DE3882430T2

DE3882430T2 - In die Flugzeughaut integrierte Mehrmoden-Rundumantenne.

Info

Publication number: DE3882430T2
Application number: DE88304079T
Authority: DE
Inventors: Peter W Hannan
Original assignee: Hazeltine Corp
Current assignee: BAE Systems Aerospace Inc
Priority date: 1987-05-11
Filing date: 1988-05-05
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2008-05-06
Also published as: EP0291233A3; US4791429A; EP0291233B1; CA1304816C; AU603441B2; EP0291233A2; DE3882430D1; JPS6420704A; ES2013334A6; AU1586988A

Description

Die Erfindung betrifft Flugzeugantennen allgemein und insbesondere omnidirektionale Mehrbetriebsarten-Antennen, die in einer oberflächenbündigen Anordnung in einem Hochleistungsflugzeug eingesetzt werden können, um den Staudruck zu vermeiden, der üblicherweise von vorstehenden Antennensystemen hervorgerufen wird.
Oberflächenbündig angeordnete Antennen sind allgemein in Gebrauch. Wenn eine Vielzahl von HF-Systemen auf unterschiedlichen Frequenzen verwendet wird, wird es schwierig, eine Anzahl von oberflächenbündingen Systemen unterzubringen, insbesondere bei bestehenden Flugzeugen. Auch wenn ein neues HF-System als Zusatz für ein bestehendes Flugzeug mit einem oberflächenbündigen Antennensystem geplant wird, ist es zweckmäßig, ein solches Antennensystem durch ein anderes Antennensystem zu ersetzen, das in der Lage ist, eine große Vielfalt von Frequenzen mit einer Vielfalt von Strahlungsdiagrammmoden zu verarbeiten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine oberflächenbündige Antenne zu schaffen, die eine Vielzahl von Betriebsarten zuläßt, so daß sie einer Anzahl von HF-System mit unterschiedlichen Frequenzen zugeordnet werden kann.
Die US-A-37 13 167 beschreibt ein Mehrbetriebsartenantennensystem, das dazu vorgesehen ist, bündig mit einer Oberfläche montiert zu werden, wobei das System aufweist:
Antennenmittel,
Speisemittel zum Anregen der Antennenmittel; und
Betriebsartensteuermittel zum Steuern des Betriebs der Speisemittel, um die Antennenmittel derart anzuregen, daß sie ein gewünschtes Strahlungsdiagramm erzeugen.
Bei diesem System liefert die Antenne eine vernünftig starke horizontale Strahlung bei der üblichen omnidirektionalen Betriebsart, wie dies in den Fig. 7a und 7b gezeigt ist, jedoch nur eine schwache Strahlung in der Betriebsart mit dem Cardioid-Strahlungsdiagramm gemäß den Fig. 8a und 8b. Eine starke Horizontalstrahlung in allen Betriebsarten stellt ein wesentliches Merkmal für Flugzeugantennenanwendungen dar, bei denen verschiedene unabhängige omnidirektionale Strahlungsdiagramme benötigt werden, die zur Kommunikation - über eine große Entfernung eine starke Strahlung in der horizontalen Richtung aufweisen.
Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenmittel eine erste Apertur, die zumindest zwei Strahlungsdiagramme zu erzeugen in der Lage ist, und eine zweite Apertur aufweist, die so betreibbar ist, daß sie wenigstens zwei Strahlungsdiagramme liefert, wobei die zweite Apertur konzentrisch zu der ersten Apertur angeordnet ist;
daß die Speisemittel ein erstes Speisesystem zum Anregen der ersten Apertur sowie ein zweites Speisesystem zum Anregen der zweiten Apertur aufweisen; und
daß Hilfsspeiseschaltungsmittel angeschlossen sind, um eine Hilfserregungsspeisung für das zweite Speisesystem zu erzeugen, um während der Haupterregung der ersten und der zweiten Apertur die zweite Apertur zusätzlich zu erregen, wobei die Hilfserregungsspeisung dazu dient, eine verhältnismäßig starke Strahlung in horizontaler Richtung bei jedem der Strahlungsdiagramme, die von den Antennenmitteln erzeugt werden, zu liefern.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun exemplarisch anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, bei denen zeigen:
Fig. 1 eine stilisierte Ansicht einer oberflächenbündig angeordneten Mehrbetriebsartenantenne gemäß der Erfindung unter Veranschaulichung der zentralen Apertur und einer konzentrischen Apertur, jeweils geschnitten,
Fig. 2A, 2B und 2C eine Draufsicht auf eine kreuzförmige Apertur, eine kreisförmige Apertur bzw. eine quadratische Apertur ist, die die zentralen Aperturen sind, die als Teil der erfindungsgemäßen Antenne verwendet werden können,
Fig. 3A, 3B und 3C in einer Draufsicht eine ringförmige Apertur, eine quadratische Apertur bzw. eine verschachtelte Apertur aus vier Aperturen, die als konzentrische Apertur bei der erfindungsgemäßen Antenne verwendet werden können,
Fig. 4A eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antenne mit einer mittleren kreisförmigen Apertur und einer konzentrischen ringförmigen Apertur,
Fig. 4B einen Querschnitt längs einer Linie BB der Antenne nach Fig. 4A,
Fig. 5 ein Schaltbild eines Speisesystems gemäß der Erfindung einschließlich Schaltungsmitteln, um eine Hilfsanregung zu erzeugen,
Fig. 6A, 6B, 6C, 6D, 6E und 6F Widerstandsabschlüsse, kurzgeschlossene Abschlüsse, frequenzabhängige Abschlüsse, angepaßte Leitungen, Richtkoppler bzw. Zweigleitungen, die an die Optimierungshilfserregungsschaltung angeschlossen sind, die in Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Antenne verwendet werden können,
Fig. 7 ein Elevationsstrahlungsdiagramm für Port 413 nach Fig. 5 für die erfindungsgemäße Antenne,
Fig. 8 ein Elevationsstrahlungsdiagramm für einen Port, der eine zentrale Apertur speist, die von einer konzentrischen Apertur umgeben ist,
Fig. 9 ein optimiertes Elevationsstrahlungsdiagramm für die Ports 411 oder 412 nach Fig. 5 für die erfindungsgemäße Antenne.
Fig. 1 zeigt eine stilisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Antenne mit oberflächenbündiger Anordnung. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Antenne bündig mit einer metallischen Oberfläche, beispielsweise einer Flugzeughaut, montiert. Eine Öffnung 100 ist in eine Flugzeughaut 101 eingeschnitten, damit eine Antenne 200 darin angeordnet werden kann. Die erfindungsgemäße Antenne weist zwei Hauptkomponenten auf: eine strahlende Struktur 300 sowie ein Speisesystem 400.
Die strahlende Struktur 300 ist in der Flugzeughaut 101 bündig angeordnet und umfaßt eine zentrale Apertur 301 sowie eine konzentrische Apertur 302. Ein dielektrisches Fenster 303 kann vor diesen Aperturen bündig mit der metallischen Oberfläche der Flugzeughaut 101 befestigt sein. Die genaue Konfiguration der zentralen Apertur 301 sowie der konzentrischen Apertur 302 ist im einzelnen weiter unten erläutert. Die strahlende Struktur 300 umfaßt auch konzentrische Strahler 304 sowie zentrale Strahler 305. Diese Strahler werden mit Hochfrequenz aus dem Speisesystem 400 gespeist und liefern die Strahlung, die die Antenne 200 abstrahlt. Die Strahler sind über ein Netzwerk 401 mit den Betriebsartports 402 verbunden. Wie weiter unten im einzelnen beschrieben, liefern die unterschiedlichen Betriebsartports 402 unterschiedliche Strahlungsdiagramme, die für die Mehrbetriebsartenfunktion gemäß der Erfindung zuständig sind.
Die Fig. 2A, 2B und 2C veranschaulichen unterschiedliche zentrale Aperturen 301, die erfindungsgemäß verwendet werden können. Die kreuzförmige Apertur nach Fig. 2A umfaßt einen vertikalen Schlitz 306, der rechtwinklig zu einem horizontalen Schlitz 307 ist, den er schneidet. Die kreisförmige Apertur nach Fig. 2B weist eine kreisförmige Öffnung 308 auf, die die zentrale strahlende Apertur definiert. Die quadratische Apertur nach Fig. 2C ist durch eine quadratische Öffnung 309 definiert. Bei Fig. 1 ist ebenfalls diese rechteckige Öffnung 309 veranschaulicht. Jedoch kann als Teil der zentralen Apertur 301 jede zentrale Apertur, wie sie in den Fig. 2A oder 2B oder jede andere äquivalente Apertur verwendet werden, wie sie im Stand der Technik bekannt ist.
Die Apertur nach Fig. 3A wird durch eine innere kreisförmige Kante 310 und eine äußere kreisförmige Kante 311 begrenzt und ergibt eine ringförmige Apertur 338. Diese ringförmige Apertur ist ebenfalls in Fig. 1 veranschaulicht. Jedoch ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß jede konzentrische Apertur als Teil der Erfindung verwendet werden kann, wie die quadratische Apertur nach Fig. 3B oder eine kastenförmige oder verschachtelte Anordnung aus vier Aperturen, wie sie in Fig. 3C gezeigt sind. Zusätzlich kann jede andere aus dem Stand der Technik bekannte konzentrische Apertur als konzentrische Apertur 302 gemäß der Erfindung verwendet werden. Die quadratische Apertur nach Fig. 3B wird durch eine innere quadratische Kante 312 sowie eine äußere quadratische Kante 313 begrenzt. Die verschachtelte Anordnung nach Fig. 3C umfaßt vier Aperturen 314, 315, 316 und 317. Die innere Flache jeder Apertur wird durch eine quadratische Kante 318 und die äußeren Flächen durch die äußeren Kanten definiert, die die Flächen 319, 320, 321 und 322 enthalten.
Fig. 4A zeigt eine Draufsicht auf ein anderes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Antenne mit einer mittleren kreisförmigen Apertur gemäß Fig. 2B und einer konzentrischen ringförmigen Apertur gemäß Fig. 3A. Eine Querschnittsdarstellung längs der Linie B-B nach Fig. 4A ist in Fig. 4B gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel reicht die zentrale Apertur 301 überall bis zu der Basis- oder Grundfläche der strahlenden Struktur 300 und steht mit der Ebene 323 in Berührung. Dies steht im Gegensatz zu Fig. 1, bei der die zentrale Apertur 301 insgesamt so dargestellt ist, daß ihre Basis- oder Grundfläche unabhängig von der Basis- oder Grundfläche der konzentrischen Apertur ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist ebenfalls als oberflächenbündige Anordnung gezeigt, wobei die Öffnung 100 in die Flugzeughaut 101 eingeschnitten ist, so daß die strahlende Struktur 300 darin angeordnet werden kann. Die Struktur ist mit einem bündigen dielektrischen Fenster 303 abgedeckt und enthält eine Anzahl von Strahlern a, b, c, d, e und f innerhalb der strahlenden Struktur 300. Die Strahler a und b sind innerhalb der zentralen Apertur 301 angeordnet und an ein Netzwerk (nicht dargestellt) angeschlossen, um sie mit HF-Leistung zu versorgen. Die Strahler c, d, e und f befinden sich in der konzentrischen Apertur 302 und werden ebenfalls von einem (nicht gezeigten) Netzwerk gespeist, das HF-Leistung liefert.
Infolge der Reziprozität kann die erfindungsgemäße Antenne 200 sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus arbeiten. Aus Einfachheits- und Konsistenzgründen wird die Erfindung anhand des Sendemodus beschrieben. Jedoch erkennt und begreift der Fachmann ohne weiteres, daß die Erfindung auch ebenso gut in dem Empfangsmodus zu verwenden ist.
Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Netzwerkes 401. Jeder Strahler a, b, c, d, e und f ist einem Ausgangsport 402-407 zugeordnet. Hybridkoppler 408, 409 und 410 bilden einen Teil des Netzwerks 401. Jeder Koppler ist ein üblicher, im Stand der Technik bekannter Hybridkoppler, beispielsweise ein Summen/ Differenzkoppler. Eingangsports 413 und 415 liefern Signale an den Summen- bzw. Differenzeingang des Hybridkopplers 410. Eine Übertragungsleitung 602 liefert zusammen mit einer Übertragungsleitung 417 Eingangssignale an den Differenz- bzw. den Summeneingang des Hybridkopplers 408. Eine Übertragungsleitung 603 überträgt zusammen mit einer Übertragungsleitung 418 Eingangssignale an den Differenz- bzw. den Summenport des Hybridkopplers 409. Die Eingangsports 411 und 412 sind über 3 dB Richtkoppler 419 miteinander verbunden und liefern Ausgangssignale für die Ausgangsports 402 und 407 über Übertragungsleitungen 605 und 606. Die Optimierungsschaltungen und ihre Funktion ist unten beschrieben.
Die Erfindung ist als Mehrbetriebsarten-Rundumantenne bezeichnet, weil die Auswahl der unterschiedlichen Eingangsports zu unterschiedlichen Strahlungsmustern führt. Insbesondere führt das Einspeisen von HF-Leistung in den Eingangsport 411 oder 412 eine zirkularpolarisierte Strahlung in Zenitrichtung. Dies ergibt sich aus dem Umstand, daß der Koppler 419 gleiche Leistung mit einer 90º-Phasenbeziehung an die beiden Ausgangsports 402 und 407 gibt. Als Ergebnis erzeugen die gekreuzten Strahler a und b eine HF-Anregung an der zentralen Apertur 301, die zu einer zirkularpolarisierten Strahlung in Zenitrichtung führt. Umgkehrte Drehrichtungen der Zirkularpolarisation werden von den Ports 411 und 412 erzeugt. In Horizontalrichtung ist das Strahlungsdiagramm vertikal polarisiert und omnidirektional. Die Zenit- und die Horizontalrichtung sind für eine Antenne definiert, die an der Oberseite des Rumpfes eines Flugzeugs montiert ist, das sich im Geradeausflug befindet.
Die Zufuhr von HF-Leistung zu dem Eingangsport 413 führt zu einer vertikal polarisierten, omnidirektionalen Strahlung in horizontaler Richtung. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Hybridkoppler 410, 408 und 409 gleiche Leistung phasengleich an den Ausgangsport 403, 404, 405 und 406 abgeben. Als Folge davon speisen die Strahler c, d, e und f eine HF-Anregung in die konzentrische Apertur 302, was zu einer vertikal polarisierten omnidirektionalen Strahlung in Horizontalrichtung führt. Keinerlei Strahlung erfolgt in Zenitrichtung.
Das Einspeisen von HF-Leistung in den Eingangsport 415 führt zu einer vertikal polarisierten Strahlung in horizontaler Richtung mit vier Zipfeln. Dies geschieht, weil die Hybridkoppler 410, 408 und 409 gleiche Leistung mit abwechselnder Phase den Ausgangsports 403, 405, 404 und 406 zuführen. Im Ergebnis speisen die Strahler c, d, e und f eine HF-Anregung in die konzentrische Apertur 302 ein, die zu einer vertikal polarisierten Strahlung in horizontaler Richtung mit vier Zipfeln führt.
Übertragungsleitungen 602 und 603 ergeben zusätzliche Erregungsarten für die konzentrische Apertur 302. Bei dieser Erfindung werden diese beiden Betriebsarten als Hilfsanregungen verwendet, um das Strahlungsmuster der Antenne 200 zu verbessern, wenn sie mit Leistung betrieben wird, die dem Eingangsport 411 oder 412 zugeführt wird. Im Ergebnis kann das Strahlungsmuster, das sich während der Hauptanregung der zentralen Apertur 305 ergibt, durch eine Hilfsanregung der konzentrischen Apertur 302 modifiziert werden, um eine verbesserte Strahlung in einer speziellen Richtung zu erhalten.
Die Fig. 6A-6F zeigen sechs Konfigurationen für die Optimierungsschaltung 420, die die Hilfsanregung über die Übertragungsleitung 602 beeinflußt. Die Optimierungsschaltung 421 ist ein Spiegelbild der Schaltung 420 und beeinflußt in ähnlicher Weise die Hilfsanregung über die Übertragungsleitung 602. Da beide Schaltungen identisch sind, wird lediglich eine von ihnen erläutert.
Fig. 6A zeigt eine Konfiguration,gemäß der die Übertragungsleitung 602 an einen Abschlußwiderstand 732 angeschlossen ist, während das Teil 414 fehlt. Leistung, die von der strahlenden zentralen Apertur 301 in die konzentrische Apertur 302 eingekoppelt wird und auf der Übertragungsleitung 602 erscheint, wird von dem Widerstand 732, abhängig von dessen Widerstandswert, absorbiert oder teilweise reflektiert. Die Impedanz des Widerstandes, wie sie durch die Einstellung 724 in der Übertragungsleitungslänge transformiert wird und die Netzwerkleitungslänge zurück zu der konzentrischen Apertur 302 bestimmen, wie diese eingekoppelte Leistung die Hilfsanregung der Apertur 303 erzeugt und somit wie das Antennenstrahlungsdiagramm beeinflußt wird, wenn Leistung dem Eingangsport 411 oder 412 zugeführt wird. Eine Wahl für den Widerstandswert, die das gewünschte Strahlungsdiagramm hervorrufen kann, ist derart, daß die gesamte von der zentralen Apertur 301 in die konzentrische Apertur 302 eingekoppelte Leistung, die auf der Leitung 602 erscheint, durch den Widerstand 732 absorbiert wird. Andere Auslegungen des Widerstandswertes zusammen mit der Leitungslänge 724 können das Strahlungsdiagramm in speziellen Richtungen verbessern.
Die in Fig. 6B gezeigte Konfiguration enthält einen Kurzschluß anstelle des widerstandsbehafteten Anschlusses gemäß Fig. 6A. Die Länge der Übertragungsleitung 704 ist entsprechend einer Verbesserung des Strahlungsmusters gewählt. Eine Auslegung der Leitungslänge erfolgt in der Weise, daß an der konzentrischen Apertur 302 bei einer Aperturbetriebsart, die zu der Übertragungsleitung 602
gehört, ein tatsächlicher Kurzschluß erscheint. Diese Auswahl ergibt für die konzentrische Apertur 302 den geringsten störenden Einfluß auf das Strahlungsdiagramm der zentralen Apertur 301. Andere Bemessungen der Leitungslänge können das Strahlungsdiagramm verbessern.
Die in Fig. 6C gezeigte Anordnung stellt einen frequenzselektiven Abschluß dar. Bei der Resonanzfrequenz der RLC-Schaltung 709 ist der effektive Abschlußwiderstand gleich der Parallelschaltung aus einem Widerstand 708 und einem Widerstand eines Gliedes 709. Wenn der Widerstand des Gliedes 709 null Ohm hat, dann ist die effektive Abschlußimpedanz ein Kurzschluß bei der Resonanzfrequenz des Gliedes 709. Bei Frequenzen, die weit von der Resonanzfrequenz des Gliedes 709 liegen, ist der effektive Abschlußwiderstand näherungsweise gleich dem Wert des Widerstandes 708. Die Optimierung des Strahlungsdiagramms bei einer oder mehreren Frequenzen kann mit diesem frequenzselektiven Abschluß erhalten werden.
Die in der Fig. 6D gezeigte Schaltung weist einen Eingangsport 414 auf, der unmittelbar an die Übertragungsleitung 602 angeschlossen ist. Eine Ansteuerung an dem Eingangsport 414 und einem zugehörigen Eingangsport 416, der unmittelbar an die Übertragungsleitung 603 angeschlossen ist, ermöglicht es der Antenne, zusätzlich zwei Strahlungsmusterbetriebsarten zu erzeugen. Bei dieser Konfiguration der Optimierungsschaltung 420 und 421 wird die Einstellung des Strahlungsmusters erhalten, wenn Leistung dem Eingangsport 411 zugeführt wird oder 412 nicht verfügbar ist. Das sich bei dieser Konfiguration ergebende Strahlungsmuster entspricht dem Strahlungsmuster, wie es mit der Schaltung nach Fig. 6A erhalten wird, wenn der Widerstand 732 einen Widerstandswert aufweist, der zu einem angepaßten Abschluß der Übertragungsleitung 602 und 724 führt. Das Strahlungsmuster, das aus der Konfiguration nach Fig. 6D erhalten wird, hat wesentlich verbesserte Eigenschaften, verglichen mit den Diagrammen, wie sie mit Antennen nach dem Stand der Technik erhalten werden, die keine Hybridkoppler 408 und 409 verwenden und keine Übertragungsleitungen 602 und 603 enthalten.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 6D enthält ebenfalls einen Eingangsport 414. Jedoch verbindet in diesem Fall ein Richtkoppler 710 die Übertragungsleitung 602 mit der Übertragungsleitung 605. Wenn in den Eingangsport 411 oder 412 Leistung eingespeist wird, wird ein Teil der Leistung mittels des Kopplers 710 von der Leitung 605 in die Leitung 602 eingekoppelt. Diese in die Leitung 602 eingekoppelte Leistung beeinflußt die Hilfsanregung der konzentrischen Apertur 302 und somit das Strahlungsdiagramm. Eine Einstellung zwecks Optimierung des Musters ist durch Einstellung des Kopplungskoeffizienten des Kopplers 710 und durch Einstellung der Länge der Übertragungsleitung 704 möglich.
Die in Fig. 6F gezeigte Konfiguration enthält eine frequenzselektive Schaltung, die bei einer Frequenz zu einer Verkopplung führt und bei einer anderen Frequenz zu einem Abschluß mit Kurzschluß. Die Schaltung enthält einen Abzweigleitungsrichtkoppler, der durch Viertelwellenlängenleitungen 711, 712, 713 und 714 gebildet wird und der an Schaltungspunkten 715 und 716 an zwei LC-Resonanzkreise 717 bzw. 718 angeschlossen ist. Bei der Resonanzfrequenz der Resonanzkreise 717 und 718 ist die Übertragungsleitung 602 durch Kurzschluß abgeschlossen. Bei einer Frequenz, die weit von dieser Resonanzfrequenz abliegt, arbeitet der Richtkoppler so, daß er einen Teil der dem Port 411 oder 412 zugeführten Leistung in die Leitung 602 einkoppelt. Mit dieser frequenzselektiven Schaltung kann die Optimierung des Strahlungsdiagramm bei mehr als nur einer Frequenz erreicht werden.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen Strahlungsdiagramme in der Vertikalebene, die in der Azimuthebene omnidirektional sind. Fig. 7 veranschaulicht ein Strahlungsdiagramm, das eine streng vertikal polarisierte (VP) Strahlung in Horizontalrichtung und eine Nullstrahlung in Zenitrichtung liefert. Dieses monopol-ähnliche Diagramm wird durch eine konventionelle Antenne mit ringförmigem Schlitz erzeugt ebenso wie durch das Mehrbetriebsartenantennensystem, das vorstehend beschrieben ist, wenn Leistung in den Port 413 eingespeist wird.
Fig. 8 zeigt ein Diagramm, das eine starke, rechts- oder linksdrehende zirkulare Polarisation (RHCP oder LHCP) in Zenitrichtung aufweist, jedoch eine schwache, vertikal polarisierte Strahlung in horizontaler Richtung. Dieses bekannte Strahlungsmuster tritt eher auf, wenn eine übliche Antenne mit ringförmigem Schlitz konzentrisch um eine zirkularpolarisierte ebene Antenne angeordnet ist, die an sich eine starke vertikal polarisierte Strahlung in horizontaler Richtung liefert. Dieses Muster ist unbrauchbar, weil eine starke Strahlung in horizontaler Richtung bei an der Oberseite von Flugzeugen montierten Antennen gewünscht ist, um mit Satelliten zu kommunizieren, die unter niedrigen Elevationswinkeln stehen.
Fig. 9 zeigt ein Muster, das eine brauchbare, rechts- oder linksdrehende Zirkularpolarisation in Zenitrichtung und eine starke,vertikal polarisierte Strahlung in Horizontalrichtung aufweist. Die oben beschriebene Mehrbetriebsartenantenne kann dieses erwünschte Muster in Folgen der Hilfserregung der konzentrischen Mehrbetriebsartenapertur liefern, wenn die zentrale Apertur über die Ports 411 oder 412 angeregt wird. Die Mehrbetriebsartenantenne kann gleichzeitig das monopol-ähnliche Muster gemäß Fig. 7 erzeugen, wenn die konzentrische Apertur über den Port 413 angeregt wird. Zusätzliche Muster sind, wie oben erläutert, über die Ports 415, 414 und 416 gleichzeitig verfügbar.

Claims

1. Mehrbetriebsartenantennensystem, das dazu vorgesehen ist, bündig mit einer Oberfläche montiert zu werden,

mit Antennenmitteln (200),

mit Speisemitteln (402, 407) zum Anregen der Antennenmittel sowie

mit Betriebsartensteuermitteln (411, 416) zur Steuerung der Betriebsweise der Speisemittel, um die Antennenmittel derart anzuregen, daß sie ein gewünschtes Strahlungsdiagramm erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß

die Antennenmittel (200) eine erste Apertur (301) , die zumindest zwei Strahlungsdiagramme zu erzeugen in der Lage ist- und eine zweite Aperatur (302) aufweist, die zumindest zwei Strahlungsdiagramme zu erzeugen in der Lage ist, wobei die zweite Apertur konzentrisch zu der ersten Apertur angeordnet ist,

die Speisemittel ein erstes Speisesystem (402, 407) zum Anregen der ersten Apertur und ein zweites Speisesystem (403, 406) zum Anregen der zweiten Apertur aufweisen und

Hilfsspeiseschaltungsmittel (402, 602; 421, 603) angeschlossen sind, um eine Hilfserregungsspeisung für das zweite Speisesystem (403-406) zu erzeugen, um während der Haupterregung der ersten und der zweiten Apertur die zweite Apertur zusätzlich zu erregen, wobei die Hilfserregungsspeisung derart ist, daß sie bei allen durch die Antennenmittel (200) erzeugten Strahlungsdiagramme eine verhältnismäßig starke Strahlung in der horizontalen Richtung erzeugt.

2. Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Apertur (302) eine ringförmige Mehrbetriebsartenapertur (311, 313, 314) aufweist, die die erste Apertur (301) umgibt und wenigstens drei Strahlungsdiagramme erzeugt.

3. Antennensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Apertur (302) wenigstens vier Aperturen in rechteckförmiger Anordnung (314-317) aufweist.

4. Antennensystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Apertur (302) eine quadratische Mehrbetriebsartenapertur (313) aufweist.

5. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Apertur (301) zwei einander schneidende und zueinander rechtwinklige Aperturen (306, 307) aufweist.

6. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Apertur (301) eine kreisförmige Apertur (308) umfaßt.

7. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Apertur (301) eine quadratische Apertur (309) umfaßt.

8. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel (420, 421) Impedanzelemente (709, 717) enthalten, die den zweiten Speisemitteln (403, 406) zugeordnet sind und für diese eine Impedanz darstellen.

9. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfserregungsschaltungsmittel (420, 421) Querverbindungsmittel (711) umfassen, um das erste und das zweite Speisesystem (402, 407; 403-406) miteinander zu verbinden und Signale zwischen den Speisesystemen zu verkoppeln.

10. Antennensystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsmittel ferner Impedanzmittel (704) aufweisen, die dem zweiten Speisesystem (403, 406) zugeordnet sind und für das zweite Speisesystem (403, 407) eine Impedanz bilden.

11. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Speisesystem erste und zweite gekoppelte Speiseleitungen (411, 412) aufweist, daß das zweite Speisesystem ein Summen- und Differenznetzwerk (408-410) für Übertragungsleitungen (417, 418, 602, 603) aufweist und daß die Schaltungsmittel (420, 421) eine erste Optimierungsschaltung (420), die an eine der Übertragungsleitungen (602) des Netzwerkes angeschlossen ist, sowie eine zweite Optimierungsschaltung (421) aufweisen, die an eine andere der Übertragungsleitungen (603) des Netzwerks angeschlossen ist.

12. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Apertur (301) erste und zweite Primärstrahler (305) aufweist und daß die zweite Apertur (302) ringförmig ist und erste, zweite, dritte und vierte Primärstrahler (304) umfaßt.

13. Antennensystem-nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Speisesystem (402, 407) einen Koppler (419) enthält, der einen ersten und einen zweiten Eingang (411, 412) sowie einen ersten an-den ersten Primärstrahler (305) angeschlossenen ersten Ausgang (605) und einen zweiten an dem zweiten Primärstrahler (305) angeschlossenen Ausgang (606) aufweist.

14. Antennensystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Speisemittel (403-406) einen ersten, einen zweiten, einen dritten Hybridkoppler (410, 408, 409) enthalten, von denen jeder einen Summen- und einen Differenzeingang sowie einen ersten und einen zweiten Ausgang aufweist, wobei der Summen- und der Differenzeingang des ersten Hybridkopplers (410), der Summeneingang des zweiten Hybridkopplers (408) und der Summeneingang des dritten Hybridkopplers (409) jeweils ein abzustrahlendes Signal eingespeist bekommt, der erste Ausgang des ersten Hybridkopplers (410) an den Summeneingang des zweiten Hybridkopplers (408) angeschlossen ist, der zweite Ausgang des ersten Hybridkopplers (410) an den Summeneingang des dritten Hybridkopplers (409) angeschlossen ist und der erste und der zweite Ausgang des zweiten und des dritten Hybridkopplers (408, 409) an den ersten, den zweiten, den dritten bzw. den vierten Strahler (304) des Rings angeschlossen ist.

15. Antennensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltungsmittel (420, 602) an den Differenzeingang des zweiten Hybridkopplers (408) angeschlossen sind und daß die zweiten Schaltungsmittel (421, 603) an den Differenzeingang des dritten Hybridkopplers (409) angeschlossen sind.

16. Antennensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltungsmittel (420, 602) eine Übertragungsleitung (605) enthalten, die den ersten Ausgang des Kopplers (419) und den ersten mittleren Primärstrahler (305) miteinander verkoppeln, sowie deinen widerstandsbehafteten Abschluß (724, 732) aufweisen, der an den Differenzeingang des zweiten Hybridkopplers angeschlossen ist.

17. Antennensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltungsmittel (420, 602) eine Übertragungsleitung (605) enthalten, um den ersten Ausgang des Kopplers (419) und den ersten zentralen Primärstrahler (305) miteinander zu verkoppeln sowie einen Kurzschlußabschluß (704, 705) aufweisen, der an den Differenzeingang des zweiten Hybridkopplers (408) angeschlossen ist.

18. Antennensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltungsmittel (420, 602) eine Übertragungsleitung (605) enthalten, die den ersten Ausgang des Kopplers (419) und den ersten der mittleren Primärstrahler (305) miteinander verkoppeln,sowie einen frequenzabhängigen Abschluß (709) aufweisen, der an den Differenzeingang des zweiten Hybridkopplers (408) angeschlossen.

19. Antennensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltungsmittel (420, 602) einen zweiten Koppler (710) enthalten, der einen ersten an den Ausgang des ersten Kopplers (419) angeschlossenen Eingangs einen zweiten Eingang zum Empfangen abzustrahlender Signale ,einen ersten an den ersten mittleren Primärstrahler (305) angeschlossenen Ausgang und einen zweiten Ausgang aufweist, der an den Differenzeingang des zweiten Hybridkopplers (408) angeschlossen ist.

20. Antennensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltungsmittel (420, 602) eine Viertelwellenlängenleitungsbrücke (711, 714) enthalten, die einen ersten an den Ausgang des ersten Kopplers (419) angeschlossenen Eingang, einen zweiten Eingang zum Empfangen abzustrahlender Signale, einen ersten an den ersten mittleren Primärstrahler (305) angeschlossenen Ausgang und einen an den Differenzeingang des zweiten Hybridkopplers (408) angeschlossenen Ausgang aufweist, und daß der zweite Eingang und der zweite Ausgang der Brücke an geerdete LC-Abschlußschaltungen (717, 718) angeschlossen ist.

21. Antennensystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Schaltungsmittel (420, 602) eine erste angepaßte Übertragungsleitung (712) enthalten, die den Ausgangsanschluß des ersten Kopplers (419) und den ersten mittleren Primärstrahler (305) miteinander verbindet, und daß es eine zweite angepaßte Übertragungsleitung (714) enthält, die ein Ende aufweist, um abzustrahlende Signale eingespeist zu bekommen und deren anderes Ende an den Differenzeingang des zweiten Hybridkopplers (408) angeschlossen ist.

22. Antennensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Apertur (301) dazu dient, erste und zweite Strahlungsdiagramme zu erzeugen, die in einer Strahlungsrichtung senkrecht zu der Antennenapertur jeweils rechts- und linksdrehend polarisiert sind, daß die zweite Apertur (302) in der Lage ist, erste, zweite und dritte Strahlungsdiagramme zu erzeugen, die jeweils ein omnidirektionales Strahlungsdiagramm darstellen, das in einer Strahlungsrichtung parallel zu der Antennenapertur vertikal polarisiert ist, wobei zwei andere Betriebsarten Strahlungsdiagramme sind, die in einer Strahlungsrichtung senkrecht zu der Antennenapertur jeweils rechts- und linksdrehend zirkular polarisiert sind,und daß die Schaltungsmittel (420, 602, 421, 603) dazu ausgelegt sind, eine Hilfserregung zu erzeugen, die zu einem vertikal polarisierten Strahlungsdiagramm in einer Strahlungsrichtung parallel zu der Antennenapertur während der Erzeugung der ersten und der zweiten Strahlungsdiagramme durch die erste Antennenapertur (301) führt.