DE2408578A1

DE2408578A1 - Hochbeschleunigungsfeste antenne fuer mikrowellen

Info

Publication number: DE2408578A1
Application number: DE19742408578
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Lindner; Werner Dr Ing Wiesbeck
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1974-02-22
Filing date: 1974-02-22
Publication date: 1975-08-28
Also published as: DE2408578C2

Description

"Hochbeschleunigungsfeste Antenne für Mikrowellen" Die Erfindung betrifft eine hochbeschleunigungsfeste Antenne zur Abstrahlung und/oder zum Empfang elektromagnetischer Wellen des Mikrowellenbereichs.
Eine solche Antenne ist beispielsweise als Bordantenne eines Flugkörpers zum Senden und/oder Empfängen von Telemetriesignalen oder auch als Zünderantenne eines elektronischen Annäherungs oder Abstandszünders benutzbar.
Die hierbei in der Praxis oft geforderten Antennendiagramme sind in erster Näherung rotationssymmetrisch; auch werden häufig Halbwertsbreiten über 90° verlangt.
Die für diese Einsatzzwecke bekannten Antennen sind meist Dipole oder Helix-Antennen, die konstruktiv besonders gestaltet sind, um räumliche vorgegebene Abmessungen nicht zu überschreiten und den hohen geforderten-Beschleunigungswerten, die bei 30 000 g liegen können, standhalten zu können, ohne daß mechanische Deformierungen in Folge derartiger Beschleunigungen die elektronischen Antenneneigenschaften nachteilig beeinflussen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne der vorstehend angegebenen Art in technischer und/oder wirtschaftlicher Hinsicht zu verbessern, insbesondere also, sie billiger herstellbar, mechanisch leichter integrierbar und/oder - in Weiterbildung der Erfindung - für Zirkularpolarisation geeignet zu machen.
Die erfindungsgemäße Antenne ist dadurch gekennzeichnet, daß eine flächenhafte, zumindest annähernd quadratische und ebene Elektrode vorgesehen ist, deren hantenlänge etwa gleich der halben mittleren Betriebswellenlänge der Antenne gewählt ist, daß in einer zur Ebene der flächenhaften Elektrode parallelen Ebene, deren Abstand zur Ebene der flächenhaften Elektrode vorgegeben ist, eine größer als die flächenhafte Elektrode dimensionierte, ebenfalls flächenhafte Gegenelektrode vorgesehen ist, und daß die Antennenspeiseleitung einerseits an die Elektrode und andererseits an die Gegenelektrode angekoppelt ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und gegebenenfalls der nun folgenden Beschreibung der Abbildungen entnehmbar, die sich auf Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre Wirkungsweise beziehen.
In Fig. la ist der Querschnitt, in Fig. lb eine Aufsicht auf die Antenne dargestellt. Als Trägermaterial 1 wird Aluminiumoxydkeramik mit einer Dielektrizitätszahl von ungefähr 9,8 bei einer elektrischen Dicke (im Beispiel verwendet. Die Rückseite 2 besteht aus einer Goldschicht mit einer Dicke von mehreren Eindringtiefen. Auf der Vorderseite 3 ist die Antennenstruktur 4 geätzt; im folgenden wird sie als "Antennenfleck" bezeichnet.
Zwischen diesem Antennenfleck und seiner Umgebung, d. h.
speziell gegen die Nessefläche auf der Rückseite bilde;t' sich ein elektromagnetisches Feld derart aus, daß die Impedanz im Mittelpunkt 5 Null ist. Am Rand der Antenne ist die Impedanz am größten. Sie wird dort durch den Strahlungswiderstand bestimmt. Der Impedansverlauf als Funktion des Ortes ist in Fig. 2 dargestellt. Die in Klammern gesetzten Zahlen an der Ordinate gelten für ein blister.
Es ist einzusehen, daß es mit dieser Kenntnis möglich ist, sich durch eine koaxiale Leitung bei jeder Impedanz im Bereich wischen 0 und dem Maximum anzukoppeln, ohne weitere transformierende Schaltungselemente zu verwenden, wie es bei anderen Antennen häufig der Fali ist.
Nach Fig. la wird zur Ankopplung der Mantel 6 eines geeigneten koaxialen Kabels oder einer ähnlichen Struktur mit der Messefläche 2 verlötet oder sonst fest verbunden.
Der Innenleiter wird durch ein Loch in der Keramik zum Antennenfleck 4 geführt und am Einspeisepunkt 7 angelötet.
Die Impedanz als Funktion der Frequenz ist für eine derartige Antenne in Fig. 3 gezeigt. » Koppelt man sich an die Antenne in zwei symmetrischen Punkten 8 und 9 nach Fig. 4 mit einer Phasendifferenz von 90° an, so wird eine zirkular polarisierte Welle abgestrahlt, deren Elliptizität kleiner als 2 dB sein kann.
Durch einen Einschnitt 10 nach Fig. 5 in den Antennenfleck mittels Laser, Sandstrahls oder eines anderen Verfahrens kann die Antenne in der Mittenfrequenz bis zu -5 % geändert werden.
Durch einen oder mehrere Einschnitte 11 in den Antennenfleck nach Fig. 5 kann die Impedanzcharakteristik dahingehend beeinflußt werden, daß sich im Diagramm eine oder mehrere Schleifen 12, Fig. 6, ausbilden, wodurch die Bandbreite erheblich vergrößert werden kann. Stark gerundete Kanten 13 bewirken, daß sich die Schleifen in der induktiven Impedanzebene zeigen, während 90 Kanten mit Einschnitten Schleifen in der kapazitiven Ebene ausbilden. Durch geeignete Dimensionierung erreicht man reproduzierbar einen Impedanzverlauf nach Fig. 7.
Der Wirkungsgrad der Antenne steigt, Je weniger die Ecken gerundet sind. Bei zunehmender Substratdicke, im vorge gebenen Rahmen, wird die Abstrahlung besser.
Fig. 8 zeigt ein typisches Horizontaldiagramm (gemessen in der Substratebene), wobei der Winkel Oo mit der x-Achse (Fig. 5) zusammenfällt. Fig. 9 zeigt ein Vertikaldiagramm (gemessen in der Ebene Y = 0.

Claims

Pat entansprüche

Hochbeschleunigungsfeste Antenne zur Ab strahlung und/oder zum Empfang elektromagnetischer Wellen des Mikrowellenbereichs, insbesondere Bordantenne eines Flugkörpers oder Zünderantenne eines elektronischen Geschoß-Zünders, dadurch gekennzeichnet, daß eine flächenhafte, zumindest annähernd quadratische und ebene Elektrode (4) vorgesehen ist, deren Kantenlänge etwa gleich der halben mittleren Betriebswellenlänge der Antenne gewählt ist, daß in einer zur Ebene der flächenhaften Elektrode parallelen Ebene, deren Abstand zur Ebene der flächenhaften Elektrode vorgegeben ist, eine größer als die flächenhafte Elektrode dimensionierte, ebenfalls flächenhafte Gegenelektrode (2) vorgesehen ist, und daß die Antennenspeiseleitung (6) einerseits an die Elektrode (4) und andererseits an die Gegenelektrode (2) angekoppelt (7) ist (Fig. t).
2. Antenne nach Anspruch lt dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Elektrodenebenen ein Dielektrikum (1) mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten, die größer als 1 ist, angeordnet ist.
3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als das Dielektrikum (1) Aluminiumoxydkeramik gewählt ist.
4. Antenne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4, 2) in Verbindung mit dem Dielektrikum (1) nach einer Nethode der Dick- oder Dünnfilmtechnik hergestellt sind.
5. Antenne nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flächenhafte Elektrode (4) in Form einer Streifenleitung ausgebildet und nach einem Foto-Ätzverfahren oder Druckverfahren auf das Dielektrikum (i) aufgebracht ist.
6. Antenne nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Dielektrikum (i) mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten von etwa 10, zum Beispiel bei Aluminiumoxydkeramik mit einer rel.DE = 9,8, die elektrische Dicke der dielektrischen Schicht zwischen einem zehntel und einem hundertstel der mittleren Betriebswellenlänge der Antenne gewählt ist, vorzugsweise zu einem fünfzigstel dieser Länge.
7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken der beiden Elektroden (4, 2) entsprechend mehreren Einheiten der im Zusammenhang mit dem Skin-Effekt bekannten Eindringtiefe gewählt sind.
8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet1 daß die Gegenelektrode (2) aus einer Goldschicht besteht.
9. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung, insbesondere der Anschluß, der Antennenspeiseleitung (6) an die beiden Elektroden (4, 2) an solc;henempirisch ermittelbaren Stellen der Elektroden erfolgt, daß zwischen die Speiseleitung (6) und die Antenne (4, 2, 1, 7) keine Impedanztransformationsmittel zwecks gegenseitiger elektrischer Anpassung geschaltet werden müssen.
10. Antenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Koaxialleitung als Speiseleitung (6) der Koaxial-Außenleiter an die Gegenelektrode (2) und der Koaxial-Innenleiter an die andere Elektrode (4) angeschlossen, zum Beispiel angelötet, ist (Fig. la).
Antenne nach einem der Ansprüche 1, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei gewünschter Betriebsfähigkeit der Antenne für zirkular oder elliptisch polarisierte Wellen die Ankopplung der Speiseleitung an zwei solchen Stellen (8, 9) der Elektrode (4) erfolgt, deren Lage auf der Elektrode und deren phasenunterschiedliche Einspeisung im Sendefall entsprechend der gewünschten Elliptizität und der Lage der Ellipse im Raum gewählt sind (Fig. 4).
12. Antenne nach Anspruch il, dadurch gekennzeichnet, daß bei gewünschter Zirkularpolarisation die zwei Anschluß-Stellen der Speiseleitung in den Achsen eines kartesischen Koordinatensystems liegen, dessen Ursprung mit dem Quadratmittelpunkt der Elektrode zusammenfällt und dessen Koordinatenrichtungen parallel zu den Quadratkanten verlaufen, daß die Abstände der Anschluß-Stellen von dem Koordinatenursprung gleich groß gewählt sind und daß im Sendefall die Sendeschwingungen den zwei Anschluß-Stellen mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 90 zugeführt werden, deren Vorzeichen von der gewünschten Drehrichtung der Zirkularpolarisation abhängt (Fig. 4).
13. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Betriebswellenlänge der Antenne durch mindestens einen mittigen Einschnitt (10) in mindestens eine der Elektrodenkanten in Richtung zum Quadratmittelpunkt justiert ist (Fig. 5).
14. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis i3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite der Antennedurch Einschnitte (11) in mindestens eine Quadratecke der Elektrode in Richtung zum Quadratmittelpunkt vergrößert ist (Fig. 5).
15. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Quadrateckender Elektrode abgerundet (13) ist, derart, daß ein gewünschter Impedanzverlauf der Antenne in Abhängigkeit von der Frequenz approqimiert ist (Fig. 5).