DE2921856C2

DE2921856C2 - Richtantenne aus zwei eine strahlende Doppelleitung bildenden Streifenleitern und Gruppenantenne unter Verwendung mehrerer derartiger Richtantennen

Info

Publication number: DE2921856C2
Application number: DE19792921856
Authority: DE
Inventors: Anton Dipl.-Ing. 8130 Starnberg Brunner; Karl-Heinz Ing.(grad.) 8000 München Kristkoiz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1979-05-30
Publication date: 1985-09-12
Also published as: DE2921856A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtantenne, bestehend aus zwei an den der Speiseseite abgekehrten Enden offenen und somit eine strahlende Doppelleitung bildenden Streifenleitern, deren Breite sich zum Ende hin vergrößert und deren Mittellinien zum Ende hin V-förmig auseinanderlaufen. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf eine Gruppenantenne, bei der mehrere derartige Richtantennen verwendet werden.

Gewöhnliche Dipole sind verhältnismäßig schmalbandig. Es ist jedoch in manchen Anwendungsfällen erforderlich, eine ähnlich einfach aufgebaute Antenne mit einer größeren Bandbreite einzusetzen.

Aus der US-PS 29 85 877 ist bereits eine Richtantenne nach Art einer offenen und damit strahlenden Doppelleitung bekannt. Bei dieser Antenne liegen die Strahlerhälften, sofern sie in Streifenleiterart flächenhaft ausgebildet werden, in ein und derselben Ebene. Diese bekannte Antenne hat eine Längenausdehnung von etwa einer Betriebswellenlänge der längsten zu übertragenden Welle. Die Breitenausdehnung entspricht etwa der Längenausdehnung. Diese Antenne wirkt als breitbandige Hochpaßantenne.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Doppelleitungs-Richtantenne der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie kleinere Abmessungen gestattet und trotzdem eine extreme Breitbandigkeit aufweist, d. h. daß der Eingangswiderstand über einen großen Frequenzbereich, zumindest über drei Oktaven, nahezu konstant bleibt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Streifenleiter in zwei verschiedenen, zueinander zumindest angenähert parallel verlaufenden Ebenen liegen und an ihren offenen Enden jeweils bogenförmig abgeschlossen sind. Eine solche Richtantenne läßt sich ohne Schwierigkeiten so dimensionieren, daß ihre maximale Breite ebenso wie ihre maximale Länge etwa eine halbe Betriebswellenlänge der längsten zu übertragenen elektromagnetischen Welle beträgt.

Die beiden Streifenleiter sind in vorteilhafter Weise auf einer Isolierstoffplatte angeordnet, derart, daß der pine Strcifenleiter auf der einen Seite dieser Platte und der andere Streifenleiter auf der anderen Seite liegt Realisieren läßt sich eine solche Bauform z. B. durch die Verwendung einer entsprechend geäl/.tcn. doppelt inctallkaschierten Isolierstoffplatte.

Die beiden Streifenleiter der Richtantenne lassen sich auch auf Abstandshalterungen befestigen, die aus Isoliermaterial bestehen und unterschiedliche Länge aufweisen können.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die beiden Strahlerhälften in einem Winkelreflektor angeordnet sind, der aus zwei gegenüberliegenden, in Richtung zum Strahlerende auseinanderlaufenden metallischen Reflektorflächen besteht Durch die Verwendung eines solchen Winkelreflektors wird die Richtwirkung der Antenne verbessert je nach Polarisation sind die Reflektorflächen des Winkelreflektors in Ebenen angeordnet, die senkrecht auf den Streifenleiterebenen stehen oder die als Mittelebene die gleiche Ebene aufweisen wie die beiden Streifenleiterebenen. In vorteilhafter Weise lassen sich mehrere solche Richtantennen zu einer Kreisgruppenantenne zusammenbauen, wobei jede dieser Richtantennen einem Kreissektor zugeordnet ist

Die Erfindung wird im folgenden anhand von 11 Figuren näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel einer Richtantenne nach der Erfindung in Seitenansicht bzw. Draufsicht,

Fig.3 in Seitenansicht die Ausführungsform einer Richtantenne nach den F i g. 1 und 2 in einer Hartschaumbettung,

F i g. 4 und 5 eine Richtantenne nach den F i g. 1 und 2 mit einem Winkelreflektor in Seitenansicht bzw. Draufsicht,

Fig.6 und 7 in Seitenansicht bzw. Draufsicht eine Richtantenne nach den F i g. 1 und 2 mit einem trichterartig abgeschlossenen Winkelreflektor und einer unsymmetrischen Speisung sowie einer zusätzlichen Stabantenne,

F i g. 8 und 9 in Seitenansicht bzv.\ Draufsicht eine den F i g. 4 und 5 entsprechende Anordnung, jedoch mit dazu orthogonaler Polarisierung,

Fig. 10 in einer Draufsicht eine Kreisgruppenanordnung von Breitband-Richtantennen und Stabstrahlern, die zusammen jeweils einem Sektor zugeordnet sind, und F i g. 11 einen Horizontalschnitt durch die Strahlungskeuien einer Kreisgruppen-Antennenanordnung nach Fig. 10.

Im Rahmen einer extrem breitbandigen Transponder-Einzelempfangsantenne, wie sie bei Abfragen durch verschiedene Radargeräte mit ganz unterschiedlichen Frequenzen nötig ist, ist eine V-förmige Richtantenne nach der Erfindung mit Hochpaßcharakter zweckmäßig, deren Grundprinzip anhand der F i g. 1 bis 5 erläutert wird. Die F i g. 1 und 2 geben die Seitenansicht und die Draufsicht einer solchen Einzelempfangsantenne wieder. Sie besteht aus zwei flächenhaft ausgebildeten Streifenleitern 1 und 2, die, ausgehend von einer Antennenspeisesteile 4, etwa V-förmig auseinanderlaufen, dann hinsichtlich ihrer Flächenbreite bis nahe zum Strahlerende zunehmend ausgebildet und dort bogenförmig abgeschlossen sind. Die maximale Breite einer solchen Einzelempfangsantenne beträgt ebenso wie die maximale Länge etwa eine halbe Betriebswellenlänge, bezogen auf die längste zu übertragende elektromagnetische Welle. Ein besonderer Vorteil dieser sehr breitbandigen Richtantenne sind ihre extrem kleinen Abmessungen. Die beiden Streifenleiter 1 und 2 werden von

einer symmetrischen Doppelleitung 3-4 gespeist. Die Mittellinien 5-7 und 5-8 der beiden jeweils eine Strahlerhälfte bildenden Streifenleiter 1 und 2 streben von der gemeinsamen Mittellinie 5-6, d. h. der Mittellinie der gesamten Einzelempfangsantenne, symmetrisch fort. Die verlustarme Leitung 3-4 wird von der Antennenspeisestelle 4 in zunehmenden Maße mit Strahlungswiderstän den, bedingt durch die breiter werdenden Streifenleiterflächen, dergestalt belastet, daß eine leitungsgeführte elektromagnetische Welle der symmetrischen Speiseleitung 3—4 von der Speisestelle 4 der Antenne ausgehend nahezu stoßfrei in eine Welle des freien Raumes an der breitesten Stelle eines Strahlers übergeführt wird, und daß dadurch der Eingangswiderstand einer solchen Einzelempfangsantenne über einen großen Frequenzbereich, zumindest über drei Oktaven, nahezu konstant bleibt. Die beiden Streifenleiter 1 und 2 befinden sich, wie dargestellt, auf zwei gegenüberliegenden Seiten einer Isolierstoffplatte 9, welche beispielsweise durch eine geätzte, doppelt kaschierte Platte dargestellt wird, oder sie sind auf Abstandhalterungen aus Isoliermaterial befestigt Beide Ausführungsformen lassen sich in einem Hartschaumkörper 10, wie in Fig.3 in einer Seitenansicht dargestellt ist, einbetten. Die Mittellinien 4-7 und 4-8 der beiden Streifenleiter 1 und 2 verlaufen im Falle der Verwendung einer kaschierten Platte 9 parallel zur Mittelebene 11-12-13-14 der Einzelempfangsantenne. Sie können bei Verwendung von einzelnen Abstandshaltern jedoch auch von dieser Mittelebene in Richtung zum Strahlerende fortstreben.

Zirkulare Polarisation läßt sich durch den Einsatz von zwei zueinander orthogonal orientierten und mit 90°-Phasenverschiebung gespeisten Streifenleiterpaaren verwirklichen.

Die Begrenzungslinien der Streifenleiter 1 und 2 sind Krümmungslinien, welche beispielsweise durch eine Exponentialfunktion, eine trigonometrische oder eine elliptische Funktion gebildet werden, oder sie sind durch einen Polygonzug angenähert nachgebildet Die Streifenleiter 1 und 2 lassen sich als Blechfäden, gitterförmig, aufgefiedert oder aber auch geschlitzt ausführen. Die Größe der Gitteröffnungen kann gleichförmig sein oder mit größer werdendem Abstand von der Antennenspeisestelle 4 anwachsen.

Zur Verbesserung der Richtwirkung läßt sich eine Einzelempfangsantenne, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, in einem Winkelreflektor 15 anordnen. Eine solche Einzelempfangsantenne ist in Seitenansicht und Draufsicht in den F i g. 4 bzw. 5 dargestellt Der Winkelreflektor 15 besteht aus zwei gegenüberliegenden, in Richtung zur Speisestelle zusammenlaufenden, metallischen Refiektorflächen, die in Ebenen angeordnet sind, welche senkrecht auf den Streifenleiterebenen stehen. Dieser Winkelreflektor 15 enthält im Scheitel senkrecht zur Ausbreitungsrichtung einen ebenen Reflektorteil 16, durch weichen die symmetrische Speiseleitung 17 durchgeführt ist Die Streifenleiter 1 und 2 werden in zweckmäßiger Weise mit den Reflektorflächen des Winkelreflektors 15 leitend und mechanisch verbunden.

Die beiden begrenzenden Parallelebenen des Winkelreflektors 15 zur Mittelebene 11-12-13-14 der Einzelempfangsantenne sind entweder offen, oder es befinden sich an einer oder zwei dieser Begrenzungsflächen, wie in den F i g. 6 und 7 in einer Seitenansicht bzw. einer Draufsicht dargestellt ist, metallische Begrenzungsplatten 18 und 19, die entweder, wie im Beispiel dargestellt ist, parallel oder aber mit einem kleineren Abstand im Scheitel des Winkelreflektors 15 angeordnet sind. Es ergibt sich dann ein insgesamt etwa trichterförmiger Winkelreflektor. Ebenso wie die Streifenleiter 1 und 2 können auch der Reflektor 15 und die Begrenzungsplatten 18 und 19 gitterförmig, gefiedert oder geschlitzt ausgeführt sein. Zum Zwecke der stoßfreien Ablösung der elektromagnetischen Wellen von der Einzelempfangsantenne kann es vorteilhaft sein, den Winkelreflektor 15 und die Begrenzungsplatten 18 und 19 oval oder in ein oder mehreren Spitzen auslaufen zu lassen.

ίο Die Einzelempfangsantenne mit dem Winkelreflektor 15 ist auch dazu geeignet, eine zusätzliche Antenne in Form einer Stabantenne 20, wie in den Fig.6 und 7 dargestellt ist, orthogonal zur beschriebenen Ein/.clempfangsantenne(= Breitbandrichtantenne) auf/.iinchmen. Die Stabantenne 20 ist unten an der Bcgrcnzungspiatte ie befestigt und oben durch die Isoliersioffplaiie 9 durchgeführt. Im Falle der Transponderanwendung wird die Stabantenne 20 als Einzelsendeantenne neben der breitbandigen Einzelempfangsantenne für den jcweiligen Sektor verwendet. Anstelle der Speisung über eine symmetrische Leitung 3-4, wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, läßt sich die Speisung der Einzelcmpfangsantenne auch über ein koaxiales Kabel 21 und ein Symmetrierungsglied 22 verwirklichen. Eine solche Speisung ist ebenfalls in den F i g. 6 und 7 dargestellt

Wird eine andere als die vorher beschriebene Polarisierung, z. B. eine um 90° gegenüber der beschriebenen Polarisierung gedrehte Polarisation, gewünscht, so lassen sich die Strahlerhälften 1 und 2 entsprechend den Fig.8 und 9 in den Winkelreflektor 15 einsetzen. In diesem Fall besteht der Winkelreflektor 15 aus zwei gegenüberliegenden, in Richtung zur Speisestelle zusammenlaufenden, metallischen Reflektorflächen, die in Ebenen angeordnet sind, welche als Mittelebene die gleiche Ebene aufweisen wie die beiden Streifenleiterebenen.

Mehrere Winkelreflektorantennen von der beschriebenen Art können sektorartig in einer Kreisgruppc angeordnet werden. Eine solche Anordnung mit fünf Richtantennen zeigt F i g. 10 in einer Draufsicht Die Bezugszeichen in dieser Figur stimmen mit denjenigen nach den F i g. 1 bis 7 überein. Der Öffnungswinkel λ eines Winkelreflektors 15 kann dem von der Einzelantenne zu überdeckenden Sektor φ (siehe Fig. 11) entsprechen oder aber auch kleiner sein. Ein Horizontaldiagramm der Strahlungskeulen der fünf in F i g. 10 dargestellten und kreisförmig kombinierten Richtantennen ist in F i g. 11 gezeigt Die Hauptkeulen dieser Richtantennen überdecken in ihrer Gesamtheit den 360°-Bereich, bieten aber als Transponderantenne bei einer Einzelauswertung die Möglichkeit der Feststellung des Win-Reibereichs des einfallenden Signals.

Eine solche Kreisgruppen-Antenne nach F i g. 10 läßt sich beispielsweise mit nur einer entsprechend geätzten, doppelt metallkaschierten Isolierstoffplatte realisieren.

Zur besonderen Formung (z. B. Strahlverbreiterung, Gewinnerhöhung) der auszuwertenden Strahlungsdiagramme läßt sich eine Zusammenschaltung benachbarter Richtantennen durchführen.

Neben der beschriebenen Anwendung der Breitbandrichtantenne nach der Erfindung als richtungsselektive Transponderantenne in einem Flugzeug, Schiff oder anderem Fahrzeug sind auch Anwendungen als Aufklärungs- und Störantennen, sowohl für Sektor- als auch für Rundumbetrieb, möglich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Richtantenne, bestehend aus zwei an den der Speiseseite abgekehrten Enden offenen und somit eine strahlende Doppelleitung bildenden Streifenleitern, deren Breite sich zum Ende hin vergrößert und deren Mittellinien zum Ende hin V-förmig auseinanderlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streifenleiter (1,2) in zwei verschiedenen, zueinander zumindest angenähert parallel verlaufenden Ebenen liegen und an ihren offenen Enden jeweils bogenförmig abgeschlossen sind.

2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streifenleiter (1,2) auf einer Isolierstoffplatte (9) angeordnet sind, derart, daß der eine Streifenleiter (1) auf der einen Seite dieser Platte (9) und der andere Streifenleiter (2) auf der anderen Seite dieser Platte (9) liegt

3. Richtantenne nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Verwendung einer entsprechend geätzten, doppelt metallkaschierten Isolierstoff platte (9).

4. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streifenleiter auf aus Isoliermaterial bestehenden Abstandshalterungen befestigt sind, die unterschiedliche Längen aufweisen können.

5. Richtantenne nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Abstandshalterungen zu den offenen Enden der Streifenleiter hin zunehmen.

6. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungslinien der Streifenleiter (1, 2) Krümmungslinien sind, die beispielsweise durch eine Exponentialfunktion, eine trogonometrische oder eine elliptische Funktion gebildet sind.

7. Richtantenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungslinien durch einen Polygonzug angenähert sind.

8. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleiter (1,2) als Blechfäden, gitterförmig, aufgefiedert oder geschlitzt ausgeführt sind.

9. Richtantenne nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei gitterförmiger Ausführung die Größe der Gitteröffnungen gleich ist.

10. Richtantenne nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei gitterförmiger Ausführung die Größe der Gitteröffnungen mit größer werdendem Abstand von der Speiseseite anwächst.

11. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einbettung in einem Hartschaumkörper (10).

12. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streifenleiter (1,2) in einem Winkelreflektor (15) angeordnet sind, der aus zwei gegenüberliegenden, in Richtung zur Speiseseite zusammenlaufenden, metallischen Reflektorflächen besteht, die in Ebenen angeordnet sind, welche senkrecht auf den Streifenleiterebenen stehen (F i g. 4 und 5).

13. Richtantenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleiter (1,2) jeweils mit einer eier beiden Reflektorfläche!! des Winkelrel'lek- t>s tnrs( 15) leitend und mechanisch verbunden sind.

14. Richtantenne ruich einem der Ansprüche I bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Streifenleiter (1,2) in einem Winkelreflektor (15) angeordnet sind, der aus zwei gegenüberliegenden, in Richtung zur Speiseseite zusammenlaufenden metallischen Reflektorflächen besteht die in Ebenen angeordnet bind, welche als Mittelebene die gleiche Ebene aufweisen wie die beiden Streifenleiterebenen (F i g. 8 und 9).

15. Richtantenne nach einem der Ansprüche 12 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelreflektor (15) in seinem Scheitel senkrecht zur Ausbreitungsrichtung einen ebenen Reflektorteil (16) enthält, durch den eine Speiseleitung (17) durchgeführt ist

16. Richtantenne nach einem der Ansprüche 12 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden metallischen Reflektorflächen an ihren seitlichen Begrenzungskanten mittels metallischer Bcgrenzungsflächen (18, 19) verbunden sind, so daß der Winkelreflektor insgesamt trichterartig ausgebildet ist, wobei die seitlichen Begrenzungskanten so verlaufen können, daß die Begrenzungsflächen (18,19) zueinander parallel oder aber auch auf der Scheitelseite einen kleineren gegenseitigen Abstand aufweisen als auf der Öffnungsseite.

17. Richtantenne nach einem der Ansprüche 12 bis

16, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Reflektorflächen (15) und gegebenenfalls die metallischen Begrenzungsflächen (18, 19) als homogene Metallplatten ausgebildet sind.

18. Richtantenne nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Reflektorflächen (15) und gegebenenfalls die metallischen Begrenzungsflächen (18,19) gitterförmig, gefiedert oder geschlitzt ausgebildet sind.

19. Richtantenne nach einem der Ansprüche 12 bis

18, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Reflektorflächen (15) und gegebenenfalls die metallischen Begrenzungsflächen (18, 19) des Winkelreflektors auf dessen Öffnungsseite oval oder in ein oder mehreren Spitzen auslaufen.

20. Richtantenne nach einem der Ansprüche 12 bis

19, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzliche Antenne ein Stabstrahler (20) vorgesehen ist, der in einer der metallischen Flächen (15,18,19) des Winkelreflektors befestigt ist.

21. Als Empfangsantenne wirksame Richtantenne nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der als zusätzliche Antenne wirksame Stabstrahler (20) als Sendeantenne betrieben ist.

22. Richtantenne nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung über ein koaxiales Kabel (21) und ein hinter dem Scheitelende des Winkelreflektors angebrachtes Symmetrierglied (22) erfolgt.

23. Gruppenantenne unter Verwendung mehrerer gemäß einem der Ansprüche 12 bis 22 ausgebildeter Richtantennen, gekennzeichnet durch eine Anordnung mehrerer solcher mit einem Winkelreflektor (15) versehener Richtantennen sektorartig in einer Kreisgruppe (F i g. 10).

24. Gruppenantenne nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungswinkel (λ) des Winkelreflektors (15) dem Begrenzungswinkcl (g>) des von der jeweiligen Richtantenne zu überdeckenden Sektors entspricht.

25. Gruppenantenne nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der öffnungswinkel (λ) des Winkelreflektors (15) kleiner als der Begrenzungs-

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winkel (φ) des von der jeweiligen Richtantenne zu überdeckenden Sektors ist

26. Gruppenantenne nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet daß zur Bildung einer solchen Richtantennen-Kreisgruppe nur eine einzige entsprechend geätzte, doppelt metallkaschierte Isolierstoffplatte vorgesehen ist

27. Gruppenantenne nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet daß zur besonderen Formung der Strahlungsdiagramme -eine Zusammenschaltung benachbarter Richtantennen vorgesehen ist

28. Gruppenaritenne nach einem der Ansprüche 23 bis 27, gekennzeichnet durch die Verwendung als richtungsselektive Transponderantenne in einem Flugzeug, Fahrzeug, Schiff oder dergleichen.

29. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch die Verwendung als richtungsselektive Aufklärungs- und/oder Störantenne.

30. Gruppenantenne nach einem der Ansprüche 23 bis 26, gekennzeichnet durch die Verwendung als Aufklärungs- und/oder Störantenne für Rundumbetrieb.