DE974086C - Abgestimmte Schlitzantenne - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 8. SEPTEMBER 1960

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(Großbritannien)

ist als Erfinder genanat worden

Abgestimmte Schlitzantenne

Die Erfindung bezieht sich auf Schlitzantennen. Diese bestehen gewöhnlich aus einem flachen plattenförmigen oder röhrenförmigen Leiter mit einem darin angebrachten Schlitz, der für den Empfang oder die Aussendung von Hochfrequenzwellen dient. Solche Schlitzantennen sind abgestimmte Antennen, und die Länge des Schlitzes bestimmt im allgemeinen die Resonanzfrequenz der Antenne. Für sehr hohe Frequenzen wird die Länge ίο des Schlitzes klein, und, um eine gute Richtwirkung und einen wesentlichen Gewinn zu erhalten, ist es oft erforderlich, eine Anordnung mit einer Mehrzahl solcher Antennen zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schlitzantenne zu schaffen, deren Richtwirkung und Gewinn vergrößert sind.

Es ist bereits bekannt, eine Schlitzantenne dadurch räumlich zu verkürzen, daß die Schlitzenden induktiv abgeschlossen werden. Die Induktivität des Abschlußelementes bildet dabei den el^ektrisehen Ersatz für ein wegfallendes Stück der Schlitzlänge. Zu demselben Zweck ist es auch bekannt, an den Schlitzenden quer zur Längserstrekkung des Hauptschlitzes verlaufende Schlitzteile anzufügen. Mit in dieser Weise verkürzten Schiitzen läßt sich jedoch die der Erfindung zugrunde

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liegende Aufgabe, Richtwirkung und Gewinn zu vergrößern, nicht lösen.

Entsprechend der Erfindung ist bei einer abgestimmten Schlitzantenne die Phasengeschwindigkeit der in der Antenne erregten Welle dadurch erhöht, daß unmittelbar zwischen den Schlitzkanten einzelne Überbrückungsglieder eingeschaltet sind, welche längs des Schlitzes derart verteilt sind, daß zwischen ihren Anschlußpunkten an den Schlitzkanten wesentliche Längen des Schlitzes liegen, und daß die Überbrückungsglieder derartig bemessen sind, daß sie in dem Arbeitsfrequenzbereich als induktive Nebenschlüsse zwischen den Schlitzkanten wirksam sind. Im Falle einer Halbwellenantenne vergrößert sich auf diese Weise die geometrische Schlitzlänge über die zur Abstimmung als Halbwellenantenne, bezogen auf freie Raumstrahlung, sonst notwendige Länge. Die Antenne kann mit induktiven Nebenschlußelementen versehen sein, deren Abstände längs des Schlitzes, gemessen durch den zwischen ihren Anschlußstellen bestehenden Phasenwinkel, bezogen auf die der freien Raumstrahlung entsprechende Wellenlänge, untereinander wenigstens angenähert gleich sind. Beispielsweise können die Abstände in der Größe von ungefähr 30⁰ oder auch weniger gewählt sein. Dadurch wird erreicht, daß die Phasengeschwindigkeit des Stromes in der Antenne vergrößert und die Spannungsverteilung längs der Antenne in Abhängigkeit von den Eigenschaften der eingeführten Induktivitätselemente ausgedehnt wird. Infolgedessen sind auch Richtwirkung und Gewinn einer solchen Antenne mit verlängertem Schlitz erhöht. Es sei erwähnt, daß bereits eine Rohrschlitzantenne bekannt ist, bei welcher in einem Rohrkörper von verhältnismäßig großem Durchmesser über den Umfang gleichmäßig verteilt vier Schlitze vorgesehen sind. Hinter jedem Schlitz ist dabei eine Trennwand angebracht. Dadurch entstehen vier Hohlräume, welche elektrisch dieselbe Funktion ausüben wie beim normalen Einschlitzstrahler der Innenraum des Zylinders. Es ist dabei auch angegeben worden, die Trennwand aus genügend dicht einander parallel liegenden Metallstreifen, also in Gestalt einer Sprossenwand, aufzubauen. Durch diese bekannte Anordnung wird die Aufgabe gelöst, auch bei einem sehr dicken RohrmaSt für jeden Einzelschlitz hinsichtlich der elektrischen Wirkung des genannten Innenraumes dieselben elektrischen Verhältnisse zu schaffen, wie bei einem schlanken Einzelschlitzstrahler. Außerdem ergibt sich im Innern des dicken Rohrmastes ein feldfreier Raum, der für die Unterbringung der Stützkonstruktion und der Leitungen ausnutzbar ist. An eine Verlängerung der räumlichen Schlitzausdehnung zwecks Vergrößerung der Richtwirkung und des Gewinnes ist bei dieser bekannten Rohrschlitzantenne nicht gedacht. Ausführungsbeispiele einer Antennenanordnung nach der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme in den Zeichnungen beschrieben.

In Fig. ι ist mit 1 ein Teil eines flachen plattenförmigen odar röhrenförmigen Leiters bezeichnet, welcher für den Empfang oder die Aussendung hochfrequenter Wellen mit einem Schlitz 2 versehen ist. Üblicherweise würde die geometrische Länge des Schlitzes gleich einer halben Wellenlänge der auszustrahlenden oder zu empfangenden Hochfrequenzschwingung, bezogen auf- freie Raumstrahlung, gewählt sein. In Anwendung der Erfindung wird die Phasengeschwindigkeit der in der Antenne erregten Welle durch die Anwendung von längs der Antenne verteilten induktiven Nebenschiußelementen vergrößert. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform werden diese Nebenschlußelemente durch die Spulen 3 gebildet, welche die Längskanten des Schlitzes 2 überbrücken. Diese induktiven Nebenschluß elemente können beispielsweise so angeordnet sein, daß die Abstände zwischen ihnen, in Winkelmaß gemessen, 30⁰ oder weniger betragen. Durch die Einführung dieser induktiven Nebenschlußelemente ergibt sich die Möglichkeit einer. Vergrößerung der geometrischen Schlitzlänge auf einen Wert, der wesentlich größer ist als die Schlitzlänge, welche ohne Anwendung der induktiven Nebenschluß elemente für eine Antenne erforderlich wäre, welche als abgestimmte Halbwellenantenne arbeiten soll. Es hat sich ergeben, daß man mit Vorteil bis ungefähr achtzehn Nebenschluß elemente über die Länge des Schlitzes verteilen kann. Das Polardiagramm einer solchen Antenne entspricht dem, welches sich durch drei in einer Reihe angeordnete Schlitzantennen bei gleichphasiger Speisung ergibt.

In Fig. 2 der Zeichnung sind in Verbindung mit dem Schlitz an Stelle der Induktivitäten in Spulenform sogenannte Blindleitungsstikke verwendet, welche mit 4 bezeichnet sind. Es ist zu berücksichtigen, daß zwischen den Kanten des Schlitzes 2 als Nebenschluß auch ein kapazitiver Blindwiderstand vorhanden ist. Durch Verwendung der induktiven Nebenschlußbelastung entsprechend dem Erfindungsgedanken kann dieser kapazitive Nebenschlußblindwiderstand in weitem Maß weggestimmt werden, wodurch sich die Phasengeschwindigkeit der in der Antenne erregten Welle auf einen Wert über der Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen im freien Raum erhöht und sich die Möglichkeit ergibt, die geometrische Schlitzlänge zu vergrößern. Wenn η das Verhältnis ist, in welchem die Schlitzlänge vergrößert werden soll, dann ergibt sich der induktive Blindwider standX, welcher für die induktive Nebenschlußbelastung erforderlich ist:

115 X = ~^l- Z cot Φ,

Z =

30 π^Λ

, (^8L \ log 1

⁰ \ w J

Darin ist 2 L die Schlitzlänge, w die Schlitzbreite und Φ der im Winkelmaß gemessene, auf die Länge der freien Raumwelle bezogene Abstand

der Nebenschlüsse längs des Schlitzes. In einem besonderen Ausführungsbeispiel einer nach der Erfindung aufgebauten Antenne mit Blindleitungsstücken wie in Fig. 2 für eine Verwendung bei 3200 MHz wurde w = 3 gewählt bei einer Schlitzlänge von 140 mm und bei einer Breite von 6,4 mm In diesem Beispiel ergibt sich der Wellenwiderstand Z zu 72 Ohm. Φ wurde in der Größe von 30⁰ gewählt, wodurch sich eine Blindwiderstandsbelastung von 190 Ohm ergab. Dieser Blindwiderstand wurde durch achtzehn am Ende kurzgeschlossene Blindleitungsstücke erzeugt, deren Wellenwiderstand 110 Ohm betrug, wobei jedes Stück eine Länge von 16 mm besaß.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Antenne nach der Erfindung dargestellt, in welcher die induktiven Nebenschlüsse durch direkte Leiterverbindungen zwischen den Schlitzkanten zusammen mit zusätzlichen Mitteln gebildet werden, welche die Wirkung dieser Verbindungen derartig verändern, daß sie nicht als Kurzschlüsse, sondern als induktive Widerstände erscheinen. In Fig. 3 sind die direkten Leiterverbindungen dadurch entstanden, daß der Schlitz 2 in eine Anzahl von kürzeren, mit 2_a bezeichneten Schlitzen aufgeteilt ist. Ferner sind in der Umgebung des als Strahler wirkenden Schlitzes bzw. der durch seine Aufteilung entstandenen kürzeren Schlitze 2_a Durchbrüche 2_b vorgesehen, welche sich beiderseits einer direkten Leiterverbindung und gewissermaßen überlappend mit den Enden der Schlitze 2_a in Richtung des Schlitzes 2 erstrecken und gleichfalls Schlitzform aufweisen. Diese Schlitze 2_b dienen dazu, die Wirkung der Kurzschlußverbindungen herabzusetzen, so daß diese als induktive Widerstände erscheinen. Eine entsprechende Wirkung kann, wie es in der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform gezeigt ist, dadurch erreicht werden, daß die kürzeren Schlitze 2_a an ihren einander benachbarten Enden quer zu ihrer Längsrichtung nach beiden Seiten verbreitert sind, so daß die -sich quer zur Schlitzriqhtung erstreckenden schlitzartigen Ansätze 2_C entstehen. Durch diese Maßnahme wird ebenfalls die Länge des Weges über die Kurzschlußverbindung vergrößert und dieser die Eigenschaft eines induktiven Blindwiderstandes bei den zugrundegelegten Frequenzen verliehen. Eine ähnliche Wirkung kann auch mit der Ausführungsform erzielt werden, welche in Fig. 5 der Zeichnung dargestellt ist. In dieser weisen die Schlitze 2_a eine von ihrer Mitte aus in Richtung gegen die direkten Leiterverbindungen zunehmende Breite auf.

In den Fig. 1 bis 5 ist mit der Mitte der dargestellten Antenne eine Speiseleitung 5 verbunden. Wenn es erwünscht ist, kann jedoch der Punkt, mit welchem die Speiseleitung verbunden ist, auch eine andere Lage besitzen, bei welcher sich zwischen den Anschlußstellen eine geeignete Impedanz ergibt. Die Speiseleitung kann beispielsweise auch in eine der Nebenschhißverbindungen eingefügt sein oder mit einem der Schlitze 2_b oder 2_C oder mit einem der verbreiterten Enden der Schlitze gemäß Fig. 5 in Verbindung stehen. Der Betrag der induktiven Nebenschlußbelastung, welcher entsprechend der Erfindung eingefügt wird, kann auch längs des Schlitzes variabel sein, um eine vorbestimmte Feldverteilung zu erzielen. Die eingefügte Belastung muß nicht notwendigerweise rein induktiven Charakter haben; sie kann auch mit einer kapazitiven Komponente verbunden sein, um über mehr als einen Arbeitsfrequenzbereich wirksam zu werden.

Die Erfindung kann auch dazu benutzt werden, eine geerdete Viertelwellenantenne in der in Fig. 6 dargestellten Weise aufzubauen. In dieser Konstruktion ist der Leiter 1 mit einem halben Schlitz 8 versehen, der von der einen Kante des Leiters 1 ausgeht. Die Speiseleitung 5 ist an einem Punkt geeigneter Impedanz mit den einander gegenüberliegenden Kanten des Schlitzes 8 verbunden. Über die Länge des Schlitzes 8 werden Nebenschlußinduktivitäten nach irgendeinem der vorher beschriebenen Beispiele verteilt.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Abgestimmte Schlitzantenne, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasengeschwindigkeit der in der Antenne erregten Welle dadurch erhöht ist, daß unmittelbar zwischen den Schlitzkanten einzelne Überbrückungsglieder eingeschaltet sind, welche längs des Schlitzes derartig verteilt sind, daß zwischen ihren Anschlußpunkten an den Schlitzkanten wesentliche Längen des Schlitzes liegen, und daß die Überbrückungsglieder derartig bemessen sind, daß sie in dem Arbeitsfrequenzbereich als induktive Nebenschlüsse (3) zwischen den Schlitzkanten wirksam sind.
2. 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der induktiven Nebenschlüsse, gemessen durch den zwischen ihren Anschlußstellen bestehenden Phasenwinkel, bezogen auf die der freien Raumstrahlung entsprechende Wellenlänge, untereinander wenigstens angenähert gleich sind.
3. 3. Antenne nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände in der Gy>ße von ungefähr 30⁰ gewählt sind.
4. 4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Nebenschlüsse durch Blindleitungsstücke (4) gebildet werden, deren Leiter mit den einander gegenüberliegenden Längskanten des Schlitzes verbunden sind (Fig. 2).
5. 5. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die induktiven Nebenschlüsse durch direkte Leiterverbindungen zwischen den Schlitzkanten zusammen mit Mitteln gebildet werden, welche die Wirkung dieser Verbindungen derartig verändern, daß sie nicht als Kurzschlüsse, sondern als induktive Widerstände erscheinen.
6. 6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel Durchbrüche

   (2₆) in der Umgebung des als Strahler wirkenden Schlitzes umfassen, welche sich beiderseits einer direkten Leiterverbindung in Schlitzlängsrichtung erstrecken und vorzugsweise gleichfalls Schlitzform aufweisen (Fig. 3).
7. 7. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der als Strahler wirkende Schlitz (2_a) in der Nähe der direkten Leiterverbindungen quer zu seiner Längsrichtung nach beiden Seiten verbreitert ist (Fig. 4).
8. 8. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Schlitzes (2_a) in der Richtung gegen die direkten Leiterverbindungen zunimmt (Fig. 5).

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentschrift Nr. 894 573;

   »Der Fernmelde-Ingenieur«, Zeitschrift für Fortbildung und Ausbildung, 5. Jahrgang, April 1951, H. i, S. 22, vorletzter Absatz von unten;

   FTZ, 1953, H.
9. 9, S. 452 bis 454;

   VDE-Fachberichte, Bd. 15 (1951), S. 262 bis 265;

   USA.-Patentschrift Nr. 2 555 443.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 656/355 9.56 (009 591/5 9.60)