DE3310043C2

DE3310043C2 - Waveguide slot antenna

Info

Publication number: DE3310043C2
Application number: DE19833310043
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Solbach
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1983-03-19
Filing date: 1983-03-19
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2003-03-20
Also published as: DE3310043A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Hohlleiter-Schlitzantenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs. Eine solche Antenne ist beispiels weise aus der DE-AS 11 05 927 bekannt.The invention is based on a waveguide slot antenna according to Preamble of the claim. Such an antenna is an example known from DE-AS 11 05 927.

Zum Aufbau von Funknetzen und für Funk-Überwachungsaufgaben im Millimeterwellengebiet werden neben echten Rundstrahlantennen und Antennen mit hoher Richtwirkung auch Antennen benötigt, die in der Elevation stark bündeln und im Azimut einen Kreis-Sektor ausleuchten. Für solche Antennen können bei Azimut-Öffnungs winkeln von z. B. etwa 90°, siehe Fig. 1, herkömmliche vertikale Schlitz-Zeilen benutzt werden (die in ihrem prinzipiellen Aufbau sehr ähnlich sind zu den beispielsweise aus der US-PS 4 032 917 oder US-PS 3 308 467 bekannten Hohlleiter-Schlitzantennen mit leicht gekrümmter Hohlleiterachse), da diese Strahler selbst Keulen-Öffnungswinkel im Bereich um 90° zeigen. Kleinere Sektoren werden ausgeleuchtet, indem diese Antennen mit entsprechenden Bündelungs-Vorrichtungen ausgestattet werden (z. B. Horn-Strahler, Linsen, Parabolreflektoren). Größere Sektoren hingegen können im Millimeterwellengebiet nur ausgeleuchtet werden durch Zusammenschaltung mehrerer eng bündelnder Antennen mit jeweils um einen gewissen Winkel versetzten Hauptstrahlrichtungen.In addition to real omnidirectional antennas and antennas with a high directional direction, antennas are also required to set up radio networks and for radio monitoring tasks in the millimeter wave range. For such antennas, angles of z. B. about 90 °, see Fig. 1, conventional vertical slot lines are used (which are very similar in their basic structure to the waveguide slot antennas known, for example, from US Pat. No. 4,032,917 or US Pat. No. 3,308,467) slightly curved waveguide axis), since these spotlights themselves show a beam opening angle in the range of 90 °. Smaller sectors are illuminated by equipping these antennas with appropriate bundling devices (e.g. horn radiators, lenses, parabolic reflectors). Larger sectors, on the other hand, can only be illuminated in the millimeter-wave range by interconnecting several closely bundling antennas, each with a main beam direction offset by a certain angle.

Solche Antennengebilde sind aufwendig wegen der Zahl der Einzel antennen und wegen der zur Zusammenschaltung benötigten Ver zweigungsschaltung der Speiseleitung.Such antenna structures are expensive because of the number of individual antennas and because of the Ver branch circuit of the feed line.

Die in der DE-AS 11 05 927 beschriebene Hohlleiter-Schlitzantenne besteht aus einem Rechteck-Hohlleiter, der mit seiner kleinsten Abmessung in radialer Richtung und damit auch mit seiner Hohl leiter(längs)achse schraubenförmig um eine außerhalb des Hohl leiters verlaufende Achse gewickelt ist. Auf einer parallel zu dieser Achse verlaufenden Linie auf der nach außen weisenden Außenwand dieses wie eine Spiralfeder gewickelten Hohlleiters sind mehrere strahlende Schlitze direkt übereinader in der Hohlleiter-Außenwand vorgesehen, und zwar jeweils ein Schlitz pro Hohlleiterwindung.The waveguide slot antenna described in DE-AS 11 05 927 consists of a rectangular waveguide, with its smallest Dimension in the radial direction and thus also with its hollow conductor (longitudinal) axis helically around an outside of the hollow conductor axis is wound. On a parallel to this line running on the outward-facing line Outside wall of this waveguide wound like a spiral spring there are several radiating slots directly one above the other in the Waveguide outer wall provided, one slot per Waveguide turn.

Eine weitere Antennenform zur Ausleuchtung größerer Sektoren bildet die Doppel-Kegelantenne mit eingesetzten Schirmwänden (siehe BARROW, W. L. et al.: Biconical Electromagnetic Horns. In: Proceedings of the IRE, December 1939 S. 769 bis 779). Da der Aufbau von Doppelkegel-Antennen mit hoher Bündelung in der Elevation jedoch zu sehr großen Abmessungen führt und mechanisch sehr aufwendig wird, ist diese Antennenform ungünstig.Another form of antenna for illuminating larger sectors forms the double cone antenna with inserted screen walls (see BARROW, W.L. et al .: Biconical Electromagnetic Horns. In: Proceedings of the IRE, December 1939 pp. 769 to 779). Because the construction of double-cone antennas with high concentration in the elevation, however leads to very large dimensions and is mechanically very complex, this antenna shape is unfavorable.

Ferner ist aus der der US-PS 4 197 549 eine Hohlleiter- Schlitzantenne mit Rundstrahlcharakteristik bekannt, die aus einem geraden Rundhohlleiter besteht. Bei dieser Antenne sind auf insgesamt vier parallel zur Hohlleiter(längs)achse verlaufenden Linien auf der Außenwand des Hohlleiters jeweils mehrere Längs schlitze direkt übereinander in der Hohlleiter-Außenwand vorge sehen, wobei die einzelnen Schlitze von zwei direkt benachbarten Linien der vier Linien jeweils paarweise in gleicher Höhe in der Hohlleiter-Außenwand angebracht sind. Die einzelnen Schlitze der beiden anderen direkt benachbarten Linien sind ebenfalls paarweise jeweils in gleicher Höhe in der Hohlleiter-Außenwand angebracht, allerdings gegenüber den entsprechenden Schlitzpaaren der ersteren beiden Linien um einen bestimmten Abstand entlang der Hohlleiter(längs)achse verschoben.Furthermore, a waveguide is known from US Pat. No. 4,197,549. Slot antenna with omnidirectional characteristic known from there is a straight circular waveguide. With this antenna are on a total of four parallel to the waveguide (longitudinal) axis Lines on the outer wall of the waveguide each several longitudinal slots directly one above the other in the waveguide outer wall see, the individual slots of two directly adjacent Lines of the four lines each in pairs at the same height in the Waveguide outer wall are attached. The individual slots of the two other directly adjacent lines are also in pairs at the same height in the outer waveguide wall attached, but opposite the corresponding slot pairs the first two lines along a certain distance the waveguide (longitudinal) axis shifted.

Schließlich ist aus der US-PS 2 947 988 eine Hohlleiter-Schlitzantenne mit Rundstrahlcharakteristik bekannt, die aus einem geraden Rundhohlleiter besteht und bei der die Schlitze entlang einer sich auf der Wand des Hohlleiters spiral förmig um die Hohlleiterachse windenden Linie angeordnet sind.Finally, a waveguide slot antenna is also known from US Pat. No. 2,947,988 Omnidirectional characteristic known, which consists of a straight circular waveguide and where the slots spiral along one on the wall of the waveguide are arranged in a shape around the waveguide axis winding line.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Antenne der eingangs ge nannten Art zu schaffen, die bei möglichst geringem Aufwand auch die Ausleuchtung eines größeren Kreis-Sektorgebietes im Azimut mit Azimut-Öffnungswinkeln größer 90° gestattet, bei erheblicher Bündelung in der Elevation. The invention has the object of an antenna of the beginning named type to create, with the least possible effort the illumination of a larger circular sector area in azimuth permitted with azimuth opening angles greater than 90 °, with considerable Bundling in the elevation.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Hohlleiter-Schlitzantenne erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.This task is performed with a generic waveguide slot antenna according to the invention in the characterizing Part of the claim specified features solved.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 2 und 3 näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.

Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne ist in Fig. 2 gezeichnet. In Fig. 2A ist die Antenne von der Seite gezeigt. In einem Rechteck-Hohlleiter 1 mit Flansch 2 befinden sich Schlitze 3. Entgegen der üblichen Bauweise von Hohlleiter-Schlitzantennen ist der Hohlleiter 1 jedoch um seine Achse verdrillt. Dadurch werden die Strahlungs diagramme 4 der einzelnen Schlitze versetzt und decken einen Kreissektor im Azimut ab, siehe Fig. 2B. Die Strah lungsbündelung in der Elevation wird bestimmt durch die Interferenz der übereinander liegenden Schlitzstrahler. Da die Hauptstrahlrichtungen der Strahler untereinander zum Teil sehr verschieden sind, liefern nur solchen Schlitz strahler nennenswerte Beiträge bei der Überlagerung ihrer Kernfelder (Interferenz), die einander nahe sind (sich in ihren Hauptstrahlrichtungen nur wenig unterscheiden). Das bedeutet, daß bei einer gegebenen Länge des Hohlleiters die Bündelung in der Elevation mit dem Winkel der Ver drillung des Hohlleiters, d. h. mit der Größe des auszu leuchtenden Sektors, abnimmt. Andererseits bedeutet dies, daß bei einer gegebenen Bündelung in der Elevation die Länge der Antenne mit der Größe des auszuleuchtenden Sektors ansteigt; die in Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Antenne muß etwa die doppelte Länge einer Antenne be sitzen, die, wie die in Fig. 1 gezeigte, keine Verdrillung aufweist.An embodiment of the antenna according to the invention is shown in FIG. 2. The antenna is shown from the side in FIG. 2A. There are slots 3 in a rectangular waveguide 1 with a flange 2 . Contrary to the usual design of waveguide slot antennas, the waveguide 1 is twisted about its axis. As a result, the radiation diagrams 4 of the individual slots are offset and cover a circle sector in azimuth, see FIG. 2B. The radiation bundling in the elevation is determined by the interference of the slot radiators lying one above the other. Since the main beam directions of the emitters are sometimes very different from one another, only those slot emitters make significant contributions to the superposition of their core fields (interference) that are close to one another (differ only slightly in their main beam directions). This means that, for a given length of the waveguide, the bundling in the elevation with the angle of the drilling of the waveguide, ie the size of the sector to be illuminated, decreases. On the other hand, this means that for a given bundling in elevation, the length of the antenna increases with the size of the sector to be illuminated; the antenna according to the invention shown in Fig. 2 must be about twice the length of an antenna which, like the one shown in Fig. 1, has no twist.

Eine weitere vorteilhafte Bauform der erfindungsgemäßen Antenne ist in Fig. 3 gezeigt. Hier ist der Hohlleiter als Rundhohlleiter 5 ausgeführt mit Schlitzen 6 auf einer spiralförmigen Linie im Mantel der Leitung. Die Polarisa tion der Welle im Hohlleiter wird durch einen verdrillten dielektrischen Einsatz 7 im Innern der Leitung 5 ebenfalls spiralförmig gedreht.Another advantageous design of the antenna according to the invention is shown in FIG. 3. Here, the waveguide is designed as a circular waveguide 5 with slots 6 on a spiral line in the jacket of the line. The polarization of the wave in the waveguide is also rotated spirally by a twisted dielectric insert 7 inside the line 5 .

Claims

Waveguide slot antenna, in particular for the Millimeterwellenbe range, with a circular sector radiation diagram in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the waveguide, with a waveguide which has several radiating slots along its longitudinal axis in its wall, characterized in that

- That either a rectangular waveguide ( 1 ) is used as the waveguide, in which the radiating slots ( 3 ) are arranged in its broad or narrow side, and is twisted spirally about its longitudinal waveguide axis ( Fig. 2), or
- That a hollow waveguide ( 5 ) is used as the waveguide, in which the radiating slots ( 6 ) are arranged on a spiral line in the wall of the hollow waveguide ( 5 ), and that the polarization of the waveguide shaft is twisted by a spiral and the hollow waveguide ( 5 ) not completely filling dielectric insert ( 7 ) in the circular waveguide ( 5 ) is also rotated ( Fig. 3).