DE69015608T2

DE69015608T2 - Geschlitzter Hohlleiterstrahler mit quer verlaufenden Schlitzen, die von gedruckten, leitenden Mustern erregt werden.

Info

Publication number: DE69015608T2
Application number: DE69015608T
Authority: DE
Inventors: Daniel Caer; Foll Jean Le; Joseph Roger
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1989-11-14
Filing date: 1990-11-09
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2010-11-10
Also published as: EP0439970A1; FR2654555A1; DE69015608D1; CA2029329A1; EP0439970B1; JPH03173205A; FR2654555B1; US5170174A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wellenleiter mit nicht geneigten strahlenden Schlitzen und mit einer Anregung durch strahlendes Motiv, wobei Schlitze senkrecht zur Achse des Wellenleiters vorgesehen sind, die in eine schmale Seite des Wellenleiters mit einem Abstand im wesentlichen gleich der halben Betriebswellenlänge des Wellenleiters eingeschnitten sind.
Die Schlitzleiter werden oft als lineares Netz von strahlenden Quellen in Netzantennen, beispielsweise in der Radartechnik verwendet. Ihr Vorteil sind ein günstiger Preis und geringe Verluste. Um eine Abstrahlung in der Nähe der Senkrechten zum Wellenleiter und eine gute Anpassung zu erzielen, muß einerseits der Abstand zwischen aufeinander folgenden Schlitzen in der Nähe von λg/2 liegen, wobei λg Wellenlänge im Wellenleiter ist, und andererseits zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen eine zusätzliche Phasenverschiebung um π vorliegen.
Man kann diese Bedingungen mit Schlitzen erfüllen, die auf der großen Seite eines Wellenleiters mit rechteckigen Querschnitt oder auf der kleinen Seite angeordnet sind. Die Schlitze auf der großen Seite sind aus mehreren Gründen nachteilig und insbesondere wegen des erheblichen Abstands zwischen aufeinanderfolgenden Wellenleitern, was den Abtastwinkel des Strahls in eine Ebene senkrecht zu den Wellenleitern begrenzt. Die Schlitze auf der kleinen Seite der Wellenleiter werden also bevorzugt.
Wenn die Schlitze senkrecht zur Achse des Wellenleiters verlaufen, ergibt sich keine Energiekopplung zwischen den Schlitzen und dem Wellenleiter, und die Abstrahlung ist Null.
Eine erste Lösung besteht also darin, die Schlitze abwechselnd nach der einen und der anderen Seite zu neigen, um die oben angegebenen notwendigen Bedingungen zu erfüllen.
Diese Lösung hat aber den Nachteil, daß wegen der Neigung der Schlitze eine Komponente in Kreuzmodulation abgestrahlt wird, die Pegel erreichen kann, welche mit einem ordentlichen Betrieb der diese Wellenleiter verwendenden Antenne nicht vereinbar ist.
Eine andere bekannte Lösung besteht dann darin, nicht geneigte Schlitze (d.h. senkrecht zur Achse des Wellenleiters) zu verwenden und sie über ein Hindernis (Blende oder Stäbe) anzuregen, das sich im Wellenleiter befindet.
Insbesondere beschreibt das amerikanische Patent US 4 435 715 (Hughes Aircraft) einen Wellenleiter mit nicht geneigten Schlitzen, indem die Anregung eines Schlitzes erzielt wird, in dem leitende Stäbe zu beiden Seiten des Schlitzes angeordnet werden. Jeder Stab liegt zwischen einem Rand des Schlitzes und einer der großen Seiten des Wellenleiters. Ein Nachteil dieser Lösung liegt jedoch in den hohen Herstellungskosten. Es ist nämlich notwendig, die Stäbe in dem Wellenleiter einzeln, beispielsweise mittels Lötbad, zu befestigen.
Eine andere Lösung ist in dem Patent US 4 303 923 beschrieben, die darin besteht, im Wellenleiter in der Nähe jedes nicht geneigten Schlitzes ein strahlendes Element anzuordnen, das als Sonde dient und parallel zur kleinen Seite des Wellenleiters angeordnet ist. Dieses Element ist mit dem Schlitz über einen senkrecht zur Ebene der kleinen Seite verlaufenden Leiter verbunden, wobei das strahlende Element und der Leiter als Sondenschleife dienen. Auch hier ist es notwendig, die Elemente und Leiter einzeln in dem Wellenleiter zu befestigen.
Ziel der Erfindung ist ein Schlitzleiter, der diese Nachteile nicht mehr aufweist, und zwar aufgrund der Verwendung von flachen strahlenden leitenden Motiven (Patch), um jeden Schlitz anzuregen.
Erfindungsgemäß ist ein Wellenleiter mit nicht geneigten strahlenden Schlitzen und mit Anregung durch ein strahlendes Element vorgesehen, wie in den Ansprüchen definiert.
Die Erfindung und weitere Merkmale und Vorzüge gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Figur 1 zeigt in Perspektive einen erfindungsgemäßen Schlitzleiter.
Figur 2 zeigt den Wellenleiter aus Figur 1 von der Seite der strahlenden Schlitze her gesehen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen Ausführungsvarianten des erf indungsgemäßen Schlitzleiters.
In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben Elemente.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Wellenleiter 1, der auf einer Schmalseite nicht geneigte strahlende Schlitze 2 und 3 aufweist, d.h. Schlitze die senkrecht zur Achse des Wellenleiters verlaufen. Wie bereits erwähnt, sind solche Schlitze an sich nicht mit der Energie gekoppelt, die sich im Wellenleiter 1 fortpflanzt, so daß diese Schlitze nicht strahlen.
Erfindungsgemäß sieht man auf einer dielektrischen Platte 4, die an der die Schlitze aufweisenden schmalen Seite befestigt ist, strahlende Motive (Patch) 5, 7 vor, die als Antennen wirken und je einer Übertragungsleitung vom Mikrostriptyp 6, 8 zugeordnet sind, die quer die zugeordneten Schlitze schneidet. Die Einheiten aus Motiv und Mikrostripleitung wiederholen sich im selben Abstand wie die Schlitze, d.h. im wesentlichen im Abstand von λg/2, wobei λg die Betriebswellenlänge im Leiter 1 ist.
Die strahlenden Motive 5, 7 dienen als Kopplungsantenne mit der elektromagnetischen Energie, die sich im Wellenleiter 1 fortpflanzt. Die durch ein Motiv 5, 7 aufgenommene Energie speist die angeschlossene Leitung 6, 8 und letztere regt den zugeordneten Schlitz 2, 3 an, der dann die ihm zugeführte Energie abstrahlt.
Die strahlenden Motive 5, 7 und die Leitungen 6, 8 werden gemäß der Druckschaltungstechnik auf der Seite der Platte 4 realisiert, die mit der die Schlitze aufweisende kleinen Seite des Wellenleiters nicht in Kontakt steht. Diese kleine Seite dient als Masseebene für die strahlenden Motive 5, 7 und für die Mikrostripleitungen 6, 8. Die Platte 4 ist beispielsweise durch Klebung an der Schmalseite des Wellenleiters befestigt.
Wie besser aus Figur 2 hervorgeht, liegen die strahlenden Motive nicht in Höhe der Schlitze, um nicht das Verhalten der Schlitze und die von ihnen gelieferte Abstrahlung zu stören. Andererseits verlängern sich die Mikrostripleitungen 6, 8 um eine Länge von im wesentlichen gleich λg/4 über den zugeordneten Schlitz hinaus, was in Höhe des Schlitzes im wesentlichen die Wirkung eines Kurzschlusses hat.
Wie bereits oben erwähnt, beträgt der Abstand zwischen den Schlitzen im wesentlichen λg/2, und man muß eine zusätzliche Phasenverschiebung um π zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen schaffen. Diese Phasenverschiebung wird erreicht, indem die Energie abwechselnd auf einer Seite und auf der anderen Seite des entsprechenden Motivs entnommen wird und so die Schlitze 2, 3 abwechselnd an einem Ende 2' beziehungsweise am anderen Ende 3" angeregt werden (siehe Figur 2). Der auf den Schlitz 3 folgende Schlitz würde dann wieder an seinem Ende angeregt, das auf der Seite des Endes 2' liegt.
In den Figuren wurden kreisförmige strahlende Motive dargestellt. Man könnte aber auch jede andere geometrische Form, wie Z.B. ein Quadrat, Rechteck oder Dreieck wählen.
Der Wert der Kopplung des strahlenden Motivs mit der sich in dem Wellenleiter fortpflanzenden Welle kann durch geeignete Wahl des Durchmessers des Motivs (oder seiner Abmessungen im Fall anderer als kreisförmiger Motive) eingestellt werden.
Ein andere Art, den Kopplungskoeffizienten des Schlitzes einzustellen, besteht in der Möglichkeit der Veränderung der Lage des Verbindungspunkts der Mikrostreifenleitung auf dem Motiv. Die Koppelung ist nämlich theoretisch Null für einen Punkt, der sich in der mittleren Ebene des Wellenleiters befindet, und nimmt bis zu einem Maximum zu, wenn der Anschlußpunkt sich zu den in der mittleren und parallel zu den Schlitzen verlaufenden Ebene des Motivs befindlichen Punkten entfernt, d.h., sich zu den großen Seiten des Wellenleiters verschiebt.
Figur 3 zeigt eine Variante, nach der die Platte 4 dadurch gehalten wird, daß man sie geringfügig breiter als die lichte Weite der schmalen Seite mit den Schlitzen macht. Dann bildet man zwei Rinnen 40, 41 in den großen Seiten des Wellenleiters 1 in Nähe der die Schlitze aufweisenden kleinen Seite aus. Die Platte wird dann in die Rillen, 40, 41 eingeschoben und so festgehalten. Eine Befestigung oder ein beliebiger Anschlag kann dazu dienen, die aus Motiv und Mikrostripleitung bestehenden Einheiten korrekt bezüglich der zugeordneten Schlitze zu zentrieren.
Figur 4 ähnelt Figur 2 und zeigt eine andere Herstellungsvariante, bei der die Mikrostripleitung 6', 8' elektrisch mit einem Längsrand des Schlitzes 2, 3 verbunden ist. Dies kann beispielsweise über ein metallbeschichtetes Loch 6", 8" durch die dielektrische Platte hindurch erfolgen. In diesem Fall braucht die Mikrostripleitung nicht über das metallbeschichtete Loch hinaus verlängert zu werden.
Natürlich beschränken die beschriebenen Ausführungsbeispiele den Rahmen der Erfindung nicht.

Claims

1. Wellenleiter mit nicht geneigten strahlenden Schlitzen und Anregung über ein strahlendes Element, wobei Schlitze senkrecht zur Achse des Wellenleiters in eine Schmalseite des Wellenleiters mit einem Abstand im wesentlichen gleich einer halben Wellenlänge der Betriebsfrequenz im Wellenleiter eingeschnitten sind und jeder Schlitz einem strahlenden Element zugeordnet ist, das im Wellenleiter in einem Abstand vom Schlitz entlang der Achse des Wellenleiters parallel zur Schmalseite angeordnet ist und als Antenne zur Koppelung mit der sich im Wellenleiter fortpflanzenden Energie dient, wobei dieses Element die aufgenommene Energie an den zugeordneten Schlitz über eine an das Motiv angeschlossene Übertragungsleitung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus flachen strahlenden leitenden Motiven (5, 7) bestehen und daß die Übertragungsleitungen aus Mikrostripleitungen (6, 8; 6', 8') bestehen, die sich parallel zu der Schmalseite erstrecken, daß diese strahlenden Motive (5, 7) und die Mikrostripleitungen (6, 8; 6', 8') mittels Druckschaltungstechnik auf einer Seite einer Platte (4) aus dielektrischem Material mit einem Abstand gleich dem der Schlitze des Wellenleiters ausgebildet sind, und daß diese Platte mit ihrer anderen Seite auf der Innenwand der die Schlitze aufweisenden Schmalseite des Wellenleiters befestigt ist, wobei diese Schmalseite als Masseebene für die Mikrostripleitungen dient.

2. Schlitzleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt jeder Mikrostripleitung (6, 8) mit dem zugeordneten Motiv (5, 7) an der Peripherie des Motivs im wesentlichen in der Nähe der mittleren Ebene des Motivs parallel zu den Schlitzes liegt.

3. Schlitzleiter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (6, 8) die aus den Motiven (5, 7) aufgenommene Energie abwechselnd auf einer und auf der anderen Seite der entsprechenden Motive aufnehmen, so daß eine zusätzliche Phasenverschiebung um π zwischen den Anregungen zweier benachbarter Schlitze induziert wird.

4. Schlitzleiter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (6, 8) die zugeordneten Schlitze abwechselnd an einem Ende (2') und am anderen Ende (3") der Schlitze anregen, entsprechend der Seite, an der die Energie am zugeordneten Motiv aufgenommen wird.

5. Schlitzleiter nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostripleitung (6, 8) sich quer zum zugeordneten Schlitz erstreckt und sich um eine Länge von im wesentlichen einer Viertel-Betriebswellenlänge über den Schlitz hinaus verlängert.

6. Schlitzleiter nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostripleitung (6', 8') an einen der Längsränder des zugeordneten Schlitzes (2, 3) über ein metallbeschichtetes Loch (6", 8") angeschlossen ist, das durch die Platte (4) hindurch verläuft, wobei die Mikrostripleitung dann nicht über das Loch hinaus verlängert ist.

7. Schlitzleiter nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (4) geringfügig breiter als die lichte Weite der die Schlitze (2, 3) aufweisenden schmalen Seite des Wellenleiters ist und daß jede der großen Seiten des Wellenleiters (1) eine Rille (40, 41) in der Nähe der die Schlitze aufweisenden schmalen Seite aufweist, um die Platte (4) in diese Rillen einschieben und dort befestigen zu können.