DE3611052A1

DE3611052A1 - Mikrostripantenne, insbesondere fuer dopplerradarnavigationssysteme

Info

Publication number: DE3611052A1
Application number: DE19863611052
Authority: DE
Inventors: Emile J. Pleasantville N.Y. Deveau; Leonard Montville N.J. Schwartz
Original assignee: Singer Co
Current assignee: Singer Co
Priority date: 1985-04-03
Filing date: 1986-04-02
Publication date: 1986-10-09
Also published as: IT8619701A0; IL76876A0; AU5116885A; GB2173346A; NO854908L; CA1245760A; JPS61230504A; IT8619701A1; US4654668A; SE8601464D0; AU582406B2; IL76876A; IT1188420B; GB2173346B; GB8527138D0; FR2580118A1; SE8601464L

Description

Beschreibung

Mikrostripantenne, insbesondere für Dopplerradarnavigationssysteme

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrostripantenne, insbesondere für Dopplerradarnavigationssysteme, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Derartige Mikrostripantennen sind bekannt (US-PS 43 47 516). Sie dienen zum Ausstrahlen mehrerer Radarstrahlen in unterschiedlichen Richtungen sowie zum Empfang der reflektierten Echos und arbeiten im Mikrowcllenbereich. Die Übertragungsleitungen mit den Einzelstrahlern sind in Mikrostripbauweise ausgeführt, ebenso wie weitere Ubertragungsleitungen mit Speiseelementen, welche die Speiseleitungen für die linearen Einzelstrahlerreihen bilden.

Es hat sich gezeigt, daß bei solchen Mikrostripantennen die Radarstrahlwinkel sich bei Temperaturänderungen stark verändern, und zwar infolge der Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten β des Mikrostripsubstrates. In manchen Fällen ist es möglich, die Temperaturabhängigkeit der Radarstrahlwinkel außerhalb der Antenne anderweitig im Dopplerradarnavigationssystem zu korrigieren und die kritischen Informationen mit Temperaturkorrekturen zu versehen. In anderen Fällen kann eine neue Antennenkonfiguration die Auswirkungen auf das jeweilige Dopplerradarnavigaxionssystem verringern, welche sich aus der Veränderung der Radarstrahlwinkel bei Temperaturwechsel ergeben. Dennoch wäre es von Vorteil, wenn man zu einer eigenen Temperaturkompensation für die bzw. jede lineare Einzelstrahlerreihe einer Mikrostripantenne gelangen könnte, da man dann bei der Antennenkonstruktion in der Wahl der Einzelstrahlerreihenkonfiguration freier wäre, Teflon-Werkstoffe für das Substrat verwenden könnte, welche günstige elektrische und mechanische Eigenschaften aufweisen, und keine zusätzliche Temperaturkorrekturschaltung vorsehen müßte.

if-

/\ Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Mikrostripantenne, insbesondere für Doppierradarnavigationssysteme, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art eine solche inhärente Temperaturkompensation zu verwirklichen.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der srfindungsgemäßen Mikrostripantenne sind in den restlichen Patentansprüchen angegeben-Erfindungsgemäß wird zur Temperaturkompensation einer linearen Reihe von Einzelelementen in Mikrostripbauweise die Reihe periodisch belastet, was sowohl bei Einzelstrahlerreihen als auch bei Speiseelementreihen geschehen kann. Die Belastungsanordung bzw. -schaltung kann entweder unmittelbar in die geätzte Verdrahtung eingebaut bzw. auf demselben dielektrischen Substrat ausgeätzt werden, auf welchem die Einzelstrahler bzw. die Spctseelemente ausgeätzt sind, oder aber auf einem gesonderten dielektrischen Substrat ausgebildet werden, welches dann auf das erste dielektrische Substrat aufgelegt wird, um die Einzelstrahlerreihe bzw. die Speiseelementreihe zu bedecken. Zur periodischen Belastung kann mit der Reihe ein ansteigender Shunt-Blindleitwert gekoppelt werden, welcher denjenigen Abfall des Shunt-Blindleitwertes der Reihe kompensiert, der sich bei ansteigender Temperatur ergibt. Dazu können neben der Reihe mehrere offene Stich leitungen (open circuited stubs) vorgesehen werden, welche jeweils über einen Spalt bestimmter Breite mit der Reihe gekoppelt sind, wobei die Spaltbreite das Kopplungsverhältnis bestimmt.

£, Nachstehend sind Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Mikrostripantenne anhand von Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Parameter einer

linearen Einzelelementreihe;

Fig. 2 das Ersatzschaltbild für eine ideale, verlust- und verzerrungs

freie TEM-Ubertragungsleitung;

Fig. 3 perspektivisch eine periodisch belastete Übertragungsleitung;

Fig. k das Ersatzschaltbild für die Anordnung gemäß Fig. 3;

Fig. 5 perspektivisch eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 3;

Fig. 6 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Mikrostripantenne

mit Temperaturkompensation; und

Fig. 7 die Einzelheit A der Mikrostripantenne gemäß Fig. 6 in größerem Maßstab.

Der Strahlwinkel einer linearen Reihe von Einzelelementen, welche in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind, hängt von der Phasenverschiebung in der die Einzelelemente verbindenden Leitung und somit von der Phasenkonstanten derselben (Phasenverschiebung pro Längeneinheit) ab, wie in Fig. 1 vereinfacht dargestellt.

Für die Phasenkonstante β . einer idealen, verlust- und verzerrungsfreien TEM-Ubertragungsleitung gilt:

wobei L und C jeweils die verteilte Leitungsinduktivität bzw. -kapazität pro Längeneinheit, u und & jeweils die relative Permeabilität bzw. Dielektrizitätskonstante des Übertragungsmediums und A die Wellenlänge im freien Raum darstellen. Fig. 2 zeigt das Ersatzschaltbild für eine solche TEM-Ubertragungsleitung.

Die Phasenkonstante ρ . ändert sich mit der Temperatur, und zwar hauptsächlich infolge einer Änderung der verteilten Kapazität C bzw. des verteilten Shunt-Blindleit wertes B= Uj "JfC. Für die Kapazität C gilt die allgemeine Beziehung C = ADS (A = Konstante; D = Gröiie, welche eine Funktion der Leitungsabmessungen ist). Da die relative Dielektrizitätskonstante £ des Substrates mit steigender Temperatur abfällt, verringert sich also auch die Kapazität C bzw. der kapazitive Shunt-Blindleitwert B der Übertragungsleitung entsprechend, also auch deren Phasenkonstante X ..

Um den Abfall des Shunt-Blindleitwerkes B der Übertragungsleitung zu kompensieren, wird dieselbe periodisch belastet, indem mit der Übertragungsleitung ein ansteigender Shunt-Blindleitwert gekoppelt wird, welcher den besagten Abfall kompensiert. Gemäß Fig. 3 werden mehrere offene Stichleitungen 11 (open circuited stubs) mit der Übertragungsleitung 13 gekoppelt, und zwar jeweils über einen Spalt mit einer bestimmten Breite g, welche das Kopplungsverhältnis a bestimmt, so daß an die Übertragungsleitung 13 jeweils der Scheinleitwert Y. angekoppelt ist, für den gilt;

in

Y_in =1-1—) (j Y₀ tg /J₁D

111 I -ι I U 1 '

Das entsprechende Ersatzschaltbild ist in Fig. 4 dargestellt.

Bei einer Mikrostripantenne mit einer Strahlwinkeländerung von etwa 0,02 / C für eine "forward-fire"-Speiseelementreihe und von etwa 0,018°/°C für eine "back-fire"-Speiseelementreihe wurden die Reihen periodisch so belastet, wie aus Fig. 5 hervorgeht. Kurze Stichleitungen 11 wurden auf einem dünnen G-10-Substrat 15 ausgeätzt, welches dann auf die Speiseleitung 17 der Mikrostripantenne aufgelegt wurde, die auf einem dielektrischen Substrat 19 ausgebildet ist, mit welchem eine Grundebene 21 verbunden ist. Die Abmessungen der Stichleitungen 11 wurden experimentell bestimmt, wobei eine Länge von 2,667 mm und eine Breite von 0,5080 mm sich als günstig herausgestellt haben. Der aus den Stichleitungen 11 und dem Substrat 15 bestehende Kompensationsstreifen wurde schließlich mit einem Teflonfiberglas—Radom 23 bedeckt, wobei zur Befestigung eine Halteplatte aus Aluminium diente.

Die Untersuchung der Strahlwinkel bei verschiedenen Temperaturen ergab für die "forward-fire"-Speiseelementreihe eine Veränderung von 0,011 / C und für die "back-fire"-Speiseelementreihe eine Veränderung von 0,008 / C, also eine durchschnittliche Verringerung von 56 % bei der Veränderung der Speiseleitungsphasenkonstanten in Abhängigkeit von der Temperatur.

Weiterhin wurden Stichleitungen 11 unmittelbar in die ausgeätzte Schaltung einer Mikrostripantenne eingebaut, wie in Fig. 6 und 7 dargestellt, wobei für die Stichleitungen 11 eine Länge von 2,1590 mm sowie eine Breite von

0,5080mm und für den jeweiligen Kopplungsspalt eine Breite von 0,1270 mm experimentell ermittelt wurden, indem eine Anzahl von Speiseleitungsprobestücken bezüglich der Phasenverschiebung bei Temperaturänderung untersucht wurden.

Die Mikrostripantenne gemäß Fig. 6 ist von derselben Art, wie die Mikrostripantennen gemäß US-PS 43 47 516. Sie weist vier Tore 31 bis 34 an den Ecken auf, welche paarweise mit zwei Speiseleitungen 35 und 37 gekoppelt sind, die durch mehrere lineare Einzelstrahlerreihen 39 miteinander verbunden sind. Sowohl letzteren als auch den beiden Speiseleitungen 35, 37 sind Stichleitungen 11 zugeordnet. Fig. 7 zeigt die Zuordnung der Stichleitungen 11 zur oberen Speiseleitung 37 gemäß Fig. 6, wobei zwischen derselben und jeder Stichleitung 11 ein Spalt mit einer Breite von 0,1270 mm vorgesehen ist.

Claims

THE SINGER COMPANY, Stamford, Connecticut 0690», U.S.A. Patentansprüche

1. Mikrostripantenne, insbesondere für Dopplerradarnavigationssysteme, mit mindestens einer linearen Reihe von Einzelstrahlern, welche entlang einer auf einem dielektrischen Substrat vorgesehenen übertragungsleitung verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die bzw. jede übertragungsleitung (13) zur Temperaturkompensation periodisch belastet ist.

2. Mikrostripantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsanordnung ebenfalls auf dem dielektrischen Substrat (19) vorgesehen ist.

3. Mikrostripantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennze i chnet, daß die Belastungsanordnung auf einem gesonderten dielektrischen Substrat vorgesehen ist, welches auf die bzw. die zugehörige Übertragungsleitung (13) aufgelegt ist.

4. Mikrostripantenne nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei mehrere lineare Reihen von Einzelstrahlern und mindestens eine lineare Reihe von Speiseelementen vorgesehen sind, welche entlang je einer auf dem dielektrischen Substrat vorgesehenen Übertragungsleitung verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Übertragungsleitung (13; 17) periodisch belastet ist.

5. Mikrostripantenne nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der bzw. jeder Übertragungsleitung (13; 17) ein ansteigender Shunt-Blindleitwert gekoppelt ist, welcher den Abfall des Shunt-Blindleitwertes der übertragungsleitung (13; 17) bei Temperaturanstieg kompensiert.

6. Mikrostripantenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß neben der bzw. jeder Übertragungsleitung (13; 17) eine Reihe von offenen Stichleitungen (11) vorgesehen ist, welche jeweils über einen Spalt bestimmter Breite (g) mit der Übertragungsleitung (13; 17) gekoppelt sind.