DE3028730C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Wanderwellenantenne der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Die Abschlußlast einer Wanderwellenantenne sollte die ge­ samte auf das dem Einspeiseende entgegengesetzte Ende der Wanderwellenantenne auftreffende Energie reflexionsfrei ab­ sorbieren oder abstrahlen, um die Ausbildung einer Seiten­ strahlung soweit wie möglich zu verringern.

Bei einer bekannten Wanderwellenantenne dieser Art (GB-PS 15 03 664) wird zu diesem Zweck eine ohmsche Abschlußlast verwendet, die jedes Ende der Wanderwellenantenne abschließt. Eine derartige ohmsche Abschlußlast absorbiert die gesamte Energie, typischerweise etwa 10% der auf das Ende der Wan­ derwellenantenne auftreffenden Gesamtenergie derart, daß im Antennenstrahlungsdiagramm keine Seitenstrahlung aufgrund von Reflexion auftritt. Bei Verwendung einer derartigen ohm­ schen Abschlußlast kann daher der Wirkungsgrad der Wander­ wellenantenne wegen des Energieverlusts in der ohmschen Ab­ schlußlast 90% nicht übersteigen. Des weiteren absorbieren die Widerstände der Abschlußlast im typischen Fall Leistung in der Größenordnung von mehreren Watt bis mehreren 10 Watt oder noch mehr, so daß sie einen beträchtlichen Raumbedarf aufweisen und so angebracht werden müssen, daß eine aus­ reichende Wärmeabstrahlung möglich ist.

Es ist weiterhin eine Wanderwellenantenne bekannt (Litera­ turstelle von S. Silver "Microwave Antenna Theory and Design", McGraw-Hill Book Company, 1949, Seiten 328-331), bei der der Hauptstrahl in Seitenrichtung der Wanderwellenantenne ab­ gestrahlt wird und bei der eine nicht-resonante Strahlungs­ abschlußlast vorgesehen ist, die aus einer Vielzahl von ge­ neigten gegeneinander versetzten Schlitzen besteht, die hin­ tereinander in Ausbreitungsrichtung der Welle angeordnet sind. Die exakten Abmessungen der Schlitze müssen hierbei experimentell bestimmt werden und die Schlitze selbst sind auf gegenüberliegenden Seiten der breiten Wand eines Hohl­ leiters ausgebildet, so daß ihre Herstellung relativ kom­ pliziert ist. Weiterhin lassen sich die Verhältnisse bei einer Wanderwellenantenne mit seitlich gerichteter Haupt­ strahlung nicht ohne weiteres auf den Fall einer Wander­ wellenantenne mit längsgerichteter Hauptstrahlung übertra­ gen. Schließlich tragen die bekannten nicht-resonanten Ab­ schlußlasten nicht zum Antennengewinn und zum Wirkungs­ grad der Wanderwellenantenne bei.

Außerdem ist eine Stehwellenantenne bekannt (US-PS 33 28 800), bei der in einem an seinem Ende kurzgeschlos­ senen Hohlleiter Stehwellen erzeugt werden, wobei in dem Hohlleiter Schlitze unterschiedlicher Form und Ausrichtung angeordnet sind. Die Art und der Verlauf der Stehwelle in dem Hohlleiter bestimmt, aus welchen dieser Schlitze Ener­ gie unter welchem Winkel austritt, so daß eine Änderung so­ wohl der Polarisation als auch des Strahldiagramms möglich ist. Auch in diesem Fall lassen sich die Verhältnisse einer Stehwellenantenne auf eine Wanderwellenantenne mit Abstrah­ lung in Längsrichtung kaum übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wanderwellen­ antenne der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art derart weiterzubilden, daß eine unerwünschte Seitenstrahlung zugunsten der Hauptstrahlung verringert wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Wanderwellenantenne nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Wanderwellen­ antenne wird die sonst die Seitenstrahlung bildende Energie in den Hauptstrahl eingeleitet, so daß sich ein maximaler Antennengewinn ergibt und die Verwendung von Verlustlei­ stung aufnehmenden ohmschen Abschlußlasten nicht erforder­ lich ist. Damit ermöglicht die erfindungsgemäße Wander­ wellenantenne eine Annäherung an einen Wirkungsgrad von 100%, wobei sich ein sehr einfacher Aufbau der Strahlungs­ abschlußlast ergibt. Eine erfindungsgemäße Wanderwellen­ antenne kann insbesondere für Wanderwellenantennenanforderun­ gen verwendet werden, bei denen die einzelnen Wanderwellen­ antennen in Gruppen auf kleinen Zylindern montiert sind, um Leit-, Nachführ- oder Suchstrahlen für mit aktivem Ra­ dar geführte Flugkörpersysteme zu erzeugen. Hierbei ergibt sich aufgrund der Verwendung der erfindungsgemäßen Wander­ wellenantenne eine kompakte Konstruktion, wobei der Aufwand für ohmsche Abschlußlasten entfällt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Strah­ lungsabschlußlast drei Querschlitze mit einem gegenseiti­ gen Abstand auf, der etwa gleich einem Zehntel der Wellen­ länge ist, wobei diese Querschlitze einen Viertelwellen­ transformator zu einem offenen Ende des Wellenleiters bil­ den.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist be­ nachbart zu dem Querschlitz der Strahlungsabschlußlast ein Impedanzanpaßabschnitt angeordnet, der ein geschlos­ senes Ende aufweist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Endbe­ reiches einer Wanderwellenantenne, aus der eine erste Ausführungsform der Ab­ schlußlast in Form eines offenendigen Wel­ lenleiters erkennbar ist.

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Endbe­ reiches einer Wanderwellenantenne gemäß einer zweiten Ausführungsform, mit einem in der breiten Wandfläche ausgebildeten Querschlitz und einem Impedanzanpaßab­ schnitt zum geschlossenen Ende des Wel­ lenleiters hin,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Ausführungsform nach Fig. 2,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 2 mit einem koaxialen Abstimm­ stutzen gemäß einer weiteren Ausführungs­ form.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils eine Ausführungsform einer nicht verlustbehafteten Strahlungsabschlußlast mit Impedanzwandlerabschnitten zur Verwendung in Verbindung mit einem mit Dielektrikum gefüllten Wellenleiter als Wanderwellenantenne mit nicht-resonanten Querschlitzen in der breiten Wandfläche des Wellenleiters. Die Ausfüh­ rungsform nach Fig. 1 eignet sich insbesondere für lange Wanderwellenantennen, beispielsweise für solche mit einer Länge von mehr als dem Zehnfachen der Wellenlänge des ab­ gestrahlten bzw. empfangenen Signals. Die in Fig. 2 ge­ zeigte Ausführungsform eignet sich besonders zur Anwendung für kurze Wanderwellenantennen, beispielsweise mit einer Länge von weniger als dem Fünffachen der Wellenlänge.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform zeigt eine Wan­ derwellenantenne 12 mit einer ein offenes Ende aufweisen­ den Strahlungsabschlußlast 20, die drei Querschlitze 21 umfaßt, die als Impedanzwandlerabschnitt 22 zwischen der Strahlungsabschlußlast und den letzten nicht-resonanten Querschlitzen 23 der Wanderwellenantenne 12 dienen. Die Querschlitze 21 und 23 sind jeweils mit engen Abständen von etwa 0,1 Wellenlänge oder weniger angeordnet. Die Quer­ schlitze 21 verändern den Wellenwiderstand und die Ausbrei­ tungsgeschwindigkeit des Impedanzwandlerabschnitts 22 und weisen eine größere Länge auf als die Querschlitze 23 in der Wanderwellenantenne 12. Die Querschlitze 21 nehmen et­ wa eine Viertelwellenlänge ein. Der veränderte Wellenlei­ terwiderstand in dem Impedanzwandlerabschnitt 22 liegt in­ folge der kürzeren Länge der Querschlitze 23 in der Wan­ derwellenantenne 12 etwas über deren Wellenwiderstand und gleichzeitig unter der Impedanz des offenen Endes der Strah­ lungsabschlußlast 20. Die Strahlungsabschlußlast wirkt somit als Viertelwellentransformator zwischen der Wanderwellenan­ tenne 12 und dem offenen Ende des Wellenleiters.

Zur Verringerung der Seitenstrahlung der Wanderwellenan­ tenne 12 gegenüber einer nicht-abgeschlossenen Wanderwel­ lenantenne soll die transformierte Impedanz der Strahlungs­ abschlußlast nicht genau an den Wellenwiderstand der Wan­ derwellenantenne 12 angepaßt sein. Die transformierte Im­ pedanz soll einen kleinen Reflexionskoeffizien­ ten bewirken, der eine geringe Reflexionsstrahlung zur Auf­ hebung bzw. Auslöschung der Seitenstrahlung der Strahlungs­ abschlußlast hervorruft. Diese Forderung nach einer nicht vollständigen Impedanzanpassung nimmt mit abnehmender Richt­ wirkung der Wanderwellenantenne zu.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Strahlungsabschluß­ last nach Fig. 2 wird eine Wanderwellenantenne 13 durch einen einzigen in der Breitseite des Wellenleiters vorge­ sehenen Querschlitz 32 abgeschlossen, wobei benachbart zu diesem Querschlitz 32 ein Impedanzanpaßabschnitt 33 ange­ ordnet ist, der ein kurzgeschlossenes Ende aufweist. Eine derartige Ausführungsform eignet sich insbesondere für Anordnungen mit geringer Richtwirkung, bei denen eine unvollständige Impedanzanpassung erforderlich ist, um die Seitenstrahlung der Anordnung weitestmöglich zu verringern. Die Längen des Querschlitzes 32 und des kurzgeschlossenen Impedanzanpaßabschnittes 33 können beide so gewählt und eingestellt werden, daß ein weiter Bereich von Werten ei­ ner Reflexion mit Phasenumkehr zur Minimierung der Seiten­ strahlung der Wanderwellenantenne 13 für einen weiten Be­ reich von Richtwirkungen der Wanderwellenantenne erzielt wird.

Die Wanderwellenantenne 12 gemäß Fig. 1 wurde an einer An­ ordnung aus eng benachbarten nicht-resonanten Querschlitzen in einem dielektrisch belasteten dünnen Leiter verwendet.

Der gemessene Gewinn der Wanderwellenantenne bei Betrieb im X-Band betrug 15,5 dB mit der Strahlungsabschlußlast und 15,2 dB bei Verwendung einer ohmschen Abschlußlast. Die Verbesserung des Antennengewinns um 0,3 dB entspricht einer Verbesserung von 0,6 dB im Systemverhalten bei akti­ ven Radar-Anwendungen. Die gemessene Seitenstrahlung der Wanderwellenantenne bezüglich des Scheitelwertes des An­ tennengewinns betrug -20 dB mit der Strahlungsabschlußlast und -30 dB mit einer ohmschen Abschlußlast. Die Wanderwel­ lenantenne wies eine Länge von etwa 40,64 cm und eine Brei­ te von 12,7 mm sowie eine Dicke von 1,59 mm auf und wurde nach bekannten Verfahren zur Herstellung von gedruckten Schaltungen hergestellt. Das Fehlen einer ohmschen Ab­ schlußlast ermöglicht die Anordnung von acht Antennen auf einem Zylinder von 88,9 mm Durchmesser, ohne daß am Last­ ende der einzelnen Antennen Löcher in den Aufbau gebohrt werden mußten.

Die Ausführungsform der Wanderwellenantenne 13 gemäß Fig. 2 wurde an einer nahezu einen Längsstrahler darstellenden An­ ordnung mit einer Hauptstrahlung, die um 23 Grad gegenüber der Längsrichtung versetzt ist, mit einer ähnlichen Bauart wie in dem vorhergenannten Absatz beschrieben, verwendet, wobei jedoch diese Ausführungsform einen niedrigeren An­ tennengewinn als die vorherbeschriebene Ausführungsform aufwies. Der gemessene Antennengewinn dieser Wanderwellen­ antenne 13 betrug 13 dB mit der Strahlungsabschlußlast der zweiten Ausführungsform. Die auf die Strahlungsabschlußlast zurückzuführende Verbesserung des Antennengewinns wurde mit 0,4 dB bestimmt. Die gemessene Seitenstrahlung relativ zum Maximalwert des Antennengewinns betrug 15 dB.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der nicht- verlustbehafteten Strahlungsabschlußlast strahlen in einer Weise, die zum Vorwärtsgewinn beiträgt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführungsform einer Wan­ derwellenantenne 13 a mit einem Abstimmstab 40, der in einem Abstand von etwa 10,9 mm vom Ende der gesamten Wanderwellen­ antenne und um etwa 1,27 mm gegenüber der Längsachse der Wanderwellenantenne 13 a versetzt angeordnet ist. Der vom Ende der Wanderwellenantenne 13 a entfernte Rand des Quer­ schlitzes 32 a weist von diesem Ende einen Abstand von etwa 17 mm auf, der vom Ende entfernte Rand des nächstgelegenen Querschlitzes 31 a befindet sich in einem Abstand von etwa 19,56 mm vom Ende der Wanderwellenantenne 13 a. Der Quer­ schlitz 31 a hat eine Länge von etwa 7,42 mm, der Quer­ schlitz 32 a hat eine Länge von 10,9 mm. Die Länge der Schlitze 31 a verringert sich auf etwa 5,59 mm am linken Ende der Wanderwellenantenne 13 a. Im Gegensatz hierzu nimmt die Gesamtbreite der Wanderwellenantenne 13 a von einem Wert von etwa 11,56 mm am rechten Ende auf eine Breite am linken Ende von etwa 13 mm zu. Der linke Ko­ axialeingangsanschluß 41 ist um etwa 2,95 mm außermittig versetzt und weist vom linken Ende der Wanderwellenanten­ ne 13 a einen Abstand von etwa 12,45 mm auf. Die Dicke der Wanderwellenantenne 13 a beträgt etwa 1,57 mm, ihre Gesamt­ länge etwa 130 mm und der Bereich der Querschlitze 31 a ent­ lang der Wanderwellenantenne 13 a erstreckt sich über etwa 94 mm.

Der kurzgeschlossene Wellenleiter dient als reaktives Ab­ stimmelement, das sich primär nur auf den letzten Quer­ schlitz auswirkt, und zwar derart, daß dieser Querschlitz die gesamte verbliebene, nicht von der Wanderwellenantenne abgestrahlte Energie abstrahlt und die ansonsten in dem Wellenleiter auftretende stehende Welle unterdrückt. Wei­ terhin wird die Seitenstrahlung aufgrund einer geringen absichtlich noch verbleibenden Reflexion aufgehoben. Die infolge des Reflexionskoeffizienten reflektierte Energie­ menge ist gleich der sonst auftretenden Seitenstrahlung der Wanderwellenantenne derart, daß die Energie der Strah­ lungsabschlußlast sich zur Hauptstrahlung addieren kann.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind vor einer offen­ endigen Strahlungsabschlußlast drei Querschlitze vorgesehen, welche als Impedanzwandlerabschnitt die nicht-resonanten Querschlitze der Wanderwellenantenne abschließen. Diese Querschlitze verändern den Wellenwiderstand und die Aus­ breitungsgeschwindigkeit des Wellenleiters. Der Wellen­ widerstand in dem Impedanzwandlerabschnitt ist etwas grö­ ßer als der der kürzesten Querschlitze der Wanderwellen­ antenne und kleiner als die Impedanz des offenen Endes des Wellenleiters. Somit dient der Wellenleiterabschnitt mit den längeren Querschlitzen als ein Viertelwellentransfor­ mator zwischen der Wanderwellenantenne und der Strahlungs­ abschlußlast. Wie bekannt, läßt sich mit einem Viertelwel­ lentransformator jede beliebige Impedanz mit einer ande­ ren Impedanz koppeln.

In Fig. 2 besteht die Strahlungsabschlußlast aus einem einzigen, den Wellenleiter abschließenden Querschlitz in der breiten Seite mit einem nachfolgenden kurzgeschlosse­ nen Impedanzanpaßabschnitt.

Claims (3)

1. Wanderwellenantenne in Form eines mit nicht-resonan­ ten Querschlitzen versehenen Wellenleiters, der einen Hauptstrahl in Längsrichtung des Wellenleiters aus­ sendet und an seinem dem Einspeiseende entgegengesetz­ ten Ende mit einer Abschlußlast versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußlast eine nicht verlustbehaftete Strahlungsabschlußlast ist, daß Strahlungsabschlußlast direkt an den mit nicht-resonan­ ten Querschlitzen (23; 31; 31 a) versehenen Abschnitt (13; 13 a) der Wanderwellenantenne (12; 30) anschließt und durch mindestens einen Querschlitz (21; 32; 32 a) mit einer größeren Länge als die nicht-resonanten Querschlitze (23; 31; 31 a) gebildet ist.

2. Wanderwellenantenne nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Strahlungsabschluß­ last drei Querschlitze (21) mit einem gegenseitigen Abstand aufweist, der etwa gleich einem Zehntel der Wellenlänge ist und die einen Viertelwellentransforma­ tor zu einem offenen Ende des Wellenleiters bilden.

3. Wanderwellenantenne nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß benachbart zu dem Quer­ schlitz (32) der Strahlungsabschlußlast ein Impedanz­ anpaßabschnitt (33) angeordnet ist, der ein geschlos­ senes Ende aufweist.