DE2441638A1

DE2441638A1 - Breitbandantenne

Info

Publication number: DE2441638A1
Application number: DE2441638A
Authority: DE
Inventors: Alain Bizouard; Jean Rannou
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-08-31
Filing date: 1974-08-30
Publication date: 1975-03-13
Also published as: SE403218B; NO138072C; IT1019159B; FR2242784B1; NO138072B; US3945016A; SE7411047L; DE2441638B2; DE2441638C3; FR2242784A1; NO743122L; GB1465659A

Description

DIETRICH LEWINSKY

HEINZ-JOACHIMHUBER · ³⁰· ^AuS^ust

REINER PRIETSCH 8041-IV/K

Thomson-CSP, Paris, Bid.Haussmann 173 (Prankreich)

"Breitbandantenne"

Priorität vom 31. August 1973 aus der französischen Patentanmeldung 73 31522

Die Erfindung betrifft eine Breitbandantenne mit mindestens einem in Form einer Spirale in einer Ebene in der Nähe eines Reflektors angeordneten Leiter. Solche Spiralantennen sind für ihr. breitbandiges Betriebsverhalten bekannt. Sie besitzen in einem bestimmten Frequenzbereich ein Strahlungsdiagramm mit einem "konstanten 3-dB-öffnungswinkel, konstantem Gewinn und geringer Elliptizität. Diese Eigenschaften werden ohne größere Schwierigkeiten in einem Frequenzband erzielt, dessen untere und obere Frequenz sich wie 1 : 3 verhalten. Wenn dieses Verhältnis von 1 : 3 wesentlich überschritten wird, treten zwei grundsätzliche Mängel auf:

Der erste Mangel ist auf die Gegenwart des Reflektors zurückzuführen, der in einer Entfernung von der Spirale, liegen soll, welche kleiner als ein Viertel der Wellenlänge für die höheren Frequenzen sein muß. Dies bedeutet, daß bei den niedrigeren Frequenzen diese Entfernung nicht mehr als %/12 für ein Frequenzverhältnis von 1 : 3 und nicht mehr als λ/24 für ein Verhältnis von 1 : 6 beträgt. Unter diesen Bedingungen ist bei niedrigen . Frequenzen der Strahlungswiderstand gering und der Wirkungsgrad und damit der Gewinn nehmen ab.

Der zweite Mangel ist darauf zurückzuführen, daß für eine bestimm te Frequenz lediglich ein relativ begrenzter Bereich der Anten-

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ne zu deren Strahlung beiträgt. Bei niedrigen Frequenzen liegt dieser Bereich in der Gegend des Umfanges der Antenne. In dem Maße, wie die Frequenz wächst, nähert sich dieser Strahlungsbereich dem Mittelpunkt der Spirale. Im folgenden wird dieser Bereich als Hauptstrahlungsbereich bezeichnet, da bei hohen Frequenzen ein oder mehrere parasitäre Strahlungsbereiche auftreten, zunächst in der Gegend des Umfanges der Antenne dann allmählich sich dem Mittelpunkt nähernd, wenn die Frequenz wei- ^; terhin ansteigt. Die jeweilige Phase der Ströme in den Haupt-■ Strahlungsbereichen und den parasitären Strahlungsbereichen

ändert sich rasch in Abhängigkeit von der Frequenz. Das Strah- ; lungsdiagramm ist daher nicht mehr rotationssymmetrisch um die

Antennenachse sondern besitzt einen elliptischen Querschnitt. j Hieraus ergeben sich rasche Schwankungen der Breite des Diagrammes bei den 3-dB-Punkten und die HauptStrahlrichtung fällt für ! die in einer Ebene betrachteten Diagramme nicht mehr mit der Senkrechten auf die Antennenebene zusammen sondern kann sich um 10° bis 15 von ihrer normalen Lage entfernen.

Bekannte Vorschläge zur Dämpfung der Strahlung aus den Störbereichen bestehen darin, die Ströme längs der Spirale durch Serien- oder Parallelverluste zu dämpfen.

Die Serienverluste können durch Verminderung der Breite des Leiters in Richtung auf das Ende der Spirale erreicht werden, wodurch die Linearverluste in dem Leiter anwachsen oder durch Verminderung der Steigung der Spirale (geringerer Abstand der Soiralwindüngen),woraus sich eine Zunahme der Länge der Leiter ergibt.

Die Parallelverluste werden dadurch erzielt, daß für die Leiter ein dielektrischer, verlustbehafteter Träger verwendet wird.

Diese bekannten Lösungen sind nicht zufriedenstellend, da sie

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zu einer Minderung des Antennengewinns im gesamten nutzbaren Bandbreitenbereich und insbesondere bei niedrigen Frequenzen führen, wo die Nähe des Reflektors bereits störend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die von diesen Mängeln frei ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Mittelpunkt und vor der Spirale ein Resonator zur bei hohen Frequenzen wirksamen Erhöhung der Strahlung des Bereiches, demgegenüber er angeordnet ist, vorgesehen ist.

Der Resonator steigert dabei in vorteilhafter Weise die Abstrahlung des Hauptstrahlungsbereiches, ohne diejenige der Störbereiche zu erhöhen, was eine relative Verminderung des Beitrages der letzteren zur Strahlung der Antenne bedeutet.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist eine Antenne nach der Erfindung anhand beispielsweise gewählter Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Es zeigen:

Figuren 1 bis 5 schematische, teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansichten verschiedener Ausfüh-■ rungsformen der Antenne nach der Erfindung.

Gleiche Bezugsziffern bezeichnen in allen Figuren gleiche Teile.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Antenne 'nach der Erfindung. Sie besteht aus einer leitenden,ebenen Doppelspirale 1, die beispielsweise auf einem ebenen oder planen dielektrischen

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Substrat durch Potogravur erzeugt wurde, sowie aus einer Speiseleitung 2, die die Spirale mit einem nicht dargestellten Sender/ Empfänger verbindet und schließlich°aus einem Reflektor 3»

Ein Direktor 4 ist im Mittelpunkt der Antenne und vor dieser (bezogen auf die Strahlungsrichtung) angeordnet.

Die Wirkung dieses Direktors ist auf die hohen Frequenzen beschränkt. Der Hauptstrahlungsbereich liegt dann nämlich im Mittelpunkt der Spirale. Da der Direktor 4 gegenüber diesem Bereich liegt, ändert er die Arbeitsweise beziehungsweise die Eigenschaften der Antenne bei niedrigen Frequenzen nicht.

Dieser Direktor kann entweder aus einer Metallscheibe geringer Dicke oder aus einem Metallring bestehen. Er hat einen Durohmesser in der Größenordnung von V4 der Mittelfrequenz· des Bereiches, bei dem die Kompensation wirksam werden soll und er liegt in einem Abstand in der Größenordnung von A//10 vor der Spirale.

Zum Beispiel kann eine Spiralantenne, die in einem Frequenzband von 2,4 bis 7 GHz korrekt arbeitet, bis 11 GHz verwendet werden, wenn ein für die Frequenz von 9 GHz ausgelegter Direktor (mit einem Durchmesser von 8 mm und in einem Abstand von 3 mm von der Spirale) angeordnet wird.

Ein anderes Mittel zur Steigerung der Richtwirkung und des Ge winnes der Antenne in Höhe des Hauptstrahlungsberfeiches ist in .?.. Fig. 2 dargestellt.

Im Mittelpunkt und vor der Antenne ist ein dielektrischer Reso-

nator 5 angeordnet. Dessen Durchmesser beträgt D · 0,5 λ>/Vc-I, worin % die Wellenlänge der Mittelfrequenz des Frequenzbereiche· ist, in dem die Kompensation stattfinden soll und S die Dielektri

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ORIGINAL INSPECTED

zitätskonstante des verwendeten Werkstoffes darstellt. Die Länge des Resonators ist in Abhängigkeit von der "Breite des Strahlungs diagrammes bei 3 dB bestimmt. Diese Länge liegt in der Größenordnung von 0,7% für eine gewünschte Diagrammbreite von etwa 60°. Die Vorderfläche liegt in einem Abstand von etwa %/10 von der Spirale. .

Es ist möglich, mit dem dielektrischen Resonator die Metallscheibe zu vereinigen. Fig. .3 zeigt eine Antenne, bei der diese beiden Typen von Resonatoren verwendet sind. In diesem Fall ist die Scheibe 4 auf die Vorderfläche des dielektrischen Resona-. · tors 5 aufgebracht und ihr Durchmesser liegt in der Größenordnung von %/4 !\^T Durch Einwirken auf den relativen Einfluß dieser beiden Elemente ist es möglich, konstante' Diagrammbreiten in Abhängigkeit von der Frequenz zu erzielen. Diese Breite kann beispielsweise auf einen zwischen 50° und 70° liegenden Wert festgesetzt werden.

Mit diesen beiden vereinigten Resonatortypen ist es möglich, ein Frequenzverhältnis von mehr als 1 : 5 zu erzielen. Die Funktion bei den niedrigeren Frequenzen des Bandes wird nicht geändert und der Gewinn der Antenne ist bei den höheren Frequenzen leicht verbessert.

Die Auswirkung der Störstrahlungsbereiche kann noch weiter dadurch vermindert werden, daß gemäß der Darstellung in Fig. 4 ein Absorber verwendet wird, dessen Dicke sich von· dem Mittelpunkt zum Umfang hin progessiv ändert.

In Höhe dieser Strahlungsbereiche ist die Dicke des Absorbers derart bestimmt, daß die von dem Reflektor reflektierte Energie maximal gedämpft wird.

Ein Teil der Energie wird'von· der Vorderseite des Absorbers re-

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flektiert. Ein anderer Teil der Energie durchquert den Absorber, wird von dem Reflektor reflektiert und durchquert dann den Absorber nochmals. Die Dicke des Absorbers ist gleich einem Viertel der Wellenlänge. Damit sind die einerseits an der Vorderseite des Absorbers reflektierten Energien und die andererseits an dem Reflektor reflektierten Energien gegenphasig und löschen sich gegenseitig aus. Für"die niedrigsten Frequenzen, bei denen ein Störstrahlungsbereich auftritt, liegt dieser im Bereich der Peripherie der Spirale. Die Dicke des Absorbers ist ein Maximum. Für die höheren Frequenzen wandern die Störstrahlungsbereiche in Richtung auf den Mittelpunkt und gleichzeitig nimmt die Dicke des Absorbers mehr und mehr ab, so daß sie stets gleich %/4 ist.

Die Dicke des Absorbers ändert sich, somit linear in Abhängigkeit von der Entfernung vom Mittelpunkt.

Dieser Absorber wird aus einem Werkstoff auf der Basis von Eisenpulver hergestellt, das eine frequenzproportionale Dämpfung sowie eine frequenzunabhängige Impedanz und Fortpflanzungskonstante hat. Unter diesen Umständen wird der Einfluß des Reflektors im Bereich der Störstrahlungsbereiche vermindert. Demgegenüber blei'bt die Strahlung des Hauptstrahlungsbereiches unbeeinflußt.

Da der Absorber nur auf die von dem Reflektor reflektierte Energie einwirkt, ist sein Einfluß begrenzt, jedoch ist dieser Einfluß breitwandig. Der Absorber kann in Verbindung mit jeder der zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.

Daher kann durch gleichzeitige Verwendung der beiden zuvor erwähnten Resonatoren in Verbindung mit dem Absorber (vgl. Fig.4) eine Spiralantenne in einem Frequenzband von 1 bis 3 Oktaven betrieben werden.

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Pig. 5 zeigt eine Weiterbildung der Antenne nach Pig. H_x bei der der Reflektor 3 nicht mehr plan sondern kegelig ist. Die Vorderseite des Absorbers 6 ist dann ihrerseits plan.

Die Erfindung ist insbesondere bei breitbandigen 'Peilantennen (Goniometerantennen) anwendbar.

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Claims

DIETRICH LEWINSKY _A ,_{n Ail0>I1}__{f 1Q7Ü}

HEINZ-JOACHIWHUBER -ί. · 3O.August 1974

RE-INER PRIETSCH · 8041-IV/K

Thomson-CSP

Patentansprüche;

r\ ■

( Iy Breitbandantenne mit mindestens einem in Form einer Spirale ^ν in einer Ebene in der Nähe eines Reflektors angeordneten

Leiter, dadurch gekennzeichnet , daß im Mittelpunkt und vor

der Spirale (1) ein Resonator zur bei hohen Frequenzen wirk-. samen Erhöhung der Strahlung des Bereiches, demgegenüber er angeordnet ist, vorgesehen ist.
2. Antenne nach Anspruch 1, da'durch gekennzeichnet, daß der Resonator eine Metallscheibe (4) ist.
3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator ein Metallring ist.
4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator ein dielektrischer Zylinder (5) ist.
5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den der Spirale (1) zugewandten Abschnitt des Zylinders!eine Metallscheibe (4) aufgebracht ist.
6. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den der Spirale (1) zugewandten Abschnitt des Zylinders (5) ein Metallring aufgebracht ist.
7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich' net, daß auf den Reflektor (3) ein Absorber (6) mit vom Mittelpunkt der Antenne zum Rand hin wachsender Dicke angeordnet ist.

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8. Antenne nach Anspruch 7> dadurch, gekennzeichnet, daß die Vorderfläche des Absorbers (6) eine Planfläche ist und der Reflektor (3) ein Kegelabschnitt gegebenen öffnungswinkels ist.

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