Wellenlänge beträgt.

6. Dipolstrahler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Schenkel (28) des Faltdipols (20), der weiter vom Reflektor (26) entfernt ist, schmaler als der andere Schenkel (25) ausgebildet ist.

7. Dipolstrahler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterkaschierung auf der Rückseite der doppelt kaschierten Trägerplatte (1) und die damit identische Leiterkaschierung auf der einen Seite der anderen Trägerplatte (2) hinter dem Reflektor (26) durchgehend über die ganze Breite der Trägerplatten (1, 2) verlaufen.