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Antenne für schnellfliegende Fluggeräte Die Erfindung betrifft eine
Antenne für schnellfliegende Fluggeräte in Form eines L- oder m-förmig gebogenen
Antennenleiters über einer leitenden Ebene, der über eine koaxiale Leitung durch
Shunt- oder Fußpunktspeisung gespeist ist.
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Für insbesondere im Überschallbereich fliegende Fluggeräte werden
für die Fernmessung (Telemetrie) und Fernsteuerung
solche durch
eine geringe Bauhöhe über der Fluggeräteoberflache sich auszeichnende Antennen benötigt,
die ein aerodynamisch günstiges Profil und große mechanische Stabilität aufweisen
müssen.
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Derartige Antennen sind im anglozamerikanischen Schrifttum unter der
Bezeichnung "Transmission-Line Antennas" bekannt geworden, vgl. R.W.P. King, Ch.W.
Harrison,Jr., Antennas and Waves X A Modern Approach", The M.J.T. Press, Cambridge,
Massachusetts and London, England, 1969, Seiten 437 und 438; E.A. Wolff, "Antenna
Analysis", John Wiley & Sons, Inc., New York, London, Sydney 1966, Seite 1o3.
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Nach der allgemeinen Theorie der linearen Antennen besitzen bekanntlich
Antennen mit geringer Bauhöhe über einer leitenden Ebene einen niedrigen Strahlunqswiderstand
und eine geringe Bandbreite. Diese Nachteile treffen auch für Antennen mit L- oder
m-förmig gebogenem Antennenleiter zu. Außerdem ist es bekannt, den Wirkungsgrad
derartiger Antennen dadurch zu erhöhen, dcß die aus dem waagerechten Antennenleiter
und der leitenden Ebene gebildete Leitung möglichst wenig gedämpft und eine Abschlußreaktanz.
mit hoher Güte, z.B. ein koaxialer Lufttrimmer, verwendet wird. Alle bisher bekannten
Antennen dieser Art besitzen jedoch eine geringe Bandbreite von nur ungefähr 1 bis
2% ihrer Wellenlänge für eine Welligkeit 5 s(2 und erfordern zu ihrer Abstimmung
ein Abstimmelement. Außerdem weisen diese Antennen einen tiefen Einbruch im Strahlungsdiagramm
für vertikale Polarisation auf, vgl.
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z.B. die Antenne pour vEhicules spatiaux, Types 285, 287, 272 et 273"
der Firma Starec, Massy, Frankreich; Vorläufige Datenblätter der Bölkow GmbH "Bordantenne
für 21O - 26O MHz und Bordantenne für 45O - 47O MHz1, mit einer Bandbreite von 2,5
MHz im 200 MHz-Bereich bzw. 5 MHz im 400 MHz-Bereich für 5 < 2.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne zu schaffen,
die bei im Vergleich zur Wellenlänge geringen Abmessungen und einem aerodynamisch
günstigen Profil einen hohen Wirkungsgrad, eine große Bandbreite und eine annähernd
kugelförmige Strahlungscharakteristik im Raum oberhalb der leitenden Ebene aufweist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innenleiter
der koaxialen Speiseleitung zwei oder mehrere Flachspulen bildet, die in einer Ebene
zwischen dem waagerechten Antennenleiter und der leitenden Ebene angeordnet sind,
wobei die einzelnen Flachspulen in Serie und/oder parallel geschaltet und daß eine
oder mehrere Flachspulen leitend mit dem waagerechten Antennenleiter verbunden sind.
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Damit die Flachspulen eine hohe Güte aufweisen und von ihnen selbst
eine wirksame Abstrahlung elektromagnetischer Energie erfolgt, sind nach einer weiteren
Ausbildung der Erfindung die äußeren Abmessungen der Flachspulen nicht kleiner als
ungefähr 1/30 der Betriebswellenlänge und die abgewickelte Länge der Windungen einer
Flachspule zwischen 1/lO und der gesamten Betriebswellenlänge gewählt. Das gesamte
Flachspulensystem ist durch die Wahl der Windungszahl und der Abmessungen der einzelnen
Spulen sowie durch ihre Abstände vom waagerechten Antennenleiter, von den senkrechten
Antennenleitern und von der leitenden Ebene und der Lage des Einspeisepunktes erfindungsgemäß
so ausgebildet, daß in einem vorgegebenen Frequenzbereich mehrere Serien- und Parallelresonanzen
auftreten, wobei der Realteil gleich oder annähernd gleich einem gewünschten Antenneneingangswiderstand
ist. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes besteht in der Ausführung
der Plachspulen als gedruckte Platine und des vordersten senkrechten Antennenleiters
in Form einer Strebe mit dreiecksförmigem Querschnitt, wobei die Messerkante in
Flugrichtung zeigt und aus Stabilitätsgründen
nicht in einer Ebene
parallel zur rückwärtigen Fläche der Strebe liegt.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in einer bei gleichen
Abmessungen erheblich vergrößerten Bandbreite mit ca. 2Os bezogen auf die Mittenfrequenz,
so daß der Einbau eines Abstimmelementes überflüssig wird. Ferner erreicht man eine
Verbesserung der Strahlungscharakteristik. Im Halbraum über der leitenden Ebene
ist das Strahlungsdiagramm annähernd kugelförmig, horizontale und vertikale Polarisation
werden fast gleich gut abgestrahlt. Außerdem ist das empfindlichere Spulensystem
durch eine mechanisch und thermisch hoch belastbare, sich in Flugrichtung erstreckende
metallische Strebe geschützt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht eines L-förmig gebogenen Antennenleiters
über einer leitenden Ebene mit eingelegtem Flachspulensystem und Shuntspeisung und
Figur 2 den Grundriß nach Fig. 1.
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Auf einer metallischen Struktur 1, z.B. der Außenhaut eines Fluggerätes,
als leitender Ebene ist ein L-förmig gebogener Antennenleiter 2 angeordnet, der
in Flugrichtung alsstabile Strebe 21 ausgebildet ist. Der von leitender Ebene und
L-förmig gebogenem Antennenleiter abgegrenzte Raum enthält ein Flachspulensystem
3 mit den einzelnen Flachspulen 31,32....3n.
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Die einzelnen Flachspulen sind rechteckig, besitzen verschiedene Windungszahlen
und Abmessungen und sind über Brücken 5 leitend miteinander verbunden. Die Brücken
5 verbinden ent-.weder das Ende einer vorhergehenden Flachspule mit dem Anfang der
nachfolgenden Flachspule, wie im Falle der Flachspulen 31 und 32, oder ein Ende
mit einem Abgriff, wie es bei den Flachspulen 32 und 3n der Fall ist oder auch zwei
Abgriffe zweier
benachbarter Flachspulen. Der Anfang der Flachspule
31 bleibt frei und kann im Bedarfsfalle mit der leitenden Ebene verbunden werden.
Das Ende der Flachspule 3n ist mit dem waagerechten Antennenleiter 2 verbunden.
Der Einspeisepunkt 6 der Antenne liegt in der ersten Windung der Fachspule 31. Die
Flachspulen sind in gedruckter Technik auf einer Isolierstoffplatte 7 ausgeführt,
welche den gesamten Raum zwischen leitender Ebene und L-förmig gebogenem Antennenleiter
ausfüllt.
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Stromstärke und Phase werden durch die Wahl der Abmessungen, der Windungszahlen,
der galvanischen, kapazitiven und induktiven Kopplungen, sowie durch die Lage des
Einspeisepunktes so festgelegt, daß sich die von den Flachspulen erzeugten elektr
magnetischen Felder gegenseitig verstärken und somit eine zu der des L-förmig gebogenen
Antennenleiters zusätzliche Abstrahlung elektromagnetischer Energie erfolgt. Durch
diese Überlagerung sich gegenseitig verstärkender Abstrahlung wird ein großer Strahlungswiderstand
und damit auch ein hoher Wirkungsgrad der Antenne erzielt. Außerdem strahlt die
beschriebene Antenne nicht nur eine lineare, sondern eine gemischte Polarisation
ab. Das Spulensystem weist unter Berücksichtigung sämtlicher Kopplungen mehrere
Resonanzfrequenzen im Betriebsfrequenzbereich auf, die so eng aufeinanderfolgen,
daß das Impedanzdiagramm der Antenne eine vorgegebene Welligkeit nicht überschreitet.
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Patentansprüche: