DE3218690C1

DE3218690C1 - Bikonische Rundstrahlantenne

Info

Publication number: DE3218690C1
Application number: DE3218690A
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing.(grad.) 8000 München Lüdiger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1986-07-17
Also published as: IT1160821B; FR2573576A1; GB2165097B; FR2573576B1; GB2165097A; IT8320225A0; IT8320225A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine rotationssymmetrische bikonische Rundstrahlantenne mit Speisung über eine von unten zentral eingeführte Koaxialleitung, deren Innenleiter an der Spitze des oberen Konus und deren Außenleiter aji-der der Spitze des oberen Konus zugewandten Spitze des unteren Konus angeschlossen ist, und mit einem oder mehreren koaxial zwischen den beiden Koni angeordneten Polarisationsgittern, die jeweils aus schmalen, parallel verlaufenden elektrischen Leitern bestehen, welche gegen die Horizontalebene geneigt sind.

Bikonische Rundstrahlantennen mit Koaxialleitungsspeisung sind bekannt, z. B. aus dem Buch von Silver: Microwave Antenna Theory and Design, Mac G raw-Hill Book Company, 1949, Seite 10, und der FR-PS 15 12 589. Sie können verhältnismäßig breitbandig über einen großen Frequenzbereich hinveg betrieben werden. In üblicher Weise strahlen sie ausschließlich vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen ab.

Aus IRE Convention Record, Part. I, 1955, Seiten 28—31 ist es darüber hinaus bekannt, bei einer rotationssymmetrischen bikonischen Rundstrahlantenne zur Abstrahlung zirkulär polarisierter Wellen zwischen den beiden Koni mehrere koaxial angeordnete Polarisationsgitter vorzusehen, die jeweils aus schmalen, parallel verlaufenden Leitern bestehen, welche gegen die Horizontalebene geneigt sind. Die Polarisationsgitter, weiche über den gesamten sich zwischen den beiden Koni befindlichen Zwischenraum gleichmäßig bis zum äußeren Rand hin verteilt sind, wandeln die ursprünglich vertikal polarisierten in zirkulär polarisierte Wellen um.

Diese bekannte Antenne läßt sich somit ausschließlich innerhalb eines einzigen Frequenzbandes einsetzen und hier zur Abstrahlung zirkulär polarisierter Wellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine bikonische Antenne so zu gestalten, daß mit ihr in zwei voneinander entfernten Frequenzbändern gesendet und/oder empfangen werden kann, wobei im unteren Frequenzband eine vertikale Linearpolarisation vorliegt und im oberen Frequenzband jede beliebige andere Polarisation möglich ist. Bislang ließ sich ein solches Problem lediglich dann lösen, wenn für jedes Frequenzband eine besondere Rundstrahlantenne verwendet wurde, was aber bedeutet, daß insgesamt zwei Antennen erforderlich werden.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine rotationssymmetrische bikonische Rundstahlantenne der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur zusätzlichen Abstrahlung vertikal polarisierter Wellen in einem niedrigeren Frequenzband der Zwischenraum zwischen den beiden Koni in einem äußeren Bereich von Polarisationsgittern freigehalten ist Die Wellen des unteren Frequenzbandes werden dann unbeeinflußt in vertikaler Linearpolarisation abgestrahlt, wogegen die Wellen des oberen Frquenzbandes mit einer dem äußeren Gitter bzw. dem einzigen Gitter entsprechenden Polarisation abgestrahlt werden. Es handelt sich somit bei der Antennenanordnung nach der Erfindung in der Wirkung um eine Doppelrundstrahlantenne für zwei verschiedene Polarisationen, bei der die Antenne für das obere Frequenzband in die Antenne für das untere Frequenzband integriert ist.

Werden z. B. zwei Gitter mit mäanderförmig verlaufenden Leitern verwendet, so läßt sich im oberen Frequenzband eine zirkulär polarisierte Strahlung erzielen.

Werden zur Erzeugung von linearer Polarisation im oberen Frequenzband mehrere Poiarisationsgitter verwendet, dann sind die Leiter dieser Gitter in zweckmäßiger Weise unterschiedlich geneigt, und zwar derart, daß die Neigung gegen die Horizontalebene beim innersten Gitter am kleinsten und beim äußersten Gitter am größten ist

Bei Verwendung nur eines einzigen Polarisationsgitters zur Erzeugung von Linearpolarisation im oberen Frequenzband sind dessen Leiter in vorteilhafter Weise um 45° gegen die Horizontalebene geneigt Werden dagegen zur Erzeugung von Linearpolarisation im oberen Frequenzband mehrere Polarisationsgitter verwendet, dann wird nur das äußerste dieser Gitter urn 45° gegen die Horizontalebene geneigt ausgebildet Es lassen sich beispielsweise drei Polarisationsgitter vorsehen, von denen die Leiter des innersten um etwa 16°, die Leiter des mittleren Gitters um etwa 32° und die Leiter des äußeren Gitters um 45° gegen die Horizontalebene geneigt sind. Eine solche Antenne ist geeignet, vertikal polarisierte Signale im unteren Frequenzband auszusenden und horizontal, vertikal, linkszirkular oder rechtszirkuiar polarisierte Signale im oberen Frequenzbereich zu empfangen, wobei alle diese empfangenen Signale aufgrund der 45°-Neigung der Gitterleiter mit einem theoretisch maximalen Verlust von 3 dB gegenüber einer an die spezielle Empfangssignal polarisation angepaßten Antenne behaftet sind.

Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Antenne läßt sich vorzugsweise als Se.kundärradar-Transponderantenne für vertikal polarisierte 5-Band-Signale (2 bis 4 GHz) und beliebig polarisierte X- und K_u-Band-Empfangssignale (8 bis 18 GHz) verwenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Figur dargestel/ten Ausführungsbeispieles erläutert.

Die Figur zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer rotationssymmetrischen bikonischen Rundstrahlantenne für einen Sekundärradar-Transponder. Mit dieser Antenne sollen Signale im X- und AT„-Band empfangen und Signale im S-Band ausgesendet werden. Die Antenne weist einen oberen metallischen Konus 1 und einen unteren metallischen Konus 2 auf. Die Spitzen der beiden Koni 1 und 2 sind einander zugewandt. Der Innenleitcr 3 einer koaxialen Speiseleitung ist im Bereich der Spitze des oberen Konus 1 angeschlossen, während der Außenleiter 4 dieser koaxialen Speiseleitung mit der Spitze des unteren Ko.ti«.2 leitend verbunden ist. Rund um die senkrecht verlaufende und mit der Rotationssymmetrieachse identischen Längsachse der Antenne sind drei zylindrische Träger 5,6 und 7 aus Schaummaterial angeordnet, die an ihren oberen und unteren Rändern der bikonischen Form angepaßt sind. Diese Träger 5,6 und 7 dienen zur Aufnahme von drei Polarisationsfolien 8,9 und 10, welche die Längsachse ebenfalls konzentrisch umschließen. Ein vierter Trägerring 11, der ebenfalls der bikonischen Form angepaßt ist und aus Schaummaterial besteht, ist zur Stabilisation vorgesehen. Die Polarisationsfolien 8,9 und 10 bestehen jeweils aus parallel verlaufenden, leitenden Streifen, wobei die Streifen der inneren Polarisationsfolie 8 um etwa 16°, die Streifen der mittleren Polarisationsfolie 9 um etwa 32° und die Streifen der äußeren Polarisationsfolie 10 um 45" gegen die Horizontalebene geneigt sind. Durch die Polarisationsfolien 8, 9 und 10 wird eine Drehung der Polarisation der elektromagnetischen Wellen im oberen Frequenzband, d. h. im X- und ίΤ,,-Band, um 45° in drei Stufen erreicht. Die Polarisationsfolien 8, 9 und 10 wirken den lediglich im X- und ΑΓ,,-Band aus. Auf das S-Band haben sie keine Auswirkvag. Die vertikale Aperturausdehnung im dargestellten A ysführungsbeispiel beträgt 0,65 /Z₀ und die horizontale Ausdehnung jedes der beiden Koni 1 und 2 beläuft sich auf 0,77 Ao, wobei Aq die Betriebswellenlänge im S-Band darstellt Es ergibt sich somit ein öffnungswinkel zwischen den beiden Koni 1 und 2 von etwa 80°.

Die bikonische Antenne ist in einem bestimmten Abstand über einer kreisrunden metallischen Grundplatte 12 angeordnet. Auf dieser metallischer. Grundplatte 12 ist ein aus Absorbermaterial bestehender Ring 13 angeordnet, der sich konzentrisch angeordnet vom Rand der metallischen Grundplatte 12 bis zum äußeren Rand des unteren Konus 2 erstreckt und somit in seiner Höhe so bemessen ist, daß er mit dem äußeren Rand des unteren Konus 2 abschließt Der äußere Rand des unteren Konus 2 ist über einen senkrecht verlaufenden Leiterbereich 14 mit der Grundplatte 12 verbunden, wodurch der Abstand der bikonischen Antenne zur Grundplatte 12 definiert wird.

Die bikonische Antenne nach der Erfindung wird mittels einer dielektrischen Schutzhaube 15 abgedeckt

Mit der im Ausführungsbeispiel dargestellten Antenne läßt sich eine Forderung nach vertikaler Polarisation im 5-Band und einer um 45° geneigten Polarisation im X- und Ku-Bana erfüllen. Sie läßt sich somit als Transponderantenne verwenden, die Signale im X- und Ku-Band empfängt und Signale im S-Band aussendet Die zu empfangenden Signale können horizontal, vertikal, linkszirkular oder rechtszirkular polarisiert sein. Eine Antenne, die unter 45° polarisiert ist, empfängt alle diese Signale mit einem theoretisch maximalen Verlust von 3 dB gegenüber einer an die spezielle Polarisation angepaßton Antenne.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotationssymmetrische bikonische Rundstrahlantenne mit Speisung über eine von unten zentral eingeführte Koaxialleitung, deren Innenleiter an der Spitze des oberen Konus und deren Außenleiter an der der Spitze des oberen Konus zugewandten Spitze des unteren Konus angeschlossen ist, und mit einem oder mehreren koaxial zwischen den beiden Koni angeordneten Polarisationsgittern, die jeweils aus schmalen, parallel verlaufenden elektrischen Leitern bestehen, welche gegen die Horizontalebene geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur zusätzlichen Abstrahlung vertikal polarisierter Wellen in einem niedrigeren Frequenzband der Zwischenraum zwischen den beiden Koni (1, 2) in einem äußeren Bereich von Polarisationsgittern (8, 9,10) freigehalten ist

2. Rundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeidüet, daß. bei Verwendung von mehreren Polarisationsgittern (8_t 9,10} die Leiter dieser Gitter unterschiedlich geneigt sind, und zwar derart, daß die Neigung gegen die Horizontalebene beim innersten Gitter (8) am kleinsten und beim äußersten Gitter (10) am größten ist

3. Rundstrahlantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung nur eines einzigen Polarisationsgitters die Leiter dieses Gitters um 45° gegen die Horizontalebene geneigt sind.

4. Rundstrahlantenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter des äußersten Polarisationsgitters (10) um 45° gegen die Horizontalebene geneigt sind.

5. Rundstrahlantenne nash Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß drei PoJansationsgitter (8, 9, 10) vorgesehen sind, von denen die Leiter des inneren Gitters (8) um etwa 16°, die Leiter des mittleren Gitters (9) um etwa 32° und die Leiter des äußeren Gitters (10) um 45° gegen die Horizontalebene geneigt sind.

6. Rundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrisch angeordneten Polarisationsgitter (8,9, 10) in Form von Polarisationsfolien ausgeführt sind, deren Leiter durch Streifen gebildet sind.

7. Rundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsfolien (8, 9, 10) zwischen ringförmig ausgebildeten, aus Isoliermaterial bestehenden Trägern (5,6,7,11) angeordnet sind, die an ihren oberen und unteren Rändern der bikonischen Form angepaßt sind.

8. Rundstrahlantenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial der Träger (5,6,7,11) ein Schaummaterial ist.

9. Rundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anbringung in bestimmtem Abstand über einer kreisförmig ausgebildeten, metallischen Grundplatte (12).

10. Rundstrahlantenne nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über der metallischen Grundplatte (12) ein aus Absorbermaterial bestehender Ring (13) angeordnet ist, der sich konzentrisch angeordnet vom Rand der metallischen Grundplatte (12) bis zum Rand des unteren Konus (2) erstreckt und in seiner Höhe so bemessen ist, daß er mit dem äußeren Rand des unteren Konus (2) abschließt.

11. Rundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Abdeckung mittels einer dielektrischen Schutzhaube (15).

12. Rundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen öffnungswinkel zwischen den beiden Koni (1, 2) von etwa 80°.

13. Rundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Spannweite der ringförmigen Apertur zwischen den beiden Koni etwa das 0,65fache der Länge (/Zo) der längsten zu übertragenden elektromagnetischen Welle beträgt.

14. Rundstrahlantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Sekundärradar-Transponderantenne für vertikal polarisierte S-Band-Signale (2 bis 4 GHz) und beliebig polarisierte X- und ^-Bandsignale(8bisl8GHz).