DE69838270T2

DE69838270T2 - Miniatur-Resonanzantenne in Form von ringförmigen Streifenleiterantennen

Info

Publication number: DE69838270T2
Application number: DE69838270T
Authority: DE
Inventors: Herve Legay; Thierry Rostan; Frederic Croq; Michel Gomez-Henry
Original assignee: Alcatel Lucent SAS
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: CA2228631A1; EP0860894B1; US6034645A; DE69838270D1; EP0860894A1; FR2760134B1; FR2760134A1; CA2228631C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sende- oder Empfangsantenne im Bereich von Ultrahochfrequenzen. Sie bezieht sich insbesondere auf eine flache Antenne, die in Form einer Streifenleiterantenne konstruiert, ringförmig und als Resonanzantenne ausgeführt ist.
Antennen dieses Typs weisen eine geringe Größe und ein geringes Gewicht auf. Sie werden daher für Anwendungen an Bord, insbesondere bei Raumfahrzeugen und Satelliten eingesetzt.
Häufig werden, insbesondere bei Anwendungen in der Raumfahrt, Rundstrahlantennen benötigt, d.h. Antennen, die in einem Raumwinkel mit hohem Wert senden und empfangen können.
Man hat jedoch festgestellt, dass die Vorgabe der Rundstrahlfähigkeit nur schwer mit der Vorgabe zur Aufrechterhaltung der Polarisationsreinheit der elektromagnetischen Wellen, die gesendet oder empfangen werden sollen, zu vereinbaren ist.
Vor allem, wenn die Welle, die gesendet (oder empfangen) werden soll, eine Kreispolarisation aufweist, muss für alle Sende- oder Empfangsrichtungen ein Elliptizitätsgrad nahe 1 aufrechterhalten werden. Diese Vorgabe ist bei flachen Antennen nicht leicht einzuhalten.
Im Dokument JP-A-05152829 wird eine Resonanzantenne für ultrahochfrequente Wellen beschrieben, die einen ringförmigen Streifenleiter-Resonator mit zwei Lücken umfasst, die die Möglichkeit bieten, zwei Resonanzfrequenzen in zwei Orthogonalpolarisationen einzustellen.
In den Dokumenten US-A-3 716 861 und US-A-4 804 965 werden zudem Drahtantennen beschrieben, die Windungen oder Lücken mit abgestuften Wellen umfassen.
Die Erfindung hat zum Ziel, eine ringförmige Resonanzantenne mit geringer Größe zu bieten, die eine maximale, kreisförmige Abdeckung unter Beibehaltung der Polarisationsreinheit in diesem kreisförmigen Abdeckungsbereich aufweist.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass die flache Resonanzantenne im Allgemeinen ringförmig ist und Windungen sowie Lücken aufweist.
Diese Ringform mit Windungen oder Lücken bietet die Möglichkeit zur Maximierung des Umfangs bei vordefinierter Größe, d.h. die Minimierung der Größe für eine bestimmte Wellenlänge. Da die durch die Antenne leitungsgebundene Wellenlänge proportional zum Umfang ist, ist die Größe (d.h. die erforderliche Fläche) einer Antenne gemäß der Erfindung bei gleicher Wellenlänge geringer als die Größe einer Antenne gleichen Typs mit kreisförmigem Ring.
Die Verringerung der Antennengröße ist günstig für die Steigerung ihrer Rundstrahlfähigkeit.
Im Übrigen hat man festgestellt, dass die Polarisationsreinheit, trotz des Vorhandenseins von praktisch radialen Anteilen im Vergleich zu einer ringförmigen Antenne (ohne Lücken oder Windungen), insbesondere in Bezug auf die Kreispolarisation nicht verändert wird. Dieses Ergebnis ist überraschend, denn jeder radiale Anteil erzeugt ein senkrecht verlaufendes elektrisches Feld, das die Polarisation stört. Man geht davon aus, dass für die Aufrechterhaltung der Polarisationsreinheit die Tatsache verantwortlich ist, dass jeder radiale Anteil bzw. jede Ader einem anderen Anteil bzw. einer anderen Ader zugeordnet ist, die ein Feld in umgekehrter Richtung erzeugt, das das Störfeld des ersten Anteils kompensiert.
Gemäß einer weiteren Bestimmung der Erfindung müssen zwei aufeinander folgende, radiale Anteile daher eine entsprechende Ausrichtung und entsprechende Abmessungen aufweisen, dass sie Störfelder erzeugen, die sich gegenseitig kompensieren. Der Abstand zwischen diesen aufeinander folgenden, radialen Anteilen sollte vorzugsweise gering sein.
Im Allgemeinen sind die radialen Anteile insgesamt so angepasst, dass sie kein Störfeld für die Polarisation des abzusendenden Signals erzeugen.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung erfolgt die Erregung der Antenne im äußeren Bereich des Rings.
Das Verhältnis zwischen dem größten Durchmesser und dem kleinsten Durchmesser sollte vorzugsweise höchstens zwei betragen.
In einem Beispiel umfasst der Ring insgesamt acht oder sechzehn Abschnitte.
Bei dem Ring mit Windungen und Lücken handelt es sich entweder um einen Metallüberzug auf einem Substrat oder um einen Schlitzstrahl in einem Metallüberzug.
Um die Abmessungen der Antenne möglichst gering zu halten, ist bekannt, dass man die dielektrische Permittivität des Substrats erhöhen muss, da die leitungsgebundene Wellenlänge in der Antenne in etwa proportional zur Quadratwurzel dieser dielektrischen Permittivität ist. Die Erhöhung dieser Permittivität ist jedoch für die Aufrechterhaltung der Polarisationsreinheit ebenfalls nicht günstig. Ein zweckmäßiger Polarisationsreinheits-Grad könnte aufrechterhalten werden, wenn die dielektrische Permittivität in einer Größenordnung von 1,5 läge. Es steht jedoch kein Material zur Verfügung, das diese Permittivität aufweist. Mit einem Material mit einer Permittivität von ca. 2,5 kann man jedoch einen guten Reinheitsgrad aufrechterhalten, unter der Bedingung, dass die ringförmige Antenne auf einem Substrat aufgebracht wird, das zudem eine Aufnahme mit in etwa senkrecht zur Substratebene verlaufenden Metallwänden umfasst, beispielsweise zylinderförmig mit einem kreisförmigem Abschnitt. Auf diese Weise kann eine gesteigerte Miniaturisierung des strahlenden Elements, unter Beibehaltung der Polarisationsreinheit über einen erheblichen Winkel erzielt werden, wobei diese letzte Bestimmung, die in der dielektrischen Ladung besteht – mit einer Auszackung des Rings kombiniert wird.
In einer Ausführungsvariante, bei der die Anzahl an Windungen oder Lücken gleich vier beträgt, liegt die Breite dieser Windungen oder Lücken in einer Größenordnung vom 0,2-fachen des Durchmessers.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der Beschreibung verschiedener Ausführungsvarianten deutlich, die in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt, wobei:
1 ein Schnitt einer Antenne gemäß der Erfindung ist, die für zwei Frequenzbänder eingesetzt werden kann;
Die 1a, 1b und 1c Diagramme darstellen, die die Vorteile der Antenne aus 1 verdeutlichen;
2 eine Schemazeichnung eines Rings einer Antenne gemäß der Erfindung ist;
3 eine Schemazeichnung der beiden Ringe einer Antenne gemäß der Erfindung ist, allerdings für eine andere Ausführungsvariante;
4 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Antenne des Typs aus 1 ist;
5 ein Schaltplan für die Stromversorgung des Rings der Antenne aus 4 ist;
6 eine Schemazeichnung für eine Ausführungsvariante zu 5 ist;
7 eine Schemazeichnung ist, die ebenfalls einer Ausführungsvariante zu 5 entspricht;
8 eine vereinfachte Darstellung von 1, allerdings für eine Ausführungsvariante darstellt;
9 eine Schemazeichnung eines Rings für eine Ausführungsvariante ist.
Die in 1 dargestellte Antenne ist für den Empfang oder Versand von Ultrahochfrequenz-Signalen in zwei Frequenzbändern bestimmt, und zwar einerseits für das S-Frequenzband bei 2 GHz und andererseits für das Ultrahochfrequenzband bei 400 MHz.
Diese Antenne ist hauptsächlich für den Einbau in kleinere Satelliten bestimmt, wie beispielsweise Satelliten zur Lokalisierung von Objekten, für Messaufgaben oder zur Fernsteuerung herkömmlicher Satelliten. Aufgrund dieser Anwendung muss sie eine geringe Größe, eine große Raumwinkelabdeckung für die beiden Frequenzbänder sowie eine Kreispolarisation mit einem Elliptizitätsgrad aufweisen, der für diese große Winkelabdeckung, insbesondere für die am weitesten entfernten Ausrichtungen der Achse geeignet ist.
Bei der in 1 dargestellten Antenne 10 handelt es sich um einen Kombinationstyp. Sie wird durch die Verbindung von zwei konzentrischen, planaren Antennen, 14 und 16 gebildet. Jede der Antennen 14 und 16 sowie die Einheit 10 weisen eine Symmetrie-Rotationsachse 12 auf. Die mittlere Antenne 14 mit den kleineren Abmessungen ist für das S-Band bei 2 GHz bestimmt und die äußere Antenne 16 mit den größeren Abmessungen ist für das UHF-Band bei 400 MHz bestimmt.
Jede einzelne Antenne 14, 16 umfasst ein dielektrisches Substrat, 18 bzw. 20, auf dem ein leitfähiger Ring aufgebracht ist, 22 bzw. 24. Die beiden Ringe 22 und 24 sind mittig auf der Achse 12 ausgerichtet.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele für die leitfähigen Ringe 22 und 24 in Bezug auf 2 und 3 erläutert.
Jedes Substrat ist von einer zylinderförmigen Metallaufnahme der Achse 12 umschlossen. Die Aufnahme für die Antenne 14 ist mit der Referenz 25 bezeichnet und die Aufnahme für die Antenne 16 ist mit der Referenz 26 bezeichnet. Die letztgenannte Aufnahme wird einerseits von einer äußeren, zylinderförmigen Wand 26₁ und andererseits von einer inneren, zylinderförmigen Wand 26₂ begrenzt, die in geringem Abstand zu der Wand der Aufnahme 25 angeordnet ist.
Der Raum 28, der zwischen der Wand der Aufnahme 25 und der Aufnahme 26₂ vorgesehen ist, weist eine Länge (in Richtung der Achse 12) gleich einem Viertel der Wellenlänge im S-Band auf, d.h. etwa 35 mm. Er ist an Punkt 29 zu der Seite hin geöffnet, auf der das Senden erfolgt. Er stellt eine Falle dar, die die Verbreitung von Kriechströmen vom Ring 22 zum Ring 24 verhindern soll.
Ein Metallring 36 kann zum Ausgleich auf dem Boden des Raums 28 eingesetzt werden, um die Länge (parallel zur Achse 12) dieses Raums 28 anzupassen, damit diese einem Viertel der Wellenlänge des S-Bands entspricht.
Die Wände 25 und 26₂ können aus der gleichen Metallfolie gebildet werden.
Um die Aufnahme 26 herum, in etwa in der Ebene des Rings 24 und damit senkrecht zur Achse 12, ist ein Metallring bzw. -kranz 30 angeordnet.
Der innere Rand 32 des Kranzes 30 ist mit einer Verkleidung 34 verbunden, die sich einerseits von dem Kranz 30 in Richtung Boden der Aufnahme 26 und andererseits von der Achse 12 weg verläuft. In einem Beispiel liegt der Winkel, der in der Ebene aus 1 von der Ebene des Kranzes 30 und der Verkleidung 34 gebildet wird, in einer Größenordnung von 45°.
Der Ring 22 strahlt in einem Konus der Achse 12 mit einem Halbwinkel an der Spitze θ gleich etwa 60° ab. Es besteht jedoch zudem eine Abstrahlung außerhalb dieses Konus. Der Kranz 30 hat die Aufgabe, die gestreuten Wellen nach außen abzuleiten, um die Rundstrahlung der Antenne 14 zu erhöhen.
Man hat jedoch festgestellt, dass der Kranz 30 die Tendenz hat, die Kreispolarisation der Strahlung zu beeinträchtigen, d.h. den Elliptizitätsgrad einzuschränken. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Verkleidung 34 die Möglichkeit bietet, einen Elliptizitätsgrad der Wellen mit Kreispolarisation nahe 1 zu erhalten, insbesondere für Richtungen, die mit der Achse 12 einen großen Winkel bilden.
Der Elliptizitätsgrad kann empirisch eingestellt werden, indem man die Ausrichtung der Verkleidung 34, d.h. den Winkel, den sie mit der Ebene des Kranzes 30 bildet, oder indem man ihre Abmessungen verändert.
Die Außenkante 34₁ der Verkleidung 34 ist weiter von der Achse 12 entfernt als die Außenkante 30₁ des Kranzes 30.
In einem Beispiel beträgt der Innendurchmesser des Kranzes 30 256 mm und sein Außendurchmesser 300 mm, während der Außendurchmesser der Verkleidung 34, der eine allgemein kegelstumpfartige Form aufweist, 348 mm beträgt.
Man geht davon aus, dass die Verkleidung 34 eine Diffraktion der Wellen im S-Band verursacht, die dem negativen Effekt des ablenkenden Kranzes 30 auf den Elliptizitätsgrad der Wellen im S-Band entgegenwirkt.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die Aufnahmen oder Vertiefungen 25 und 26 dazu beitragen, das Strahlungsdiagramm um die Achse 12 abzustimmen und den Elliptizitätsgrad zu verbessern.
In einem Beispiel weisen die dielektrischen Substrate 18 und 20 eine relative dielektrische Permittivität ε_r in einer Größenordnung von 2,5 auf. Wie bereits erläutert, können die Abmessungen der Antennen umso kleiner sein, je höher diese dielektrische Permittivität ist. Eine Erhöhung der dielektrischen Konstante ist dagegen für die Aufrechterhaltung der Kreispolarisation ungünstig. Daher übersteigt die Konstante ε_r in diesem Beispiel den Wert von 2,5 nicht.
1a, 1b und 1c sind Diagramme, die die Vorteile einerseits der Viertelwellen-Falle, die durch den ringförmigen Raum 28 geboten wird, und andererseits der ablenkenden Elemente 30 und 34 aufzeigen.
In jedem Diagramm wurde in den Abszissen die Erhöhung θ (in Grad) aufgetragen, d.h. der Halbwinkel des Sendekonus der Achse 12, und in den Ordinaten die Amplituden (in Dezibel) der Strahlungen bei normaler Polarisation und bei Kreuzpolarisation.
1a ist ein Diagramm für eine Antenne analog zu 1, die jedoch einerseits nicht mit einer Viertelwellen-Falle 28 und andererseits nicht mit ablenkenden Elementen 30 und 34 ausgerüstet ist.
Die Kurve 40 entspricht der normalen Polarisation und die Kurven 41 entsprechen der Kreuzpolarisation. Die Reinheit der Kreispolarisation ist umso höher, je größer die Abweichung zwischen den Kurven 40 und 41 ist. Daraus ist ersichtlich, dass für einen Winkel θ von 0°, d.h. entsprechend der Achse 12, die Ausstrahlung in Kreispolarisation erfolgt. Entfernt man sich jedoch von der Achse 12, verschlechtert sich die Kreispolarisation erheblich.
Die Ausstrahlung wird zudem deutlich schwächer, sobald man sich von der Achse 12 entfernt.
1b entspricht einer Antenne analog zu 1, mit einer Viertelwellen-Falle 28, jedoch ohne ablenkende Elemente 30 und 34.
Es ist festzustellen, dass die Rundstrahlfähigkeit sowie die Reinheit der Kreispolarisation im Vergleich zum Fall aus 1a verbessert wurden. Die Reinheit der Kreispolarisation ist jedoch zwischen 30° und 60° nicht vollkommen zufrieden stellend, wobei der Abstand zwischen den Kurven 41₁ und 40₁ relativ gering bleibt.
Das Diagramm aus 1c entspricht der in 1 dargestellten Antenne, mit einer Viertelwellen-Falle 28, dem Kranz 30 und der Verkleidung 34. Es ist festzustellen, dass die Rundstrahlfähigkeit im Vergleich zu 1b bis zu einem Winkel θ von 60° vollkommen zufrieden stellend ist. Außerdem wurde die Reinheit der Kreispolarisation zwischen einem Winkel von 30° und 60° deutlich verbessert, wobei der Abstand zwischen den Kurven 40₂ und 41₂ erheblich größer ist.
Gemäß einer Bestimmung der Erfindung wurde die Kompaktheit der Antenne erhöht, indem sie an den Ringen 22 und 24 mit einer Rippenform oder mit Windungen versehen wurde.
In dem Beispiel aus 2 umfasst der Ring 22 acht innere Segmente 46₁ bis 46₈ , die mit acht äußeren Segmenten 48₁ bis 48₈ abwechseln, die regelmäßig um die Achse 12 verteilt sind. Diese Segmente 46 und 48 in Form von Kreisbögen grenzen an ihren Enden an rechteckige Segmente 50 mit radialer Ausrichtung. Somit sind in diesem Beispiel sechzehn radiale Segmente vorhanden. Obwohl dies in 2 nicht ersichtlich ist, weist der Ring 24 einen ähnlichen Aufbau auf wie der Ring 22.
In dem Beispiel aus 3 sind für die Antennen S 22' und UHF 24' vier innere und vier äußere Segmente vorgesehen.
Die Länge der leitungsgebundenen Welle der zu übertragenden Abstrahlung ist direkt proportional zum elektrischen Längenmaß des Rings der Resonanzantenne 14 (14') oder 16 (16'). Dieses elektrische Längenmaß ist gleich der Summe der Längen sämtlicher Segmente 46, 48 und 50.
Somit weist eine Antenne gemäß der Erfindung bei der gleichen leitungsgebundenen Länge, d.h. bei der gleichen Frequenz, eine geringere Größe auf als eine Antenne mit einer ausschließlich runden Form. Es ist nämlich festzustellen, dass das elektrische Längenmaß, im Vergleich zu einem kreisförmigen Ring mit dem gleichen Durchmesser wie der Ring, auf dem die Segmente 48 angeordnet sind, in etwa um die Summe der Länge der Segmente 50 erhöht ist.
Dagegen hat man festgestellt, dass der Wirkungsgrad der Antenne umso mehr abnimmt, je größer die Länge der Segmente 50 ist. Die Abstrahlungsimpedanz der Antenne verringert sich, weil der Metallstreifen die Öffnung mehr abdeckt; somit ist der Anteil der in der Leitung oder im Dielektrikum abgestrahlten Energie größer. Vorzugsweise sollte daher das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser in einer Größenordnung von zwei liegen.
Im Übrigen hat man festgestellt, dass das Vorhandensein von Segmenten 50 mit radialer Ausrichtung den Elliptizitätsgrad der Abstrahlungspolarisation praktisch nicht beeinträchtigt. Ein Segment mit radialer Ausrichtung hat nämlich auch den Nachteil, den Elliptizitätsgrad zu beeinträchtigen. Dennoch geht man davon aus, dass die Abfolge von Segmenten, die von Strom in entgegengesetzter Richtung durchlaufen werden, die negativen Auswirkungen auf den Elliptizitätsgrad kompensiert.
Es ist also darauf zu achten, dass diese Segmente entsprechend angeordnet werden, dass diese Kompensation erreicht wird.
4 ist eine Explosionszeichnung der verschiedenen Komponenten der Antenne, in Kombination mit den Ringen 22' und 24' des Typs aus 3.
Wie aus dieser Abbildung ersichtlich, stellen der Kranz 30 und die um 45° geneigte Verkleidung 34 ein Teil aus einem Stück 50 dar.
Die Ringe 24' und 22' sind durch Ätzung der dielektrischen Substrate, 18 bzw. 20, in einem als „Polypenco" bezeichneten Material ausgeführt. In 4 sind die Ringe 22' und 24' getrennt von den Substraten 18 und 20 dargestellt; es versteht sich jedoch von selbst, dass diese Ringe auf den entsprechenden Substraten 18 und 20 aufgebracht sind.
Zwischen dem Boden 52 der Aufnahme 25 und dem Substrat 18 ist ein Verteiler 54 angeordnet, der im Folgenden in Bezug auf 5 bis 7 erläutert wird.
Ein Koaxialkabel 60 verläuft durch den Boden 52 der Aufnahme 25, um das Erregungssignal an den Verteiler 54 weiterzuleiten. Seine Aufgabe besteht darin, das Erregungssignal mit der entsprechenden Phasenverschiebung an die vier äußeren Segmente 48' des Rings 14' zu verteilen.
Des Gleichen ist ein Verteiler 58 zwischen dem Boden 56 der Aufnahme 26 und dem Dielektrikum 20 angeordnet.
Ein Koaxialkabel 62 verläuft durch den Boden 56, um das UHF-Erregungssignal an den Verteiler 58 weiterzuleiten, der dieses Erregungssignal mit der entsprechenden Phasenverschiebung an die vier äußeren Segmente des Rings 24' verteilt.
5, 6 und 7 stellen den Verteiler 54 dar.
Die Schaltungen 64, die in 5 und 6 dargestellt sind, bieten die Möglichkeit, ausgehend von dem über das Koaxialkabel 60 übertragenen Erregungssignal eine Kreispolarisation zu erstellen. Zu diesem Zweck versorgen sie die vier äußeren Segmente 48' mit aufeinander folgenden Phasenverschiebungen um 90°.
Das über das Koaxialkabel 60 übertragene Signal wird an einen Eingang 66 angelegt, der, wie in 5 dargestellt, über einen Transformator 68 mit dem Eingang eines Phasenschiebers 70 um 180° verbunden ist. Der Ausgang 70₁ des Phasenschiebers 70 ohne Phasenverschiebung ist mit einem Anschluss 74 verbunden, der wiederum über einen Transformator 76 mit einem Phasenschieber 78 um 90° verbunden ist. Der Ausgang 70₂ des Phasenschiebers 70 mit einer Phasenverschiebung um 180° ist mit einem anderen Anschluss 80 verbunden, der über einen Transformator 82 mit einem zweiten Phasenschieber 84 um 90° verbunden ist.
Der Ausgang 78₁ des Phasenschiebers 78 ohne Phasenverschiebung ist über einen Transformator 86 und einen Adapter 88 mit einem ersten Ausgang 90₁ der Schaltung 64 verbunden. Der Ausgang 90₁ ist an ein erstes äußeres Segment des Rings 22' angeschlossen.
Des Gleichen ist der Ausgang 78₂ des Phasenschiebers 78 zur Phasenverschiebung um 90° über einen weiteren Transformator und einen weiteren Adapter mit einem zweiten Ausgang 90₂ verbunden. Der Ausgang 90₂ ist an ein zweites äußeres Segment des Rings 22' angeschlossen.
Der Ausgang des Phasenschiebers 84 ohne Phasenverschiebung 84₁ ist über einen Transformator und einen Adapter mit dem dritten Ausgang 90₃ verbunden. Dieser Ausgang 90₃ ist an ein drittes äußeres Segment des Rings 22' angeschlossen.
Schließlich ist der Ausgang 84₂ des Phasenschiebers 84 zur Phasenverschiebung um 90° über einen Transformator und einen Adapter mit dem vierten Ausgang 90₄ der Schaltung 64 verbunden. Dieser Ausgang 90₄ ist an ein viertes äußeres Segment des Rings 22' angeschlossen.
Das Signal am Ausgang 90₁ ist phasengleich mit dem Eingangssignal am ersten Anschluss 66, während die Signale an den Ausgängen 90₂ , 90₃ und 90₄ jeweils um 90°, 180° bzw. 270° in Bezug auf das Eingangssignal phasenverschoben sind.
Die verschiedenen Elemente der Schaltung aus 5 sind mit Hilfe von Metallausschnitten ausgeführt, die in 6 dargestellt sind. In dieser Abbildung sind die gleichen Elemente wie in 5, mit den gleichen Referenzziffern aufgeführt.
Die Ausgänge 90₁ bis 90₄ befinden sich am Rand der Ausschnitte und sind regelmäßig verteilt; diese Ausgänge befinden sich im Bereich der äußeren Segmente des Rings 22', mit dem sie verbunden sind.
Wie aus 7 ersichtlich, sind die Metallausschnitte übereinander zwischen den Verteiler-Dielektrika 102 bzw. 104 angeordnet.
Die Verbindung jedes Ausgangs 90 der Schaltung 64 mit dem entsprechenden äußeren Segment des Rings erfolgt mit Hilfe einer Sonde 92. Es sind daher vier Sonden vorgesehen. In 7 ist die Sonde 92₁ dargestellt.
Der Verteiler 64, 102, 104 ist in eine metallische Aufnahme 106 eingepasst, die eine Falle darstellt, die die Erregung von Oberflächenwellen am Verteiler verhindert.
In einer Variante ist die Schaltung 64 anstatt mit Streifenleitern oder metallischen Ausschnitten mit Hilfe von Metallätzung auf einem Substrat ausgeführt.
In dem in 8 dargestellten Beispiel sind drei konzentrische Antennen für die mittlere Antenne 110, für die dazwischenliegende Antenne 112 und für die außen liegende Antenne 114 vorgesehen.
Wie in der in 1 dargestellten Ausführungsvariante ist ein Diffraktionskranz 30 um die außen liegende Antenne angeordnet und dieser Kranz 30 ist fest mit einer Verkleidung 34 verbunden, die in etwa 45° in Bezug auf die Ebene des Kranzes 30 ausgerichtet ist. Ebenfalls wie in der Ausführungsvariante aus 1 verhindert eine Viertelwellen-Falle 28 die Ausbreitung eines Kriechstroms von der erregten Vertiefung auf die umgebenden Vertiefungen. Analog dazu verhindert eine Viertelwellen-Falle 116 die Ausbreitung eines Kriechstroms auf die Antenne 114.
Die Falle 116 weist eine größere Länge (entlang der Achse) auf als die Falle 28, da sie dazu bestimmt ist, größere Wellenlängen zu eliminieren, und zwar die von der Antenne 112 gesendeten Signale.
Natürlich kann man mehr als drei konzentrische Antennen vorsehen.
Obwohl sich die oben beschriebenen Beispiele auf Antennen mit Resonanzringen, die von einem metallischen Leiter gebildet werden, beziehen, versteht es sich von selbst, dass die Erfindung auch auf eine Antenne Anwendung findet, die in Form eines Schlitzstrahls in einer Leitung ausgeführt ist. Für bestimmte Anwendungen, insbesondere wenn die Erhitzung minimiert werden muss, ist diese Ausführung mit Schlitzstrahl zu bevorzugen.
Die in 9 dargestellte Ausführungsvariante stellt eine ringförmige, schwingende Vertiefung dar, die sich insbesondere auf eine Schlitzstrahlantenne bezieht. Dieses Beispiel könnte jedoch auch bei einer Antenne mit Resonanzring, der von einem metallischen Leiter gebildet wird, Anwendung finden.
Der Ring 130 besteht aus einem Schlitz 132 in einem metallischen Leiter 134. Dieser Ring 130 bildet Windungen, die jeweils praktisch die Form einer Schleife aufweisen. Die Anzahl an Schleifen in dieser Ausführungsvariante beträgt acht.
Obwohl die Erregung in den oben beschriebenen Beispielen an den äußeren Segmenten mit Hilfe eines Koaxialkabels erfolgt, kann man auch eine Erregung durch die Kopplung kurzer Abstände mit einem Streifenleiter oder einem Schlitz in der Massenebene, d.h. auf dem Boden einer Vertiefung vorsehen.

Claims

Resonanzantenne, die für eine vordefinierte Frequenz konzipiert ist, die einen leitfähigen, flachen Ring (22, 24) umfasst, der auf einem dielektrischen Substrat (18, 20) aufgebracht ist, das in eine metallische Aufnahme (25, 26) eingeschlossen ist, die Wände aufweist (25, 26₁ , 26₂ ), die sich parallel zur Achse (12) der Ringdrehung erstrecken, wobei die Schaltung zur Stromversorgung der Antenne dazu bestimmt ist, mittels einer Sonde (92₁ ) an den Ring angeschlossen zu werden, wobei das elektrische Längenmaß des Ringumfangs die leitungsgebundene Wellenlänge in der Antenne festlegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (22, 24, 22', 24', 130) Windungen oder Lücken (46, 48, 132) aufweist, die Bereiche (50) aufweisen, die in einer praktisch radialen Richtung ausgerichtet sind, wobei die genannten Windungen oder Lücken erstellt wurden, um das elektrische Längenmaß des Ringumfangs zu erhöhen.
Antenne gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen oder Lücken in etwa radiale Bereiche (50) aufweisen, die so ausgeführt sind, dass sie zusammen kein Störfeld für die Polarisation des abzustrahlenden Signals erzeugen.
Antenne gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden aufeinander folgenden, radialen Bereiche Polarisationsstörfelder erzeugen, die sich gegenseitig kompensieren.
Antenne gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen oder Lücken in etwa radiale Bereiche (50) aufweisen, die geradlinig verlaufen.
Antenne gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring abwechselnde Abschnitte (46, 48) aufweist, die so ausgeführt sind, dass die Abstände von zwei aufeinander folgenden Abschnitten zur Mitte unterschiedlich sind, sowie dadurch, dass die am weitesten von der Mitte entfernten Abschnitte auf der gleichen Kreislinie liegen.
Antenne gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring abwechselnde Abschnitte (46, 48) aufweist, die so ausgeführt sind, dass die Abstände von zwei aufeinander folgenden Abschnitten zur Mitte (12) unterschiedlich sind, sowie dadurch, dass die der Mitte am nächsten gelegenen Abschnitte auf der gleichen Kreislinie liegen.
Antenne gemäß Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen den Durchmessern der Abschnitte höchstens gleich zwei ist.
Antenne gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen oder Lücken regelmäßig um eine Achse (12) herum verteilt sind.
Antenne gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Windungen oder Lücken gleich acht oder sechzehn ist.
Antenne gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Senden an den am weitesten von der Mitte entfernten Abschnitten (48) mit Strom versorgt wird.
Antenne gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da sie entsprechend konzipiert ist, Wellen mit Kreispolarisierung zu senden, dass die Abschnitte des Rings in aufeinander folgenden Phasenverschiebungen der abzustrahlenden Welle mit Strom versorgt werden, wodurch diese Kreispolarisation ermöglicht wird.
Antenne gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (64) zur Erzeugung der Phasenverschiebung durch Metallausschnitte oder Ätzen ausgeführt ist, wobei die Ausgänge (90₁ , 90₂ , 90₃ , 90₄ ) am Rand angeordnet sind.
Antenne gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring aus einem Streifenleiter besteht.
Antenne gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring aus einem Schlitzstrahl (132) in einem Leiter (134) besteht.
Antenne gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu bestimmt ist, Wellen im UHF-Band oder im S-Band abzustrahlen.