DE3338261C2 - Schlitzantenne mit metallisierter dielektrischer Platte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schlitzantenne nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1, wie sie aus AGARD Conference Proceedings, No. 139, Nov. 1973, Seiten 22-1 bis 22-15 bekannt ist.

Für einige Anwendungen der Mikrowellen- und Millimeter­ wellentechnik werden sogenannte "planare" Antennen gefor­ dert. Planare Antennen nehmen äußerst geringen Raum ein, sind leicht und können im Vergleich zu herkömmlichen Antennen auch sehr billig in großen Stückzahlen produziert werden.

Bisher werden solche Antennen im wesentlichen als Micro­ strip-Antennen ausgeführt. Dabei treten hauptsächlich zwei Nachteile in Erscheinung. Wird die Arbeitsfrequenz der Antennen sehr hoch gewählt, d. h. im Millimeterwellenge­ biet, steigen die auf der Microstrip-Leitung entstehenden dielektrischen und Stromwärme-Verluste der Leitungswelle scharf mit der Frequenz an. Da die Leistungsaufteilung auf der Antennenstruktur mit Hilfe von Microstrip-Leitungen durchgeführt wird, bedeutet dies, daß ein erheblicher Teil der Antennen-(Sende- bzw. Empfangs-)Leistung verloren geht.

Weiterhin ist bekannt, daß allgemein die Stärke von Neben­ zipfeln weitab von der Hauptstrahlrichtung der Microstrip­ antennen relativ hoch ist, so daß ein erheblicher Teil der von den Antennen abgestrahlten Leistung wiederum verloren geht, d. h. in unerwünschte Richtungen abgestrahlt wird. Dieser Effekt beruht auf der Tatsache, daß in der Micro­ strip-Antennenstruktur auch die zu dem Leitungsnetzwerk für die Leistungsaufteilung gehörigen Teile abstrahlen, vorzugsweise an Leitungsdiskontinuitäten (z. B. Leitungs­ winkeln und Verzweigungen).

Beide genannten Erscheinungen reduzieren die Wirksamkeit von Microstripantennen im Vergleich zu z. B. üblichen Hohlleiter-Schlitzantennen. Der Vorteil der Microstrip­ antennen ist jedoch, daß sie mit photolithographischen Verfahren hergestellt werden können, welche billig und für Massenproduktion geeignet sind, während Hohlleiterschlitz­ antennen mechanisch aufwendig sind und daher teuer in der Produktion.

In AGARD Conference Proceedings, No. 139, Nov. 1973, Seiten 22-1 bis 22-15 wird eine Mikrowellen-Antenne beschrieben, die aus einem großen, flachen Resonator besteht, dessen eine flache Seite mit Schlitzen zur Abstrahlung einer Welle versehen ist, und der durch eine Hohlleiter-Schlitzstrahler-Zeile an einer Stirnseite mit einer Hohlleiterwelle angeregt wird. Der Resonator selbst besteht aus einer Platte Schaumstoff, auf die eine Metallisierung aufgebracht ist.

Im Millimeterwellenbereich ist ein entsprechender Hohlleiter- Schlitzstrahler für die Speisung der Antenne jedoch sehr teuer und im oberen Frequenzbereich mechanisch kaum noch herstellbar.

Aus der DE-PS 8 82 430 ist ferner ein Hohlleiter-Schlitzstrahler bekannt, bei dem die Schlitzantenne durch eine Hohlleitung gespeist wird, die auf der von der Strahlerfläche der Antenne abgekehrten Seite der Antenne angeordnet ist und über einen Hohlraumkrümmer mit einer der Stirnseiten der Antenne verbunden ist.

Aus der US-PS 30 22 506 ist schließlich ein Hohlleiter-Schlitz­ strahler bekannt, der von der der Strahlerfläche der Antenne abgekehrten Seite durch eine Hohlleitung gespeist wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antenne der eingangs genannten Art anzugeben, die selbst bei sehr hohen Frequenzen im Milli­ meterwellenbereich nur geringe Verluste aufweist und eine gute Kontrolle der Nebenzipfel ermöglicht und die dennoch zum über­ wiegenden Teil auf photolithographischem Wege hergestellt werden kann.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Ausführungen der Erfindung.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er­ läutert.

Bei der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Antenne wird ebenfalls eine metallisierte dielektrische Platte (Substrat­ platte) als Resonator benutzt. Die Strahlerschlitze auf der metallisierten Fläche der Platte können leicht photolithogra­ phisch erzeugt werden. Als Material für die Anwendung bieten sich gerade bei sehr kurzen Wellenlängen die in der Mikrowellentechnik als Substratmaterialien für Microstripschaltungen benutzten dielektrischen Platten mit aufgeklebten oder aufgedampften Metallschichten an. Die Metallisierung der Kanten der Platte kann leicht mit Hilfe von in der Leiterplattentechnik üblichen Beschichtungsver­ fahren erzielt werden. Zur Anregung der Wellen in der Resonatorplatte ist erfindungsgemäß eine Anordnung ge­ wählt, die, anders als die in der genannten Veröffentli­ chung, es erlaubt, auch für diesen Zweck photolithographi­ sche Verfahren einzusetzen: Die Anregung der Resonator­ platte geschieht durch Schlitze an einer der flachen Seiten der Platte; die Schlitze selbst werden durch einen Speisehohlleiter angeregt, der sich über diesen befindet.

Werden die Speiseschlitze und der Speisehohlleiter auf derselben Seite angebracht wie die Strahlerschlitze, ergibt sich eine Konfiguration wie in Fig. 1; der Speise­ hohlleiter ist dann im wesentlichen nur ein U-Profil und seine vierte Wand wird durch die mit den Speiseschlitzen versehene Metallisierung der Substratplatte dargestellt.

Die Anordnung der Schlitze zur Speisung wie der Schlitze zur Abstrahlung ergibt sich aus der Form der in der Reso­ natorplatte erwünschten Welle.

In der zitierten Veröffentlichung wird ein höherer Hohl­ leiter-Mode benutzt, dessen elektrisches Feld senkrecht auf den Wänden der Resonatorplatte steht. Die Hohlleiter- Schlitz-Zeile zur Speisung des Resonators ist dort dement­ sprechend mit Längsschlitzen auf der Breitseite des Hohl­ leiters versehen. Eine Adaption dieser Schaltungsart für die erfindungsgemäße Antenne ist in Fig. 2 gezeigt. Zur Anpassung des Speisehohlleiters an die Resonatorplatte ist es notwendig, daß die Resonatorplatte etwa λ/2 neben der Schlitzzeile endet, wobei λ die Betriebswellenlänge der Antenne innerhalb der Substratplatte ist.

Eine andere Ausführung, vgl. Fig. 3, sieht vor, daß sich die Schlitzzeile in der Schmalseite des Speisehohlleiters befindet und einen Hohlleiter-Moden anregt, dessen elek­ trisches Feld parallel zu den elektrisch leitenden Wänden des Resonators verläuft. Zur Anpassung des Speisehohllei­ ters ist es in diesem Fall nötig, die Resonatorplatte etwa λ/4 neben der Schlitzzeile zu beenden.

Claims (4)

1. Schlitzantenne mit metallisierter dielektrischer Platte, welche durch einen Hohlleiter gespeist wird, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß die Speisung der Antenne durch Speiseschlitze in der Metallisierung an einer der flachen Seiten der Platte er­ folgt,
• - daß der Speisehohlleiter über den Speiseschlitzen auf der mit den Speiseschlitzen versehenen Metallisierung ausgebildet ist, dergestalt, daß seine der Platte zugewandte untere Wand durch diese Metallisierung gebildet ist,
• - daß die aus Speisehohlleiter und Speiseschlitzen bestehende Speiseanordnung auf derselben Seite der Platte angeordnet ist wie die Strahlerschlitze und daß der Speisehohlleiter im Bereich der Platte ein U-Profil ist, welches durch die Metallisierung geschlossen wird.

2. Schlitzantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseschlitze Längsschlitze sind, die der Breitseite des Speise­ hohlleiters zugeordnet sind und daß die Platte in einem Abstand von etwa λ/2 neben den Speiseschlitzen endet, wobei λ die Betriebswellenlänge der Antenne in der dielektrischen Platte ist.

3. Schlitzantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseschlitze Schlitze sind, die der Schmalseite des Speisehohl­ leiters sind und daß die Platte in einem Abstand von etwa λ/4 neben den Speiseschlitzen endet, wobei λ die Betriebswellenlänge der Antenne in der dielektrischen Platte ist.

4. Schlitzantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseanordnung in der Mitte der Platte verläuft.