DE60309750T2

DE60309750T2 - Doppelfrequenz-dipolantennenstruktur mit niedrigem profil

Info

Publication number: DE60309750T2
Application number: DE60309750T
Authority: DE
Inventors: Philip Garland JOY; Harold D. Fort Worth REASONER
Original assignee: Lockheed Corp; Lockheed Martin Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-07-02
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2023-07-03
Also published as: DE60309750D1; EP1590857B1; AU2003261110A1; US6961028B2; WO2004068634A1; EP1590857A1; AU2003261110A8; US20040140941A1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Antennenstrukturen, und genauer eine Dipolantennenstruktur mit niedrigem Profil.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Länge einer Dipolantenne steht in Bezug zu ihrer Betriebsfrequenz. Eine Dipolantenne weist typischerweise zwei abstrahlende bzw. ausstrahlende Elemente auf, die einen gemeinsamen zentralen bzw. Zentrumszufuhrpunkt aufweisen. Die Länge der kombinierten abstrahlenden Elemente des Dipols ist typischerweise ein Mehrfaches der Sende- oder Empfangsfrequenz. Beispielsweise können die abstrahlenden Elemente des Dipols eine Länge aufweisen, die ¼, ½ oder ¾ der Wellenlänge der Radiofrequenz-(RF)-Energie ist. Um in zwei Frequenzbändern zu arbeiten, muß die Antennenstruktur zwei Sätze von abstrahlenden Elementen des Dipols mit zwei verschiedenen Längen aufweisen.
In bestimmten Anwendungen, wie beispielsweise in einem Instrumentenlandesystem (ILS) eines Flugzeugs wird eine Doppelfrequenz-Dipolantenne verwendet, um die Radiofrequenzen des Gleitgefälles und Lokalisier-Radiofrequenzübertragungen zu empfangen. In diesen Anwendungen ist die Antenne typischerweise innerhalb des Nasenkonus des Flugzeugs montiert, wo der Raum streng bzw. strikt beschränkt ist. Deshalb ist es wünschenswert, eine Doppelfrequenz-Dipolantenne bereitzustellen, die innerhalb der Grenzen des verfügbaren Raums paßt und nicht andere Ausrüstung an Bord des Flugzeugs stört.
US 2002/0084937 offenbart einen tragbaren Kommunikationsanschluß. EP 1 032 076 offenbart einen Antennenapparat und eine Radiovorrichtung unter Verwendung des Antennenapparats.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Antenne einen ersten Dipol, welcher ein erstes und zweites abstrahlendes bzw. ausstrahlendes Streifenleiter- bzw. Stripline-Element aufweist, welche sich in entgegengesetzten Richtungen von einem zentralen Zufuhrpunkt und entlang einer im allgemeinen rechteckigen bzw. rechtwinkeligen Kontur der Antenne erstrecken. Der erste Dipol ist betätigbar, um bei einer ersten Frequenz in Resonanz bzw. schwingend zu sein. Die Antenne beinhaltet auch einen zweiten Dipol, welcher ein drittes und viertes abstrahlendes Streifenleiter- bzw. Stripline-Element aufweist, welche sich in entgegengesetzten Richtungen von dem zentralen Zufuhrpunkt und allgemein parallel zu dem ersten und zweiten abstrahlenden Streifenleiter-Element erstrecken. Das dritte und vierte abstrahlende Streifenleiter-Element folgen im allgemeinen der rechteckigen Antennenkontur und verbleiben innerhalb dieser. Der zweite Dipol ist betätigbar, um bei einer zweiten Frequenz in Resonanz bzw. schwingend zu sein. Die Antenne beinhaltet auch ein Stripline- bzw. Streifenleiter-Symmetrierglied, das elektrisch mit dem zentralen Zufuhrpunkt gekoppelt ist und sich allgemein parallel zu dem ersten und zweiten Dipol und entlang der rechtwinkeligen Antennenkontur erstreckt.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Antennenstruktur eine im allgemeinen rechtwinkelige bzw. rechteckige Kontur, die eine Breite W, und eine Länge L, und eine zentrale bzw. Mittelachse aufweist, welche die Länge der rechtwinkeligen Kontur halbiert, und einen zentralen Zufuhrpunkt, welcher an bzw. auf der zentralen Achse der rechtwinkeligen Kontur liegt. Die Antennenstruktur beinhaltet einen ersten Dipol, der mit dem zentralen Zufuhrpunkt gekoppelt ist, welcher ein erstes und zweites abstrahlendes Element aufweist, welche sich entgegengesetzt zueinander entlang der Länge der rechtwinkeligen Kontur für eine Gesamtlänge geringer als L erstrecken. Die Antenne beinhaltet auch einen zweiten Dipol, der mit dem zentralen Zufuhrpunkt gekoppelt ist, welcher ein drittes und viertes abstrahlendes Element aufweist, welche sich entgegengesetzt zueinander entlang der Länge der rechtwinkeligen Kontur für eine Länge gleich L erstrecken. Das dritte und vierte abstrahlende Element beinhalten weiterhin kurze normale bzw. senkrechte Segmente, welche sich entlang der Breite der rechtwinkeligen Kontur erstrecken, welche betätigbar ist, um sich um eine Gesamtlänge des dritten und vierten abstrahlenden Elements auf eine vorbestimmte gewünschte Länge zu erstrecken. Das dritte und vierte abstrahlende Element verbleiben im allgemeinen innerhalb der rechtwinkeligen Kontur. Die Antennenstruktur beinhaltet weiterhin ein Symmetrierglied, das mit dem zentralen Zufuhrpunkt gekoppelt ist, das eine Länge gleich L aufweist.
In Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Ausbilden einer Antennenstruktur ein Definieren einer im allgemeinen rechteckigen bzw. rechtwinkeligen Kontur, welche eine Breite W, und eine Länge L, und eine zentrale bzw. Mittelachse aufweist, welche die Länge der rechtwinkeligen Kontur halbiert, und ein Bereitstellen eines zentralen Zufuhrpunkts, welcher an bzw. auf der zentralen Achse der rechtwinkeligen Kontur liegt. Das Verfahren enthält ein Ausbilden eines ersten Dipols, welcher mit dem zentralen Zufuhrpunkt gekoppelt wird, welcher ein erstes und zweites abstrahlendes Element aufweist, welche sich entgegengesetzt zueinander entlang der Länge der rechtwinkeligen Kontur für eine Gesamtlänge geringer als L erstrecken. Das Verfahren enthält auch ein Ausbilden eines zweiten Dipols, welcher mit dem zentralen Zufuhrpunkt gekoppelt wird, welcher ein drittes und viertes abstrahlendes Element aufweist, welche sich entgegengesetzt zueinander entlang der Länge der rechtwinkeligen Kontur für eine Länge gleich L erstrecken. Das dritte und vierte abstrahlende Element enthalten kurze normale bzw. senkrechte Segmente, welche sich entlang der Breite der rechtwinkeligen Kontur erstrecken, welche betätigbar ist, um sich um eine Gesamtlänge des dritten und vierten abstrahlenden Elements auf eine vorbestimmte gewünschte Länge zu erstrecken. Das dritte und vierte abstrahlende Element verbleiben im allgemeinen innerhalb der rechtwinkeligen Kontur. Das Verfahren enthält weiterhin ein Ausbilden eines Symmetrierglieds, das mit dem zentralen Zufuhrpunkt gekoppelt ist, das eine Länge gleich L aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung, der Ziele und Vorteile davon wird nun auf die nachfolgenden Beschreibungen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
1 ein Schema einer herkömmlichen Doppelband-Antennenstruktur ist, die aus zwei Dipolen besteht; und
2 eine Draufsicht auf eine Doppelfrequenz-Dipolantennenstruktur ist, die einen ersten Dipol und einen zweiten Dipol gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile werden am besten durch Bezugnahme auf 1 und 2 der Zeichnungen verstanden, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche und entsprechende Teile der verschiedenen Zeichnungen verwendet werden.
Eine Mehrband-Dipolantenne kann durch ein Koppeln einer Mehrzahl von parallelen Dipolen an ein gemeinsames Zufuhrsystem ausgebildet werden. Eine zentral zugeführte bzw. gespeiste Dipolantenne stellt eine niedrige Impedanz bei der Dipolresonanzfrequenz und hohe Impedanzen bei anderen nicht harmonischen Frequenzen bereit. Somit kann eine Mehrzahl von zentral gespeisten Dipolen zu einem gemeinsamen Zufuhrpunkt gekoppelt werden, um ein Mehrband-Dipolantennensystem auszubilden. Jeder Dipol kann konstruiert sein, um bei einer bestimmten Frequenz λ zu schwingen.
1 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines herkömmlichen Doppelband-Antennensystems 100, das zwei Dipole aufweist. Eine erste Dipolantenne 110, die eine Resonanzfrequenz f₀₁ einer Wellenlänge λ₁ aufweist, besteht aus zwei abstrahlenden Elementen 110A und 110B jeweils einer Länge λ₁/4. Ein zweiter Dipol 120, der eine Resonanzfrequenz von f₀₂ einer Wellenlänge λ₂ aufweist, umfaßt zwei ab strahlende bzw. ausstrahlende Elemente 120A und 120B jeweils von einer Länge λ₂/4. Jeder Dipol 110 und 120 ist eine zentral gespeiste Dipolantenne und teilt einen gemeinsamen Zufuhrpunkt. In dem illustrativen Beispiel sind die abstrahlenden bzw. ausstrahlenden Elemente 110A und 120A des Dipols an eine äußere Abschirmung 130A eines Koaxialkabels 130 gekoppelt, und die abstrahlenden Elemente 110B und 120B des Dipols sind an einen inneren Leiter 130B eines Koaxialkabels 130 gekoppelt. Jede Dipolantenne 110 und 120 stellt eine niedrige Zufuhrpunkt-Impedanz bei der jeweiligen Resonanzfrequenz f₀₁ und f₀₂ (und ungeraden harmonischen Schwingungen bzw. Oberschwingungen davon) bereit, und höhere Impedanzen bei anderen Betriebsfrequenzen. Wenn eine Dipolantenne eines Multi-Dipolantennensystems 100 in Resonanz ist bzw. schwingt, stellt der andere Dipol eine höhere Impedanz als der in Resonanz stehende bzw. schwingende Dipol niedrigerer Impedanz zur Verfügung. Somit ist der schwingende Dipol der natürliche Pfad für die Mehrheit von Energie bzw. Leistung, die durch das Antennensystem fließt bzw. strömt.
In einer praktischen Anwendbarkeit können jedoch parallel gekoppelte Dipole in unmittelbarer Nähe zueinander elektrisch über eine wechselseitige Induktion dazwischen gekoppelt sein bzw. werden. Eine wechselseitige Induktion kann die schwingende bzw. Resonanzlänge, beispielsweise λ₂, des kürzeren Dipols in einem parallelen Dipolantennensystem vergrößern und kann auch die Betriebsbandbreite des kürzeren Dipols 110 verringern. Die Dipole 110 und 120 können in einer Konfiguration implementiert sein bzw. werden, die eine größere Trennung bereitstellt, um die Antennensystemtätigkeit zu steigern. Wenn die verfügbaren physischen bzw. physikalischen Grenzen, das Antennensystem unterzubringen, beschränkt sind, können jedoch die oben beschriebenen Probleme verschlimmert werden.
Unter Bezugnahme nun auf 2 wird eine Draufsicht auf eine zentral gespeiste Doppelfrequenz-Dipolantennenstruktur 200 gezeigt, die gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Die Antennenstruktur 200 beinhaltet leitende bzw. leitfähige Wege oder Striplines bzw. Streifenleiter auf einer gedruckten Schaltung (PCB), die auf einem dielektrischen oder nicht leitenden Substrat 202 geätzt, niedergelegt oder auf andere Weise ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Antennenstruktur 200 durch ein Musterätzen eines kupferplattierten Blatts eines synthetischen Materials ausgebildet sein. Die Antenne 200 weist einen ersten Dipol 210 und einen zweiten Dipol 220 auf, die nahe zueinander angeordnet sind. Der erste Dipol 210 weist eine erste Resonanzfrequenz f₀₁ entsprechend einer ersten Resonanzwellenlänge von λ₁ auf. Der zweite Dipol 220 weist eine zweite Resonanzfrequenz f₀₂ entsprechend einer zweiten Resonanzwellenlänge von λ₂ auf. Deshalb ist die Dipolantenne 210 betätigbar, um elektromagnetische Strahlung in einer ersten Frequenzbandbreite zu empfangen und/oder zu übertragen, und die Dipolantenne 220 ist betätigbar bzw. betreibbar, um elektromagnetische Strahlung in einer zweiten Frequenzbandbreite zu empfangen und/oder zu übertragen.
Die Dipolantennen sind im allgemeinen symmetrisch entlang einer zentralen bzw. Mittelachse 212. Vom Dipol 210 wird gezeigt, daß er eine lineare Konfiguration aufweist, die abstrahlende bzw. ausstrahlende Elemente 210A und 210B mit einer kombinierten Länge λ₁/2 oder L₁ aufweist, und ist bei einer Frequenz f₀₁ mitschwingend. Der Dipol 220 kann aus mehreren geraden Dipolsegmenten 220A₁ -220A₅ und 220B₁ -220B₅ konstruiert sein. Es kann gesehen werden, daß in der in 2 gezeigten Ausführungsform die Dipolsegmente 220A₁ -220A₅ und 220B₁ -220B₅ im allgemeinen mit benachbarten Segmenten unter 90° Winkeln gekoppelt sind und im allgemeinen innerhalb einer vorbestimmten rechtwinkeligen Kontur 272 begrenzt sind. Die abstrahlenden bzw. ausstrahlenden Elemente des Dipols 220 sind somit um die abstrahlenden Elemente des Dipols 210 mit den Dipolsegmenten mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen gebogen. Beispielsweise wird das Dipolsegment 220B₂ verwendet, um die Richtung des abstrahlenden bzw. ausstrahlenden Elements 220B um 90° um das Ende des abstrahlenden Elements 210B und in Richtung zum Rand bzw. zur Kante der rechtwinkeligen Kontur zu drehen; das Dipolsegment 220B₃ dreht dann die Richtung des abstrahlenden Elements 220B um weitere 90° nach unten entlang der ersten Achse oder Länge der Antennenstruktur 200, die der rechtwinkeligen Kontur benachbart ist; das Dipolsegment 220B₄ dreht dann die Richtung des abstrahlenden Elements 220B um weitere 90° nach unten entlang der zweiten Achse oder Breite der Antennenstruktur 200; und das Dipolsegment 220B₅ dreht dann die Richtung des abstrahlenden Elements 220B um weitere 90° zurück zum Zentrum der Dipolantenne entlang der ersten Achse. Die rechtwinkelige Kontur 272 ist kompakt und begrenzt die Antennenstruktur 200 auf eine vorbestimmte im allgemeinen rechtwinkelige Aufstandsfläche. Es kann auch gesehen werden, daß eine Anstrengung unternommen wurde, um die korrekte bzw. genaue Länge für den Dipol 220 zu erhalten, während der Raum aufgenommen wird, der durch die abstrahlenden Elemente des Dipols 210 eingenommen wird.
Die Antennenstruktur 200 umfaßt weiterhin ein einziges bzw. einzigartiges Symmetrierglied 250. Das Symmetrierglied 250 ist vorzugsweise von einer kompakten Stripline- bzw. Strei fenleiter-Konstruktion, die eine angeglichene und Hochimpedanz-Zufuhr zur Antenne bereitstellt. Das Symmetrierglied 250 ist basierend auf der zentralen bzw. Mittelfrequenz der zwei Antennenfrequenzen ausgelegt (1/4 Wellenlänge der Mittelfrequenz). Das Symmetrierglied 250 kann aus Symmetrierglied-Stripline- bzw. -Streifenleiter-Segmenten 226A konstruiert sein, die mit den abstrahlenden Elementen 210A und 220A des jeweiligen ersten und zweiten Dipols gekoppelt sind, die sich normal bzw. senkrecht in bezug auf die abstrahlenden Elemente der Antenne erstrecken, und ist mit einem anderen Symmetriergliedsegment 280A₁ , das im wesentlichen parallel zu den abstrahlenden Elementen der Antenne ist, einem kürzeren Symmetriergliedsegment 280A₃ normal bzw. senkrecht zu den abstrahlenden Elementen, und dann einem anderen Symmetriergliedsegment 280A₂ parallel zu den abstrahlenden Elementen gekoppelt. Das Symmetriergliedsegment 280A₂ ist wiederum mit einem Symmetriergliedsegment 280B₂ gekoppelt, seinem symmetrischen Gegenstück auf der B-Seite der Antenne. Das Segment 280B₂ , welches mit 280B₃ und 280B₁ gekoppelt ist. Das Symmetrierglied 250 umfaßt den umgekehrt T-förmigen Kanal, der zwischen diesen Stripline- bzw. Streifenleiter-Segmenten ausgebildet ist. Es kann gesehen werden, daß das Symmetrierglied 250 zwei Hauptkanalabschnitte 250A und 250B umfaßt. Der Symmetrierglied-Kanalabschnitt 250A ist ein Kanal, der im allgemeinen normal bzw. senkrecht in bezug auf die abstrahlenden Elemente des Dipols ausgebildet ist. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kanal ungefähr 0,16'' in der Breite. Der Symmetriergliedabschnitt 250B ist ein Kanal, der im wesentlichen parallel in bezug auf die abstrahlenden Elemente des Dipols ausgebildet ist. In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kanal ungefähr 0,25'' breit und 31,6'' lang. Der Symmetriergliedabschnitt 250A und 250B umfaßt somit einen kontinuierlichen Kanal, der durch den Streifenleiter ausgebildet ist, und weist eine resultierende Konfiguration eines umgedrehten T auf. Es kann gesehen werden, daß die primäre bzw. Hauptlänge des Symmetrierglieds im Symmetriergliedabschnitt 250B ist, welcher annähernd die Breite der Antenne 200 überspannt. Es kann gesehen werden, daß das den Streifenleiter ausbildende Symmetrierglied 250 im wesentlichen die gleiche Breite L₂ wie der zweite Dipol aufweist, und im wesentlichen die rechtwinkelige Antennenkontur ausfüllt, die nicht bereits durch die erste und zweite Dipolantenne eingenommen bzw. in Anspruch genommen ist. Das einzigartige Design des Symmetrierglieds 250 ermöglicht, daß der gemeinsame Zufuhrpunkt 260 in nächster Nähe zur Erd- bzw. Bodenebene 270 angeordnet wird, während es noch einen gleichmäßigen Hochimpedanz-Pfad zur Erde von dem Zufuhrpunkt präsentiert. Deshalb kann die Antennenstruktur 200 auf einem Substrat ausgebildet sein, das eben bzw. planar ist oder das eine gewisse Krümmung aufweist, wie beispielsweise die Oberfläche eines Radoms bzw. einer Antennenkuppel bzw. Radarnase (nicht gezeigt) eines Flugzeugs. Das niedrige Profil der Antennenstruktur 200 ermöglicht auch, nahe einem Rand des Radoms bzw. der Radarnase installiert zu sein, ohne andere Radarantennen zu stören bzw. mit diesen zu interferieren, die in der Nähe angeordnet sind.
In der beispielhaften Konfiguration sind die Dipolsegmente 220A₄ , 220A₅ , 220B₄ und 220B₅ jeweils von der Länge L. Somit weist der Dipol 220 eine Halbwellen-Resonanzlänge λ₂/2 oder (L₂ + 4L) auf. In der illustrierten Ausführungsform weist der Dipol 210 eine Halbwellenlänge λ₁/2 auf, die für eine Resonanz bei einer Frequenz f₀₁ gewählt ist, die ein ungerades Vielfaches einer Resonanzfrequenz f₀₂ der Dipolan tenne 220 ist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Dipolantenne 210 bei einer dritten Oberschwingung bzw. Harmonischen der Dipolantenne 220 mitschwingend bzw. in Resonanz. Mit anderen Worten weist die Dipolantenne 210 eine Frequenz auf, die das Dreifache der Frequenz der Dipolantenne 220 ist. L₂ ist deshalb ungefähr das Dreifache der Länge der Summe von (L₂ + 4L). Beide Dipolantennen 210 und 220 sind elektrisch mit einer Zufuhrleitung 262 an einem gemeinsamen Zufuhrpunkt 260 gekoppelt. Die Zufuhrleitung 262 weist einen inneren Leiter, der gelötet oder auf andere Weise elektrisch mit der A-Seite der Dipolantennen 210 und 220 gekoppelt ist (abstrahlende bzw. ausstrahlende Segmente 210A und 220A₁ -220A₅ ), und einen äußeren Leiter auf, der vom inneren Leiter isoliert ist, der gelötet oder auf andere Weise elektrisch mit der B-Seite der Dipolantennen gekoppelt ist (abstrahlende Segmente 210B und 220B₁ -220B₅ ). Der äußere Leiter ist weiterhin elektrisch mit Erde gekoppelt, womit eine Erdebene 270 in der B-Seite der Dipolantennen ebenso wie Striplines bzw. Streifenleiter 280B₁ -280B₃ gebildet werden, die die B-Seite des Symmetriergliedabschnitts 250B ausbilden. Der äußere Leiter der Zufuhrleitung 262 kann an verschiedenen Punkten an den Streifenleitern 280B₁ , 280B₂ und/oder 280B₃ gelötet sein bzw. werden.
Entkoppelnde Elemente 240A und 240B sind jeweils mit Dipolabschnitten 220A und 220B gekoppelt. Spezifischer ist das entkoppelnde Element 240A mit dem abstrahlenden Segment 220A₁ gekoppelt und erstreckt sich in der gleichen allgemeinen Richtung davon; und das entkoppelnde Element 240B ist mit dem abstrahlenden Segment 220B₁ gekoppelt und erstreckt sich in der gleichen allgemeinen Richtung davon. Entkoppelnde Elemente 240A und 240B sind betätigbar, um die Dipolantenne 220 daran zu hindern, bei f₀₁ mitzuschwingen bzw. in Resonanz zu treten und den Dipol 210 zu verstimmen. Beispielsweise eliminieren bzw. beseitigen die entkoppelnden Elemente 240A und 240B die Interaktion bzw. Wechselwirkung zwischen den zwei Dipolen, wenn es eine Drei-zu-Eins-Frequenzbeziehung dazwischen gibt. Deshalb sind die entkoppelnden Elemente 240A und 240B betätigbar bzw. betreibbar, um die Radiofrequenzenergie auf den richtigen Dipol zu richten und die Interaktion zwischen den Dipolelementen zu minimieren. In der Abwesenheit der entkoppelnden Elemente 240A und 240B würde der Dipol 220 bei ungeraden Oberschwingungen von f₀₂, beispielsweise bei f₀₁, mitschwingen, und würde mit dem Dipol 210 während einer gleichzeitigen Resonanz mit dem Dipol 210 gekoppelt sein bzw. werden. Die entkoppelnden Elemente 240A und 240B sind ungefähr λ₁/4 in der Länge, und verkürzen dadurch effektiv die Dipolabschnitte 220A₁ und 220B₁ , wenn die Antennenstruktur 200 bei 3λ₂/4 (und Oberschwingungen davon) arbeitet. Deshalb "entkoppelt" das einzigartige Design der entkoppelnden Elemente 240A und 240B die zwei Dipolantennen voneinander, um eine Interferenz bzw. Beeinflussung dazwischen zu eliminieren bzw. zu beseitigen.
Für den Zweck eines Bereitstellens eines veranschaulichenden bzw. illustrativen Beispiels werden bestimmte beispielhafte Abmessungen und Merkmale gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unten zur Verfügung gestellt:
Die Stripline-Symmetrierglied- und -Dipolelemente können in einer integrierten Anordnung mit einem niedrigen Profil und einer kleinen, beschränkten Aufstandsfläche konstruiert sein. Die gesamte Struktur kann geätzt sein oder auf einer PCB ausgebildet sein, die flach sein kann oder eine gewisse Krümmung aufweisen kann. Das niedrige Profil und die beschränkte Aufstandsfläche der Antennenstruktur 200 aufgrund des einzigartigen Symmetrierglieds und des Designs der entkoppelnden Elemente erlauben, daß die Antenne in begrenzten Räumen installiert wird, ohne abstrahlende Elemente von anderen Strukturen zu stören bzw. mit diesen zu interferieren. Beispielsweise kann in bestimmten Anwendungen, wie beispielsweise in einem Instrumentenlandesystem (ILS) eines Flugzeugs, die Antennenstruktur 200 auf der Oberfläche eines Radoms bzw. einer Antennenkuppel installiert werden, das im begrenzten Raum des Nasenkonus des Flugzeugs angeordnet ist. Die Antennenstruktur 200 würde verwendet werden, um die Radiofrequenzen des Gleitfluggefälles und Lokalisier- bzw. Landekurs-Radiofrequenzübertragungen von einer Landungsstelle zu empfangen. Deshalb machen es das niedrige Profil und die beschränkte Aufstandsfläche der Antennenstruktur 200 möglich, sie innerhalb der Grenzen von verfügbarem Raum einzupassen und auch nicht mit anderer Radarausrüstung an Bord des Flugzeugs zu interferieren.

Claims

Antenne (240) umfassend: einen ersten Dipol (210), welcher ein erstes und zweites abstrahlendes bzw. ausstrahlendes Streifenleiter- bzw. Stripline-Element (210A, 210B) aufweist, welche sich in entgegengesetzten Richtungen von einem zentralen Zufuhrpunkt (260) und entlang einer ersten Seite einer im allgemeinen rechteckigen bzw. rechtwinkeligen Kontur der Antenne erstrecken, wobei der erste Dipol (210) betätigbar ist, um bei einer ersten Frequenz in Resonanz bzw. schwingend zu sein; einen zweiten Dipol (220), welcher ein drittes und viertes abstrahlendes Streifenleiter- bzw. Stripline-Element (220A, 220B) aufweist, welche sich in entgegengesetzten Richtungen von dem zentralen Zufuhrpunkt (260) und allgemein parallel zu dem ersten und zweiten abstrahlenden Streifenleiter-Element (210A, 210B) erstrecken, wobei das dritte und vierte abstrahlende Streifenleiter-Element (220A, 220B) im allgemeinen der rechteckigen Antennenkontur folgen und innerhalb dieser verbleiben, und wobei der zweite Dipol (220) betätigbar ist, um bei einer zweiten Frequenz schwingend zu sein; und ein Symmetrierglied (250), dadurch gekennzeichnet, daß das Symmetrierglied eine Mehrzahl von Streifenleiter- bzw. Stripline-Segmenten aufweist, elektrisch zwischen dem zentralen Zufuhrpunkt (260) und einer Erde gekoppelt bzw. angeschlossen ist und sich allgemein parallel zu dem ersten und zweiten Dipol (210, 220) und entlang der rechtwinkeligen Antennenkontur erstreckt.
Antenne nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein erstes und zweites entkoppelndes Element (240A, 240B), welche jeweils mit dem dritten und vierten abstrahlenden Streifenleiter-Element (220A, 220B) gekoppelt sind.
Antenne nach Anspruch 2, wobei sich das erste und zweite entkoppelnde Element (240A, 240B) allgemein entlang der ersten Achse der rechtwinkeligen Antennenkontur erstrecken.
Antenne nach Anspruch 1, wobei das dritte abstrahlende Streifenleiter-Element (220A) des zweiten Dipols (220) umfaßt: ein erstes Segment (220A₁ ), welches eine erste vorbestimmte Länge aufweist und sich von dem zentralen Zufuhrpunkt (260) parallel zu dem ersten abstrahlenden Streifenleiter-Element (210A) des ersten Dipols (210) erstreckt und im allgemeinen unmittelbar unter dem ersten abstrahlenden Streifenleiter-Element (210A) des ersten Dipols (210) endet; ein zweites Segment (220A₂ ), welches eine zweite vorbestimmte Länge aufweist und mit dem ersten Segment (220A₁ ) unter 90° dazu gekoppelt ist und sich normal bzw. senkrecht zu dem ersten Segment (220A₁ ) in Richtung zu der ersten Seite der rechtwinkeligen Antennenkontur erstreckt; ein drittes Segment (220A₃ ), welches eine dritte vorbestimmte Länge aufweist und mit dem zweiten Segment (220A₂ ) unter 90° dazu gekoppelt ist und sich entlang der ersten Seite der rechtwinkeligen Antennenkontur weg von dem zentralen Zufuhrpunkt (260) erstreckt und an einer zweiten Seite der rechtwinkeligen Antennenkontur endet; ein viertes Segment (220A₄ ), welches eine vierte vorbestimmte Länge aufweist, mit dem dritten Segment (220A₃ ) unter 90° dazu gekoppelt ist und sich normal bzw. senkrecht zu dem dritten Segment (220A₃ ) entlang der zweiten Seite der rechtwinkeligen Antennenkontur erstreckt und benachbart dem Streifenleiter-Symmetrierglied (250) endet; ein fünftes Segment (220A₅ ), welches eine fünfte vorbestimmte Länge aufweist, mit dem vierten Segment (220A₄ ) unter 90° dazu gekoppelt ist und sich normal bzw. senkrecht zu dem vierten Segment (220A₄ ) in Richtung zu dem zentralen Zufuhrpunkt (260) erstreckt; und wobei die erste bis fünfte vorbestimmte Länge der Gesamtlänge des ersten bis fünften Segments gleich λ₂/4 ist, wobei λ₂ die Resonanzwellenlänge des zweiten Dipols (220) ist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei das vierte abstrahlende Streifenleiter-Element (220B) des zweiten Dipols (220) umfaßt: ein erstes Segment (220B₁ ), welches eine erste vorbestimmte Länge aufweist und sich von dem zentralen Zufuhrpunkt (260) parallel zu dem zweiten abstrahlenden Streifenleiter-Element (210B) des ersten Dipols (210) erstreckt und im allgemeinen unmittelbar unter dem zweiten abstrahlenden Streifenleiter-Element (210B) des ersten Dipols (210) endet; ein zweites Segment (220B₂ ), welches eine zweite vorbestimmte Länge aufweist und mit dem ersten Segment (220B₁ ) unter 90° dazu gekoppelt ist und sich normal bzw. senkrecht auf das erste Segment (220B₁ ) in Richtung zu der ersten Seite der rechtwinkeligen Antennenkontur erstreckt; ein drittes Segment (220B₃ ), welches eine dritte vorbestimmte Länge aufweist und mit dem zweiten Segment (220B₂ ) unter 90° dazu gekoppelt ist und sich entlang einer ersten Seite der rechtwinkeligen Antennenkontur weg von dem zentralen Zufuhrpunkt (260) erstreckt und an einer dritten Seite der rechtwinkeligen Antennenkontur endet; ein viertes Segment (220B₄ ), welches eine vierte vorbestimmte Länge aufweist, mit dem dritten Segment (220B₃ ) unter 90° dazu gekoppelt ist und sich normal bzw. senkrecht zu dem dritten Segment (220B₃ ) entlang der dritten Seite der rechtwinkeligen Antennenkontur erstreckt und benachbart dem Streifenleiter-Symmetrierglied (250) endet; ein fünftes Segment (220B₅ ), welches eine fünfte vorbestimmte Länge aufweist, mit dem vierten Segment (220B₄ ) unter 90° dazu gekoppelt ist und sich normal bzw. senkrecht zu dem vierten Segment (220B₄ ) in Richtung zu dem zentralen Zufuhrpunkt (260) erstreckt; und wobei die erste bis fünfte vorbestimmte Länge der Gesamtlänge des ersten bis fünften Segments gleich λ₂/4 ist, wobei λ₂ die Resonanzwellenlänge des zweiten Dipols (220) ist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei das dritte und vierte abstrahlende Streifenleiter-Element (220A, 220B) des zweiten Dipols (220) allgemein der rechtwinkeligen An tennenkontur folgen und sich unter 90° biegen, um der rechtwinkeligen Antennenkontur, falls notwendig, zu folgen.
Antenne nach Anspruch 1, wobei das dritte abstrahlende Streifenleiter-Element (220A) ein Spiegelbild des vierten abstrahlenden Streifenleiter-Elements (220B) entlang des zentralen Zufuhrpunkts (260) ist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Antenne symmetrisch entlang einer zentralen Achse an dem zentralen Zufuhrpunkt (260) ist, welche den ersten und zweiten Dipol (210, 220) halbiert.
Antenne nach Anspruch 1, wobei das Symmetrierglied (250) umfaßt: eine im allgemeinen rechteckige bzw. rechtwinkelige Schaltkreiskonfiguration, welche an einem Ende mit dem ersten und dritten abstrahlenden Element (210A, 220A) des entsprechenden ersten und zweiten Dipols (210, 220) und einem zweiten Ende mit dem zweiten und vierten abstrahlenden Element (210B, 220B) des entsprechenden ersten und zweiten Dipols (210, 220) gekoppelt ist; und einen Kanal (250A, 250B), welcher durch die Symmetrierglied-Streifenleiter-Segmente gebildet ist.
Antenne nach Anspruch 9, wobei das Symmetrierglied (250) benachbart dem ersten und zweiten Dipol (210, 220) innerhalb der im allgemeinen rechtwinkeligen Antennenkontur angeordnet ist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei das Symmetrierglied (250) umfaßt: einen ersten Symmetrierglied-Kanalabschnitt (250A), welcher sich im allgemeinen normal bzw. senkrecht auf die abstrahlenden Elemente (210A, 210B) des ersten und zweiten Dipols von dem gemeinsamen Zufuhrpunkt (260) erstreckt; und einen zweiten Symmetrierglied-Kanalabschnitt (250B), welcher mit dem ersten Symmetrierglied-Kanalabschnitt (250A) gekoppelt ist, wobei sich der zweite Symmetrierglied-Kanalabschnitt (250B) im allgemeinen parallel zu den abstrahlenden Elementen (210A, 210B) des ersten und zweiten Dipols erstreckt.
Verfahren zum Ausbilden einer Antennenstruktur, umfassend: ein Definieren einer im allgemeinen rechteckigen bzw. rechtwinkeligen Kontur, welche eine Breite W, und eine Länge L und eine zentrale bzw. Mittelachse aufweist, welche die Länge der rechtwinkeligen Kontur halbiert; ein Bereitstellen eines zentralen Zufuhrpunkts (260), welcher an der zentralen Achse der rechtwinkeligen Kontur liegt; ein Ausbilden eines ersten Dipols (210), welcher mit dem zentralen Zufuhrpunkt (260) gekoppelt wird, welcher ein erstes und zweites abstrahlendes Element (210A, 210B) aufweist, welche sich entgegengesetzt zueinander entlang der Länge der rechtwinkeligen Kontur für eine Gesamtlänge geringer als L erstrecken; ein Ausbilden eines zweiten Dipols (220), welcher mit dem zentralen Zufuhrpunkt (260) gekoppelt wird, welcher ein drittes und viertes abstrahlendes Element (220A, 220B) aufweist, welche sich entgegengesetzt zueinander entlang der Länge der rechtwinkeligen Kontur für eine Länge gleich L erstrecken, wobei das dritte und vierte abstrahlende Element (220A, 220B) weiterhin kurze normale bzw. senkrechte Segmente umfassen, welche sich entlang der Breite der rechtwinkeligen Kontur erstrekken, welche betätigbar ist, um sich um eine Gesamtlänge des dritten und vierten abstrahlenden Elements (220A, 220B) auf eine vorbestimmte gewünschte Länge zu erstrecken, wobei das dritte und vierte abstrahlende Element (220A, 220B) im allgemeinen innerhalb der rechtwinkeligen Kontur verbleiben; und ein Ausbilden eines Symmetrierglieds (250), gekennzeichnet dadurch: daß das Symmetrierglied (250) Streifenleiter- bzw. Stripline-Segmente aufweist, welche mit dem zentralen Zufuhrpunkt (260) gekoppelt sind und einen schmalen Kanal (250A, 250B) dazwischen ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend ein Ausbilden eines ersten und zweiten entkoppelnden Elements (240A, 240B), welche jeweils mit dem dritten und vierten abstrahlenden Element (220A, 220B) gekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Ausbilden des dritten abstrahlenden Elements (220A) des zweiten Dipols (220) umfaßt: ein Ausbilden eines ersten Segments (220A₁ ), welches eine erste vorbestimmte Länge aufweist und sich von dem zentralen Zufuhrpunkt (260) parallel zu und benachbart zu dem ersten abstrahlenden Element (210A) des ersten Dipols (210A) erstreckt und im allgemeinen unmittelbar unter dem ersten abstrahlenden Element (210A) des ersten Dipols (210) endet; ein Ausbilden eines zweiten Segments (220A₂ ), welches eine zweite vorbestimmte Länge aufweist und mit dem ersten Segment (220A₁ ) unter 90° dazu gekoppelt wird und sich normal bzw. senkrecht auf das erste Segment (220A₁ ) in Richtung zu der rechtwinkeligen Kontur erstreckt; ein Ausbilden eines dritten Segments (220A₃ ), welches eine dritte vorbestimmte Länge aufweist und mit dem zweiten Segment (220A₂ ) unter 90° dazu gekoppelt wird und sich entlang einer ersten Seite der rechtwinkeligen Kontur weg von dem zentralen Zufuhrpunkt (260) erstreckt und an einer zweiten Seite der rechtwinkeligen Kontur endet; ein Ausbilden eines vierten Segments (220A₄ ), welches eine vierte vorbestimmte Länge aufweist, mit dem dritten Segment (220A₃ ) unter 90° dazu gekoppelt wird und sich normal bzw. senkrecht auf das dritte Segment (220A₃ ) entlang der zweiten Seite der rechtwinkeligen Antennenkontur erstreckt und benachbart dem Symmetrierglied (250) endet; ein Ausbilden eines fünften Segments (220A₅ ), welches eine fünfte vorbestimmte Länge aufweist, mit dem vierten Segment (220A₄ ) unter 90° dazu gekoppelt wird und sich normal bzw. senkrecht auf das vierte Segment (220A₄ ) in Richtung zu dem zentralen Zufuhrpunkt (260) erstreckt; und wobei die erste bis fünfte vorbestimmte Länge der Gesamtlänge des ersten bis fünften Segments gleich λ₂/4 ist, wobei λ₂ die Resonanzwellenlänge des zweiten Dipols (220) ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Ausbilden des vierten abstrahlenden Streifenleiter-Elements (220B) des zweiten Dipols (220) umfaßt: ein Ausbilden eines ersten Segments (220B₁ ), welches eine erste vorbestimmte Länge aufweist und sich von dem zentralen Zufuhrpunkt (260) parallel zu und benachbart zu dem zweiten abstrahlenden Element (210B) des ersten Dipols (210) er streckt und im allgemeinen unmittelbar unter dem zweiten abstrahlenden Element (210B) des ersten Dipols (210) endet; ein Ausbilden eines zweiten Segments (220B₂ ), welches eine zweite vorbestimmte Länge aufweist und mit dem ersten Segment (220B₁ ) unter 90° dazu gekoppelt wird und sich normal bzw. senkrecht auf das erste Segment (220B₁ ) in Richtung zu der rechtwinkeligen Kontur erstreckt; ein Ausbilden eines dritten Segments (220B₃ ), welches eine dritte vorbestimmte Länge aufweist und mit dem zweiten Segment (220B₂ ) unter 90° dazu gekoppelt wird und sich entlang einer ersten Seite der rechtwinkeligen Kontur weg von dem zentralen Zufuhrpunkt (260) erstreckt und an einer dritten Seite der rechtwinkeligen Kontur endet; ein Ausbilden eines vierten Segments (220B₄ ), welches eine vierte vorbestimmte Länge aufweist, mit dem dritten Segment (220B₃ ) unter 90° dazu gekoppelt wird und sich normal bzw. senkrecht auf das dritte Segment (220B₃ ) entlang der dritten Seite der rechtwinkeligen Antennenkontur erstreckt und benachbart dem Symmetrierglied (250) endet; ein Ausbilden eines fünften Segments (220B₅ ), welches eine fünfte vorbestimmte Länge aufweist, mit dem vierten Segment (220B₄ ) unter 90° dazu gekoppelt wird und sich normal bzw. senkrecht auf das vierte Segment (220B₄ ) in Richtung zu dem zentralen Zufuhrpunkt (260) erstreckt; und wobei die erste bis fünfte vorbestimmte Länge der Gesamtlänge des ersten bis fünften Segments gleich λ₂/4 ist, wobei λ₂ die Resonanzwellenlänge des zweiten Dipols (220) ist.