DE3941125A1 - Zweiseitige planare breitband-antenne - Google Patents
Zweiseitige planare breitband-antenneInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
- H01Q13/085—Slot-line radiating ends
Landscapes
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- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine zweiseitige planare Breitband-
Antenne, im weiteren DSNA (Double-Sided Notch-Antenna) ge
nannt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung der genannten Art wird u. a. in Flugkörpern
und Lenkgeschossen eingesetzt und kommt daher beispiels
weise im Bereich der strategischen Munition zur Anwendung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung
der eingangs genannten Art auszubilden, die ein geringes
Bauvolumen aufweist, breitbandig ist, durch einen großen
Gewinn charakterisiert ist und dessen H- und E-Ebene annä
hernd gleich sind.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sowie ihre ent
sprechenden Weiterbildungen sollen dabei zusätzlich leicht
herstellbar, preiswert und materialsparend ausfallen.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in dem Pa
tentanspruch 1 beschrieben. In den Unteransprüchen sind
vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sowie bevorzugte An
wendungen der Erfindung aufgeführt.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß
eine Streifenleitung, auch Stripline genannt, zwischen
zwei symmetrisch aufgebauten planaren Breitband-Antennen,
auch Tapered-Slot-Antenna genannt, ausgebildet ist. Der
Schlitz dieser planaren Breitband-Antennen weist hierbei
einen gekrümmten Verlauf auf und ist vorzugsweise nicht
vollständig von Metall berandet.
Mittels der vorliegenden Anordnung ist eine preiswerte
planare Antenne mit großem Gewinn und einer Breitbandig
keit über mehr als zwei Oktaven ralisiert, die ein gerin
ges Bauvolumen aufweist, keine Abstrahlung über die
entsprechenden Speiseleitungen - auch Triplate genannt -
hervorruft, phasengleich ansteuerbar ist und die
Aufgabenstellung in vollem Umfang erfüllt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 und 2
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsge
mäßen Anordnung;
Fig. 2 die H- bzw. E-Ebene der Anordnung nach Fig. 1, ein
gezeichnet in ein polares Koordinatensystem.
Die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 1 besteht aus
zwei miteinander beliebig verbundenen kaschierten Platten
71 und 72. Zwischen diesen Platten ist in etwa mittig eine
vorzugsweise parallel zu einer der Längskanten verlaufende
Streifenleitung 77 ausgebildet. Ihre Länge und Breite sind
vorzugsweise so gewählt, daß sie eine Schlitzbreite 31 in
nerhalb der Schlitzleitung aufweisen.
Der Schlitz 7 der Schlitzleitung auf der Vorderseite der
DSNA ist vorteilhafterweise symmetrisch zum vorzugsweise
gleichgestalten Schlitz 7 auf der Antennenrückseite ausge
bildet. Die breitere Seite des Schlitzes 7 ist vorteilhaf
terweise orthogonal zur Streifenleitung 778 ausgebildet.
Er ist aus der Metallisierung der zugehörigen Me
tallkaschierung z. B. herausgeätzt und seine Berandungen
weisen auf einer Länge 333 vorzugsweise einen spiegelsym
metrischen exponentiellen Verlauf (bzw. parabelförmigen
Verlauf) auf, der in einen parallelen Verlauf übergeht.
Dieser parallele Verlauf ist parallel zur breiten Kante
ausgebildet und ist Bestandteil des Schlitzes 7. Eine
breite Kante ist vorzugsweise orthogonal zur Längskante
ausgebildet. Dieser parallele Verlauf endet in etwa kurz
hinter der Mitte der breiten Kante. An der Längskante
weist die oben beschriebene metallfreie Struktur (in
Schlitz 7 übergehende, exponentiell verlaufende Struktur)
eine Ausdehnung 32 auf.
Die Gesamtlänge 33 der Längskante ist 2 λ0, wobei λ0 die
durchschnittliche Freiraumwellenlänge ist. Die weiteren
Abmessungen dieser Geometrie sind:
31 gleich in etwa 0,24 λ0,
32 gleich in etwa λ0,
333 gleich in etwa λ0,
303 gleich in etwa 0,13 λ0,
32 gleich in etwa λ0,
333 gleich in etwa λ0,
303 gleich in etwa 0,13 λ0,
bei einer Dielektrizitätskonstante von εr vorzugsweise
2,33.
Die Streifenleitung 77 weist je nach Größenverhältnis vor
zugsweise in etwa eine Impedanz Z0 von ca. 50 Ω auf.
Die Funktionsweise dieser Antenne ist folgende:
Auf den jeweiligen äußeren Seiten befindet sich die aus
der Kaschierung herausgeätzte "Tapered-Slot-Antenna", die
an ihrem schmaleren Ende in eine hochohmige (ZLs ≈ 320 Ω)
Schlitzleitung übergeht.
Wird dieser Schlitz 7 erregt, so läuft eine elektromagne
tische Welle über sie in den sich immer mehr erweiternden
Schlitz 7 und wird schließlich abgestrahlt (Travelling
Wave Antenna). Die Abstrahlung findet im Bereich statt, in
dem der Wellenwiderstand der Schlitzleitung mit dem
Schlitz 7 gleich dem Freiraumwellenwiderstand ist (ZLs =
Z0 ≈ 377 Ω).
Da der Wellenwiderstand der Schlitzleitung sehr fre
quenzabhängig ist, verlagert sich der Ort der Abstrahlung
bei einer breitbandigen Anwendung je nach Frequenz ent
sprechend. Dies hat negative Auswirkung auf das Strah
lungsdiagramm.
Um diesen Effekt klein zu halten, wurde eine sehr hohe
Schlitzleitungsimpedanz gewählt, welche dann relativ
leicht durch einen optimierten Öffnungsverlauf auf den
Freiraumwellenwiderstand transformiert werden kann (ZLs ≈
320 Ω auf Z0 ≈ 377 Ω). Es hat sich bezüglich Anpassung und
Abstrahlung ein parabelförmiger Taper-Verlauf als günstig
erwiesen.
Die Öffnungsweite 32 ist gleich der Wellenlänge λ0 bei
Mittenfrequenz oder λ0/2 bei der untersten Betriebsfre
quenz.
Das Strahlungsdiagramm (Fig. 2) in H- und E-Ebene wird we
sentlich durch das Verhältnis der Antennenlänge 333 des pa
rabelförmigen Verlaufes zur Wellenlänge der Mittenfrequenz
L/λ0 und durch die Kaschierung im Öffnungsbereich, also
durch die Größe 33 (≈ L), bestimmt.
Wählt man Größe 33 gleich 2 λ0 und L/λ0 gleich 1, so er
hält man ein Diagramm, das in der H- und E-Ebene eine an
nähernd gleiche 3 dB-Keulenbreite über dem gesamten Fre
quenzbereich aufweist (Fig. 2).
Beide Antennen auf Vorder- und Rückseite werden über die
gemeinsame Streifenleitung 77 phasengleich gespeist.
Damit die Beeinflussung der elektrischen Felder im Dielek
trikum gering ist, muß ein Plattenmaterial mit möglichst
großer Dicke 303 verwendet werden (d ≈ 0,13/λo).
Durch den parallelen Betrieb der beiden Antennen sind die
Strahlungsdiagramme (Fig. 2) zu beiden Seiten total symme
trisch.
Die Einspeisung in die Schlitzleitung wird durch eine ge
meinsame, zwischen den beiden Platten befindliche Strei
fenleitung 77 realisiert. Dabei muß die Streifenleiterim
pedanz von ZL ≈ 50 Ω auf die Schlitzleiterimpedanz von ZLs
≈ 320 Ω breitbandig transformiert werden.
In Fig. 2 ist der zugehörige H- bzw. E-Plan in einem wie
üblich vorzugsweise planaren Koordinatensystem darge
stellt.
Hierbei ist die H-Ebene mit der Bezugsnummer 12 und die E-
Ebene mit der Bezugsnummer 11 gekennzeichnet.
Durch optimale Auslegung der Transformation der Streifen
leitung 77 auf den Schlitz 7 (Antenneneingangswiderstand
ZL ≈ 320 Ω) ist eine Anpassung von ca. 10 dB über einen
Frequenzbereich von vorzugsweise zwei Oktaven erreicht.
Dabei kann der Schlitz 7 z. B. nach Fig. 3 an seiner brei
teren Seite runde metallische Einwölbungen aufweisen und
die Streifenleitung 77 im Bereich des Schlitzes 7 aufge
weitet sein.
Durch diese Maßnahmen erfolgt eine Optimierung des Über
gangs zwischen Schlitzleitungs-Schlitz 7 und Streifenlei
tung 77.
Über dem gesamten Frequenzbereich weisen die Strahlungs
diagramme in H- und E-Ebene im Bereich ±15° zur Haupt-
Strahlrichtung annähernd gleichen Verlauf auf.
Der Gewinn beträgt je nach Frequenzbereich 6 bis 10 dB
trotz der relativ kurzen Bauform.
Bei entsprechender Dimensionierung läßt sich die Antenne
im gesamten Mikrowellen- und Millimeterwellenbereich ein
setzen.
Durch die Ausbildung der Erfindung gemäß obiger Beschrei
bung stellen sich die bereits genannten Vorteile ein.
Claims (5)
1. Zweiseitige planare Breitband-Antenne für den HF-Be
reich, dadurch gekennzeichnet,
- - daß eine Streifenleitung 77 zwischen zwei symmetrisch aufgebauten planaren Breitband-Antennen ausgebildet ist;
- - daß jeweils ein zugehöriger Schlitz 7 einen gekrümmten Verlauf aufweist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
vorteilhafterweise an dem Schlitz 7 an seiner breiten
Seite runde metallische Einwölbungen ausgebildet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Streifenleitung 77 im Bereich des Schlitzes 7 aufge
weitet ist.
4. Anordnung nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß vorteilhafterweise der spiegelsymmetrisch
und exponentiell ähnlich verlaufende Schlitz 7 auf der
Vorderseite der gesamten Anordnung symmetrisch zu jenem
auf der Rückseite derselben Anordnung ausgebildet ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß der Schlitz 7 nicht vollständig
berandet ist.
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DE19893941125 DE3941125C2 (de) | 1989-12-13 | 1989-12-13 | Planare Breitband-Antenne |
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Legal Events
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER-BENZ AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 80804 M |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 8099 |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AG, 85521 OTTOBRUNN, DE |
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8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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