DE2441639C2 - Breitband-Rundstrahlantenne mit zwei kegelförmigen Körpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Breitband-Rundstrahlantenne entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Unter Breitband-Antennen versteht man Antennen, die in einem Frequenzbereich von 1 bis 3 Oktaven arbeiten können.

Eine gleichwinklige Spiralantenne, aufgewickelt auf einen Drehkegel, ist bekannt und beispielsweise in »Les Techniques de !'Ingenieur«, Seite E 3084-11 beschrieben. Bei sehr hohen Frequenzen ist der Radius der ersten Windungen an der Spitze des Kegels sehr klein. Die Speisung einer solchen Antenne ist folglich schwierig zu verwirklichen. Bei niedrigen Frequenzen des Arbeitsfrequenzbandes werden die Abmessungen der Antenne sehr groß. Darüber hinaus ist ihr Strahlungsdiagramm nicht vollständig gleichmäßig. Es besitzt Unstetigkeiten, die stets störend sind. Schließlich ist die Antenne infolge ihrer besonderen Form in der Herstellung aufwendig und entsprechend teuer.

Eine Doppelkegelantenne, wie sie beispielsweise in »Antennas« von Kraus, erschienen 1950 bei MacGraw Hill, Seiten 217 bis 229, beschrieben ist, besitzt eine bessere Rundstrahlcharakteristik zufolge sehr kleiner Abmessungen, ist jedoch nicht in der Lage, gleichzeitig mit vertikaler und horizontaler Polarisation zu arbeiten.

Aus der US-PS 34 32 858 ist eine Antenne bekannt, die aus einem stark verkürzten Dipol besteht, mit dessen beiden Enden zur elektrischen Verlängerung je eine Leiteranordnung verbunden ist, die aus einem spiralig aufgewickelten Draht besteht, wobei die Ebene der Spirale senkrecht zur Dipolachse steht

Ein Dipol in Form eines Doppelkegels, bei dem die leitenden Elemente aus voneinander beabstandeten, den Kegelmantellinien folgende Leitern bestehen, ist aus Oxley-Nowak, »Antennentechnik«, erschienen 1953 im Fachbuchverlag Siegfried Schütz, Hannover, Seite 42, bekannt Auch diese Antenne ist jedoch praktisch nur für eine Polarisationsrichtung empfindlich und für Anwendungsfälle, für die eine besonders große Bandbreite gefordert wird, nicht geeignet

Eine Antenne der einleitend angegebenen Art ist aus der Zeitschrift »Electronics«, 29. Mai 1959, Seite 106, bekannt Hierbei sind die kegelförmigen Körper aus einem Bündel von einzelnen Halbwellendipolen gebildet von denen die eine Hälfte, nämlich ^kU längs den Mantellinien des Kegels verläuft, während die andere Hälfte jsdes Dipols derart abgewinkelt ist, daß sie dem Umfang der Kegelbasis folgt wodurch erreicht wird, daß die Antenne auch bei zirkulär polarisierter Strahlung brauchbare Empfangseigenschaften hat. Indessen ist die Betriebsbandbreite der Antenne auf eine Oktave begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bandbreite dieser bekannten Breitband-Rundstrahlantenne noch weiter zu steigern.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst

Durch die vorgeschlagene Lösung wird eine Erhöhung der Bandbreite auf zwei Oktaven erzielt.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Antenne sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5, wobei insbesondere die Ausführungsform nach F i g. 2 hervorzuheben ist, da sie eine Bandbreite bis zu drei Oktaven erzielen läßt

In der Zeichnung ist die Antenne nach der Erfindung anhand beispielsweise gewählter Ausführungsformen und Weiterbildungen schematisch veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 eine vereinfachte Ausführungsform einer Antenne nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt durch eine sehr breitbandige Ausführungsform und

F i g. 3 und 4 die in der Ausführungsform nach F i g. 2 verwendeten Leiter-Anordnungen.

F i g. 1 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform einer Antenne nach der Erfindung. Die Antenne umfaßt zwei Kegelstümpfe 1 und 2, die mit einem Koaxialkabel verbunden sind. Die Kegel sind hohl und aus einem leitenden Werkstoff hergestellt oder aus einem dielektrischen Werkstoff, dessen Oberfläche metallisiert ist. Der Außenleiter 3 des Koaxialkabels ist mit der kleinen Basis des Kegels 1 verbunden, während der Mittelleiter mit der kleinen Basis des Kegels 2 verbunden ist Eine erste Anordnung 5 aus leitenden Drähten ist in einer zur Kegelachse rechtwinkeligen Ebene angeordnet und mit der großen Basis des Kegels 1 über eine Absorberscheibe 52 verbunden. Eine zweite Anordnung 6 aus Leitern ist mit der großen Basis des Kegels 2 über eine Absorberscheibe 62 verbunden. Die Leiteranordnungen 5 und 6 sind identischen Aufbaus. Sie bestehen aus einer Anzahl von Metallfaden, die mit

einem Ende mit dementsprechenden Kegel verbunden sind. Sie liegen auf einer Scheibe. Eine zylindrische Schutzhülle 7, die für die Wellen durchlässig ist, kann als mechanischer Träger für die Gesamtheit der Elemente der Antenne dienen.

Die Form der Leiter ist beispielsweise aiejenige einer logarithmischen Spirale und die Drehi ichtung der Leiter der Anordnung 5 ist entgegengesetzt zu derjenigen der Anordnung 6.

Die Anordnung aus den zwei von dem Koaxialkabel 3,4 gespeisten Kegeln 1 und 2 bildet eine Doppelkegel-Breitbandantenne. Diese Antenne arbeitet lediglich mit vertikalpolarisierten Wellen. Die über die horizontalen Flächen verteilten Leiter gestatten das Senden und Empfangen von Wellen horizontaler Polarisation.

Die dargestellte Form der Leiter jeder Anordnung ist keineswegs die einzig mögliche. Diese Form ist so ausgelegt, daß das Strahlungsdiagramm in der horizontalen Ebene der Kreisform so gut als möglich angenähert ist Zwei aufeinanderfolgende Leiterbahnen jeder Anordnung gehen durch eine Drehung um die Achse der Kegel auseinander hervor. Zwei diametral gegenüberliegende Bahnen einer Anordnung bilden eine Antenne mit sehr geringer Richtwirkung. Die Vielzahl von Leiterbahnen-Paaren ergibt ein Kreisdiagramm. Die Drehrichtung der Leiterbahnen der Anordnung 6 ist entgegengesetzt zu derjenigen der Bahnen der Anordnung 5 um der Gegenphasigkeit der Speiseströme der beiden Anordnungen Rechnung zu tragen.

F i g. 2 stellt einen Schnitt durch eine sehr breitbandige Ausführungsform einer Antenne nach der Erfindung dar.

Der Doppelkegel besteht wiederum aus den beiden metallischen Kegeln 10 und 20, die durch ein Koaxialkabel 30., 40 gespeist werden.

Der Außenleiter des Kabels ist mit dem Kegel 10 verbunden. Das Ende des Mittelleiters 32 taucht ins Innere eines zyiindrischen Hohlraumes 31 ein, der eine Stichleitung bildet, die die Kupplung zwischen dem Ende des Mittelleiters des Koaxialkabels und dem oberen der beiden gegenphasig gespeisten Kegel herstellt.

Eine erste Leiteranordnung 50 isi auf einer dielektrischen Scheibe SiI angeordnet und mit der großen Basis des Kegels 10 über eine Absorberscheibe 52 verbunden. Der Kegel 10 setzt sich in einem zylindrischen Teil 11 fort.

Eine zweite Leiteranordnung 60 ist auf der Scheibe 61 angeordnet, sowie mit der großen Basis des Kegels 20 über eine Absorberscheibe 62 verbunden. Der Kegel 20 setzt sich in einem zylindrischen Teil 21 fort, auf dem eine dritte Scheibe 80 mit einer dritten Leiteranordnung 81 angeordnet ist.

Die Leiteranordnungen 50 und 60 sind identischen Aufbaus und in Fig.3 dargestellt. Die Form jeder der Leiterbahnen ist diejenige einer logarithmischen Spirale. Das Ende der Leiter ist derart abgeändert, daß es zur Tangente an einen zu dem Basiskreis des Kegels konzentrischen Kreis wird.

Andererseits verbreitern sich die Leiter ab etwa der Hälfte ihrer Länge. Ihre Breite könnte aber auch einfach allmählich anwachsen. In der Mitte sind die Leiter elektrisch durch einen Ring miteinander verbunden, der in Kontakt mit der zugehörigen Absorberscheibe besteht. Nach der Montage sind, da die Anordnungen 50 und 60 einander gegenüberstehen, die Drehrichtungen der Bahnen gegenläufig.

Fig.4 zeigt die von den Leitern 81 gebildete Anordnung. Die Leiter haben dieselbe Form wie diejenigen der Fig.3, abgesehen von der Verbreiterung. Die Drehnchtung der Leiter ist dieselbe wie bei der Anordnung 60.

Diese Leiteranordnungen werden vorteilhaft nach einem Fotoätzverfahren auf einem Substrat aus Polytetrafluoräthyleii hergestellt.

Die Form und die Zahl der die Leiteranordnungen bildenden Leiterbahnen sind nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.

Die Arbeitsweise der Antenne ist dieselbe wie diejenige der Antenne nach Fig. 1. Die verschiedenen Teile wie die Absorber und die zusätzliche Scheibe haben eine Verbreiterung des Betriebsfrequenzbandes zur Folge, wobei einerseits die durch die Länge der horizontalen Leiteranordnungen verursachten Resonanzen vermieden werden und andererseits die Aufteilung der Energie auf die Kegel und die horizontalen Leiteranordnungen beeinflußt wird.

Die beschriebene Antenne hat den Vorteil einfachen Aufbaues und geringer Abmessung. Sie ist insbesondere in allen Radarstationen verwendbar. Außerdem ist es möglich, die gesamte Anordnung in ein Dielektrikum einzubetten und dadurch eine dichte Antenne zu erhalten, die im Marinebereich oder allgemein in Gegenwart korrosiver Stoffe verwendet werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Breitband-Rundstrahlantenne mit zwei gleichachsigen, mit vertikaler Polarisation strahlenden, kegelförmigen Körpern und mit zwei Leiteranordnungen, deren jede in einer zu der gemeinsamen Achse der kegelförmigen Körper senkrechten Ebene liegt und mit der großen Basis des jeweiligen kegelförmigen Körpers elektrisch gekoppelt ist und die die Antenne zusätzlich für horizontale Polarisation empfindlich machen, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelförmigen Körper(l,2;10,

20) vollflächig leitend sind, daß jede Leiteranordnung (5,6; 50,60) aus mehreren, von der Kegelachse wegstrebenden Leitern besteht, und daß die elektrische Kopplung der Leiter-Anordnungen (5,6; 50, 60) mit der großen Basis der kegelförmigen Körper (i, 2; 10, 20) über je eine Absorberscheibe (S2, 62) zwischen der großen Basis' und der betreffenden Leiteranordnung erfolgt.

2. Antenne nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der kegelförmigen Körper durch einen zylindrischen, leitenden Teil (ti,

21) über seine große Basis hinaas verlängert ist und daß eine weitere Leiter-Anordnung (81) aus mehreren, von der Kegelachse wegstrebenden Leitern in elektrischer Verbindung mit dem Endbereich des zylindi ischen Teiles (11,21) steht.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet^ daß jeder Leiter die Form eines Abschnittes einer logarithmischen Spirale hat und die Anordnung durch schrittweise Drehung der Spiralenabschnitte um die Achse der kegelförmigen Körper erzeugt ist.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnungen (5,6; 50,60; 81) durch Fotoätzung auf einem dielektrischen Träger hergestellt sind.

5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Dielektrikum umhüllt ist.