DE2314210A1 - Antennen-anordnung mit einzelantennenelementen - Google Patents

Description

• Antennen-Anordnung mit Einzelantennenelementen Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennen-Anordnung mit Einzelantennenelementen, z.B. eine elektronisch steuerbare Antennen-Anordnung (phased array). Eine derartige Antennen-Anordnung kann z.B. zur Verschwenkung einer das Richtdiagramm der Antenne bestimmenden Antennenkeule dienen. Dabei werden linear oder rasterartig angeordnete Antennenelemente verwendet, die mittels Phasenschieber entsprechend ansteuerbar sind. Die Antennenelemente sind im allgemeinen Dipole.
• Es sind unter dem Begriff "notch-Antennen" auch Strahler bekannt, die auf der Anregung einer Netallstruktur durch eine Kerbe in einer Kante der Metallhaut basieren, s. z.B. P.I.E.E. 102, Part B, Seiten 211-218, 1955, und die englische Patentschrift 803 723. Die Anregung der Antenne erfolgt dabei über eine Zweidraht- oder Koaxialleitung, die auf beiden Seiten der Kerbe (notch) kontaktiert ist.
• Die Abstimmung geschieht mit Hilfe eines Kondensators in der Nähe des offenen Endes der Kerbe. Für Kerben, deren Tiefe etwa eine Viertel Wellenlänge oder mehr beträgt, ist aus der US-Patentschrift 2 942 263 auch eine Sondenkopplung über Streifenleiter bekannt.
• Dient die Kerbe nicht zur Strahlung, sondern nur zur Anregung einer größeren Metallstruktur, von deren Kanten dann hauptsächlich die Abstrahlung der HF-Rnergie erfolgt, so ist die r;ieIe der Kerbe nicht an die Größenordnung einer viertel oder halben Wellenlänge gebunden.
• Sie kann in diesem Fall wesentlich darunter liegen; mit genügend großen Netallstrukturen können noch für notch-Tichfen von weniger als #/50 hinreichende Wirkungsgrade erzielt werden. Derartige Antennen können mit variablen Kapazitäten über effinen großen Frequenzbereich hinweg angepaßt werden, haben jedoch flür kleine notch-Tiefen geringe Bandbreite. Durch eine komplexere Ausführung der Kerbe ist aber eine Vergrößerung der @andbreite möglich.
• Aufgabe der Erfindung ist es, Antennen-Anordnungen, vorzugsweise elektronisch steuerbare, bei Verwendung von Kantenstrukturen ebener Flächen als Strahler aufzubauen. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch daß die z.B. phasengesteuerten Einzelemente der Antennen-Anordnung aus in einer Reihe im Abstand von ca. Q). ffi bis zu einigen X nebeneinander liegenden HF-gespeisten Kerben riib einer Tiefe von ca.
• #/10 - #/50 am Rande einer plattenförmigen leitfähigen Struktur oder an den Rändern mehrerer gestapelter Strukturen bestehen.
• Für Komponenten, Subsysteme oder Systeme, ie teilweise oder ganz in Streifenleiter-Technik ausgeführt sind (Mikrostrip, koplanar) ergibt sich der Vorteil, die Kante der Massebelegung eines Streifenleiteraufbaus zur z.B. steuerbaren Strahlung auszunutzen.
• Dadurch ist es möglich, die Strahler von vorzugsweise elektronisch steuerbaren Antennen als integralen Bestandteil anderer Streifenleiterstrukturen auszuführen, wobei ein besonderer Vorteil in der Reduzierung der Abmessungen und des Gewichts der Antennen-Anordnung liegt.
• Die Zeichnung stell-t Ausführungsbeispiele dar.
• Es zeigen Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel mit einer geraden Kante, Fig. 2a und b Einspeisungen für die Kerben, Fig. 3 eine kreisförmige Antennenstruktur, Fig. 4a und b Streifenleiter-Ausführungsgormen, 5 5 eine Antennen-Anordnung mit parasitäten Kerben, Fig. 6a und b Abwandlungen von Kerben.
• Gemäß Fig. 1 wird die Kante K einer durchlaufenden Metallplatte P oder einer ähnlichen leitfähigen Struktur im Abstand von ca. 0,5 -0,7 X mit erben (notches) der Tiefe d und der Breite ç versehen, die entsprechend Fig. 2a bzw. b durch eine Zweidrahtleitung Z oder Koatiallei-tung Kl gespeist und durch variable Kondensatoren C abgestimmt werden können. Die einzelnen Speiseleitungen Sp sind jeweils mit einem elektronisch steuerbaren Phasenschieber PS verbunden und werden dahinter in einem HF-Netzwerk W o.ä. zu einem Aus- bzw.
• Eingangskanal vereinigt. Die beschriebene. Anordnung entspricht dem einfachsten Fall einer linearen phasengesteuerten Antenne. Dabei bestimmt die sich aus der Anzahl der Kerben N und deren Abstand voneinander ergebende array-Länge die Bündelung der Richtcharakteristik. Die Schwenkung der Charakteristik geschieht in üblicher Weise mit Hilfe der Phasenschieber. Analog zu anderen elektronisch steuerbaren Antennen sind auch bei der notch-array alle zur Strahlschwenkung bekannten Verfahren (z.B. Frequenz-Steuerung) anwendbar.
• Eine parallele gestapelte Anordnung einer Vielzahl der oben erwähnten mit Kerben versehcnen Metallplatten im Abstand von ca.
• 0,5 bis zu einigen X und Zusammenfasstmg der HF-K,anäle zu einem Aus- bzw. Eingangskanal ergibt entsprechend eine planare Antennen-Anordnung. Andere Formen von derartigen Antennen-Anordnungen, wie z.B. Kreisanordnungen KP gemäß Fig. 3 sind ebenfalls möglich.
• Da das wesentliche Merkmal einer notch-Antenne die Abstrahlung von der Umgebung der Kante einer leitfähigen Struktur ist, ergibt sich daraus für Komponenten, Subsysteme oder Systeme, die teilweise oder ganz in Streifenleiter-Technik auf einem dielektrischen Substrat ausgeführt sind (microstrip, triplate, coplanar etc.) die Möglichkeit, die Kante der Massebelegung eines Streifenleiteraufbaus durch notches zur Strahlung anzuregen. Damit ist es im Gegensatz zu den bisherigen Techniken möglich, die Strahler von elektronisch steuerbaren Antennen als integralen Bestandteil anderer Streifenleiterstrukturen auszuführen.
• Die oben beschriebene Integration von notch-Antennen in Streifenleiteraufbauten erfordert eine einfache und kleine Ankopplung des Streifenleiters So. an die Kerbe N. Fig. 4a und b zeigen zwei Ausführungsformen eines derartigen stripline-notch-Ubeganges. Dabei markieren die Punkte D die Stellen, an denen eine Durchkontaktierung zur Massebelgung N auf der Unterseite des Substrats KS erfolgt.
• Die Kerbe N wird hierbei in die Massebelegung M getrieben und kann von dem Kondensator C überbrückt sein. nährend die in Fig. 4a gezeigte Ankopplung durch das diskrete Kow'ensato:auelement C angepaßt wird, geschieht der Abgleich gemäß Fig. 4b uich eine gedruckte Flächenkapazität FK. Letztere Ausführung hat den Vorzug, nur Strei fenleiter-Elemente zu enthalten. Ferner ergibt sich gegenüber dem Aufbau gemäß Fig. 4a eine Verbesserung der Bandbreite. Dabei spielt sowohl die Form der bei D' durchkontaktierten Flächenkapazität FK als auch der Kerbe N (z.B. keilförmig nach außen hin verengt) eine Rolle. Jedoch ist die in Fig. 4b gezeigte Ausführungsform nur als Beispiel für eine Vielzahl von i'4öglichkeiten zu vers-tehen.
• Bei allen Ausführungsformen von notch-arrays ist es ferner möglich, zwischen den Kerben N der Anordnung gemäß Fig. 5 parasitäre Kerben PN anzubringen und abzustimmen. Dadurch wird es möglich, die bei elektronisch steuerbaren Antennen störenden Kopplungen zwischen den einzelnen Abstrahlelementen der Antennen-Anordnung in erheblichem Maße zu reduzieren. Dies ist gleichbedeutend rnit einer Verbesserung der Eigenschaften einer elektronisch steuerbaren Antenne im Vergleich zu den bisherigen array-Anordnungen mit entsprechenden Strahlerabständen. Die Bandbreite der Strahler-Entkopplung richtet sich nach der speziellen Form der Kerbe, die auch ähnlich der in Fig. 6a und b dargestellten Art modifiziert werden kann, z.B.
• keilförmig N' oder mit kleinen Vorsprüngen N" in der Massebe- Diese Art der Entkopplung benachbarter Kerben ist auch von allgelbe liner Bedeutung, so z.B. in der Nachrichtenübertragungstechnik zur Herstellung einer Gegensprechverbindung auf einem Kanal.
• Patentansprüche:

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Antennen-Anordnung mit Einzelantennenelementen, z.B. eine elektronisch steuerbare Antennen-Anordnung (phased array), dadurch gekemnzeichnet, daß die z.B. phasengesteuerten Einzelelemente der Antennen-Anordnung aus in einer Reihe im Abstand von ca. 0,5 bis einigen X nebeneinander liegenden HF-gespeisten Kerben mit einer Tiefe von ca. X/10 - X/50 am Rande einer plattenförmigen leitfähigen Struktur oder an den Rändern mehrerer gestapelter Strukturen bestehen.
2. 2. Antennen-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmige Struktur mit Streifenleiter-Komponenten bzw.

   -systemen in integrierter Form belegt sind.
3. 3. Antennen-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmige Struktur aus einem dielektrischen Substrat besteht, das als Träger für eine Streifenleiterstruktur dient und auf dessen Massebelegung die Kerben eingebracht sind.
4. 4. Antennen-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ankopplung der Kerben der Streifenleiter durchkontaktiert ist.
5. 5. Antennen-Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichget, daß die Abstimmkapazität der Kerben von einer durchkontaktierten Fläche auf der mit dem Streifenleiter versehenen Oberfläche des Substrats gebildet ist.
6. 6. Antennen-Anordnung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gelennzeichnet, daß zwischen den gesteuerten Kerben abgestimmte parasitäre Kerben angebracht sind.
7. 7. Antennen-Anordnung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerkerben und/oder parasitaren Kerben eine keilförmige Gestalt haben.
8. 8. Antennen-Anordnung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerkerben und/oder parasitären Kerben vorspringende Frontkanten haben.

   L e e r s e i t e