DE3738707C2 - Antennenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art. Eine solche Antennenanordnung ist aus der GB 2 067 842 A bereits bekannt.

Antennen geringer Bauhöhe sind besonders geeignet zur Anordnung auf Oberflächen mobiler Objekte, vor allem von Flugzeugen. Eine Flach­ antenne für Flugzeuge ist beispielsweise aus der EP 0 117 017 A1 bekannt. Die bekannte Antenne besteht aus einer runden, mitten­ gespeisten Metallplatte, die durch ein dielektrisches Substrat von einer auf den Flugzeugrumpf aufgeschraubten ebenfalls metallischen Grundplatte isoliert ist.

Die aus der eingangs genannten GB 2 067 842 A bekannte Antennenan­ ordnung weist ebenfalls eine geringe Bauhöhe auf. Bei dieser An­ ordnung ist die metallische Antennenfläche ebenfalls durch eine dielektrische Zwischenschicht von einer metallischen Grundfläche getrennt.

Die Antennenfläche besteht aus zwei rechteckförmigen und spiegel­ symmetrisch gleich angeordneten Teilflächen dergestalt, daß die beiden rechteckförmigen Teilflächen sich an ihren längeren Recht­ eckseiten in einem konstanten Abstand gegenüber stehen und gegen­ einander isoliert sind. An den anderen (abgewandten) längeren Rechteckseiten sind die beiden Teilflächen mit der metallischen Grundfläche auf der anderen Seite des Substrats elektrisch ver­ bunden.

Aus dieser Druckschrift ist ferner eine Abwandlung dieser Antennen­ anordnung bekannt, bei der an den vier Seiten einer quadratischen Antennen-Teilfläche jeweils eine rechteckförmige weitere Antennen-Teilfläche mit ihrer Längsseite der quadratischen Teilfläche in konstantem Abstand gegenübersteht, wobei die Längsseiten dieser Rechtecke in ihrer Länge mit der Seitenlänge des Quadrats überein­ stimmen. Die rechteckförmigen Antennen-Teilflächen sind bei dieser Antennenanordnung an der von der quadratischen Antennen-Teilfläche abgewandten Längsseite jeweils mit der metallischen Grundfläche verbunden.

Aus der DE 34 36 227 A1 ist eine Antennenanordnung bekannt, bei der mehrere Antennenflächen übereinander geschichtet sind. Die einzel­ nen Antennenflächen sind rechteckförmig und in ihren Abmessungen für verschiedene Frequenzbereiche dimensioniert. Die einzelnen Flächen sind durch dielektrische Schichten voneinander getrennt und konzentrisch so übereinander angeordnet, daß die Flächen mit klei­ nerer Abmessung über den Flächen größerer Abmessung liegen und für den Betrieb der Antennenflächen kleinerer Abmessung die nächst größeren Antennenflächen die Funktion der metallischen Grundfläche übernehmen. Die hierzu notwendige elektrische Verbindung wird über mehrere punktförmige Kontakte hergestellt, die entlang einer der Rechteckseiten angeordnet sind und die benachbarte Antennenflächen durch das dazwischen liegende dielektrische Substrat hindurch elek­ trisch miteinander verbinden.

Aus der US 4 162 499 ist bekannt, daß flächige Antennen nicht eben sein müssen, sondern der Kontur des Antennenträgers in etwa folgend auch gekrümmt sein können, wie dies beispielsweise bei Projektilen oder Flugzeugen der Fall ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine weitere Anten­ ne der einleitend genannten Art anzugeben, die insbesondere auch in einem System zur Richtungsbestimmung einfallender Wellen eingesetzt werden kann.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Antenne ist extrem flach und kann auf einfache Weise auch auf metallischen Oberflächen wie Trag­ flächen oder Rumpf von Flugzeugen oder auf Autodächern befestigt werden. Dabei kann sowohl die komplette Antenne auf der Oberfläche befestigt, z. B. geklebt werden oder auch nur die dielektrische Zwischenschicht und die Antennen­ fläche, die mit der dann als Grundfläche dienenden metal­ lischen Oberfläche z. B. des Flugzeugrumpfs entlang eines Teils der Berandung leitend verbunden wird. Durch die extrem flache Bauform ist die Antennenanordnung strömungs­ günstig und leicht tarnbar. Das Antennendiagramm entspricht exakt dem Diagramm eines Rahmens. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist daher eine gekreuzte Antennenanordnung vorgesehen, die in Verbindung mit einem herkömmlichen Zweikanalpeiler betreibbar ist. Wegen der sehr geringen Bauhöhe liefert die Antenne zwar nur eine geringe Antennen­ spannung, durch die Bauform ist die Eigeninduktivität aber sehr gering z. B. im Vergleich zu einer herkömmlichen Rah­ menantenne und die Antenne sehr niederohmig (Milliohmbe­ reich). Durch Anlegen der zwischen den beiden Teilflächen abgegriffenen Antennenspannung an die Primärseite eines Transformators mit hohem Übersetzungsverhältnis, d. h. primärseitig nur wenige, im Extremfall nur eine Windung und sekundärseitig eine hohe Windungszahl, kann an der Sekun­ därseite des Transformators ein gebräuchlicher Empfänger angeschlossen werden.

Die Erfindung ist nachfolgend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform der Antennenanordnung,

Fig. 2 das Antennendiagramm dieser Ausführungsform,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform,

Fig. 4 eine Ausführungsform einer gekreuzten Antenne,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer gekreuzten Antenne,

Fig. 6 eine gekreuzte Antenne für mehrere Frequenz­ bereiche.

In der Ausführung nach Fig. 1 sind zwei Antennen-Teil­ flächen T1 und T2 als Kreisausschnitte mit gemeinsamem Mittelpunkt, der auch den Mittelpunkt M der Antennenan­ ordnung bildet, ausgeführt. Die Antennenteilflächen sind im Flächenbereich durch eine dünne dielektrische Schicht D von der metallischen Grundfläche G isoliert. Die Kreis­ bogenberandungen K der Teilflächen sind leitend mit der Grundfläche G verbunden. Die beiden Teilflächen sind im Bereich des Mittelpunkts der Anordnung gegeneinander isoliert und weisen jeweils einen Speiseanschluß A1 bzw. A2 auf. Die Empfangsspannung ist die zwischen den beiden Speiseanschlüssen A1 und A2 sich ausbildende Spannung. Die Anschlüsse A1, A2 sind über kurze niederohmige Ver­ bindungsleitungen V1, V2 mit der Primärseite des ge­ nannten Transformators, der nicht mit eingezeichnet ist, verbunden. Der Transformator ist vorzugsweise unmittelbar unter der Grundfläche, durch die die Verbindungsleitungen isoliert durchgeführt sind, angeordnet.

Das Antennendiagramm der in Fig. 1 skizzierten Anordnung zeigt die Fig. 2. Das Diagramm entspricht weitgehend dem eines magnetischen Dipols und weist in der Ebene der Antennenflächen in der Richtung einer zwischen den Teil­ flächen verlaufenden Symmetrielinie eine Nullstelle auf.

Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der in Fig. 1 skizzierten Anordnung im wesentlichen dadurch, daß die beiden Teilflächen T1, T2 rechteckig geformt sind und jeweils an der den Speiseanschlüssen A1, A2 abgewandten Rechteckkante mit der Grundfläche G leitend verbunden sind.

Durch gekreuzte Anordnung zweier Teilflächenpaare der in Fig. 1 skizzierten Art, bei welcher die Teilflächen als Viertelkreise ausgebildet sind, ergibt sich die Anordnung nach Fig. 4. Dabei wird zwischen den Anschlüssen A1 und A2 der Teilflächen T1 bzw. T2 eine erste Empfangs­ spannung, zwischen den Anschlüssen A3 und A4 eine zweite Empfangsspannung abgegriffen. Die beiden Empfangs­ spannungen entsprechen dem Empfang über zwei gekreuzte Dipoldiagramme (vgl. Fig. 2) und werden vorteilhafter­ weise in einem herkömmlichen Zweikanal-Peilempfänger nach dem Watson-Watt-Prinzip ausgewertet.

Eine vergleichbare gekreuzte Anordnung, die aus der in Fig. 3 skizzierten einfachen Anordnung abgeleitet ist, zeigt die Fig. 5. Die Teilflächen T1 und T2 einerseits und T3 und T4 andererseits sind hierbei in getrennten Ebenen übereinander und gegeneinander isoliert ange­ ordnet.

Durch Anordnung von mehreren Antennen mit unter­ schiedlichen Abmessungen der in Fig. 1 bzw. Fig. 4 skizzierten Art ergibt sich eine Antenne nach Fig. 6. Die unterste Antenne I mit der größten Querabmessung, deren Kreisbogenberandungen direkt mit der Grundfläche G leitend verbunden sind, bringt bei tieferen Frequenzen eine höhere Empfangsleistung als die Antennen mit geringerem Radius, besitzt aber eine durch Resonanz­ erscheinungen bedingte obere Grenzfrequenz. Für höhere Frequenzen kommt die Antenne II zum Einsatz, deren Kreis­ bogenberandungen leitend mit den Antennenteilflächen der Antenne I verbunden sind. Die Antennenflächen der Antenne I übernehmen in diesem Fall die Funktion der Grundfläche und sind entsprechend verschaltet. Für noch höhere Frequenzen kommt dann die Antenne III zum Einsatz, wobei die Antennenflächen der Antenne II die Funktion der Grundfläche übernehmen. Durch diese "Huckepack"-Anordnung kann jede Antenne in ihrem optimalen Empfindlichkeits­ bereich betrieben werden.

Für den Peilbetrieb der gekreuzten Anordnungen kann eine zusätzliche weitere Antennenfläche, die nicht mit der Grundfläche verbunden ist, beispielsweise in der eingangs zum Stand der Technik beschriebenen Art, als Hilfsantenne vorgesehen sein.

Die Form der Antennenflächen ist selbstverständlich nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbe­ sondere braucht die Grundfläche nicht als eine durchgehende Fläche ausgebildet zu sein, sondern kann auch aus zwei unter im Prinzip beliebigem Winkel aufeinander stoßenden und leitend verbundenen Flächen bestehen, wobei dann jede der beiden Flächen eine der Antennenteilflächen trägt und die Speiseanschlüsse der Schnittlinie der aufeinanderstoßenden Flächen zugewandt ist. Die Grundfläche und die Antennen­ flächen müssen auch nicht völlig eben verlaufen. Bei An­ ordnung auf gekrümmten Flächen sollte aber der Krümmungs­ radius groß sein gegen die Querabmessungen der Antennenan­ ordnung. Dadurch kann die erfindungsgemäße Antennenan­ ordnung an weitgehend beliebige Grundflächen vorgegebener Form angepaßt werden. Als besonders vorteilhaftes Beispiel können Antennensysteme für Flugzeuge angegeben werden, wo beispielsweise mehrere solcher flacher Antennen mit leicht gekrümmten Antennenflächen mit jeweils zwei Teilflächen (wie beispielsweise in Fig. 3 skizziert) im Bereich des Rumpfbugs winkelversetzt um den Rumpf als eine Art An­ tennenkreis so angeordnet sind, daß die Nullrichtungen ihrer Diagramme annähernd parallel zur Längsachse des Flugzeugs verlaufen. Durch gleichphasigen Anschluß aller Antennen an einen gemeinsamen Speisepunkt kann mit diesem Antennensystem ein Diagramm erzielt werden, das in Richtung des Flugzeugrumpfs eine Nullstelle aufweist und daher keine Störungen vom Rumpf aufnimmt, aber alle übrigen Richtungen rundum abdeckt.

Für das Flugzeugheck kann gleichfalls ein besonders vor­ teilhaftes Antennensystem aus den beschriebenen flachen Antennen aufgebaut werden, indem für die beiden Quadranten zwischen dem Seitenleitwerk und dem Höhenleitwerk je eine Antenne beispielsweise des in Fig. 3 skizzierten Typs so angeordnet wird, daß die Flosse des Seitenleitwerks auf beiden Seiten jeweils die eine Teilfläche der Antenne und die zugewandte Höhenleitwerkflosse die andere Teilfläche trägt. Die Speiseanschlüsse liegen dann im Bereich der Stoßlinien von Höhenleitwerken und Seitenleitwerk. Eine weitere gleichartige Antenne für den unteren Halbraum ist mit je einer Teilfläche auf den Unterseiten der Höhenleit­ werksflossen angeordnet. Die drei Antennen sind wiederum gleichphasig an einen gemeinsamen Speisepunkt angeschlos­ sen. Auch dieses Antennensystem besitzt ein Diagramm, das in Richtung des Flugzeugrumpfs eine Nullstellen aufweist, aber alle übrigen Richtungen abdeckt. Die Leitwerke stören das Diagramm gleichfalls nicht. Das Rumpfbug-Antennensystem und das Rumpfheck-Antennensystem können auf vorteilhafte Weise in Verbindung mit einem Peilempfänger zu einem Inter­ ferometerpeilsystem zusammengefaßt werden.

Unter Verzicht auf die symmetrische Form der Diagramme sind für die flachen Antennen auch Strukturen denkbar, die nur eine der beiden Teilflächen aufweisen und bei denen die Empfangsspannung zwischen dem Speiseanschluß und der Grund­ fläche abgegriffen wird.

Claims (10)

1. Antennenanordnung geringer Bauhöhe mit einer metallischen An­ tennenfläche, die durch eine dielektrische Zwischenschicht von einer metallischen Grundfläche getrennt ist, insbesondere zur Anordnung auf Oberflächen von Flugzeugen, wobei die Antennenfläche aus zwei spiegelsymmetrisch gleich angeordneten Teilflächen be­ steht, die gegeneinander isoliert sind und an einander abgewandten Seiten der Flächenberandung leitend mit der Grundfläche verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilflächen (T1, T2) an den einander zugewandten Flächenberandungen jeweils einen Speisean­ schluß (A1, A2) aufweisen und entlang des den Speiseanschlüssen abgewandten Teils der Flächenberandung (K1, K2) leitend mit der Grundfläche (G) verbunden sind, und daß die Speiseanschlüsse (A1, A2) über niederohmige Verbindungen (V1, V2) an die Primärseite mit geringer Windungszahl eines Transformators angeschlossen sind, dessen Sekundärseite mit demgegenüber hoher Windungszahl mit dem Eingang eines Empfängers verbunden ist.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Teilflächen als Kreisausschnitte mit gemeinsamem Mittelpunkt geformt sind und die kreis­ bogenförmigen Berandungsabschnitte leitend mit der Grund­ fläche verbunden sind (Fig. 1).

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teilflächen rechteckig geformt sind und jeweils mit einer Längsseite, an der auch der Speise­ anschluß angeordnet ist, einander zugewandt sind und daß die den Speiseanschlüssen abgewandten Längsseiten leitend mit der Grundfläche verbunden sind (Fig. 3).

4. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zu dem Teilflächenpaar ein weiteres gleich­ artiges Teilflächenpaar konzentrisch, aber um 90° verdreht angeordnet ist und in gleicher Weise über Speisean­ schlüsse, Verbindungen und einen Transformator an einen Empfänger angeschlossen ist.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 2 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Teilflächen 90°-Ausschnitte eines Kreises bilden (Fig. 4).

6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere gleichartige, und gleich ausgerichtete, in den Abmessungen für verschiedene Frequenzbereiche dimensionierte, jeweils durch eine dielektrische Schicht getrennte Antennenflächen über­ einander konzentrisch so angeordnet sind, daß die Flächen mit kleinerer Abmessung über den Flächen größerer Ab­ messung liegen und für den Betrieb der Antennenflächen kleinerer Abmessung die nächstgrößeren Antennenflächen, die Funktion der Grundfläche übernehmen (Fig. 6).

7. Antennenanordnung nach Anspruch 3 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Teilflächenpaar ein weiteres gleichartiges Teilflächenpaar um 90° versetzt so angeordnet ist, daß die Teilflächen des einen Paars in einer Ebene über den Teilflächen den anderen Paars liegen und gegen diese isoliert sind (Fig. 5).

8. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere leitende Fläche, die nicht mit Masse verbunden ist, als ungerichtete Antenne über den paarweise zusammengeschalteten Teilflächen ange­ ordnet ist.

9. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche durch die metallische Oberfläche eines Fahrzeugs gebildet ist.

10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei gekrümmter Grundfläche die Querabmessung der Antennenanordnung viel kleiner ist als der Krümmungsradius der Grundfläche.