DE2362913C3 - Spiralantenne - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Spiralantenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Spiralantenne ist in der US-PS 41937 beschrieben. Sie hat als eigentliches Antennenelement eine gedruckte Schaltung mit zwei spiraligen, ineinander verschachtelten Leitern. Um eine Abstrahlung von Mikrowellen nur in den vorderen Halbraum des Antennenelementes zu erhalten, ist hinter ihm ein Absorber für Mikrowellen angeordnet, der aus einem napfförmigen, mit Mikrowellen absorbierendem Material ausgefüllten Reflektor besteht, dessen Bodenfläche üblicherweise (vgl. die US-PS 30 19 439) in einem Abstand von einer Viertelwellenlänge von der durch die spiraligen Leiter vorgegebenen Ebene gewählt wird, so daß der Anteil der in den hinteren Halbraum abgestrahlten Mikrowellen, der auch nach zweimaligem Durchqueren des absorbierenden Materials übrig bleibt, durch interferenz beseitigt wird. Die Richtcharakteristik einer solchen Spiralantenne hat also die Form einer mi nach vorne gerichteten Keule.

Die Speisung der beiden spiraligen Leiter erfolgt üblicherweise um 180" phasenverschoben. Der Strom bei benachbarten Stellen der beiden ineinander verschachtelten I ,eher hat die gleiche Phasenlage, wenn ■ die Länge einer Windung der Spirale gleich der Wellenlänge ist.

der Betriebsfrequenzen zu kleineren Frequenzen hin dadurch erweitert werden, daß man den Durchmesser der Antenne so weit vergrößert, daß ihr Umfang gleich der Wellenlänge bei der niedrigsten gewünschten Betriebsfrequenz ist Hierdurch enthält aber die Antenne große Abmessungen. Bei Radarwarn-Peilsystemen ist es aber oft erforderlich, gerade mit kleinen Frequenzen zu arbeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Spiralantenne zu schaffen, die bei geringen Abmessungen eine bei niedrigen Frequenzen liegende untere Grenze des Betriebsbereiches aufweist

Diese Aufgabe ist ausgehend von einer Spiralantenne gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Maßnahmen.

Einige Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 sind in einem anderen Zusammenhang bekannt: In der US-PS 29 64 748 ist eine Breitbandantenne für den Bereich von 340 bis 700 MHZ beschrieben, die zwei kegelspiralig gewundene Leiter aufweist, auf die im Abstand von einer Vierteldrehung Dipolelemente aufgesetzt sind, deren Länge mit Abnahme des Krümmungsradius der Leiter zunehmend abnimmt. Damit wird aber eine im wesentlichen halbkugelförmige Richtcharakteristik der Antenne erhalten.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Spiralantenne ist der, daß sie für niedere Betriebsfrequenzen sov/ohl für Linkspolarisation als auch für Rechtspolarisation als auch für lineare Polarisation, insbesondere horizontale Polarisation der Mikrowellen verwendet werden kann.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 läßt sich die Spiralantenne trotz des zu niederen Frequenzen hin erweiterten Betriebsbereiches gut in einem Radom unterbringen. Auch die Herstellungskosten sind gegenüber einer Spiralantenne mit kleinerem Betriebsbereich nur wenig erhöht, da nur an die spiraligen Leiter die Dipolelemente angebracht zu werden brauchen, an den zylindrischen Hohlraum Reflektorbleche angebracht zu werden brauchen und als isolierendes Substrat für die Dipolelemente das sowieso vorgesehene, Mikrowellen absorbierende Material des Radoms verwendet wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert In dieser zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spiralantenne, die für niedrige Betriebsfrequenzen geeignet ist;

F i g. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild der Spiralantenne von F i g. 1; und

F i g. 3 einen Teilchnitt durch ein Radom mit einer für niedrige Betriebsfrequenzen geeigneten erfindungsgemäßen Spiralantenne.

In der F i g. 1 ist eine ebene Mikrowellen-Spiralantenne 10 dargestellt, das zwei voneinander getrennte, aber ineinander verschachtelte spiralige Leiter 10a und 106 aufweist. Die Leiter 10a und 106 werden vorzugsweise in Form einer gedruckten Schaltung auf einem Substrat aus isolierendem Werkstoff ausgebildet. Das Antennenelement 10 ist über einem Mikrowellenhohlraum angeordnet, der von einem zylindrischen Behälter 12 gebildet wird. Der Behälter 12 ist innen mit einem Mikrowellen absorbierenden Material verkleidet, welches durch aufgeschäumten Kunststoff gehalten werden

bei der bekannten Spiralantenne kann der Bcicich kann, 'viii den äußeren Enden der spiraügen Leiter SOj

und ΙΟύ sind Dipolelemente 14a bzw. 146 verbunden, jedes der Dipoleiemente 14a und 146 wird auf einem isolierenden Substrat 16a bzw. 166 gehalten, das seinerseits von Gehäusen 18a bzw. 186 gehalten wird. Die Gehäuse 18a und 186 sind Ansätze des zylindrischen Behälters 12. Diese Ansätze sind ebenfalls mit Mikrowellenabsorbierenden Material ausgekleidet

Das in der F i g. 2 gezeigte Diagramm soll der Erklärung einiger elektrischer Eigenschaften der in der F i g. 1 gezeigten Antennenanordnung dienen. Ein Leiterpaar bestehend aus den Leitern 20 und 22 dient dem Anschluß der Antenne, und zwar ist der Leiter 20 mit dem Leiter 10a des Antennenelements verbunden, während der Leiter 22 mit dem Leiter 106 verbunden ist. Die Leiter 20 und 22 werden normalerweise als Koaxialleitung mit einem Außenleiter 24 herangeführt Die Dipolelemente 14a und 146 sind in der oben beschriebenen Weise mit den Leitern 10a und 106 verbunden und werden mit Abstand von der Rückseite des Hohlraumelemenis 12 gehalten. In den Raum zwischen der Rückseite des Mikrowellenhohlraums und den Elementen 10a, 106,14a und 146 ist eine Schicht aus mikrowellenabsorbierendem Material eingebracht

In der F i g. 3 ist ein Radom 25 zum Teil als Schnitt dargestellt, in dem eine für niedrige Frequenzen geeignete Spiralantenne an der Innenwandung befestigt ist. Bei diesem Einbau ist das isolierende Substrat des Antennenelementes 10 in seiner Formgebung der Formgebung des Radoms angepaßt, um den Luftspalt zwischen der Antennenoberfläche und der Innenfläche des Radoms 25 so klein wie möglich zu halten. Die Dipolelemente 14a und 146 liegen an der Innenfläche des Radoms an und sind gekrümmt, um dessen Formgebung folgen zu können. An dem unteren Teil des Behälters 12 sind Metallplatten 26a und 266 befestigt die Reflektoren für die Dipolantennenelemente 14a bzw. 146 darstellen. Zwischen der Metallplatte 26a und dem Antennenelement 14a ist eine Materialschicht 28a angeordnet die zur Gänze aus mikrowellenabsorbierenden Werkstoff oder zum einen Teil aus mikrowellenabsortierendem Werkstoff und zum anderen Teil aus einem geschäumten Kunststoff bestehen kann, der als Abstandselement benutzt wird. Eine vergleichbare Schicht 286 aus demselben Werkstoff wird zwischen der Metallplatte 266 und dem Antennenelement 146

ίο angeordnet Um einen möglicherweise verbleibenden Luftspalt zwischen der Oberfläche des Antennenelementes 10 und der Innenfläche des Radoms 25 auszugleichen, kann zwischen diesen beiden Bauteilen ein Abstandsstück 30 aus einem flexiblen zusammendrückbaren Werkstoff eingeschoben werden. Ein solches Abstandsstück kann aus Silikongummi oder einem anderen geeigneten Werkstoff hergestellt werden, dessen dielektrische Kennwerte den Kennwerten des Radom-Materials sehr ähnlich sind.

Der Abstand der spiraligen Leiter 10a und 106 und der Dipolelemente 14a und 146 von den Rückwänden (Boden des Behälters 12, Metallplatten 26a und 266) der zugeordneten Mikrowellenhohlräume (Behälter 12, Schichten 28a bzw. 286) ist vorzugsweise kleiner als ¹A Wellenlänge über den Bereich der empfangenen Frequenzen.

Die gekrümmte Anordnung gemäß F i g. 3 führt zu einer Abflachung oder Verbreiterung der Antennencharakteristik, zeigt aber in anderer Hinsicht keine weitere Beeinflussung. Die oben beschriebene Spiralantenne mit aufgesetzten Dipolelementen, die den inneicn Dimensionen des Radoms angepaßt ist, hat den großen Vorteil, daß sie wesentlich kleiner als eine vor einem Hohlraum angeordnete reine Spiralantenne mit vergleichbarer Leistung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Spiralantenne mit zwei ineinander verschachtelten spiraligen Leitern, die auf einem isolierenden Substrat angeordnet sind, welches einen im wesentlichen zylindrischen Hohlraum überdeckt, der mit Mikrowellen absorbierendem Mateial ausgekleidet ist und dessen Rückwand um weniger als eine Viertelwellenlänge von den spiraliger. Leitern entfernt ist, wobei die innenliegenden Enden der spiraligen Leiter die Anschlußklemmen der Antenne darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenende der spiraligen Leiter (10a, lOZ^je ein an einem weiteren isolierenden Substrat (Ansatz 16a, i6b) angeordnetes Dipolelement (14a, 14b) befestigt ist, daß hinter jedem Dipolelement ein den zylindrischen Hohlraum (12) fortsetzender zusätzlicher Hohlraum (18a, i8b) vorhanden ist, der ebenfalls mit Mikrowellen absorbierendem Material (2Sa) ausgekleidet ist, daß der Abstand der Dipolelemente von der Rückwand des zusätzlichen Hohlraums für alle Betriebsfrequenzen kleiner als eine Viertelwellenlänge ist und daß die Dipolelemente (14a, i4b) so bemessen sind, daß die Gesamtbreite der Antenne ungefähr gleich einer halben Wellenlänge bei der niedrigsten Betriebsfrequenz ist

2. Spiralantenne nach Anpruch 1, zum Einbau in einen Radom, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipolelemente (14a, 14b) parallel zur Radomoberfläehe gekrümmt sind, daß der zusätzliche Hohlraum durch mit dem zylindrischen Hohlraum (12) verbundene Reflektorbleche (26a, 26ty gebildet ist, die ebenfalls parallel zur Radomoberfläche gekrümmt sind, und daß die Dipolelemente direkt das ihnen zugeordnete Mikrowellen absorbierende Material (28ajüberdecken.