DE3219365C1

DE3219365C1 - Längsstrahler-Richtantenne

Info

Publication number: DE3219365C1
Application number: DE19823219365
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 8000 München Kristkoiz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-05-24
Filing date: 1982-05-24
Publication date: 1986-07-17

Description

Derartige längsstrahlende Richtantennen nach Yagi-Art sind beispielsweise aus dem Buch von Meinke/ Gundlach, Taschenbuch der Hochfrequenztechnik, Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1956, Seiten 471 und 472 bekannt. Diese bekannten Antennen erfordern bei Verwendung für vertikale Polarisation jedoch eine ziemlich große Bauhöhe, die für bestimmte Anwendungszwecke, z. B. bei der Anbringung auf Fahrzeugen, nicht in Kauf genommen werden kann. Beispielsweise kann es erforderlich sein, eine Richtantenne für den Empfang von vertikal polarisierten, von Trans- pondergeräten stammenden IFF (Identification-Friend-Foe = Freund-Feind-Kennung)-Antwortsignalen zu erstellen, die dann auf einem das Abfragegerät enthaltenden Fahrzeug aufgebaut werden soll. Die Richtcharakteristik dieser Antenne sollte, je nach Anwendungszweck, z. B. bei Panzerfahrzeugen, der Blickrichtung des Kommandantenperiskops, der Zielrichtung der Bordkanone oder der Drehung des Panzerwagenturms folgen.
Die Antenne sollte sowohl Ziele auf der Erde als auch in der Luft erfassen. Sie sollte möglichst klein und leicht sein, damit sie universell einsetzbar ist. So soll beispielsweise die Grundfläche dieser Richtantenne die Dachfläche des Periskoprohres nicht überschreiten. Eine noch weitergehende Verkleinerung der Antennengrundfläche, z. B. auf die halbe Größe der Periskopdachfläche, könnte es ermöglichen, auf dem Periskoprohr außer der Richtantenne auch noch Teile der Elektronik zu installieren. Bisher wurde für derartige Verwendungszwecke keine Richtantenne, sondern eine vertikal polarisierte Rundstrahlantenne verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Längsstrahler-Richtantenne nach Yagi-Art für vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen höherer Frequenzen so zu gestalten, daß sich eine erheblich flachere Bauweise ergibt und der Einsatz für die angegebenen Verwendungszwecke ermöglicht wird. Dabei soll aber die Antenne auch breitbandig benutzt werden können.
Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Richtantenne der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß über einer elektrisch leitenden Gegengewichtsplatte ein den Hauptstrahler bildender Wanderwellenstrahler angeordnet ist, der als vertikale, in Hauptstrahlrichtung verlaufende leitende, ebene Fläche ausgebildet ist, die auf der den Direktoren zugewandten Seite bogenförmig abgerundet ist, derart, daß der Abstand zur Gegengewichtsplatte mit geringer werdendem Abstand zu den Direktoren anwächst, daß der Reflektor eine vertikal sowie leitend auf der Gegengewichtsplatte angebrachte und vertikal zur Fläche des Hauptstrahlers verlaufende Metallwand ist, zu der in einer Höhe von etwa einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge über der Gegengewichtsplatte eine leitende metallische Verbindung vom Hauptstrahler her vorgesehen ist, und daß die Direktoren auf der Gegengewichtsplatte kammartig nach oben abstehend in einer Ebene angeordnet sind, die mit derjenigen Ebene übereinstimmt, in der auch die Fläche des Hauptstrahlers liegt. Die flache Bauweise wird dadurch erreicht, daß eine vertikal polarisierte Antennenhälfte mit Trennlinie in der Symmetrieachse der Gesamtantenne unmittelbar über einer Gegengewichtsplatte angeordnet ist. Damit beansprucht die zweite Antennenhälfte also keinen eigenen Raum. Sie erscheint als Spiegelbild im Gegengewicht. Die Breitbandigkeit der Antenne wird durch die besondere Ausbildung des Hauptstrahlers als Wanderwellenstrahler sowie dessen Kombination mit den Direktoren und der Reflektorwand erreicht.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen, die in drei Figuren dargestellt sind, erläutert. Es zeigt F i g. 1 die Seitenansicht einer Breitband-Richtantenne nach der Erfindung, F i g. 2 eine Ansicht dieser Antenne von oben, F i g. 3 die Schrägansicht einer aus vier Richtantennen nach der Erfindung bestehenden Antennenkombination.
Die in F i g. 1 und 2 dargestellte Breitband-Richtantenne nach Yagi-Art soll für den Empfang vertikal polarisierter IFF-Antwortsignale im S-Band verwendet werden. Sie besteht aus einem Hauptstrahler 1, einem dahinter angeordneten Reflektor 2 und mehreren vor dem Hauptstrahler 1 hintereinander angeordneten Direktoren 3 bis 8. Der Hauptstrahler 1 und die Direktoren 3 bis 8 sind über einer elektrisch leitenden Gegengewichtsplatte 9 angeordnet. Der Hauptstrahler 1 ist ein Wanderwellenstrahler, der als vertikale, in Hauptstrahlrichtung 17 der Antenne verlaufende, leitende ebene Fläche ausgebildet ist. Auf der den Direktoren 3 bis 8 zugewandten Seite ist der Hauptstrahler 1 bogenförmig abgerundet, und zwar derart, daß der Abstand zur Gegengewichtsplatte 9 mit geringer werdendem Abstand zu den Direktoren 3 bis 8 anwächst. Der Reflektor 2 ist eine vertikal sowie leitend auf der Gegengewichtsplatte 9 angebrachte und vertikal zur Fläche des Hauptstrahlers 1 verlaufende Metallwand. Zwischen dem Reflektor 2 und dem Hauptstrahler 1 besteht in einer Höhe von etwa einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge über der Gegengewichtsplatte 9 eine leitende metallische Verbindung 16. In der den Reflektor 2 bildenden Wand ist unmittelbar über der Gegengewichtsplatte 9 eine kleine Öffnung 10 vorgesehen, durch welche die Speisung des Hauptstrahlers 1 erfolgt. Diese Speisung wird koaxial vorgenommen, wozu der Innenleiter 11 der Koaxialspeiseleitung am Hauptstrahler 1 unmittelbar über der Gegengewichtsplatte 9 und der Außenleiter 12 dieser Speiseleitung am Reflektor 2 unmittelbar angeschlossen ist Das Innenleiterstück 11 und das Außenleiterstück 12 bilden eine koaxiale Anschlußbuchse 13.
Die Direktoren 3 bis 8 sind auf der Gegengewichtsplatte 9 kammartig nach oben abstehend in einer Ebene angeordnet, die mit derjenigen Ebene übereinstimmt, in der auch die Fläche des Hauptstrahlers 1 liegt. Die nach Art von Kammzähnen abstehenden Direktoren 3 bis 8 sind über eine Kammleiste 14 miteinander elektrisch und mechanisch verbunden. Die Kammleiste 14 ist auf der Gegengewichtsplatte 9 angebracht, was zugleich zur Kontaktierung der Direktoren 3 bis 8 mit der Gegengewichtsplatte 9 führt.
Die Gegengewichtsplatte 9 ist in Hauptstrahlrichtung 17 nach unten abfallend ausgebildet. Die Direktoren 3 bis 8 sind in ihrer Form an die Bogenform des Hauptstrahlers 1 und an die Krümmung der Gegengewichtsplatte 9 angepaßt. Die Länge der Direktoren 3 bis 8 nimmt mit wachsendem Abstand vom Hauptstrahler 1 ab. Die Länge des längsten Direktors, im Beispiel ist dies der Direktor 3, entspricht etwa der halben Höhe der Fläche des Hauptstrahlers 1. Die Bogenformen des Hauptstrahlers 1, der gestrichelt gezeichneten Umhüllenden der Enden der Direktoren 3 bis 8 und der Gegengewichtsplatte 9 entsprechen dem Verlauf einer exponentiellen oder hyperbolischen Form.
In F i g. 2 ist die Draufsicht auf diese Antenne dargestellt. Zusätzlich ist aus dieser Figur zu entnehmen, daß die Gegengewichtsplatte 9 an ihrem dem Reflektor 2 abgewandten Ende bogenförmig, im dargestellten Beispiel spitzbogenförmig, ausläuft.
Der Hauptstrahler 1, die Direktoren 3 bis 8 sowie die der Verbindung der Direktoren 3 bis 8 dienende Kammleiste 14 sind in Ätztechnik ausgeführt, wobei als Trägermaterial 15 eine doppelt kupferkaschierte Platte aus Isoliermaterial, vorzugsweise eine Teflon-Glas-Platte, vorgesehen ist.
Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Richtantenne nach der Erfindung weist eine Höhe H von etwa einer halben Betriebswellenlänge, eine Breite B ebenfalls von etwa einer halben Betriebswellenlänge und eine Länge L von etwa fünf Viertel der Betriebswellenlänge auf.
F i g. 3 zeigt in einer Schrägansicht eine Breitband-Richtantenne in Flachbauweise, die aus vier Richtantennen 18 bis 21 besteht, die jeweils einer Richtantenne nach dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechen. Die vier Richtantennen 18 bis 21 sind nebeneinander in vier parallelen Ebenen angeordnet. Die Breite dieser Vierergruppe ist etwa doppelt so groß wie die Betriebswellenlänge. Die in F i g. 3 dargestellte Antennenanordnung besteht aus zwei Kammern 22 und 23. In der einen Kammer 22 sind die Richtantennen 18 bis 21 und in der anderen Kammer 23 ist ein Vierfachverteiler 28 zur Speisung der Antennen 18 bis 21 eingebaut. Jede dieser beiden Kammern 22 und 23 ist mit einer steifen Kunststoffhaube 24 bzw. 25 abdeckbar.
Ein Antennengesamtanschluß 26 ist über ein Koaxialkabel 27 mit dem Vierfachverteiler 28 verbunden, von dem vier Koaxialkabelstücke 29 bis 32 zu den koaxialen Speiseanschlußbuchsen 13 der einzelnen Richtantennen 18 bis 21 ausgehen.
Der Vierfachverteiler 28 und die Verbindungskabel 27 sowie 29 bis 32 lassen sich auch als geätzte Schaltung hinten in die gemeinsame Reflektorwand 33 integrieren.
Dadurch kann die hintere Kammer 23 entfallen, was einen kürzeren Antennenaufbau ermöglicht. Die Reflektoren der Richtantennen 18 bis 21 lassen sich somit auf einer metallkaschierten Platte zusammenfassen, wobei das Verteilersystem zur Zusammenschaltung der Richtantennen auf dieser Platte in Ätztechnik ausgeführt ist.
Mit einer S-Band-Richtantenne nach den Fig. 1 und 2 und auch mit der Antennenkombination nach Fig. 3 ist es möglich, im Vertikaldiagramm ein starkes Abheben der Hauptstrahlungskeule von der Horizontalebene, hohe Nebenzipfel und tiefe Einsattelungen der Strahlung weitestgehend zu vermeiden. Das Strahlungsdiagramm erfaßt bevorzugt den oberen Halbraum und insbesondere die Nähe des Horizonts.
Durch die Parallelschaltung der vier Richtantennen zu einer Vierergruppe entsprechend Fig. 3 erzielt man ein horizontales Strahlungsdiagramm mit erhöhtem Gewinn. Die Nebenzipfel lassen sich durch Speisung mit Strömen bestimmter Amplitude oder Phase bei Bedarf verringern. Die Rückstrahlung einer derartigen Vierergruppe ist verhältnismäßig gering.

Claims

Patentansprüche: 1. Längsstrahler-Richtantenne nach Yagi-Art für vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen höherer Frequenzen, insbesondere im GHz-Bereich, mit einem gespeisten Hauptstrahler, einem dahinter angeordneten Reflektor und mehreren vor dem Hauptstrahler hintereinander angeordneten Direktoren, dadurch gekennzeichnet, daß über einer elektrisch leitenden Gegengewichtsplatte (9) ein den Hauptstrahler (1) bildender Wanderwellenstrahler angeordnet ist, der als vertikale, in Hauptstrahlrichtung (17) verlaufende leitende, ebene Fläche ausgebildet ist, die auf der den Direktoren (3 bis 8) zugewandten Seite bogenförmig abgerundet ist, derart, daß der Abstand zur Gegengewichtsplatte (9) mit geringer werdendem Abstand zu den Direktoren (3 bis 8) anwächst, daß der Reflektor (2) eine vertikal sowie leitend auf der Gegengewichtsplatte (9) angebrachte und vertikal zur Fläche des Hauptstrahlers (1) verlaufende Metallwand ist, zu der in einer Höhe von etwa einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge über der Gegengewichtsplatte (9) eine leitende metallische Verbindung (16) vom Hauptstrahler (1) her vorgesehen ist, und daß die Direktoren (3 bis 8) auf der Gegengewichtsplatte (9) kammartig nach oben abstehend in einer Ebene angeordnet sind, die mit derjenigen Ebene übereinstimmt, in der auch die Fläche des Hauptstrahlers (1) liegt 2. Richtantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengewichtsplatte (9) in Hauptstrahlrichtung (17) nach unten abfallend ausgebildet ist.

3. Richtantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengewichtsplatte (9) an ihrem dem Reflektor (2) abgewandten Ende bogenförmig ausläuft.

4. Richtantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengewichtsplatte (9) an ihrem dem Reflektor (2) abgewandten Ende spitzbogenförmig ausläuft.

5. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Direktoren (3 bis 8) in ihrer Form an die Bogenform des Hauptstrahlers (1) und gegebenenfalls an die jeweilige Krümmungsform der Gegengewichtsplatte (9) angepaßt sind.

6. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Direktoren (3 bis 8) mit wachsendem Abstand vom Hauptstrahler (1) abnimmt 7. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des längsten Direktors (3) etwa der halben Höhe der Hauptstrahlerfläche entspricht.

8. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die kammzähneartig abstehenden Direktoren (3 bis 8) über eine Kammleiste (14) elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind, und daß die Kammleiste (14) auf der Gegengewichtsplatte (9) angeordnet ist und damit zugleich eine Kontaktierung der Direktoren (3 bis 8) mit der Gegengewichtsplatte (9) vorgesehen ist 9. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der den Reflektor (2) bildenden Wand unmittelbar über der Gegengewichtsplatte (9) eine kleine Öffnung (10) vorgesehen ist, durch welche die Speisung des Hauptstrahlers (1) erfolgt.

10. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung koaxial erfolgt und dazu der Innenleiter (11) der Koaxialspeiseleitung am Hauptstrahler (1) unmittelbar über der Gegengewichtsplatte (9) und der Außenleiter (12) an der Reflektorwand (2) angeschlossen ist.

11. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenformen des Hauptstrahlers (1), der Umhüllenden der Enden der Direktoren (3 bis 8) und der Gegengewichtsplatte (9) dem Verlauf einer exponentiellen oder hyperbolischen Form entsprechen.

12. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptstrahler (1), die Direktoren (3 bis 8) sowie gegebenenfalls die der Verbindung der Direktoren (3 bis 8) dienende Kammleiste (14) in Ätztechnik ausgeführt sind, wobei als Trägermaterial (15) eine doppelt kupferkaschierte Platte aus Isoliermaterial vorgesehen ist 13. Richtantenne nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial (15) eine doppelt kupferkaschierte Teflon-Glas-Platte vorgesehen ist.

14. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Zusammenschaltung mehrerer derartiger, nebeneinander angeordneter Richtantennen (18 bis 21) zu einer Mehrebenen-Antennenanordnung.

15. Richtantenne nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoren der Richtantennen (18 bis 21) auf einer metallkaschierten Platte zusammengefaßt sind und daß das Verteilersystem zur Zusammenschaltung der Richtantennen auf dieser Platte in Ätztechnik ausgeführt ist.

16. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdeckung eine Kunststoffhaube (24) vorgesehen ist.

17. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als S-Band (2 bis 4 GHz)-Empfangsantenne für ein Abfragegerät in einem Sekundärradar-System.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Längsstrahler-Richtantenne nach Yagi-Art für vertikal polarisierte elektromagnetische Wellen höherer Frequenzen, insbesondere im GHz-Bereich, mit einem gespeisten Hauptstrahler, einem dahinter angeordneten Reflektor und mehreren vor dem Hauptstrahler hintereinander angeordneten Direktoren.