DE2814504A1

DE2814504A1 - Schichtartig aufgebaute antennenanordnung fuer orthogonal polarisierte strahlung

Info

Publication number: DE2814504A1
Application number: DE19782814504
Authority: DE
Inventors: Robert E Munson; Lawrence R Murphy; Gary G Sanford
Original assignee: Ball Corp
Current assignee: Ball Corp
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1978-10-12
Also published as: GB1574195A; NL7803451A; US4131892A; IT1102147B; FR2386155A1; IT7848669A0; JPS53146556A

Description

PFENNING · MAAS · SEILER · MEINIG

PATENTANWÄLTE
BERLIN · MÜNCHEN · AUGSBURG

LEMKE · SPOTT

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,6-

Patentanwälte	• Kurfürstendamm 170 ■ D1000 Berlin 15	*	Unser Zeichen Our reference	J. Pfenning, Dipl.-lng. · Berlin Dr. I. Maas, Dipi.-Chem. · München H. Seiler. Dipl.-lng. · Berlin K. H. Meinig.Dipl.-Phys. · Berlin J. M. Lemke, Dipl.-lng. · Augsburg Dr. G. Spott. Dipl.-Chem. ■ München
		BÜRO BERLIN: Kurfürstendamm 170 D 1000 Berlin 15
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. 607746		Telegrammadresse: Seilwehrpatent
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Me/St

31. März 1978

BALL CORPORATION
345 South High Street, Muncie Indiana 47302, V.ST.A.

Schichtartig aufgebaute Antennenanordnung für orthogonal polarisierte Strahlung

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Die Erfindung bezieht sich auf einen schichtartigen Antennenaufbau nach Art eines Mikrowellen-Resonanzstrahlers. Derartige Mikrostreifenstrahler sind im Mehrfachaufbau durch eine bestimmte Formgebung und Dimensionierung gekennzeichnet und durch leitende Oberflächen, die über einer Basisplatte aus dielektrischem Material liegen, wobei sich Ebenen aus leitendem Material und aus nichtleitendem dielektrischen Material, im Aufbau von der Grundplatte ausgehend, abwechseln. Mikrowellen-Resonanzstrahler können sowohl aus einer einzelnen oder einer Folge von Platten bestehen, die aus mit leitenden Schichten laminierten, dielektrischem Material durch Anwendung herkömmlicher Fotosetzverfahren gefertigt werden. Die Flächendimensionierung der einzelnen Antennenelemente ist so gewählt, daß eine ihrer Kantenlängen einem ganzzahligen Vielfachen eines Teils, welches vorgegeben ist, der Wellenlänge der Signalfrequenz beziehungsweise dieser selbst innerhalb des Dielektrikums entspricht, während die Dicke der dielektrischen Schicht sich durch einen Bruchteil dieser Wellenlänge definiert. Ein Resonanzhohlraum wird zwischen dem Mikrostreifen beziehungsweise dem abstrahlenden Element und der Grundplatte vorgegeben, wobei die Kanten des abstrahlenden Elements, die sich bezüglich ihrer Länge nicht in Resonanz mit der Frequenz befinden, eine schlitzförmige Abstrahlöffnung zwischen der Kante des abstrahlenden Elements und der darunterliegenden

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-Oberfläche der Grundplatte definieren.

Schwierigkeiten ergaben sich bei den bisherigen Antennenanordnungen insbesondere infolge ihrer zwangsläufigen minimal möglichen Bemaßungen. Vorgegeben ist die effektive Resonanzdimensionierung des Resonanzraumes durch die Abstrahlungselemente, die im allgemeinen "E-Ebene-Dimension" genannt wird. Dieser Wert muß näherungsweise einem vorgegebenen Teil einer Wellenlänge der Arbeitsfrequenz der Antenne in dem Di elektrikum entsprechen. Es wurde bisher stets angestrebt, -'.ie Größe beziehungsweise die Abmessungen der Antennenelemente dadurch zu verkleinern, daß man dielektrische Materialien verwendete, die sich durch hohe Dielektrizitätskonstanten auszeichnen, um hierdurch die Resonanzfrequenz innerhalb -des Dielektrikums zu verkleinern, was wiederum zu einer geringeren Resonanzdimension führt. Ein derartiges Vorgehen ist jedoch j insofern nachteilig, als die Verwendung von Dielektrika mit

I hoher Dielektrizitätskonstante den Konduktanzverlust innerhalb des Hohlraums erhöhen, was wiederum zu einer längeren Dimension ierung der Nichtresonanzseite führt oder aber zu einer | merklich niedrigeren Leistung der Antenne oder zu beidem.

Die Ausdehnung der nichtresonanten Dimension der Antenne wird | gewöhnlich die "H-Ebene-Dimension" genannt, und sie ist bei den meisten Ausführungsformen durch die Abstrahlweite der

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Antenne und ihre Effizienz vorgegeben. Der Wirkungsgrad der Antenne wird gewöhnlich durch das Verhältnis der aktuellen und tatsächlich abgestrahlten Energie zu der der Antenne zugeführten Energie dargestellt, wobei die Einspeisungsenergie unter Vernachlässigung irgendwelcher reflektierten Anteile im wesentlichen gleich der Summe der abgestrahlten Energie und des Energieverlustes ist, der durch Wärmeverluste im Dielektrikum entsteht. Der äquivalente Schaltkreis des

j Antennenelements kann bezüglich der Energieverluste ausge-

i j drückt werden als eine parallele Kombination eines Abstrahl-

'■ Widerstands und des dielektrischen Widerstandsverlustes, wobei

j der Abstrahl- und dielektrische Widerstandsverlust als Wider-

'· stände definiert werden, die, wenn sie in Reihe mit dem An-. tennenelement liegen, den gleichen Energiebetrag aufnehmen beziehungsweise verbrauchen würden, wie von dem Element tat-

; sächlich abgestrahlt wird und wie sie durch das Dielektrikum verlorengeht. Die Abstrahlenergie und der dielektrische Verlust sind umgekehrt proportional zu den betreffenden Werten der Abstrahl- und Verlustwiderstände. Der Abstrahlwiderstana ist seinerseits umgekehrt proportional zur Ausdehnung der nicht in Resonanz sich befindlichen Dimension des Antennenelements. Für ein vorgegebenes Dielektrikum ist die gewünsche Effektivität damit die bestimmende Größe der minimalen, nicht in Resonanz stehenden Dimension des Antennenelements. Darüber hin-

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aus sind noch eine Reihe verschiedenster Kriterien für die
Herabsetzung der gewünschten Dimensionierungen der Antennenelemente vorhanden und die geforderte effektive Resonanzausdehnung des Antennenelements bestimmt sich durch die Wellenlänge des Resonanzfrequenzsignals in dem Dielektrikum, wobei -wie bereits erwähnt- Dielektrika mit hoher Dielektrizitätskonstante eine Herabsetzung der Wellenlänge bedingen und ein niedriger Widerstandsverlust eine Vergrößerung der Ausdehnung des Elements bezüglich seiner nicht in Resonanz stehenden
Dimension fordert.

Es sollte in diesem Zusammenhang Erwähnung finden, daß
minimale Abmessungen zu Schwierigkeiten bezüglich der
Anbringung führen, wenn eine große Multiplizität der Abstrahlungselemente gewünscht ist, aber ein begrenzter Raum
für Antennenelemente häufig nur verfügbar ist, beispielsweise für eine Sprechanlage oder dergleichen Antenne für ein
Kommunikationssystem, das in einem Astronautenanzug unterzubringen ist.

Die erfindungsgemäße Aufgabenlösung geht von einer Antennenanordnung aus, die für zwei orthogonal polarisierte Signale
beziehungsweise Wellen ausgelegt ist und sich durch folgende Vorrichtungselemente kennzeichnet:

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- M-

Ein erstes abstrahlendes Element mit einem ersten Resonanzraum und wenigstens einer ersten Abstrahlöffnung oder -schlitz, einem zweiten abstrahlenden Element mit einem zweiten Resonanzraum und wenigstens einem zweiten Schlitz oder dergleichen öffnung sowie Elementen zum Anlegen eines ersten Signals an das erste abstrahlende Element und zum Anlegen eines zweiten Signals, das gegenüber dem ersten Signal um 90° phasenverschoben ist, an das zweite abstrahlende Element, wobei die ersten und zweiten Elemente derart zueinander angeordnet sind, daß die ihnen zugeordneten ersten und zweiten Resonanzräume übereinander liegen und die Abstrahlungs öffnungen 90° zueinander versetzt sind.

Erfindungsgemäß wird darüber hinaus ein Antennenaufbau mit zwei orthogonal polarisierten Abstrahlungsmustern geschaffen mit einer ersten über- beziehungsweise ineinandergreifenden Struktur mit ersten und zweiten Reihen entsprechend sich überlappenden beziehungsweise zwischengeschobenen leitenden Schichten, die einen ersten Resonanzraum zwischen sich vorgeben und wenigstens einer ersten Abstrahlungsöffnung sowie einer zweiten übereinanderliegend, ineinandergreifenden Struktur mit dritten und vierten Reihen oder Lagen leitender Schichten, die einen zweiten Resonanzhohlraum zwischen sich vorgeben und mit wenigstens einer zweiten Abstrahlungsöffnung, wobei die ersten und zweiten Strukturaufbauten oder -schichter

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in übereinanderanordnung nach Art eines Stapels angeordnet sind und die ersten und zweiten Strahlungsöffnungen orthogonal zueinander liegen und schließlich mit Elementen zum Anlegen eines ersten Signals beziehungsweise einer gegebenen Frequenz an die erste ineinandergreifende Struktur und eines zweiten Signals an die zweite Schichtstruktur, wobei das zweite Signal gegenüber dem ersten um 90 phasenverschoben ist.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, die jedoch nur beispielsweise den allgemeinen Erfindungsgedanken wiedergeben können. Es bedeutet:

Fig. 1 eine perspektivische Wiedergabe einer Mikrostreifenantenne mit verminderter Ausdehnung bezüglich ihrer Nichtresonanzdimension;

Fig. 2 Schnittdarstellungen eines gefalteten Mikrostreifen-

Fig. 3 abstrahlungselements in Übereinstimmung mit einem weiteren Merkmal der Erfindung;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines in besonderer Weise ineinandergefügten Antennenaufbaus, und

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•/13.

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Fig. 5 eine Mikrostreifenantenne für die Abstrahlung zirkulär polarisierter Radiosignale.

Wie Fig. 1 zeigt, besteht dieses Ausführungsbeispiel aus einem ebenen leitenden Abstrahlungselement 10, das isoliert durch ein dielektrisches Material 14 paiallel im Abstand von einer leitenden Grund- oder Basisplatte 12 (siehe Fig. 2) gehalten ist- Signale mit einer vorgegebenen Arbeitsfrequenz werden dem abstrahlenden Element 10 und der Grundplatte 12, beispielsweise über das dargestellte Coaxialkabel 16, zugeführt. Das Coaxialkabel 16 ist vorzugsweise an einem Punkt mit dem Strahlungselement 10 galvanisch verbunden, indem die Impedanz des Elements 10 gleich der Impedanz des Coaxialkabels ist (im allgemeinen 50 0hm). Das Element 10 ist, wie die Figurendarstellung zeigt, rechtwinklig ausgebildet, wobei seine Dinensionierung durch die Kantenlängen 22 und 24 definiert ist, von der die eine die Resonanzlänge bildet, die im wesentlichen gleich der halben Wellenlänge der abzustrahlenden Frequenz in dem Dielektrikum 14 ist. Als Beispiel sei genannt der Wert 0,45 der Wellenlänge der Signalfrequenz im freien Raum. Das dielektrische Material 14 ist so gewählt, daß es einen Bruchteil der Wellenlänge, beispielsweise das 0,002-fache der Wellenlänge im freien Raum der Resonanzfrequenz vorgibt. Zwischen dem Abstrahlungselement 10 und der Basisplatte 12 befindet sich ein Resonanzhohlraum, der durch die

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Minimums der nicht in Resonanz mit der Signalfrequenz dimensionierten Abmessung der Antenne ausgenutzt werden kann. Die Vergößerung der Abmessung der Resonanzdimension beziehungsweise der entsprechenden Kantenlänge der Antenne überschreitet die erforderliche Verringerung der Dielektrizitätskonstanten. Wenn beispielsweise die Abmessung der nicht in Resonanz mit der Signalfrequenz stehenden Kantenlänge so gewählt wird, daß sie dem 0,1-fachen der Wellenlänge der Signalfrequenz im freien Raum entspricht, dann ist dieses if. Vergleich zu den bekannten Aus führ ungs formen dort nur mögl:.-h, mit dem 0,3 bis 0,9-fachen der Wellenlänge außerhalb des j Dielektrikums, also im freien Raum. Erfindungsgemäß wird es , möglich, ein Abstrahlungselement für Antennen zu schaffen, j welches bezüglich seiner planebenen Ausdehnung herabgesetzt ; ist, und zwar unter Verwendung eines im Volumen expandierten, · also beispielsweise aufgeschäumten, dielektrischen Haiarials j und bei Verkürzung der nicht in Resonanz der Abstrahlungs- j

frequenz stehenden Längenabmessung. So ist beispielsweise ein Abstrahlungselement gegebener Effektivität bei der Verwenden4

von Teflon-Faserglas als Dialektrikum gekennzeichnet durch j seine 0,15-fache Kantenlänge der Wellenlänge im freien Raum, während ein Abstrahlungselement dieser Effizienz nach der

erfindungsgemäßen Ausführungsform mit verringerter Ausdehnung j über seine nicht in Resonanz mit der Arbeitsfrequenz stehenden Kantenlänge durch das nur 0_r05-fache der Wellenlänge im feien

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Abstrahlungsschlitze 28 und 30 zwischen den Kanten 24 und 26 und der Basisplatte 12 vorgesehen ist.

Das verwendete dielektrische Material 14 ist vorzugsweise ein solches von niedriger Dichte und geringem Dehnungsschwund beziehungsweise kleinem Ausdehnungskoeffizienten, was sich beispielsweise mit einer aufgeschäumten Masse oder einer wabenartigen oder auch waffelartigen Struktur erreichen läßt. Das Dielektrikum weist somit eine Vielzahl von Poren auf, die 3Ξine gewisse Steifigkeit,seine geringe Dichte, sein

I kleines spezifisches Gewicht und den schrumpffreien Aufbau

gewährleisten. Derart aufgeschäumtes dielektrisches Material

! besitzt jedoch im allgemeinen eine niedrigere Dielektrizitäts-:

konstante als nicht aufgeschäumtes oder auf eine andere Weise aufgebläutes dielektrisches Material, so daß bei bekannten ' Antennenaufbauten der hier'interessierenden Art als Dielektri-j kum ein Teflon-Glasfaserprodukt Anwendung findet. Die Verwer- j aun>; eines aufqeschäumten oder anderweitig im Volumen expandierten Dielektrikum bedeutet grundsätzlich die Verlän :erung der effektiven Resonanzlänge und damit eine Vergrößerung der Antennendimensionierung. Erfindungsgemäß wird hier Abhilfe geschaffen, da herausgefunden wurde, daß der Verlust des Widerstandswertes eines im Volumen expandierten dielektrischen Materials etwas größer ist, als derjenige von nichtexpandiertem Dielektrikum, was für die Herabsetzung des

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Raum gekennzeichnet ist, daß heißt, daß sich eine Reduzierung um einen Faktor, der in der Größenordnung von 3 liegt, erreichen läßt.

Die Verringerung der Ausdehnung in der Ebene für ein Abstrahlung se leinen t wird erfindungsgemäß durch Falten beziehungsweise Umlegen des Resonanzhohlraumes zusammen mit den Elementen erreicht. So kann beispielsweise der Hohlraum entlang einer oder mehrerer Achsen im Querschnitt gesehen zweimal rechtwinklig abgewinkelt werden, wobei diese Achsen parallel zu der Dimension des Antennenelements liegen, also zu der mit der Abstrahlungsfrequenz in Resonanz stehenden Länge desselben, wobei das Umfalten so vorgenommen wird, daß sich ein schichtartiger beziehungsweise aus mehreren Lagen bestehender Aufbau ergibt. Die Reduzierung der Abmessung eier Ebene des Antennenelements läßt sich alternativ erreichen durch ein Urr.falten in der Weise, daß sich im Querschnitt eine V- oaer U-Form erqibt.

In den Fig. 2 und 3 sind solcle Antennenaufbauten im Querschnitt beziehungsweise perspektivisch wiedergegeben, wobei sich durch die dargestellte abwechselnd ineinandergefaltete und intermittierend ineinandergreifende Anordnung Resonanzhohlräume ergeben, bezüglich deren Ausgestaltung und Formgebund ausdrücklich auf die Zeichnung verwiesen wird. Bei den

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beiden Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 wird im Aufbau jeweils von einer Grund- oder Basisplatte 12 ausgegangen, über der schichtweise eine Mehrzahl in Längsrichtung ausgerichteter Antennenelemente 31 bis 35 liegen, von denen jedes zweite zwischengeschobene elektrisch über die beiden Seitenelemente 36 und 38 mit der Grundplatte verbunden ist. Das Abstrahlungselement 10 besteht aus einer Mehrzahl von im wesentlichen ebenen, in Längsrichtung ausgerichteten leitenden Flächen 40 bis 42, die jeweils alternierend zwischen den obengenannten Flächenelementen 31 bis 35 liegen, welche letzteren Teile der Grundplatte bilden, und die hiervon durch dielektrisches Material 14 getrennt sind, wobei die Verbindung der abstrahlenden Elemente 40 bis 42 galvanisch über eine vertikale Mittenfläche 44 in der dargestellten Weise hergestellt ist, die parallel zu den Seitenelementen 36 und 38 liegt. Die öffnungen oder schlitzförmigen Ausnehmungen 28 und 3O ergeben sich durch die vertikale oberste Kante des Abstrahlunqseleroonts 10 beziehungsweise seiner obersten Ebene 42, an der. sich gegenüberliegenden Kanten 24, 26, wie das gleichfalls deutlich aus der Querschnittdarstellung ersichtlich wird. Der Suinmenabstand von der Öffnung beziehungsweise dem schlitz 2b zu dem Schlitz 30 durch das Dielektrikum 14 entspricht wenigstens in etwa der halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz der Antenne im Dialektrikum. Das Abstrahlungselement 10 und die Grundplatte 12 geben somit in der dargestellten ineinander greifend gefalteten Form einen Resonanzhohlraum vor, der sich

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durch die Abstrahlungsechlitze 28 und 30 entlang der Kanten 24 und 26 des Abstrahlungselements 10 auf sich gegenüberliegenden Längsseiten dea Antennenaufbaus zusätzlich kennzeichnet.

Ein derart ineinandergefalteter Antennenaufbau, wobei eich alternierend jeweils Teilflächen des Abstrahlungselernente und der Grundplatte 12 im parallelen Abstand zueinander in Ubereinanderlage befinden, entspricht in seiner Gesamtheit einer ebenen Antennenausführung, wie in Fig. 1 gezeigt, wobei man davon ausgehen kann, daß diese planebene Ausführung senkrecht zur Kantenlänge, die in Resonanz mit der Arbeitsfrequenz steht und spiegelsymmetrisch entlang zweier parallel zueinander liegender Faltkanten,im Ausführungsbeispiel U-förmig, also zweimal jeweils im rechten Winkel umgefaltet werden,wobei diese Knick- oder Faltkanten wiederum parallel zu den Abstrahlungsschlitzen 28 und 30 liegen. SelbstverstänäLich lassen sich auch Antennenaufbauten verwenden, die von dieser Grundidee ausgehend Resonanzhohlräume vorgeben, die aber in Abwandlung hierzu entlang einer größeren oder kleineren Zahl von Achsen oder Faltkanten umgefaltet werden, wobei diese Achsen auch nicht notwendigerweise parallel zu dem Abstrahlungs schlitz oder nicht senkrecht zu derjenigen Längskante liegen müssen, die in ihrer Dimensionierung nicht der Resonanzfrequenz entspricht. Zwar ist es nicht in jedem Anwendungsfall erforderlich, jedoch ist es besonders vorteilhaft und daher

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bevorzugt, eine Mehrzahl von Lagen der Antennene leinen te übereinander zu schichten, so wie das in den Ausführungebeispielen dargestellt ist, und hierbei darauf zu achten, da· die Abstrahlungsschlitze auf sich gegenüberliegenden Längeselten des Antennenaufbaus liegen.

Ein Abstrahlungssignal mit der vorgegebenen Arbeitsfrequenz der Antenne wird dem Abstrahlungselement über das Coaxialkabel 16 zugeführt, und zwar so, daß der mittlere Leiter des Kabels mit dem Abstrahlungselement 10 am Punkt 18 verbunden ist, der in seiner Impedanz derjenigen des Kabels entspricht. Das Kabel 16 ist - wie gezeigt - galvanisch über die Seiten des Antennenelements in der aus den Fig. 2 und 3 ersichtlichen

Form verbunden. In Abweichung hiervon ist es jedoch selbstver-i standlieh auch möglich, die Verbindung auf andere Weise herzustellen, beispielsweise über die Basis- oder Grundplatte 12 oder über diejenige Seite, die mit der Strahlungsfrequenz in Resonanz steht.

Die in Fig. 2 und 3 gezeigte Ausführungsform des Antennenaufbaus mit fünf übereinandergeschichteten und alternierend ineinandergreifenden Ebenen über der Grundplatte mit der Länge L, die die Resonanzlänge bildet, und der Breite W, die diejenige Längenausdehnung vorgibt, die nicht in Resonanz mit der Arbeitsfrequenz steht, kennzeichnet sich dadurch, daß die

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letztgenannte Dimension W in der Größenordnung des 0,1-fachen der Wellenlänge im freien Raum der Arbeltsfrequenz liegt, während im Gegensatz hierzu eine vergleichbare nicht gefaltete, planebene Struktur, wie in Fig. 1 gezeigt, mit ihrer Dimensionierung bei dem 0,4 5-fachen der Wellenlänge im freien Raum liegt. Die Dicke H des übereinandergeschichteten Aufbaus liegt in der Größenordnung des 0,01-fachen der Wellenlänge im freien Raum im Gegensatz zu dem 0,002-fachen der im freien Raum gemessenen Wellenlänge eines ungefalteten Antennen elements.

In dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig. 2 und 3 sind beide Seitenelemente aus der Grundplatte 12 in der dargestellten Weise herausgeformt und die in dieser Weise aus in unterschiedlichen Ebenen liegenden und durch den gefalteten Zustand definierten Resonanzhohlräume ergeben sich durch die abwechselnd ineinander-greifenden beziehungsweise übereinanderliegenden Strukturen der Teilflächen des Abstrahlungselements 10 und derjenigen der Grundplatte 12. Andere Ausfuhrungsformen können darin bestehen, daß ein oder beide Seitenelemente nicht aus der Grundplatte herausgeformt sind, sondern aus dem abstrahlenden Element 10, so daß sich ein alternierender Schichtaufbau ergibt, bei dem eine Mehrzahl von vertikal angeordneten leitenden Elementen in Verbindung miteinander über in Längsrichtung ausgerichtete Glieder

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stehen. Des weiteren können die leitenden Schichten neb«fi der im Ausführungsbeispiel gezeigten planebenen AusfUhrtsag auch gebogen sein, und es sind auch Anwendungsbeispiele denkbar, bei denen die leitenden Schichten nicht notwendigerweise sich entsprechende Abmessungen in der Ebene haben müesen. Auch wird auf Ausführungsbeispiele ausdrücklich verwiesen, in denen der Zwischenraum zwischen den einzelnen leitenden Schichten nicht gleichbleibend, also konstant, sein muß.

Zur genauen Ausrichtung und Sicherstellung des Abstands zwischen dem aus mehreren Ebenen bestehenden Formkörper der Grundplatte 12 und dem wiederum aus mehreren Ebenen bestehenden Formkörper des Abstrahlungselements 10 können vorteilhaft, wie Fig. 4 zeigt, nichtleitende Abstandshalter 46 und 4 8 vorgesehen werden, die die Dicke des Dielektrikums 14 definieren. Im Ausführungsbeispiel sind diese nichtleitenden Abstandshalter 46 und 48 zwischen der unteren Basisplatte (hier dem Element 35) und der Ebene 40 des Abstrahlungselements vorgesehen, es ist jedoch auch denkbar, diese Teile zwischen anderen Ebenen zu positionieren. Die leitenden Flächen des abstrahlenden Elements 10 und der Grundplatte 12, zwischen denen die Abstandshalter in Stellung gebracht werden, müssen jedoch ausreichend steif genug sein, um vor dem Einbringen des Dielektrikums den dargestellten Aufbau unver-

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ändert zu halten. Für den Fall, daß ein festes oder ein aufgeschäumtes oder auch auf andere Weise aufgeblähtes oder im Volumen expandiertes Dielektrikum verwendet wird, wird «s möglich, die leitenden Schichten extrem dünn zu halten, da das Dielektrikum in diesem Falle als das den Aufbau stützende und haltende Element wirkt.

Die in Fig. 2 und 3 gezeigte, ineinandergreifende beziehungsweise alternierend in ihrer Schichtung Ubereinanderliegende Struktur der Grundplatte, wie auch des Abstrahlungselements, läßt sich ganz allgemein sowohl für elliptisch als auch für zirkulär polarisierte Signalabstrahlung benutzen und ist hierfür sogar besonders vorteilhaft. Die zirkuläre oder elliptische Polarisation wird im allgemeinen mit flachen, abstrahlenden Kiementen erreicht, indem gleiche Amplitudensignale in ihrer Phase jeweils um 90° zueinander verschoben, aneinander angrenzenden senkrecht zueinander liegenden Kanten des Elements zugeführt werden. Diese bekannte Technik ist für die hier beschriebenen gefalteten Antennenelemente nicht anwendbar. Um zirkulär oder elliptisch polarisierte Wellen zu erhalten, muß man sich hier zweier Antennenstrukturen nach Fig. 3 bedienen, die - wie in Fig. 5 gezeigt - um 90° zueinander verdreht übereinander anzuordnen sind. Die phasenverschobenen Signale werden beispielsweise durch eine phasenverschiebende Gabelschaltung 50 erzeugt und über zwei Coaxial-

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kabel 56 und 58 in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise rechtwinklig zueinander den beiden übereinanderliegenden Antennenstrukturen 52 und 54 zugeführt. Wegen eines Maskierungseffekts für die Abstrahlung durch das obere Element hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Hohlräume so zu dimensionieren, daß sie in etwa der halben Wellenlänge entsprechen, wobei die beiden Abstrahlungsschlitze auf gegenüberliegenden Seiten der Elemente liegen. Die Coaxialkäbel sind an den vertikalen Seitenflächen der Nichtresonanzlängen der entsprechenden Elemente zugeführt, und sie können in der dar- ;

gestellten Weise senkrecht abgebogen nach unten geführt wer den, ohne daß irgendwelche Interferenzen mit der Arbeitsfre- : quenz im Bereich der Abstrahlungsöffnungen 60 bis 6 3 auftreten. Die Dicke T der übereinander angeordneten AntennenaufbauLon Jieqt in allgemeinen in der Größenordnung des 0,02- j fachen Kellenlänqo der Arbeitsfrequenz der Antenne im frei-n Raun. !

Antennenaufbauten der vorstehend beschriebenen Art wurden gebaut und haben sich besonders bewährt für Arbeitsfrequen."»n zwischen 259,7 MHz bis 296,8 MHz.^DAi?tennenaufbauten entsprachen hierfür der Ausführungsform nach Fig. 2 und 3 und für die Erzeuqung von zirkularpolarisierten Wellen wurden sie in der gemäß Fig. 5 gezeigten Weise übereinandergeordnet. Die erreichten Abstrahlungswerte wurdei bei etwa 80 % sphärischem

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Abstrahlungswinkel mit -10 db angegeben. Die physikalischen Abmessungen des Antennenaufbaus liegen bei 6x18x3 inch (15,24x45,72x7,62cm) und das Gewicht bei weniger als 0,45 Kg. Die leitenden Schichten bestanden aus Aluminium einer Dicke von 0,005 bis 0,20 inch (o,o127 χ o,5o8 cm ). Diese Aluminiumflachen wurden in der alternierend übereinanderliegenden Weise angeordnet, hartgelötet oder miteinander verschweißt und feuerverzinnt oder auf andere Weise mit Zinn überzogen. Nachfolgend wurde dieser Aufbau der leitenden Schichten in eine Form eingebracht und der Abstand zwischen ihnen mit flüssigem expandierbarem Isolierliarz ausgefüllt. Nach der Aushärtung des Harzes ergab sich eine starre, einheitliche Form.

Neben dieser Herstellungsweise ist es möglich, den Schichtaufbau auch durch die bekannte Sandwich-Herstellungsweise vorzunehmen, also dadurch, daß jede der Schichten nacheinanner aufgetragen wird, oder daß nach Herstellung des leitenden Echichtaufbaus ein wabenartiges oder zelliges Material zwischen die leitenden Schichten eingebracht wird.

Für die genaue Lage der einzelnen Flächen übereinander war zur Eichung des Abstands in Verbindung mit Fig. 4 von Abstandshaltern gesprochen worden. In einem Ausführungsbeispiel wurde bei Verwendung solcher Abstandshalter für die leitenden Flächen Messingplatten einer Dicke verwendet, die in der

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Größenordnung von 0,020 inch lag ( o_fo5o8 cm ) , wobei der Abstand zwischen den alternierend übereinandergeschicht·- ten Teilflächen bei 0,1 inch ( o,254cm)gehalten wurde und die Abstandshalter dadurch realisiert wurden, daß quer durch die Flächen Nylonschrauben gedreht wurden.

Abschließend soll nochmals darauf hingewiesen werden, daß die effektiven Längen der oben beschriebenen Antennenaufbauten nicht unbedingt bei einer halben Wellenlänge der Arbeitsfrequenz liegen müssen, sondern sie können beispielsweise auch eine viertel Wellenlänge ausmachen oder dergleichen mehr. Auch Viertelwellenlängenresonanzräume sind bei brauchbarer und vergleichbarer Impedanzbegrenzung, insbesondere für kurze Schaltkreise, gut geeignet, was entsprechend auch für Längenabmessungen zutrifft, die einer vollen Wellenlänge der Arbeitsfrequenz entsprechen, wobei jeweils die Abstrahlungsschlitze sich gegenüberliegen.

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Claims

28U504 -A- PATENTANSPRÜCHE

1. Schichtartig aufgebaute Antennenanordnung für die Abstrahlung zweier orthogonal polarisierter Signalinformationen oder dergleichen Strahlung, gekennzeichnet durch ein erstes abstrahlendes Element mit einem Resonanzraum und wenigstens einer ersten Abstrahlungsöffnung, einem zweiten abstrahlenden Element mit einem zweiten Resonanzraum und wenigstens einer zweiten Abstrahlungsöffnung und Elementen zum Anlegen einer ersten Signalfrequenz an das erste abstrahlende Element und zum Anlegen einer zweiten Signalfrequenz , die gegenüber der ersten um 90 phasenverschoben ist, an das zweite abstrahlende Element, wobei die ersten und zweiten abstrahlenden Elemente derart zueinander angeordnet sind, daß ihre Resonanzräume übereinander liegen und die Abstrahlungsoffnungen oder dergleichen Schlitze 90 zueinander ausgerichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten abstrahlenden Elemente jeweils eine erste Mehrzahl von leitenden Ebenen oder Schichten aufweist, die untereinander über wenigstens eine weitere leitende Bahn oder Schicht miteinander verbunden sind und eine zweite Mehrzahl von leitenden

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Ebenen, die wenigstens über eine zweite weitere Leiterbahn in Verbindung stehen, wobei die erste und zweite Mehrzahl an leitenden Ebenen alternierend übereinander liegen und jede der genannten aus einer jeweiligen Mehrzahl von Schichten bestehende Einheit durch dielektrisches Material voneinander getrennt liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanζräume wenigstens näherungsweise der halben Wellenlänge der an die Antenne anzulegenden Frequenz in ihrer Dimensionierung entsprechen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzräume durch Faltung der betreffenden Schichtanordnung vorgegeben sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material an bestimmten Stellen Lücken beziehungsweise Leerstellen aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dielektrische Material wenigstens einen nichtleitenden Abstandshalter besitzt, der die erste und zweite aus einer Mehrzahl von leitenden Ebenen bestehenden Ein-

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heiten voneinander trennt, wobei dieser oder diese Abstandshalter in den Leerstellen angeordnet sind.

7. Antennenanordnung für die Abstrahlung zweier orthogonal polarisierter elektromagnetischer Wellen, bestehend aus einem ersten ineinandergeschachteleten Strukturaufbau mit ersten und zwei ^Sketartigen Sätzen von im Abstand ineinandergreifenden leitenden Schichten, die einen ersten Resonanzhohlraum zwischen sich vorgeben und wenigstens eine Abstrahlungsöffnung aufweisen und einer zweiten ineinandergeschachtelten Einheit mit dritten und vierten ineinandergreifenden leitenden Ebenen, die einen zweiten Resonanzraum zwischen sich vorgeben, wobei wenigstens ein zweiter Abstrahlungsschlitz oder dergleichen Öffnung gebildet wird, und wobei die ersten und zweiten übereinandergeschachtelt ineinandergreifenden Strukturen nach Art eines Stapels aufgebaut sind und die ersten und zweiten Abstrahlungsöffnungen orthogonal zueinander liegen, und wobei Hilfsmittel zum Anlegen einer ersten Signalinformation an den ersten Schichtaufbau und zum Anlegen einer zweiten Signalinformation an den zweiten Schichtaufbau vorhanden sind und das zweite Signal gegenüber dem ersten . um 90° phasenverschoben ist.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Resonanzhohlraum erste und dritte Abstrahlungsöffnungen, die auf sich gegenüberliegenden Seiten des ersten genannten Schichtaufbaus angeordnet sind, aufweist, und daß der zweite Resonanzhohlraum zweite und vierte Abstrahlungsschlitze,sich auf gegenüberliegenden Seiten befindend, besitzt, die der zweiten Schichteinheit zugehörig sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzhohlräume eine effektive Länge besitzen, die wenigstens annähernd gleich einer halben Wellenlänge der ersten Signalinformation beziehungsweise der entsprechenden abzustrahlenden Frequenz sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinandergeschichtete Struktur der leitenden Schichten durch dielektrisches Material voneinander getrennt liegt, in dem bestimmte Abschnitte Leerstellen oder Hohlräume haben.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1O, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dielektrischen Material wenigstens ein nichtleitender Abstandshalter und eine Leerstelle vorgesehen sind.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten ineinandergeschachtelten Einheiten erste und zweite schräg-beziehungsweise querliegende leitende Schichten besitzen, die quer zu den Reihen beziehungsweise der Mehrzahl der übereinander ineinandergreifenden Ebenen liegen und elektrisch mit zweiten und vierten entsprechend abwechselnd übereinandergreifenden Schichten verbunden sind, und daß erste und zweite gleich transversal verlaufende Ebenen vorhanden sind, die äußere Oberflächen für die ersten und zweiten ineinandergreifenden Strukturaufbauten bilden, wobei diese Flächen mit ihren oberen Kanten eine erste Kante der ersten und zweiten Abstrahlungsöffnung begrenzen und wobei Hilfsmittel zum Anlegen erster und zweiter Signalinformationen in Verbindung mit den genannten querstehenden Flächen sind und damit in Verbindung mit ersten und dritten Sätzen abwechselnd zwischengefügter leitender Ebenen.

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