DE2354550C2

DE2354550C2 - Doppelrundstrahlantenne

Info

Publication number: DE2354550C2
Application number: DE2354550A
Authority: DE
Inventors: Anton Dipl.-Ing. 8136 Wangen Brunner; Nikolaus Ing.(grad.) 8031 Olching Willburger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-10-31
Filing date: 1973-10-31
Publication date: 1982-08-19
Also published as: IT1025370B; DE2354550A1; FR2250210B1; FR2250210A1; GB1446999A; US3945013A

Description

2. Doppelrundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rohrschlitzstrahler, und zwar im mittleren Leiter (8) der Doppelkoaxialleitung noch zusätzlich ein zweiter Schlitz vorgesehen ist, der am Umfang dieses mittleren Leiters (8) um 180° gegenüber dem ersten Schlitz (11) versetzt ist und an dessen Rand ebenfalls ein Kurzschlußstift angebracht werden kann.

3. Doppelrundstrahlantenne nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine rotationssymmetrische Ausführung (F i g. 2).

4. Doppelrundstrahlantenne nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine längliche, flache Ausbildung des Stabstrahlers (3) des Unipols und eine angepaßte längliche Formgebung von dessen Grundplatte (4 in F i g. 3).

5. Doppelrundstrahlantenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der länglich und flach ausgebildete Stabstrahler (3) sowie der darüber angeordnete Rohrschlitzstrahler (8,11,12) in einem formmäßig angepaßten Kunststoffschwert (15) eingebettet sind.

6. Doppelrundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei Sekundärradar-Transpondergeräten, die einen Kennungsbetrieb gleichzeitig bei zwei Frequenzen durchführen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Doppelrundstrahlantenne gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Zum gleichzeitigen Empfang und zur gleichzeitigen Abstrahlung elektromagnetischer Wellen zweier verschiedener Frequenzbänder in zwei bestimmten linearen, zueinander senkrechten Polarisationen, wobei in der horizontalen Ebene ein Rundstrahldiagramm und in der Vertikalebene ein breites Strahlungsdiagramm entsteht, ist es bekannt, zwei nebeneinander aufgestellte für die jeweils gewünschte Polarisation ausgewählte Ei'nzelstrahler zu verwenden. Bei dieser Anordnung treten jedoch zwischen den beiden Antennen gegenseitige Beeinflussungen und damit Störungen auf, die bei den meisten Anwendungsfällen, insbesondere jedoch bei der Verwendung für Sekundärradar-Transpondergeräte, die einen Kennungsbetrieb bei zwei Frequenzen gleichzeitig durchführen sollen, nicht in Kauf genommen werden können.

Aus der US-Patentschrift 37 39 390 ist ein Doppelantennensystem für zwei verschiedene Frequenzbereiche mit Doppeikoaxialspeisung bekannt Die beiden übereinander liegenden Strahler sind als vertikale Stabstrahler (Unipole) ausgebildet und erzeugen somit beide jeweils ein Rundstrahlerdiagramm mit vertikal polarisierten elektromagnetischen Wellen. Die Abstrahlung horizontal polarisierter Wellen ist bei diesem Doppelantennensystem nicht möglich.

Aus der US-Patentschrift 24 79 227 ist ein anderes Doppelantennensystem für zwei verschiedene Frequenzbereiche bekannt. Hierbei wird mittels einer Koaxialleitung ein über die gesamte Antennenhöhe reichender, hohl ausgebildeter Vertikaldipol für den unteren Frequenzbereich gespeist. Im Bereich der oberen Hälfte dieses für vertikale Polarisation ausgebildeten Dipols sind diametral zueinander zwei Längsschlitze vorgesehen, die über eine andere Koaxialleitung und einen kleinen abgestimmten Horizontaldipol zur Rundum-Abstrahlung elektromagnetischer Wellen im höheren Frequenzbereich und zwar mit horizontaler Polarisation angeregt werden. Diese Doppelantenne weist jedoch keine Speisung mittels einer Doppelkoaxialleitung, die aus einem inneren, einem mittleren und einem äußeren konzentrischen Leiter besteht, auf, sondern wird über zwei getrennt geführte Koaxialleitungen gespeist. Die Anbringung dieser Antenne auf einer Montagefläche führt somit zu größeren Schwierigkeiten, da zwei Bohrungen vorhanden sein müssen. Außerdem besteht noch der Nachteil, daß nach diesem Doppelantennenprinzip nur Vertikalpolarisation im niedrigeren Frequenzbereich und Horizontalpolarisation im höheren Frequenzbereich abgestrahlt werden kann. Zudem liegt eine ziemlich starke gegenseitige Beeinflussung der beiden Strahler vor, da der Schlitzstrahler innerhalb einer Dipolhälfte des anderen Strahlers angeordnet und somit räumlich nicht von diesem abgesetzt ist.

In der US-Patentschrift 24 80186 ist ein weiteres Rundstrahl-Doppelantennensystem für zwei verschiedene Frequenzbereiche beschrieben. Die beiden Strahler werden von einer Doppelkoaxialleitung gespeist. Die innere Koaxialleitung speist einen vertikalen Dipol zur Abstrahlung elektromagnetischer Wellen im niedrigeren Frequenzbereich und die äußere Koaxialleitung ein an der unteren Hälfte des vorgenannten vertikalen Dipols befestigtes Dipolfeld mit horizontal verlaufenden Dipolarmen, so daß von dort elektromagnetische Wellen mit horizontaler Polarisation, und zwar im höheren Frequenzbereich abgestrahlt werden. Es hat

sich jedoch gezeigt, daß zum einen der mechanische Aufbau sowie der elektrische Anschluß der Dipole des Dipolfeldes einen erheblichen Aufwand erfordern und zum anderen eine solche Dipolfeldkonfiguration — sofern nicht eine sehr große Anzahl von horizontalen Dipolen vorgesehen ist — höheren Ansprüchen an ein Rundstrahldiagramm nicht entspricht Darüber hinaus läßt sich mit dem Prinzip dieser bekannten Doppelantenne nur Vertikalpolarisation im niedrigeren Frequenzbereich und Horizontalpolarisation im höheren Frequenzbereich abstrahlen, wobei außerdem ein ziemlicher Unterschied in den Frequenzen der beiden Strahler bestehen muß. Außerdem beeinflussen sich die beiden Strahler dieses Doppelantennensystems nicht unerheblich, da die kleinen Dipole zur Horizontalpolarisationsabstrahlung an der einen Hälfte des Vertikaldipols angebaut und somit räumlich vom Vertikaldipol nicht abgesetzt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine mit nur einer Doppelkoaxialleitung gespeiste, integrierte Doppelrundstrahlantenne zu schaffen, von der der obere Strahler zur Abstrahlung horizontal polarisierter Wellen ausgebildet ist und dabei ohne eine gegenseitige, störende Beeinflussung des darunter liegenden Unipols ein nahezu ideales Rundstrahldiagramm in der horizontalen Ebene und ein breites Strahlungsdiagramm in der Vetikalebene abgibt Ein einfacher mechanischer Aufbau und elektrischer Anschluß sollen dabei Voraussetzung sein. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Ein geschlitzter Koaxialleitungsstrahler zur Abstrahlung horizontal polarisierter elektromagnetischer Wellen ist für sich allein aus dem Techn. Bericht des Forschungsinstitut des FTZ: Mikrowellenantennen kleiner Abmessungen mit Rundstrahldiagramm, H. Hollmann, Deutsche Bundespost, FTZ 454/T Br 6, Februar 1969, bekannt

Aus der US-PS 35 41 556 ist es an sich bekannt, bei einer Doppelrundstrahlantenne mit Doppelkoaxialspeisung einen Viertelwellenlängensperrtopf als Mittel vorzusehen, durch das die effektive Länge eines Unipols für die Unipolbetriebsfrequenzen auf eine Viertelwellenlänge beschränkt wird.

Eine Doppelrundstrahlantenne mit integriertem Rohrschlitzstrahler, bei der allerdings kein derartiger Sperrtopf vorgesehen ist und damit die ganze Länge des mittleren Leiters als Vertikalstrahler wirkt, ist aus der GB-PS 7 47 5-D5 bekannt.

Die in eine Doppelkoaxialleitung integrierte Speisung der erfindungsgemäßen Doppelrundstrahlantenne ermöglicht es, daß die Außenwand des Fahrzeugs oder Flugobjekts, an dem die Antenne angebracht wird, nur an einer Stelle aufgebohrt werden muß.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine im Schnitt dargestellte Transponder-Doppelrundstrahlantenne für elektromagnetische Wellen eines unteren Frequenzbandes in vertikaler Polarisation und eines höheren Frequenzbandes in horizontaler Polarisation,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht der Antenne nach Fig. 1,

F i g. 3 eine perspektivische Ansicht einer funktionsmäßig mit der Antenne nach F i g. 1 übereinstimmenden Doppelantenne, die jedoch aus Zwecken des Einsatzes bei Flugzeugen strömungigünstiger ist.

In Fig. 1 ist eine aus zwei übereinander aufgebauten Rundstrahlantennen bestehende, durch eine Doppelkoaxialleitung gespeiste Doppelantenne zur Verwendung für einen Transponder, mit dem ein Kennungsbetrieb (Zivil oder Freund-Feind-Identifizierung) bei zwei Frequenzen durchgeführt weiden soll, dargestellt Die Rundstrahlantenne für das untere Frequenzband, beispielsweise das L-Band, wird dabei von einem die untere Antenne darstellenden Unipol gebildet Dieser Unipol wird von einer äußeren, radial eingeführten Zuführungs-Koaxialleitung gespeist, welche aus einem Außenleiter 1 und einem Innenleiter 2 besteht Der Innenleiter 2 bildet eine T-Verzweigung mit dem Innenleiter 5 einer äußeren Koaxialleitung 13, welcher einen Stabstrahler 3 übergeht während der Außenleiter 1 nach der Verzweigung über den Außenleiter 6 der äußeren Koaxialleitung 13 in eine kreisrunde Grundplatte 4 übergeht. Die aus der Grundplatte 4 herausragende Länge des Stabstrahlers 3 beträgt etwa ein Viertel der Wellenlänge λ 1 der elektromagnetischen Wellen des unteren Frequenzbandes. Innerhalb des aufgebohrten, den Innenleiter der äußeren Koaxialleitung 13 bildenden mittleren Leiters 5 der Doppelkoaxialleitung verläuft der dünne innere Leiter 9 der Doppelkoaxialleitung, so daß elektromagnetische Wellen mit einer höheren Frequenz, z. B. im Ku-Band, auf der durch den inneren Leiter 9 und den mittleren Leiter 5 bzw. 8 gebildeten, inneren Koaxialleitung 10 durchgeführt werden können. Die innere Koaxialleitung 10 weist einen wirksamen Durchmesser von etwa einem Sechstel der Wellenlänge λ 2 der elektromagnetischen Wellen mit der höheren Frequenz auf. Diese innere Koaxialleitung 10 weist im über den Stabstrahler 3 hinausragenden Bereich 8 einen axial verlaufenden Schlitz 11 im Außenleiter auf, an dessen Rand in der Mitte seiner Längsausdehnung innen ein Kurzschlußstift 12 zum inneren Leiter 9 hin angebracht ist. Der Schlitz 11 besitzt etwa die Länge einer halben Wellenlänge λ 2 der elektromagnetischen Wellen des höheren Frequenzbandes. Durch die Anbringung des Kurzschlußstiftes 12 wird der Schlitz 11 der inneren Koaxialleitung 10 so angeregt, daß ein Rundstrahldiagramm abgestrahlt wird. Die Welligkeit des Rundstrahldiagramms läßt sich durch einen weiteren, um 180° am Umfang versetzten, gleich dimensionierten Schlitz, für den kein weiterer Kurzschlußstift erforderlich ist, noch verringern. Dieser Schlitz ist in F i g. 1 nicht dargestellt. Bei vertikaler Stellung der inneren Koaxialleitung 10 werden elektromagnetische Wellen des höheren Frequenzbandes in horizontaler Polarisation abgestrahlt. Der durch die Grundplatte 4 und den Stabstrahler 3 gebildete Unipol darunter strahlt demgegenüber bei vertikaler Stellung des Stabstrahlers 3 ein Rundstrahldiagramm von elektromagnetischen Wellen des unteren Frequenzbandes in vertikaler Polarisation ab.

Zur Verhinderung einer Anregung des Außenleiters 8 der inneren Koaxialleitung 10 durch elektromagnetische Wellen des unteren Frequenzbandes ist im Stabstrahler 3 eine etwa eine Viertelwellenlänge der elektromagnetischen Wellen λ 1 des unteren Frequenzbandes tiefe topf artige Ausweitung 7 vorgesehen, welche als Stromsperre wirkt.

Die Trennung der Einspeisestellen für die beiden Frequenzbänder wird dadurch erreicht, daß die für das höhere Frequenzband zuständige innere Koaxialleitung 10 axial und die durch die Leiter 5 und 6 gegebene, für das untere Frequenzband zuständige äußere Leitung 13 der Doppelkoaxialleitung durch die radiale Abzweigung

des Außenleiters 1 und des Innenleiters 2 nach außen durchgeführt wird. Die radiale Abzweigung der für das untere Frequenzband zuständigen, aus dem Innenleiter 2 und dem Außenleiter 1 bestehenden Zuführungskoaxialleitung erfolgt in einem Abstand von etwa einer Viertelwellenlänge der elektromagnetischen Wellen λ 1 des unteren Frequenzbandes über einem Kurzschluß zwischen dem mittleren Leiter 5 und dem äußeren Leiter 6. Durch diesen Kurzschluß wird ein Sperrtopf 14 gebildet, der den Kurzschluß nach einer Viertelwellenlänge der elektromagnetischen Wellen λ 1 des unteren Frequenzbandes in einen Leerlauf an der Abzweigstelle transformiert, so daß die Energie der aus dem Innenleiter 1 und dem Außenleiter 2 bestehenden Zuführungsleitung in die gewünschte Abzweigrichtung, d. h. nach oben, fließt.

Die Dämpfung entlang der inneren Koaxialleitung 10 liegt in einer Größenordnung von einigen Zehntel Dezibel. Für die weiterführende Leitung der Energie, insbesondere der höheren Frequenz kann auch ein Hohlleiter verwendet werden.

Eine perspektivische Ansicht der intergrierten Doppelantenne für Transponderzwecke nach F i g. 1 zeigt F i g. 2. Diese Antenne ist mit Ausnahme der radialen Abzweigung der koaxialen Zuführungsleitung mit dem Außenleiter 1 und dem Innenleiter 2 rotationssymmetrisch aufgebaut und ist deshalb insbesondere für Bodenfahrzeuge und Schiffe geeignet.
Ist ein Einsatz für schnellere Fahrzeuge, z. B.

Flugzeuge, vorgesehen, so wird zweckmäßig eine stromlinienförmige Ausführungsform nach Art einer Schwertantenne entsprechend der in F i g. 3 perspektivisch dargestellten Antenne vorgezogen. Diese Antenne hat dieselbe Funktion wie die Antenne nach Fig. 1

ίο und 2. Der Stabstrahler 3 ist nicht rotationssymmetrisch, sondern länglich und flach gestaltet. Die Grundplatte 4 weist ebenfalls einen länglichen Umriß in Anpassung an die Ausdehnungsrichtung des Stabstrahlers 3 auf. Sie wird durch die Oberfläche des Flugzeugs vergrößert. In den länglichen Stabstrahler 3 ist die oben als geschlitzter Köäxiaistrahicr hcrausragende innere Koaxialleitung 10 eingesetzt, die zusammen mit dem Stabstrahler 3 von einem Kunststoffschwert 15 verkleidet ist, welches in seiner Formgebung derjenigen des Stabstrahlers 3 angepaißt ist.

Bei den Anordnungen nach F i g. 2 und 3 erfolgt die

Versorgung der inneren Koaxialleitung 10 aus Dämp-

fungsgiründen über einen weiterführenden Hohlleiter 16.

Das Vertikaldiagramm läßt sich durch Variation der Grundplatte 4 individuell gestalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Doppelrundstrahlantenne für elektromagnetische Wellen zweier verschiedener Frequenzbänder unter Verwendung einer mit einem inneren, einem mittleren und einem äußeren Leiter versehenen Doppelkoaxialleitung, die mit ihrem mittleren und äußeren Leiter einen unteren Strahler für das niedrigere Frequenzband und mit ihrem inneren und mittleren Leiter einen längs einer Achse darüber angeordneten Strahler für das höhere Frequenzband speist, wobei zur Abstrahlung vertikal polarisierter elektromagnetischer Wellen der untere Strahler als Unipol ausgebildet ist, bei dem der äußere Leiter der Doppelkoaxialleitung auch als Gegengewicht dient und der mittlere Leiter der Doppelkoaxialleitung als Viertelwellenlängen-Stabstrahler ausgeformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Leiter (6) der Doppelkoaxialleitung zur Bildung des Gegengewichts des Unipols zu einer Grundplatte (4) abgewinkelt ist, daß zur Abstrahlung horizontal polarisierter elektromagnetischer Wellen der obere Strahier als an sich bekannter Rohrschlitzstrahler ausgebildet ist, bei dem sich im mittleren Leiter (8) der Doppelkoaxialleitung ein in Axialrichtung verlaufender Schlitz (11) befindet, der eine Länge von etwa einer halben Wellenlänge der von diesem Strahler abzustrahlenden elektromagnetischen Wellen aufweist und an dessen Rand etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung ein Kurzschlußstift (12) zwischen dem mittleren Leiter (8) und dem darin fortgeführten inneren Leiter (9) der Doppelkoaxialleitung angebracht ist, und daß der mittlere Leiter (5) der Doppelkoaxialleitung über der abgewinkelten Grundplatte (4) des Ünipols im Bereich des Stabstrahlers (3) eine etwa eine Viertelwellenlänge der elektromagnetischen Wellen (λ 1) des niedrigeren Frequenzbandes tiefe topfartige Ausweitung (7) aufweist, die einen Viertelwellenlängensperrtopf für die Wellen des niedrigeren Frequenzbandes bildet.