DE2441638B2 - Breitbandantenne mit einer in der Nähe eines Reflektors angeordneten Spirale - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Breitbandantenne mit mindestens einem in Form einer Spirale in einer Ebene in der Nähe eines Reflektors angeordneten Leiter, die in einem oberen Frequenzbereich einen zentralen Hauptemissionsbereich der Strahlung und in Rand-Bereichen so einen parasitären Emissionsbereich aufweist und mit einem koaxial zur Spiralenachse in Strahlrichtung vor der Spirale angeordneten Resonator versehen ist

Eine solche Antenne ist aus der US-PS 3055 003 bekannt

Bei dieser bekannten Antenne besteht der Resonator aus einer passiven Spiralantenne, deren Form und Abmessungen mit denen der aktiven Spirale identisch sind. Durch Drehung des Resonators kann die Polarisation und Phasenlage des Strahlungsfeldes <>o reguliert werden.

Des weiteren ist aus der US-PS 31 92 531 eine Spiralantenne bekannt, die jedoch keinen Resonator der einleitend genannten Art aufweist

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, tritt der Mangel auf, daß für eine bestimmte Frequenz lediglich ein relativ begrenzter Bereich der Antenne 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 weiterhin ansteigt Die jeweilige Phase der Ströme in den Hauptstrahlungsbereichen und den parasitären Strahlungsbereichen ändert sich rasch in Abhängigkeit von der Frequenz. Das Strahlungsdiagramm ist daher nicht mehr rotationssymmetrisch um die Antennenachse, sondern besitzt einen elliptischen Querschnitt 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 parasitären Bereichen bestehen darin, die Ströme längs der Spirale durch Serien- oder Parallelverluste zu dämpfen.

Diese bekannten Lösungen sind nicht zufriedenstellend, da sie 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 einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die im gesamten Frequenzbereich ein möglichst symmetrisches Strahlungsdiagramm aufweist

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Resonator lediglich den zentralen Hauptemissionsbereich der Spirale überdeckt

Der Resonator steigert dabei in vorteilhafter Weise die Abstrahlung des Hauptstrahlungsbereiches, ohne diejenige der parasitären Bereiche 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

F i g. 1 bis 5 schematische, teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen der Antenne nach der Erfindung.

Gleiche Bezugsziffern bezeichnen in allen Figuren gleiche Teile.

F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Antenne nach der Erfindung. Sie besteht aus einer leitenden, ebenen Doppelspirale 1, die beispielsweise auf einem ebenen dielektrischen Substrat durch Fotogravur 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 Durchmesser in der Größenordnung von λ/4 der Mittelfrequenz des Bereiches, bei dem die Kompensation wirksam werden soll, und er liegt in einem Abstand in der Größenordnung vGn 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 nun und in einem Abstand von 3 mm von der Spirale) angeordnet wird.

Ein anderes Mittel zur Steigerung der »tichtwirkung und des Gewinnes der Antenne in Höhe des Hauptstrahlungsbereiches ist in F i g. 2 dargestellt

Im Mittelpunkt und vor der Antenne ist ein dielektrischer Resonator 5 angeordnet Dessen Durchmesser beträgt D=QJ5X/]/e-\, worin λ die Wellenlänge der Mittelfrequenz des Frequenzbereiches ist, in dem die Kompensation stattfinden soll und ε die Dielektrizitätskonstante des verwendeten Werkstoffes darstellt Die Länge des Resonators ist in Abhängigkeit von der Breite des Strahlungsdiagrammes bei 3 dB bestimmt Diese Länge liegt in der Größenordnung von 0,7 λ für eine gewünschte Diagrammbreite von etwa 60°. Die Vorderfläche liegt in einem Abstand von etwa A/10 von der Spirale.

Es ist möglich, mit dem dielektrischen Resonator die Metallscheibe zu vereinigen. F i g. 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 Resonators 5 aufgebracht, und ihr Durchmesser liegt in der Größenordnung von klA]fi. 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 parasitären Strahlungsbereiche kann noch weiter dadurch vermindert werden, daß gemäß der Darstellung in Fig.4 ein Absorber 6 verwendet wird, dessen Dicke sich von dem Mittelpunkt zum Umfang hin progressiv 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

ίο Absorbers reflektiert 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 parasitären Strahlungsbereiche in Richtung auf den Mittelpunkt, und gleichzeitig nimmt die Dicke des Absorbers mehr und mehr ab, so daß sie stets gleich λ/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 frequenzprcportionale Dämpfung sowie eine frequenzunabhängige Impedanz und Fortpflanzungskonstante hat Unter diesen Umständen wird der Einfluß des Reflektors im Bereich der parasitären Strahlungsbereiche vermindert. Demgegenüber bleibt 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 breitbandig. 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.

Fig.5 zeigt eine Weiterbildung der Antenne .nach F i g. 4, 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

so Peilantennen (Goniometerantennen) anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Breitbandantenne mit mindestens einem in Form einer Spirale in einer Ebene in der Nähe eines s Reflektors angeordneten Leiter, die in einem oberen Frequenzbereich einen zentralen Hauptemissionsbereich der Strahlung und in Randbereichen einen parasitären Emissionsbereich aufweist und mit einem koaxial zur Spiralenachse in Strahlrichtung vor der Spirale angeordneten Resonator versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator lediglich den zentralen Hauptemissionsbereich der Spirale (1) überdeckt

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekenn- is zeichnet, 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 (S) ist

5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den der Spirale (1) zugewandten Abschnitt des Zylinders (5) 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 gekennzeichnet, daß auf den Reflektor (3) ein Absorber (6) mit vom Mittelpunkt der Antenne zum Rand hin gleichmäßig wachsender Dicke angeordnet ist

8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Spirale zugewandte Fläche des Absorbers (6) eine Planfläche ist und der Reflektor (3) ein Kegelabschnitt gegebenen öffnungswinkels ist «0