DE2351440A1

DE2351440A1 - Mikrostreifenantenne

Info

Publication number: DE2351440A1
Application number: DE19732351440
Authority: DE
Inventors: Jun Lincoln H Charlot
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1973-10-10
Publication date: 1974-04-25
Also published as: FR2203182B1; IT994388B; US3803623A; FR2203182A1; JPS4974464A; AU6124673A; GB1389397A; NL7313467A

Description

M 3342

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Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint Paul,

Minnesota 55IOI (V₀St.7.A,)

Mikro streifenantenne

Es besteht ein ständig wachsender Bedarf an einer "billigen, kompakten, ein niedriges Profil aufweisenden und in großen Stückzahlen herstellbaren und hochwirksamen Antenne mit einer äusnutzbaren Bandbreite, deren Abstrahlungselemente ohne Schwierigkeiten an einen Bereich ausnutzbarer SendeIeitungsimpedanzen zum Aussenden oder Empfangen eines gerichteten, linear polarisierten elektromagnetischen Strahls angepasst werden können. Eine solche Antenne wäre von besonderem Nutzen für billige Objekt ermittlungs- und Mikrowellenverbindungsmittel.

Die erwünschten Merkmale eines niedrigen Profils, einer hohen öffnuagswinkelwirksamkeit und eines stark gerichteten linearen Strahls mit ausnutzbarer Bandbreite werden erzielt mittels kompakter streifenförmiger Antennen in Form von gedruckten Schaltungen, wie von JONES in "Integrated Radome-Antenna Designs", Microwaves, September 1967» beschrieben, wobei ein Leiter zwischen zwei dielektrischen Schichten von zwei Ebenen entfernt

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gehalten wird, von denen die eine Ebene geschlitzt ist. An solche Antennen werden jedoch hohe Anforderungen an die Ausrichtung und an die Modus-Unterdrückung gestellt, und außerdem sind solche Antennen zu kompliziert, um mit niedrigen Kosten verwendet werden zu können.

Eine weitere Antenne mit einem niedrigen Profil ist in der US-Patentschrift Hr « 3 680 136 beschrieben« Jedoch weist auch diese Antenne einen etwas komplizierten Aufbau auf insofern* als eine elektrische Speisung an zwei Stellen an der Unterseite eines kreisrunden oder vieleckigen Radiatorelementes vorgesehen werden muss, um eine Polarisationsachse zu bestimmen, und weiterhin sind zwei Abstimmkondensatoren erforderlich, die an der Kante des Hadiatorelementes zwischen diesem und einem geerdeten Element angeordnet sind«,

Eine einfachere Ausführung einer Antenne, mit niedrigem Profil besteht aus einer gedruckten Schaltung mit einem Mikrostreifenelement· Der Ausdruck "Mikrostreifen" wird im allgemeinen für nicht-strahlende Schaltungselemente gebraucht, wie Mikrowellenfilter, Kopplungsmittel, Abstimmittel und andere Elemente in Form flacher leitender Streifen, die von einer dielektrischen Schicht von einem einzelnen, zusammenhängenden und geerdeten ebenen Element entfernt gehalten werden<>

Eine Ausführung einer kompakten und ohne Schwierigkeiten in großen Stückzahlen herstellbaren Antenne mit einem Mikrostreifen ist in der US-Patentschrift Mr» 3 016 536 beschrieben, nach der rechteckige Radiatorelemerite über eine breite Fläche verteilt angeordnet sind, wobei die Hauptachse des Hechtecks ungefähr X/(2 7μ { ) beträgt, und wobei ί die Dielektrizitätskonstante

und u die Permeabilität der dielektrischen Schicht ist. Die rechteckige Strahlungselementantenne nach der genannten Patentschrift erfordert jedoch einen abgeglichenen Betrieb, weist einen schlechten Wirkungsgrad und eine schmale Bandbreite auf, und ferner muss die Dicke des dielektrischen Materials ungefähr 1/4 Wellenlänge betragen. Außerdem wird das geerdete ebene Element als Reflektor benutzt, wobei die Dicke der dielektrischen Schicht eine Punktion der Wellenlänge der Strahlungs-

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ausbreitung ist.

Untersuchungen mit MikroStreifenelementen haben ergeben, dass sie "bei normaler Ausgestaltung eine geringe Strahlung und eine geringe Dämpfung aufweisen. Mikrostreifeneleiaente sind bekanntlich schlechte Strahler für elektromagnetische Energie. Die theoretischen Untersuchungen von elliptischen Mikrostreifenelementen zeigen nach den Berichten von Irish in "Electronic Letters" vom 8. April 1971, Bd_e7, Nr»7» Seite 149 und nach den Berichten von Kretzschmar in "IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques", vom Mai 1972, Seite 342, dass ein solches Element Resonanz aufweisen würde bei einer Wellenlänge, für die eine Ellipsenachse ungefähr gleich X/(2V^Iu_r£_r) ist, oder in einer Anzahl anderer Modi, wobei der Q-Faktor eines solchen Elementes in der Größenordnung ¹VOn 1000 oder mehr liegen und eine wirksame Ausstrahlung ausschließen würde.

Untersuchungen mit normalen und rechteckigen Eikrοstreifenelementen auf einer dünnen und verlustarmen dielektrischen Schicht und mit einer Streifenbreite von ungefähr ,1/4 oder weniger zeigen unbelastete Q-Faktoren von einigen Hundert und belastete Q-Faktoren in der Größenordnung von 100 oder mehr. Diese, hohen Qr-Faktoren bedeuten einen Strahlungswiderstand, der für die meisten Antennenzwecke zu hoah ist.

Die Anuielderin hat herausgefunden, in welcher Weise ein Mikrostreif enelement in einen wirksamen Strahler elektromagnetischer Strahlung umgewandelt werden kann. Um eine wirkungsvolle Strahlung verwirklichen zu können, ist es kritisch, das speisende Element mit dem MikroStreifenelement an der geeigneten Stelle zu verkoppeln. In diesem Falle bildet das Mikro Streifenelement eine Antenne mit einem hohen Wirkungsgrad und mit einer ausnutzbaren Bandbreite, welche Antenne kostengünstig in großen Stückzahlen hergestellt werden kann.

Eine Antenne nach der Erfindung mit einer Impedanzanpassung an eine Übertragungsleitung, die eine Eingangsimpedanz Z bei einer Wellenlänge ^λ zum Abstrahlen oder Ermitteln von elektromagnetischen Strahlungssignalen mit der Wellenlänge ^- weist auf

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ein dünnes leitendes Radiatorelement mit einer breiten Fläche und mit zwei ungleichen, zu einander senkrechten Symmetrieachsen an der "breiten Fläche, wobei E-und Η-Ebenen bestimmt werden, die die genannten Achsen enthalten, ein leitendes geerdetes Element, das einen gleichmäßigen Abstand vom Radiaborelement aufweist, wobei eine Radiatoröffnung gebildet wird, und eine dielektrische Schicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante £ und mit der relativen Permeabilität u_r, welche dielektrische Schicht eine gleichbleibende Dicke aufweist und das Radiatorelement vom geerdeten Element entfernt hält.

Um einen hohen Strahlungswirkungsgrad zu erreichen, ist ein einzelnes elektrisches Speiseelement mit dem Radiatorelement an einem außerhalb der Achse gelegenen Speisepunkt verkoppelt, der so gewählt ist, dass eine Impedanzanpassung des Radiators und des Speiseelementes an die übertragungsleitung erfolgt. Die in der Ε-Ebene gelegene Achse soll ungefähr V(2Vu_r£_r) betragen· Eine größere Bandbreite wird erhalten, wenn die kleinere Achse in der E—Ebene gelegen ist» _

Die Wahl des Speisepunktes am Radiator wird dadurch ermöglicht, dass die Eingangsimpedanz des Radiatorelementes von dem Ort des Speisepunktes am Rand des Radiatorelementes abhängt. Diese Eingangsimpedanz ist ungefähr gleich Null an der in der H-Ebene gelegenen Achse, steigt an der Peripherie an und erreicht den Höchstwert an der in der Ε-Ebene gelegenen Achse. Die Beziehung Speisepunkt-Eingangsimpedanz ist symmetrisch in den Quadranten beiderseits der Ε-Ebene und in den Quadranten beiderseits der Η-Ebene mit der Ausnahme, dass die relative Phase des abgestrahlten Signals eine Umkehrung von 180 erhält, wenn der Speisepunkt die Η-Ebene kreuzt. Dieses Merkmal ermöglicht eine verhältnismäßig mühelose Impedanzanpassung des Radiatorelementes und des elektrischen Speiseelementes an die Übertragungsleitung, da an der Peripherie des Radiatorelementes nur ein Speisepunkt gewählt zu werden braucht, der die gewünschte Eingangsimpedanz bei der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung aufweist, die ausgestrahlt oder empfangen werden solle Mt Ausnahme eines kreisrunden Radiatorelementes ist die

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Orientierung der Polarisationsebene verhältnismäßig unabhängig von dem Ort des Speisepunktes.

Die Ausführungsform einer Antenne mit einem kreisrunden Eadiatorelement weist gewisse einmalige Merkmale auf. Da die Polarisationsebene des kreisrunden Radiatorelementes der Antenne von der Charakteristik des Speisepunktes sowie von der der Übertragungsleitung abhängt und nicht von der physikalischen Anordnung der Haupt- und Hebenachse, so kann die Polarisationsebene vorherbestimmt werden lediglich dadurch, dass die elektrischen Merkmale der Impedanzanpassung an die übertragungsleitung reguliert werden. Die Polarisationsebene kann verändert werden für Abtastungs- oder Suchzwecke durch elektronisches Verändern der Reaktanz der Impedanzanpassung an die Übertragungsleitung.

Das Radiatorelement weist vorzugsweise die IPorm einer Ellipse auf, obwohl auch rechteckige oder andere rechtwinklig symmetrische Ausführungen verwendet werden könneno Es wurde herausgefunden, dass die beste Kombination eines hohen Wirkungsgrades mit einer ausnutzbaren Bandbreite mit einer Ellipse erreicht werden kann, deren Exzentrizität ungefähr 0,65 beträgt· Die obere Grenze der Exzentrizität liegt in der Praxis anscheinend ungefähr bei 0,9. ■

Bei der bevorzugten ellipsenformigen Ausführung des Radiatore-lementes kann eine ausgezeichnete Impedanzanpassung an Übertragungsleitungen, durchgeführt werden, die eine Eingangsimpedanz im Bereich von 20 bis 150 Ohm aufweisen.

Bei einer Veränderung der Exzentrizität wurden die folgenden Wirkungen festgestellt. Wird die Exzentrizität über ungefähr 0,4 hinaus erhöht, entfernen sich die Frequenzen der beiden niedrigsten Resonanzmodi weiter von einander, die bei den beiden möglichen Orientierungen des B-Feldes längs der Haupt- und 2tfebenach.se auftreten, wobei eine bessere Entkopplung des niedrigsten Modus vom gewünschten Modus erfolgt, bei dem die E-Ebene die Uebenachse enthält. Bei einer Erhöhung der Exzentrizität über ungefähr 0,8, so besteht eine größere Wahrscheinlichkeit dafür, dass Energie in einen unerwünschten noch höheren

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Resonanzmodus liineingekoppelt wird. Bei konstanter Abmessung des Radiatorelementes längs der Nebenachse (Ε-Ebene) und bei einer Vergrößerung der Hauptachse wird die Betriebsfrequenz nur etwas erhöht. Wird jedoch die Abmessung längs der Hauptachse konstant gehalten und die Abmessung längs der Uebenachse vergrößert, so steigt die Betriebswellenlänge innerhalb dor Grenzen der Exzentrizität proportional an.

Es wurde festgestellt, dass bei Mikrostreifenantennen nach der Erfindung der unbelastete Q-Faktor bei einer Messung mit einem Netzwerkanalysator kleiner als 75 und der belastete Q-Faktor kleiner als 25 war. Bei dem bevorzugten elliptischen Radiatorelement betrug bei einer Exzentrizität von 0,65 cL©*" unbelastete <4_Faktor weniger als 25 und der belastete Q-Faktor weniger als 12, wobei eine ausnutzbare Halbleistungsbandbreite von ungefähr 2% erzielt wurde. Bei Antennen mit einem elliptischen Radiatorelement und mit einer Exzentrizität von 0,65 wurde für eine Antenne mit einem einzelnen Element eine Verstärkung von ungefähr 6 db gemessen, während bei einer Antenne mit einer Anordnung von vier Elementen eine Verstärkung von ungefähr ii db gemessen wurde. Der Straiilungswirkungsgrad wurde mit meixr als 95% des theoretischen Wirkungsgrades bestimmte

Bei den erfindungsgemäßen Antennen stellt der· Abstand des Radiatorelementes vom geerdeten Element keine Funktion der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung dar. Es können daher Antennen mit außerordentlich niedrigem Profil vorgesehen werden, bei denen die dielektrische Schicht, die das Radiatorelement vom geerdeten Element trennt, außerordentlich dünn ist. Zu bevorzugen ist eine Dicke im Bereich zwischen ungefähr 2/(2OV)i <S_) und λ/(50νμ t ). Innerhalb dieses Bereiches wurd eine größere Bandbreite mit dickeren Substraten erhalten.

Aufgrund der genannten Merkmale können hochverstärkende Anordnungen mühelos in der Weise verwirklicht werden, dass die Radiator- und Speiseelemente von der einen Seite doppelt belegter Schaltungstafeln hoher Güte her mit der gewünschten Dicke eingeätzt werden. Zum Herstellen hochverstärkender Antennen wird eine Anordnung von Radiatorelementen über eine breite Fläche der

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Schaltungstafel entsprechend'verteilt. Durch eine geeignete Wahl der Impedanzen und Längen der Speiseelemente, die die Anordnung der Radiatorelemente mit- der Übertragungsleitung verbinden, und durch eine geeignete Wahl der Quadranten und Orten der Speisepunkte für die Radiatorelemente kann die Energie auf eine Anzahl von Radiatorelementen entsprechend der gewünschten Funktion so verteilt werden, dass die Seitenstrahlungskeulen kontrolliert werden können. Die Phasen der Radiatorelemente kann ordnungsgemäß bestimmt werden, und es kann eine einzelne Impedanzanpassung an die Speiseelemente und an die Übertragungsleitung durchgeführt werden. Bei einer großen, mehr oder weniger rechteckige Anordnung von Radiatorelementen besteht sie ausgesendete oder empfangene Strahlung aus einem bleistiftförmigen Strahl, der sowohl in der Ε-Ebene als auch in der Η-Ebene stark gerichtet ist ο

Es können ferner auch lineare Anordnungen vorgesehen werden, wobei fächerförmige Strahlungen erzeugt werden, die in einer Ebene stark gerichtet sind., die eine die Radiator elemente vereinigende Leitung enthält, welche Ebene je nach der Orientierung der ellipsenförmigen Radiatorelemente eine E- oder eine H-Ebene sein kann_c ■

Da die einzelnen Radiatorelemente selbst gerichtet sind, so sind die Felder in der Eber.e der Anordnung nahe an den Radiatorelementen schwach, so dass die Übertragungsleitung und die die Elemente mit einander verbindenden Leitungen nahe an den Radiatorelementen angeordnet werden können· Auch bei der Anordnung der Radiatorelemente mit geringem Abstand von einander sind die üblichen Schwierigkeiten einer gegenseitigen Feldverkopplung nicht so groß.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben«In den beiliegenden Zeichnungen ist die

Figo1 _ eine schaubildliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Antenne mit einem einzelnen Radiatorelement,

Fig.2 eine graphische Darstellung, die Annäherungswerte für die Eingangsimpedanz eines elliptischen Radiatorelementes an den verschiedenen Speisepunkten am Sand zeigt,

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Fig.3 eine graphische Darstellung, aus der der Wert der Widerstandskoffponente der Eingangsiiapedanz des Radiatorelementes nach der Fig.2 als eine Funktion des Äbstandes des Speisepunktes von der Η-Achse zu ersehen ist,

Fig_e4· eine graphische Darstellung eines gemessenen Strahlungs— musters für die Antenne nach der Fig.1,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Antenne mit einer aus mehreren. Elementen bestehenden Anordnung,

Figo6 eine graphische Darstellung gemessener Verstärkungs- und Strahlungsmuster für die Antenne nach der Fig„5>

Fig·7 eine schematische Darstellung einer Einrichtung, bei der eine Antenne mit einem kreisrunden Radiatorelement für Abtast- oder Suchzwecke verwendet wird.

Die Figoi zeigt ein einzelnes Radiatorelernent nach der Erfindung, wobei die Dickenabmessungen des mit Kupfer belegten Radiators, der Erdungs- und Speiseelemente stark vergrößert dargestellt sind. Die Antenne Ί0 weist auf eine dielektrische Schicht 12, die gleichmäßig.ein geerdetes Element 14· von einem Radiatorelement 16 trennt, und ein elektrisches Speiseelement 18e Das Radiatorelement 16 ist ellipsenförmig ausgestaltet und weist eine Exzentrizität von 0,65 auf_e Kach der Darstellung besteht zwischen dem Speise- oder Versorgungselement 18 und dem Radiatorelement eine direkte Verbindung am Versorgungspunkt 22;Jedoch kann auch eine kapazitive Verkopplung vorgesehen werden. Die Versorgungselemente 18 können auch mit einer Übertragungsleitung durch Viertelwellentransformatoren oder anderen Impedanzmitteln verbunden werden.

Die Antenne 10 wird aus einer mit einem doppelten Kupferbelag versehenen und verlustarmen Schaltungstafel durch Ätzen an einem Belag hergestellt, wobei das Radiatorelement 16 und das Versorgüngselement 18 erzeugt werden.

Der Versorgungspunkt 22 wurde so gewählt, dass eine übertragungsleitung mit einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm an ein Radiatorelement mit einer Eingangsimpedanz von 50 Ohm angepasst wurde. Die von der Breite bestimmte Impedanz des

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Versorgungselementes 18 beträgt gleichfalls 50 0hm_e

Die dielektrische Schicht 12 besteht aus Polytetrafluoräthylen (PTFE) und weist eine relative Dielektrizitätskonstante *- von ungefähr 2,5 und eine relative Permeabilität μ von 1,0 auf» Die Kupferbeläge weisen eine Dicke von ungefähr 35 Mikron auf, während der dielektrische Belag eine Dicke von ungefähr 1j5 mm aufweist.

Aus der Pig·2 sind ungefähre Werte der Eingangsimpedanz des Eadiatorelementes, in Ohm gemessen_s an verschiedenen Versorgungspunkten am Rand des elliptischen Hadiatorelementes zu ersehen, die bei der oben beschriebenen Ausführungsform empirisch bestimmt wurden bei einer Strahlung mit 2,6 Gigahertz und bei einem zur ITebenach.se parallelen E-PeId.

Die graphische Darstellung in der Pig.3 zeigt die Werte der Widerstandskomponente der Eingangsimpedanz des Eadiatorelementes in Ohm gemessen als Punktion der Entfernung des Versorgungspunktes von der Η-Achse in Wellenlängen lambda gemessen« Die Pig. 3 gilt nur für die oben beschriebene Ausführungsform.

Bei dieser Antenne 10 ergab die Messung der Verstärkung einen Wert von +5,95 db gegenüber der Isotropie« Diese Messung wurde unter Anwendung des bekannten Zweiantennenverfahrens durchgeführt* Die gemessene Verstärkung betrug ungefähr 95% der theoretischen Verstärkung. Das Verstärkungs- und Strahlungsmuster'für die Antenne 10, die nach den Lehren der Erfindung für die Abstrahlung eines Signals mit einer Frequenz von 2,6 Gigahertz eingerichtet war, zeigt die Fig„4, wobei die Messungen in der Ε-Ebene durchgeführt wurden. ■

Die Pigo5 zeigt eine Anordnung 24 mit mehreren Elementen. Die Antenne 24 ist aus denselben Werkstoffen hergestellt wie die ■ oben beschriebene Antenne. 10 mit einem einzelnen Element. Die Antenne 24 ist mit vier radiatorelementen 26 ausgestattet,die einzeln an die Versorgungselemente 28 und 29 angeschlossen sind. Diese Versorgungselemente 28, 29 zweigen ab von einem Hauptversorgungselement 30, das mit der tJbertragungsleitung verbunden ist. Das Hauptversorgungselement 30 läuft spitz zu, wobei die Impedanz am Verbindungspunkt 32 mit der Übertragungsleitung von 50 Ohm

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auf 25 03am an der Verzweigungsstelle 34 absinkt, von der aus die Zweigelemente 36 abgehen<> Die Zweigversorgungselemente 36 laufen spitz zu, wobei eine Änderung deren Impedanzen von 50 Ohm an der Abzweigstelle 34- auf 35 Ohm an der Übergangsstelle 38 erfolgt, an der die Versorgungselemente 28 und 29 abzweigen. Die Impedanzen der Versorgungselemente 28 _s 29 betragen je 70 Ohm, während die Versorgungspunkte 42 an den Radiatorelementen ü6 so gewählt sind, dass die Eingangsimpedanz eines Radiatorelementes 70 Ohm beträgt.

Für jede gegebene, gewählte Eingangsimpedanz können die Versorgungspunkte an einer von vier verschiedenen Stellen an der Peripherie der Radiator elemente 26 vorgesehen werden. Die 180° betragende Phasendifferenz an den Versorgungspunkten beiderseits der Ellipsenhauptachse ermöglicht Gruppierungen von zwei oder vier Radiatorelementen 26, die von einem einzelnen Hauptspeiseelement 30 versorgt werden, wobei die Differenz bei den Längen zwischen den Leitungen 28 und 29 nur V2 lambda anstelle einer vollen Wellenlänge lambda beträgt. Die Anwendung dieses Verfahrens wurde bei der Anordnung mit vier Elementen ein geschätzter Verlust von ungefähr O₅5 db vermieden.

Die Fig«5 stelle eine maßstabgetreue Zeichnung dar· Die E-Ebenen 46 und 48 weiten einen Abstand ,von 0,55 lambda auf, während die BLEbenen 52 und 5^ um 0,42 lambda von einander getrennt sind.

Als Verstärkung für die aus vier Elementen bestehende Antenne 24 wurde ein Wert von ungefähr 11 db ermittelt, der ungefähr gleich der theoretischen Verstärkung ist und auf der Antennenapertur basiert, die der Fläche der geerdeten Ebene entspricht. Die Verstärkungs- und Strahlungsmuster 56 und 58, die in der E- und der Η-Ebene gemessen wurden, sind in der Fig<>6 dargestellt.. Die Frequenz des ausgestrahlten Signals betrug 2,57 Gigahertz, das Verhältnis der Spannung zur stehenden Welle (VSWR) betrug 1,5 bis 1.

Eine Anordnung mit einer Verstärkung von 26 db bedingt die Anwendung der oben beschriebenen Verfahren. Die Haupt Schwierigkeiten entstehen durch die physikalische Größe der Anordnung

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und die Notwendigkeit, die Phase und die Energieverteilung an der Anordnung kontrollieren zu müssen.. In den meisten Fällen erzeugt die Anordnung beistiftförmige Strahlungen oder ebene fächerförmige Strahlungen, die beide oftmals eine binominale oder andere Energieverteilung erfordern, um hohe Seitenstrahlungskeulen zu vermeiden. Bei einer ebenen Anordnung mit elliptischen Radiatorelementen ist eine genaue Kontrolle dieser Energieverteilung leicht durchführbar, da die Versorgungspunkte, die Phase und die Belastungsiinpedanz gewählt werden können. Für eine Verstärkung von '26 db sind ungefähr 128 Elemente in einer quadratischen Anordnung von der Größe 9x9 Wellenlängen. Diese Zahl stellt eine Schätzung dar, die auf den 11 db beruht, die mit einer Anordnung von 4 Elementen erreicht wird, und weiterhin auf der Annahme, dass zusätzliche 3 db jedesmal erreicht werden, wenn die Größe der Anordnung verdoppelt wird, und dass der fast theoretische Wirkungsgrad nicht verlorengeht durch zusätzliche Leitungsverluste, FehlanpassungsVerluste und Phasenabweichungen«, Bei Anordnungen dieser Größe besteht die größte Schwierigkeit in der Beseitigung der Phasenabweichungen und in der Verminderung des Seitenstrahlungskeulengehaltes, besonders bei Verwendung von Monoimpulsen.

Die Fig.7 zeigt eine Antennenanordnung 60 mit einem kreisrunden Radiatorelement 62, das über ein Versorgungselement 66 mit einer übertragungsleitung 64 verbunden ist« Die übertragungsleitung 64 führt zu einer Radiofrequenzsignalquelle 68. Zwischen die Übertragungsleitung 64 und eine elektrische Erdung und zwischen' das Radiator element 62 und die Erdung sind regelbare Reaktanzelement eingeschaltet/ wie die Varactoren 70 und 72. Beide Varactoren 70» 72 sind mit einer regelbaren Gleichstromquelle 74 verbunden. Durch Regeln der den Varactoren 70, 72 zugeführten Gleichspannung wird auch die Polarisationsebene der Antenne 60 verändert, so dass die Antenne für Abtastungs- oder Suchzwecke verwendet werden kann»

Patentansprüche

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Claims

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Pat entansprüche

LikroStreifenantenne mit einer Impedanzanpassung an eine übertragungsleitung, die bei einer Wellenlänge X (lambda) eine Impedanz Z aufweist, zum Ausstrahlen oder Ermitteln elektromagnetischer Strahlungssignale, die eine Wellenlänge

X(lambda) aufweisen, gekennzeichnet durch eine Kombination aus einem dünnen leitenden Radiatorelement (16, 26) mit einer breiten Fläche und zwei ungleichen, auf einander senkrecht stehenden Symmetrieachsen an der breiten Fläche, die E- und H-Ebenen bestimmen, die die genannten Achsen enthalten, wobei die in der D-Ebene gelegene Achse ungefähr gleich V(2Vjü ξ~) ist, aus einem leitenden Erdungselement (14-), das einen gleichbleibenden Abstand vom Eadiatorelement aufweist und eine Radiatorapertur bildet, aus einer dielektrischen Schicht (12) mit einer relativen Dielektrizitätskonstante £ und mit einer relativen Permeabilität μ , welche Schicht eine gleichmäßige Dicke aufweist und das Radiatorelement vom Brdungselement entfernt hält, und aus einem einzelnen elektri-, sehen Versorgungselement (18,28^29), das mit der Übertragungsleitung in Verbindung steht und mit einem Randteil des Radiatorelementes an einem Versorgungspunkt (22,4-2) verkoppelt ist, der außerhalb der genannten Achsen gelegen ist.

Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenachse in der Ε-Ebene gelegen ist.

Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ort des Versorgungspunktes (22,42) am Radiatorelement so gewählt ist, dass die Impedanz des Hadiatorelementes am Versorgungspunkt gleich der Impedanz des Versorgungselementes (18,26,29) am Versorgungspunkt ist.

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4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiatorelenient (16,26) die Form einer Ellipse mit einer Eyzentrizität von mehr als SuIl aufweist.

5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität dex* Ellipse zwischen 0,4 und 0_?9 beträgt«

6« Antenne· nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität der Ellipse 0,65 beträgt»

7ο Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Radiatorelement (16,26) die Form einer Ellipse aufweist, deren Eebenachse in der Ε-Ebene gelegen ist.

8. Antenne nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität 0,65 beträgt«

9· Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Yersorgungselement (18,28,29) eine breite Fläche aufweist, die von der dielektrischen Schicht (12) in einem gleichbleibendem Abstand vom Erdungselement (14) gehalten wirdo

10« Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungselement (18,28,29) eine breite Fläche aufweist, die von der dielektrischen Schicht (12) in einem gleichbleibendem. Abstand vom Erdungselement (14) gehalten wird.,

β Mikr ο streifenantenne, deren Impedanz an eine Übertragungsleitung mit einer Impedanz Z bei einer Wellenlänge 1(lambda) angepasst ist, zum Ausstrahlen oder Ermitteln elektromagnetischer Strahlungssignale mit der Wellenlänge \(lambda), gekennzeichnet durch eine Kombination aus einer Anordnung dünner, leitender und auf einer breiten Fläche verteilter Radiatorelemente (26) mit je zwei ungleichen und zu einander senkrechten Zymmetrieachsen auf der breiten Fläche, welche Achsen E- und Η-Ebenen bestimmen, in denen die Achsen gelegen sind, wobei die in der E-Ebene gelegene Achse ungefähr

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gleich λ/(2νμ Z) ist, aus einem leitenden Ex'dungselement, das von den Radiatorelementen gleich weit entfernt ist und eine Radiatorapertur bildet, aus einer dielektrischen Schicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante £ und mit einer relativen Permeabilität u sowie mit einer gleichmäßigen-Dicke, die die Radiatorelemente vom Erdungselement entfernt hält, und aus elektrischen Versorgungselementen (28,29)» die mit der Übertragungsleitung verbanden und einzeln mit jedem Radiatorelement an Versorgungspunkten (42) verkoppelt sind, wobei Jedes Radiatorelement (26) ein einzelnes Versorgungseleiaent aufweist, und wobei mindestens einige Versorgungselemente mit den Radiatorelementen an außerhalb der genannten Achsen gelegenen Versorgungspunkten verbunden sind.

12o intenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die ÜTebenachsen der einzelnen Radiatorelemente (26) in der E-Ebene gelegen sindo

13β Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Orte der Versorgungspunkte (42) an den Radiatorelementen (26) so gewählt sind, dass die Impedanz eines jeden Radiatorelementes am Versorgungspunkt gleich der Impedanz des Versorgungselementes (28,29) am Versorgungspunkt ist·

14» Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Radiatorelemente (26) die Form einer Ellipse aufweisen, deren Exzentrizität größer als Null ist.

15« Antenne nach Anspruch 14, dadurch gekennzeicL.net, dass die Exzentrizität 0,4 bis 0,9 beträgt.

16o Antenne nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass die Exzentrizität 0,65 beträgt.

17o Antenne nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass die Uebenachse der einzelnen ellipsenförmigen Radiatorelemente . in der E-Bbene" gelegen ist»

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18„ Antenne nach Anspruch 17? dadurch gokenns ei ebnet, dass die Exzentrizität 0,65 beträgt.

19ο Antenne nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungselemente (28,29) mit den Peripherien der Radiatorelemente (26) verbunden sind.

20c Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseleiuente (28_?29) ^i t den Peripherien der Eadiatoreleniente (26) verbunden sind. -

21» Antenne nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass . die einzelnen Versorgungselefiiente (28,29) eine breite Seite aufweisen, die von der dielektrischen Schicht vom Erdungselement gleich weit entfernt gehalten wird_o

22ο Antenne nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Versorgungselement (28,29) eine breite Seite aufweist, die von der dielektrischen Schicht vom Erdungselement gleich weit entfernt gehalten wird.

25ο lÄikrostreif enantenne, deren. Impedanz an eine Übertragungsleitung mit einer Impedanz Z bei einer Wellenlänge X(lambda) angepasst ist, zum Ausstrahlen und Ermitteln von elektromagnetischen StrahlungsSignalen mit der Wellenlänge λ(lambda), gekennzeichnet durch eine Kombination, bestehend aus einem dünnen, kreisrunden und leitenden Radiatorelernent (62) mit einer breiten Seite und einem. Durchmesser von ungefähr 3./(2VjI t~) , aus einem leitenden Erdungselement, das einen gleichbleibenden Abstand vom Radiatorelement aufweist und eine Radiatorapertur bildet, aus einer dielektrischen Schicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstante H und mit einer relativen Permeabilität u sowie mit einer gleichbleibenden Dicke, die das Radiatox^element vom Erdungselement entfernt hält, aus eineiß elektrischen Versorgungselement (66), das mit der übertragungsleitung in Verbindung steht und mit dem Radiatoelement an einem Versorgungspunkt verkoppelt ist,

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an dem die Impedanz des Radiatorelementes und des Versorgungselementes an die "übertragungsleitung angepasst ist, und aus regelbaren Eeaktanzelementen (70,72), die mit dem Radiatorelement und der "übertragungsleitung verbunden sind, und die eine Veränderung der Polarisationsebene der Antenne durch
Verändern der Reaktanzwerte der regelbaren Reaktanzelemente ermöglichen»

24·ο Mikrostreifenantenne nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet-, dass auf einer breiten Fläche eine Anzahl von Radiatorelementen (62) verteilt sind, mit denen eine Anzahl Versorgungselemente (66) und die genanntenregelbaren Reaktanzelemente (70,72) verbunden sind.

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