DE3409651C2 - Flache Schwenkantenne für Millimeterwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwenkantenne nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus Proceedings 13th European Microwave Conference, 1983, Seiten 413-418, bekannt ist.

Für zum Beispiel Aufgaben in der radarunterstützten Navigation von Flugkörpern werden zunehmend Antennen gefordert, deren Strahlungskeulen schnell geschwenkt werden können. Speziell in Flugkörpern werden Antennen benötigt, die ihre Strahlungskeulen nur in einer Ebene, quer zur Flugrichtung, schwenken können.

Solche Antennen werden bisher meist mit schwenkbaren Spiegeln realisiert. Wegen der unvermeidlichen Beschleunigungskräfte an den bewegten Massen solcher Mechanismen kommen hier nur relativ kleine Schwenkraten in Frage.

Für schnelles Schwenken werden Weitwinkel-Linsen (z. B. Luneburglinse oder Geodätische Linse, vgl. die eingangs genannte Schrift) eingesetzt, wobei entweder eine Vielzahl von Speisestellen auf dem Rand der Linse durch elektronische Schalter wahlweise eingeschaltet werden, oder durch eine rotierende Speiseanordnung der Ort der Speisestelle auf dem Rand der Linse kontinuierlich verändert wird.

Aus der US-PS 4 146 895 ist eine solche geodätische Linse bekannt, auf deren einen Seite eine Vielzahl von Speisestellen angeordnet ist und auf deren anderen Seite eine Hohlleiter- Schlitzantenne angeschlossen ist, die aus einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden Strahlerzeilen gebildet wird.

Aus der vor dem Anmeldetag angemeldeten, aber erst nach dem Anmeldetag veröffentlichten DE 32 18 237 C2 ist eine Parallel­ platten-Schichtlinse beschrieben, die ähnlich wie eine Luneburglinse aufgebaut ist und bei der das fokussierende Element gebildet wird durch eine erste Platte und eine zweite Platte, wobei letztere eine dielektrische Schicht trägt. Die ganze Plattenanordnung ist rotationssymmetrisch, wobei die der ersten Platte gegenüberstehende Oberfläche der dielektrischen Schicht eben ist und die dielektrische Schicht in die zweite Platte eingebettet ist.

Aus dem Artikel von D. Schroeder, "Die Luneburg-Linse in der Radartechnik" in Fernmelde-Ingenieur, 34 (1980), 5, Seiten 19 bis 32, ist ferner bekannt, daß sich die Bündelungswirkung der Luneburg- Linse in der Praxis nur unvollkommen verwirklichen läßt, da es kein brauchbares Herstellungsverfahren für Linsenkörper mit einer zwei- bzw. dreidimensionalen stetigen Verteilung des Brechungsindexes n als Funktion des Radius r gibt. Als Ausweg wird in diesem Artikel deshalb vorgeschlagen, die Kontur einer kugelförmigen Luneburg-Linse stufenweise zu formen, indem eine solche Linse in kugelsymmetrischer Schalenbauweise erstellt wird, wobei der Brechungsindex n in jeder Schale individuell konstant ist, sich aber von Kugelschale zu Kugelschale geringfügig ändert.

Aus der US-PS 4 359 741 ist bekannt, daß bei Antennen auch zylindrische dielektrische Linsen eingesetzt werden können.

Die Antennenbündelung in der Ebene senkrecht zu der Ebene der Keulenschwenkung wird nach dem Stand der Technik entweder durch eine an die Anordnung angeschlossene Bündelungslinse (EP 86 351 A1), Hornstrahler (Proceedings 13th European Microwave Conference, 1983, Seiten 413-428), oder einen z. B. parabolförmig gebogenen Reflektorspiegel im Strahlenweg der Schwenkantenne (Microwave Scanning Antennas, Vol. I, Apertures, von R. C. Hansen (Editor), Academic Press, New York, 1964), erzielt. Alle Formen besitzen jedoch einen großen Raumbedarf und eignen sich nicht für Anwendungen, in denen das Volumen der Antenne kritisch ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schwenkantenne der eingangs genannten Art anzugeben, die einerseits möglichst flach aufgebaut ist und ein möglichst geringes Volumen beansprucht und die andererseits möglichst einfach in ihrem Aufbau ist.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Die weiteren Ansprüche beinhalten bevorzugte Ausführungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figur näher erläutert, in der eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen flachen Schwenkantenne gezeigt ist. Hier werden Wellen (TE₁₀-Wellen in den Anschlußhohlleitern, TEM-Wellen im Linsenbereich und hybride Wellen in den Antennenzeilen) benutzt, deren elektrisches Hauptfeld senkrecht auf den metallischen Deckelflächen steht. Die Linse ist als zylindrische dielektrische Linse ausgeführt. Die Strahlerzeilen sind als dielektrische Bildleitungsantennen ausgeführt (vgl. IEEE MTT-S 1979, International Microwave Symp. Digest, Seiten 214-216), wobei dielektrische Stäbe auf der leitenden Grundplatte zur Wellenführung dienen und Strahlung durch eine große Zahl von auf den dielektrischen Stäben angebrachten Leitungsstörungen (Leitungsdiskontinuitäten) aufgenommen bzw. abgegeben werden kann. Zwischen Antenne und Linse ist ein Wellentypwandler angeordnet.

Da dielektrische Linsen mit kontinuierlich variierendem Brechungsindex schwierig herzustellen bzw. teuer sind, wird die Linse vorteilhafterweise aus konzentrischen Ringen mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebaut, um die Luneburg-Beziehung anzunähern, oder es wird eine einfache zylindrische Linse mit konstantem Brechungsindex benutzt (zur Luneburg-Beziehung):

Sei R der maximale Radius der Linse (0<r<R), ρ=r/R, h = normale Hohlleitertiefe, h′ = Hohlleitertiefe in Abhängigkeit von r, dann ist h′(r) so zu variieren, daß

Claims (3)

1. Schwenkantenne für Millimeterwellen, mit einer flachen Weitwinkellinse, welche bezüglich einer senkrecht zum Strahlengang verlaufenden Achse rotationssymmetrisch ist, und mit einer Vielzahl von Speisestellen auf dem Rand der Linse, wobei auf einer Seite der Weitwinkellinse eine Vielzahl von Hohlleiteranschlüssen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß den Hohlleiteranschlüssen diagonal gegenüber auf der anderen Seite der Linse eine Schlitzantenne mit einer Vielzahl nebeneinanderliegender Strahlerzeilen angeordnet ist;
• - daß die Strahlerzeilen der Schlitzantenne als dielektrische Bildleitungsantennen ausgeführt sind, mit dielektrischen Stäben auf einer leitenden Grundplatte und einer großen Zahl von Leitungsstörungen auf den Stäben;
• - daß die Weitwinkellinse eine zylindrische dielektrische Linse ist.

2. Schwenkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Linse einen konstanten Brechungsindex aufweist.

3. Schwenkantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Linse aus konzentrischen Ringen mit unterschiedlichem Brechungsindex aufgebaut ist.