DE3420046A1

DE3420046A1 - Antennenanzuender fuer elektronische annaeherungs- oder abstandszuender

Info

Publication number: DE3420046A1
Application number: DE19843420046
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing Grad Schricker
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1984-05-29
Filing date: 1984-05-29
Publication date: 1987-01-08
Also published as: DK231485A; GB2176660B; SE8503156L; SE8503156D0; GB2176660A; DE3420046C2; SE463001B

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung im Mikrowellenbereich zu realisieren, die geeignet ist, für den rauhen Einsatz in elektronischen Annäherungs- und Abstandszündern und als Massenartikel kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll sie zum Senden und/oder Empfangen als auch als Symmetriereinrichtung für Geschoßantennen dienen. Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, daß mittels einer solchen gekoppelten Antennenanordnung eine einfache gleichstromwegfreie Symmetrierungseinrichtung mit kleinem Bauvolumen realisierbar ist.

Insbesondere ist eine breitbandige Anpassung an den Systemwellenwiderstand mit kleinem Stehwellenverhältnis sehr leicht möglich unter gleichzeitiger Einsparung eines Trennkondensators.

Weiterhin können mit dieser Anordnung symmetrische Strahlungsdiagramme auch mit in der Nähe von 50Ω liegenden Eingangswiderständen verwirklicht werden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der zu den Ausführungsbeispielen gehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Grundprinzip der Antennenanordnung;

Fig. 2 kapazitiv mit einer Dipolantenne verkoppelte Monopolantenne;

Fig. 3 Stripline-Ausführung der Antennenanordnung für elektronische Annäherungs- und Abstandszünder;
a) Trägersubstrat-Vorderseite (TV)
b) Seitenansicht
c) Trägersubstrat-Rückseite (TR).

In Fig. 1 ist das Grundprinzip der Antennenanordnung 1 dargestellt. Zur asymmetrischen Speisung einer beispielsweise erdsymmetrischen Antenneneinheit 3 mittels einer beispielsweise koaxialen Leitung 4 wird in vorteilhafter Weise eine weitere benachbarte, durch das Medium K elektromagnetisch überkritisch mit der erdsymmetrischen Antenneneinheit 3 verkoppelte Antenneneinheit 2 verwendet. Zur Symmetrierung der Antenneneinheit 3 wird vorzugsweise der Fußpunkt 6 der Antenneneinheit 3 mit dem auf Erdpotential liegenden Rückleiter 5 des Koaxialkabels galvanisch verbunden.

Nach Maßgabe des vorgegebenen Systemwellenwiderstandes, im Beispielsfall der Wellenwiderstand des Koaxialkabels 4, ist die Kopplung K zwischen den Antenneneinheiten 2,3 über die vorgegebenen die Eingangsimpedanz der Anordnung bestimmenden Impedanzwerte der einzelnen Antenneneinheiten 2 und 3 so zu wählen, daß innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite im Betriebswellenlängenbereich die koaxiale Leitung 4 möglichst reflexionsfrei abgeschlossen ist.

Vorzugsweise sind deshalb die Antenneneinheiten 2,3 auf die gleichen Betriebswellenlängen abgestimmt. Zur Dimensionierungshilfe kann in vorteilhafter Weise die erfindungsgemäße Antennenanordnung durch die in der Praxis bestätigte gute Näherung elektrisch durch einen mit einem Parallelkreis (im wesentlichen durch die andere Antenneneinheit 3 verwirklicht) verkoppelten Serienresonanzkreis (im wesentlichen durch die Antenneneinheit 2 verwirklicht) beschrieben werden. Aus den Kreisdaten und der elektromagnetischen Kopplung läßt sich dann entsprechend der Berechnung von beispielsweise mehrkreisigen Filtern die Eingangsimpedanzwerte der Anordnung ermitteln. Um die relative Bandbreite, innerhalb der ein reflexionsfreier Leitungsabschluß möglich ist, zu erhöhen, ist vorzugsweise die Kopplung überkritisch zu wählen und eine möglichst parallele Lage der Antennenleiter der Antenneneinheiten zueinander sowie bei vorgegebener Kopplung einen möglichst minimalen Antennenfußpunktabstand anzustreben.

Fig. 2 zeigt in vorteilhafter Weise eine Monopolantenne 8, die zur asymmetrischen Einspeisung einer auf einer beispielsweise koaxialen Leitung geführten Welle dient und die kapazitiv mit einer Dipolantenne 5 über das Dielektrikum 7 verkoppelt ist. In vorteilhafter Weise wird durch die gleichstromwegfreie Einspeisung ein Kondensator eingespart.

Die Eingangsimpedanz der Antennenanordnung setzt sich zusammen aus den von der Kopplung K abhängigen wirksamen Impedanzen der Monopol- und Dipolantenne.

Durch Vergießen dieser Antennenanordnung ist eine beschleunigungsfeste kleine Ausführungsform fertigungstechnisch leicht realisierbar.

Die dielektrischen Eigenschaften des Gußmaterials und die Lage bzw. Anordnung der Antennen zueinander 8,9, insbesondere der gegenseitige Abstand, bestimmen die elektromagnetische Kopplung und damit auch das Eingangsimpedanzverhalten der Antennenanordnung 1. Zur Symmetrierung der Dipolantenne 9 werden ihre Fußpunktenden 11 a und 11 b galvanisch miteinander und in vorteilhafter Weise direkt mit dem Rückleiter 5 der Koaxialleitung 4 über ein Leiterstück 12 verbunden.

Eine spezielle vorteilhafte beispielsweise im GHz-Bereich arbeitende Ausführungsform für den Einsatz in elektronischen Annäherungs- oer Abstandszündern zeigt Fig. 3. Dort sind die Schenkel der Dipol- und Monopolantenne in einem von der Form des Zündergehäuses abhängigen vorgegebenen Abstand d zu dem Antennenfußpunkt hin abgewinkelt. Die Schenkel T 1, T 2 der Dipolantenne 14 liegen hierbei rotationssymmetrisch zum Zündergehäuse in einer gemeinsamen Ebene.

Vorzugsweise sind die Antennen in Streifenleitungstechnik ausgeführt. Beispielsweise ist der Streifenleiter der Monopolantenne 13 auf der Vorderseite TV eines dielektrischen Trägersubstrats 15 aufgebracht und der Streifenleiter der Dipolantenne 14 auf der planparallelen Rückseite TR des Trägersubstrats.

Die asymmetrische Einspeisung erfolgt vorzugsweise über einen im Vergleich zum Monopolschenkel schmalen parallel zur und nahe bei der Zündergehäuseachse A liegenden Leiterstreifen L 1.

Vorzugsweise sind die Fußpunktenden 11 der Dipolantenne 14 galvanisch miteinander und über einen Leiterstreifen L 2 mit dem auf Erdpotential liegenden Rückleiter 5 der Einspeiseleitung 4 verbunden.

Diese "Zwangssymmetrierung" der Dipolantenne 14 führt in vorteilhafter Weise zu einer Schleifenbildung des Eingangswiderstandes Z _In der Antennenanrodung. In der Praxis erwies es sich als Vorteil entsprechend große Leiterabstände, d.h. möglichst großer Abstand der abgewinkelten Schenkel der Dipolantenne 14, zu wählen, um hiermit Eingangswiderstände Z _In in der Nähe von 50 Ω ralisieren zu können.

Für breitbandige Anwendungen ist es weiterhin von Vorteil, insbesondere dann, wenn innerhalb von ≦λτ als 10% relativer Bandbreite der Eingangswiderstand im wesentlichen konstant und das Stehwellenverhältnis ≦ωτ 1,5 bleiben soll, die Betriebswellenlängen der Dipolantenne und der Monopolantenne gleich zu wählen, d.h. die elektrischen Längen der Schenkel λ/4-lang zu wählen sowie die kapazitive Kopplung zwischen Monopol- und Dipolantenne überkritisch, also ≦λτ 50% auszulegen. Zum Erreichen eines im wesentlichen symmetrischen Strahlungsdiagramms - horizontal wie auch vertikal - zur Zündergehäuselängsachse A ist die Antennenanordnung gemäß Fig. 3 in das Gehäuse zu integrieren. Hierbei ist in vorteilhafter Weise der Abstand der Antennenfußpunkte 10, 11 von Monopol- und Dipolantenne minimal zu halten und den Schenkel T 3 der Monopolantenne derart anzuordnen, daß die durch den Monopolschenkel aufgespannte Ebene parallel zu der durch die beiden Schenkel T 1, T 2 der Dipolantenne aufgespannten Ebene liegt. Der Abstand der Antennenfußpunkte 10, 11 entspricht dann der Dicke d ₀ des Dielektrikums, das im wesentlichen die kapazitive Kopplung verursacht.

Ein weiterer Vorteil dieser zur Zündergehäuseachse A symmetrisch aufgebauten Antennenanordnung 1 liegt in dem Erreichen eines geschoßunabhängigen Strahlungsdiagramms vorzugsweise durch den "zwangssymmetrierten Antennenfußpunkt 11 der Dipolantenne 14, der in der Zündergehäuseachse A liegt. Der weitere Einbau von zusätzlichen Transformations- und Filterelementen ist in vorteilhafter Weise möglich zwischen Antennenfußpunkt und Ort der Einspeisung der leitungsgeführten Welle, z.B. in Form von diskreten Bauelementen oder auch durch entsprechende aus der Leitungstheorie bekannte Dimensionierung des Leiterstreifens L 1.

Eine Feinabstimmung der Betriebsfrequenz auf die Sollfrequenz, der Eingangsimpedanz Z _In auf den Systemwellenwiderstand und der kapazitiven Kopplung zwischen Monopol- und Dipolantenne ist in vorteilhafter Weise durch Ausdünnung oder Verkürzung der Leiterstreifen der Antennen möglich. Ebenso ist die Abstrahlleistung der Dipolantenne 14 beispielsweise durch Abstandsvergrößerung der abgewinkelten Schenkel oder Ausdünnen des Leiterstreifens L 2 möglich.

Die Lage der Ortskurve der Eingangsimpedanz Z _In der Antennenanordnung (beispielsweise in der Smith-Diagramm- Darstellung) läßt sich durch entsprechende Änderung der Dimensionierung (Länge, Breite) und der gegenseitigen Abstände der Leiterstreifen der Antennen verändern und damit auf vorgegebene Impedanzsollwerte anpassen.

Claims

1. Antennenanordnung für den Einsatz in Geschossen insbesondere für elektronische im Mikrowellenbereich arbeitende Annäherungs- oder Abstandszünder, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antennenanordnung (1) mindestens zwei elektromagnetisch miteinander über ein Koppelmedium (K) verkoppelte Antenneneinheiten (2,3) enthält,
daß die eine Antenneneinheit (2) zum einen zur asymmetrischen Einspeisung einer auf einer Leitung (4) geführten elektromagnetischen Welle und zum anderen mit der anderen Antenneneinheit (3) zum Abstrahlen und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen dient und
daß der Rückleiter (5) der Leitung (4) zur Symmetrierung der anderen Antenneneinheit (3) mit den Fußpunktenden des Fußpunktes (6) der anderen Antenneneinheit (3) verbunden ist.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenleiter der Antenneneinheiten (2,3) parallel zueinander liegen und daß die Antenneneinheiten (2,3) durch ein Dielektrikum (7) nach Maßgabe der elektromagnetischen Kopplung getrennt sind.

3. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinheiten (2,3) im wesentlichen kapazitiv miteinander gekoppelt sind.

4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinheiten (2,3) überkritisch miteinander gekoppelt sind.

5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Antenneneinheit in Form einer Monopolantenne (8), die andere Antenneneinheit (3) in Form einer Dipolantenne (9) ausgebildet ist,
daß die Monopolantenne (8) über ein Dielektrikum (7) mit der Dipolantenne (9) kapazitiv über ein Dielektrikum (7) gekoppelt ist und
daß der Fußpunkt (10) der Monopolantenne (8) zur Einspeisung der leitungsgeführten elektromagnetischen Welle (W) dient und die Fußpunktenden (11 a, 11 b) der Dipolantenne (9) durch ein Leiterstück (12) galvanisch miteinander und mit dem Rückleiter (5) der Leitung (4) verbunden sind.

6. Antennenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schenkel der Monopolantenne (8) und die zwei Dipolschenkel der Dipolantenne (9) in einem vorgegebenen Abstand (d) zu den dazugehörigen Antennenfußpunkten (10, 11) hin abgewinkelt sind.

7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnungen in Leiterplatten- oder Streifenleitungstechnik aufgebaut sind,
daß auf der Vorderseite eines dielektrischen Trägersubstrats (15) die Monopolantenne (13) und auf der planparallelen Rückseite des Trägersubstrats (15) die Dipolantenne (14) in Form einer leitenden Schicht aufgebracht ist und
daß die Dicke (d ₀ ) und die dielektrischen Eigenschaften des Trägersubstratmaterials (15) nach Maßgabe der elektromagnetischen Kopplung zwischen Monopolantenne (13) und Dipolantenne (14) entsprechend gewählt sind.

8. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die abgewinkelten Teile (T 1, T 2) der Dipolantenne (14) rotationssymmetrisch zueinander zur Längsachse (A) eines Geschosses auf der Trägersubstratrückseite (TR) und der eine abgewinkelte Schenkel (T 3) der Monopolantenne (13) auf der Trägersubstratvorderseite (TV) direkt gegenüberliegend zu einem der abgewinkelten Teile (T 1 oder T 2) der Dipolantenne angeordnet sind,
daß die Einspeisung (E) der elektromagnetischen Welle über einen gegenüber dem abgewinkelten Monopolschenkel schmalen, nahe bei und parallel zur Geschoßlängsachse (A) liegenden Leiterstreifen (L 1) asymmetrisch erfolgt und
daß der Dipolantennenfußpunkt (11) über einen breiten nahe bei der und parallel zu der Geschoßlängsachse liegenden Leiterstreifen (L 2) mit dem Rückleiter (5) der Einspeiseleitung (4) verbunden ist.

9. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Maßgabe der Betriebswellenlänge λ die elektrische Länge der Schenkel der Dipolantenne (14) und die der Monopolantenne (13) λ/4-lang gewählt sind.

10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Antennenfußpunkte (10,11) von Monopol- und Dipolantenne minimal ist und der Schenkel der Monopolantenne (T 3) parallel zu den beiden Schenkeln (T 1,T 2) der Dipolantenne (14) liegt.

11. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Antennenfußpunkt (10) der einen Antenneneinheit (2) bzw. der Monopolantenne (13) und Einspeisungsort (E) der leitungsgeführten Welle (W) Transformations- und Filterelemente wirksam sind.