DE4105764A1 - Vorrichtung zur formung eines antennendiagrammes bei einer hohlleiterschlitzarrayantenne mit serienspeisung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Formung eines Antennendiagrammes einer Hohlleiterschlitzarrayantenne mit Serienspeisung.

Eine Hohlleiterschlitzarrayantenne besteht aus einer Vielzahl Hohlleiterstrahler, die nebeneinander angeordnet sind. An deren Wänden sind Längsschlitze zur Abstrahlung der Antennenkeule angebracht. Sie bilden das Schlitzarray. Die Speisung des Arrays erfolgt mittels eines gemeinsamen Hohlleiterspeiseelementes, indem die HF-Energie über Koppelschlitze an einer Seite des Speisehohlleiters an die Strahler ausgekoppelt wird.

Damit kein azimutaler Schielwinkel auftritt, müssen alle Strahler gleichphasig gespeist werden. Ein bekanntes Verfahren, das zu dieser gewünschten Abstrahlungsform führt, besteht darin, den Speisehohlleiter als resonantes Array zu dimensionieren. Das erreicht man dadurch, daß man die Abstände zwischen benachbarten Koppelschlitzen so wählt, daß die Resonanzbedingung erfüllt ist.

Aufgrund einer gemeinsamen, seriellen Speisung entsteht eine Phasendifferenz von ΔΦ = -180° zwischen benachbarten Strahlern. Sie wird durch einen alternierenden Versatz der Schlitze zweier benachbarter Strahler kompensiert (Collin/Zucker, "Antenna theory", Part. I).

Die aufgeführte, resonante Dimensionierung ist schmalbandig in der Anpassung. Soll die Antenne eine ausreichende Bandbreite in der Anpassung besitzen, so muß das Speisearray als nichtresonantes Array dimensioniert werden. Das führt aber zu einem Schielwinkel in azimutaler Richtung.

Als weiterer Nachteil des nichtresonanten Speisesystems kommt hinzu, daß der Speisehohlleiter, im Falle einer Antenne im X-Band, kein Standard-Hohlleiter sein kann, weil der dadurch entstehende azimutale Schielwinkel zu groß würde, was das Auftreten von unerwünschten Nebenkeulen als Folge mit sich brächte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung anzugeben, die einerseits eine ausreichende Bandbreite in der Anpassung gewährleistet, andererseits aber keinen Schielwinkel in azimutaler Richtung auftreten läßt. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit der Merkmalskombination des ersten Vorrichtungsanspruches.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Realisierung der Antenne durch den Einsatz von Standard-Hohlleitern genau und kostengünstig durchzuführen ist. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung enthalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivische Ansicht der Ankopplung zwischen Speise- und Strahlerhohlleiter, wobei einige Teile teilweise weggeschnitten sind,

Fig. 2 Draufsicht eines Ausschnittes der Anordnung der Schlitze im Array.

In Fig. 1 ist ein Teil einer Hohlleiterschlitzarray­ antenne dargestellt. Mit 15 sind Hohlleiterstrahler der Antenne bezeichnet. Mit 10 ist ein rechteckiger Speisehohlleiter bezeichnet, deren Breitseite Koppelschlitze 11 enthält, die die HF-Leistung in jeden Hohlleiterstrahler 15 auskoppeln.

Die Koppelschlitze 11 liegen in einem Abstand 12 voneinander entfernt. Ihre Lage auf der Breitseite des Speisehohlleiters 10 bestimmt einen Abstand 13 zwischen Koppelschlitz und Mittellinie 14 der Breitseite des Speisehohlleiters, welcher vom Auskopplungsfaktor des jeweils angeflanschten Hohlleiterstrahlers 15 abhängig ist.

Der Abstand 12 wird so gewählt, daß ein nichtresonantes Array im Speisehohlleiter entsteht. Damit der Einfluß reflektierter Energie verhindert wird, setzt man einen Abschlußwiderstand 18 (Sumpf) ein (in Fig. 2 gezeigt). Der Abschlußwiderstand 18 absorbiert den Energienanteil, der nicht in die Hohlleiterstrahler ausgekoppelt wird. Mittels des Abstandes 12 entsteht eine konstante Phasendifferenz zwischen den Signalen in benachbarten Hohlleiterstrahlern 15. In der Vorrichtung beträgt die Phasendifferenz zwischen den Signalen ΔΦ = -240°. Durch die Wahl dieses Wertes für die Phasendifferenz ist die Phase der Signale jedes dritten Hohlleiterstrahlers gleich.

Die Phasenkompensation wird durch die Verschiebung der Lage von Schlitzen 16 auf der Breitseite der Hohlleiterstrahler 15 erreicht.

Die Anordnung der Schlitze 16 im Array wird anhand von Fig. 2 erläutert.

Das Koordinatensystem in Fig. 1 und Fig. 2 ist so gewählt, daß die x-Achse parallel zum Speisehohlleiter und die z-Achse parallel zu den Hohlleiterstrahlern verlaufen.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht eines Ausschnittes des Schlitzarrays mit, auf einer Breitseite der Hohlleiterstrahler 15 angebrachten, Schlitzen 16. In dem Ausschnitt sind exemplarisch vier Hohlleiterstrahler dargestellt, wobei die Signale im ersten und im vierten Hohlleiterstrahler gleichphasig sind. Demnnach wiederholt sich die Lage der Schlitze 16 im Hohlleiterstrahler nach jeweils drei Hohlleiterstrahlern 15, was einer Vereinfachung bei der Arraydimensionierung gleichkommt.

Die Schlitze 16 jedes Hohlleiterstrahlers 15 liegen in einem konstanten Abstand 17 in z-Richtung voneinander entfernt. Die Hohlleiterstrahler sind mit einem Abschlußwiderstand 18 zur Absorption der Restenergie in den Hohlleiterstrahlern versehen.

Als Beispiel für die Bestimmung der geometrischen Lage von drei Schlitzen in aufeinanderfolgenden Hohlleiterstrahlern nimmt man einen Hohlleiterstrahler als Bezugsstrahler 151, mit einem auf seiner Breitseite angebrachten Schlitz als Bezugsschlitz 161, an. Die Hohlleiterstrahler 152 und 153 stellen den ersten und den zweiten Nachbarstrahler mit den Nachbarschlitzen 162 und 163 auf ihren Breitseiten dar.

Weiterhin stelle man sich vor, daß die Lage der Schlitze in den Hohlleiterstrahlern erstmal bei allen Hohlleiterstrahlern identisch ist.

Durch eine zweidimensionale Verschiebung der geometrischen Lage der Nachbarschlitze (in x- und in z-Richtung) erreicht man, daß die von den Nachbarschlitzen 162 und 163 abgestrahlten Signale bei vorgegebener Wellenlänge die gleiche Phase wie das vom Bezugsschlitz 161 abgestrahlte Signal aufweisen.

Die zu kompensierende Phasendifferenz von ΔΦ = -240° zwischen Bezugsschlitz 161 und erstem Nachbarschlitz 162 bzw. von ΔΦ = +240° zwischen Bezugsschlitz 161 und zweitem Nachbarschlitz 163 wird in zwei Verfahrensschritte kompensiert.

Durch Spiegelung der angenommenen Anfangslage der Nachbarschlitze 162 bzw. 163 bezüglich der Mittellinie des jeweiligen Nachbarstrahlers 152 bzw. 153 (Verschiebung in x-Richtung), erreicht man eine Drehung der Phase des abgestrahlten Signals von 180°.

Die Phasendifferenz zwischen Bezugsschlitz 161 und erstem Nachbarschlitz 162 beträgt somit ΔΦ = -60°. Zwischen Bezugsschlitz 161 und zweitem Nachbarschlitz 163 hat sie noch einen Wert von ΔΦ = +60°. Durch Verschiebung der Lage des ersten Nachbarschlitzes 162 um einen Kompensationsabstand 20 in negativer z-Richtung (in Richtung des Ankopplungspunktes zwischen erstem Nachbarstrahler 152 und Speisehohlleiter 10) wird die Phase des abgestrahlten Signals um +60° gedreht, womit das Signal die gleiche Phase aufweist wie das Signal, das vom Bezugsschlitz abgestrahlt wird. Durch eine analoge Verschiebung der Lage des zweiten Nachbarschlitzes um den betragsmäßig gleichen Kompensationsabstand 20 in positiver z-Richtung, wird die Phase des vom zweiten Nachbarschlitz 163 abgestrahlten Signals um -60° gedreht, womit ebenso ein zum Bezugsschlitzsignal gleichphasiges Signal erreicht wird.

Der Kompensationsabstand 20, um den die Nachbarschlitze in z-Richtung verschoben werden, beträgt ein Drittel des Abstandes 17 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen eines Strahlers, unabhängig von der Größe des Abstandes 17. Auf die genaue Ausführung der vollständigen Dimensionierung des Arrays wird hier nicht eingegangen, da sie sich aus dem oben erläuterten Zusammenhang herleiten läßt. Die genauen Maße der beschriebenen Abstände ergeben sich aus der Tatsache, daß Standardhohlleiter als Speisehohlleiter und Hohlleiterstrahler für den Betrieb im X-Band verwendet werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Formung eines Antennendiagrammes einer Hohlleiterschlitzarrayantenne mit einem seriell speisenden Speisehohlleiter (10), an dessen Wand Hohlleiterstrahler (15) in nichtresonanter Weise angeordnet sind und mit Hohlleiterstrahlern, die mit einer Vielzahl von Schlitzen (16) versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangslage der am nächsten zum Speisehohlleiter liegenden Schlitze (erste Schlitze (162, 163)) in den Hohlleiterstrahlern, bezüglich eines ersten Schlitzes (Bezugsschlitz (161)) in einem Bezugsstrahler (151), parallel zu den Hohlleiterstrahlern (z-Richtung) um einen positiven oder negativen Kompensationsabstand (20) verschoben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen konstanten ersten Abstand (12) zwischen den Hohlleiterstrahlern und durch einen konstanten zweiten Abstand (17) zwischen den Schlitzen auf jedem Hohlleiterstrahler.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Spiegelung der Anfangslage der ersten Schlitze in den Hohlleiterstrahlern bezüglich der Mittellinie (19) des jeweiligen Strahlers, die eine Drehung der Phase um 180° bewirkt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, gekennzeichnet durch einen ersten Abstand, der bei vorgegebener Wellenlänge eine erste Phasenverschiebung von ΔΦ = -240° zwischen Signalen benachbarter Hohlleiterstrahler bewirkt und gekennzeichnet durch einen Kompensationsabstand, der ein Drittel des zweiten Abstandes beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch rechteckige Hohlleiter als Speisehohlleiter und als Hohlleiterstrahler.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Abschlußwiderstände (18) am Speisehohlleiter und an den Hohlleiterstrahlern.