DE3420046A1 - Antennenanzuender fuer elektronische annaeherungs- oder abstandszuender - Google Patents
Antennenanzuender fuer elektronische annaeherungs- oder abstandszuenderInfo
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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).
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 (11)
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.
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.
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.
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.
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.
Priority Applications (4)
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DE19843420046 DE3420046A1 (de) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | Antennenanzuender fuer elektronische annaeherungs- oder abstandszuender |
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