DE977843C - Richtantenne fuer Hochfrequenzwellen - Google Patents

Description

Die Technik der ferngelenkten Luftfahrzeuge und der schnellen Flugzeuge erfordert die Verwendung von Antennen, die die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs so wenig wie möglich beeinträchtigen.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Richtantenne für Höchstfrequenzwellen, welche dieser Bedingung vorzüglich entspricht.

Die erfindungsgemäße Antenne enthält wenigstens eine Mikrobandleitung und strahlende Unstetigkeiten, die entlang der Mikrobandleitung verteilt sind, und sie weist folgende wesentlichen Eigenschaften auf :

1. Die Unstetigkeiten besitzen einen regelbaren Strahlungskoeffizient.

2. Die Abstrahlung erfolgt in einer einzigen Polarisation.

3. Die Antenne besitzt keine Welligkeit.

Auf diese Weise ist es möglich, die strahlenden Quellen auf einer Oberfläche zu verteilen und die Synthese jedes beliebigen Strahlungsdiagramms zu erzielen. Ferner muß die Oberfläche, auf der die Antenne gebildet wird, nicht notwendigerweise eben sein.

Die Unstetigkeiten bestehen aus Mikrobandleitungen, welche die gleiche Grundplatte wie die Hauptleitung haben, und deren Bandachse parallel zu der Bandachse der Hauptleitung liegt.

Die beiden Kanten jedes Bandabschnitts sind in bezug auf die Kanten jedes Bandes der Haupt-

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leitung versetzt und mit diesen durch senkrecht zur Achse verlaufende Linien verbunden, so daß zwei Rechtecklinien gebildet werden, von denen die eine konkav und die andere konvex verläuft (s. Fig. 2). Der Strahlungskoeffizient jeder Unstetigkeit ist durch die Querabmessung (d) des konvexen Rechtecks bestimmt, während die Anpassung der Unstetigkeit an die Leitung von der Querabmessung (c) des konkaven Rechtecks abhängt.

ίο Die Erfindung wird beispielshalber an Hand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine Oberansicht einer Mikrobandleitung, die erfindungsgemäß mit strahlenden Unstetigkeiten versehen ist,

Fig. 2 einen Abschnitt der Anordnung von Fig. 1, Fig. 3 bis 8 Diagramme zur Erläuterung der Anordnung von Fig. 1 und 2,

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel einer Richtantenne,

Fig. 10 einen Schnitt durch die Anordnung von Fig. 9 zur Darstellung der Speisung der verschiedenen Leitungen,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung der Antenne und

Fig. 12 ein Beispiel für das Strahlungsdiagramm

E = f (φ).

In Fig. 1 ist das Band einer Mikrobandleitung 1 dargestellt, deren Grundplatte in der Zeichenebene liegt. Diese Leitung enthält Unstetigkeiten 2, die später im einzelnen erläutert werden. Die Mittelpunkte zweier nebeneinanderliegender Unstetigkeiten haben den Abstand X₃, wobei X_s die Wellenlänge der sich ausbreitenden Energie in der Leitung ist.

Jede Unstetigkeit (Fig. 2) ist dadurch gebildet, daß ein Abschnitt des Bandes senkrecht zur Achse des Bandes versetzt ist. Der obere Rand 3 ist um die Strecke c nach unten versetzt, und der untere Rand 4 ist um eine Strecke d versetzt.

Die gemeinsame Länge 1 der Ränder 3 und 4 hat etwa den Wert A_s/4. Der Strahlungskoeffizient ρ (Verhältnis der abgestrahlten Energie zu der übertragenen Energie) ist eine Funktion der Maßzahl d.

Jeder Maßzahl d entspricht eine Maßzahl c, für welche die Unstetigkeit an die Leitung angepaßt ist. Dies hat zur Folge, daß alle Unstetigkeiten an die Leitung angepaßt sind und 'daß durch diese eine fortschreitende Welle läuft.

Diese Erscheinung läßt sich physikalisch dadurch erklären, daß lediglich die hervorspringenden Abschnitte des Bandes strahlen, während durch die Querversetzung eine Anpassung der Unstetigkeit an die Leitung bewirkt wird.

An Hand einiger Zahlenbeispiele wird gezeigt, wie man die Werte c und d zur Erzielung dieser Anpassungen wählt.

In Fig. 3, 4, 5 und 6 sind verschiedene Größen als Funktion von d dargestellt:

Fig. 3: Die Welligkeit T (Anteil der stehenden Wellen für c = 0;

Fig. 4: Die Änderungen des Strahlungskoeffizients ρ;

Fig. 5: Die Werte von c für jeden Wert von d, wenn c so gewählt wird, daß die Welligkeit den Wert 1 hat;

Fig. 6: Die Änderungen der Phasenvoreilung, die durch jede Unstetigkeit auf der Leitung erzeugt wird.

Alle diese Kurven wurden für eine Leitung ermittelt, die im 10000-MHz-Band arbeitet. Die Leitung wurde auf einer Rexolit-Platte gebildet, die eine Dicke von 1,6 mm hatte und auf beiden Seiten metallisiert wurde. Die Bänder wurden nach der Technik der gedruckten- Schaltungen aufgebracht. Die Dicke des Bandes betrug 34 μ, seine Breite 4,5 mm. Die Wellenlänge in einer derartigen Mikrobandleitung beträgt 19,8 mm bei 10'000 Hz, und / = λ_Ξ/4 = 5 mm.

Es ergibt sich aus den Kurven, daß für c = 0' und d = 2 die Welligkeit den Wert 1,6 hat (Fig. 3) und daß der Strahlungskoeffizient ρ den Wert 0,2 hat (Fig. 4).

Aus Fig. 5 ist zu entnehmen, daß für jeden Wert von d bis zu d = 2 mm ein Wert von c besteht, für den die Welligkeit korrigiert ist und den Wert 1 annimmt; oberhalb d = 2 mm ist die Korrektur nicht mehr möglich. Diese Erscheinungen sind aus den Fig. 7 und 8 klar zu erkennen. Fig. 7 zeigt für d = 2 mm die Änderungen der Welligkeit T als Funktion von c. Man erkennt, daß diese Größe in der Nähe von 1,6 für c = 0 liegt, den Wert 1 für c = 3 hat und bei diesem Wert durch ein Minimum geht.

Gemäß Fig. 8 hat für d = 2,5 mm die Welligkeit bei dem Werte'= 2,5 mm ein Minimum des Wertes 1,5. Die Korrektur ist daher nicht mehr möglich. In Fig. 9 sind mehrere Mikrobandleitungen 11, 12, 13, 14 dargestellt, die von einem Hohlleiter 10 gespeist werden. Jede Leitung wird in ihrer Mitte gespeist. Der Abstand zwischen, zwei Leitungen beträgt A/2 (wobei λ die Wellenlänge in der Luft ist). In Fig. 10 ist zu erkennen, wie die Speisung jeder Leitung erfolgt. Jede Mikrobandleitung besteht aus einer Metallfläche 5, die allen Mikrobandleitungen gemeinsam ist und über ein metallisches Zwisqhenstück 9 auf dem Hohlleiter 10 aufliegt. Dieses Zwischenstück 9 besitzt in der Mittelebene des Hohlleiters eine zylindrische Ausnehmung 15, die den Außenleiter einer Koaxialleitung bildet, deren Innenleiter durch eine Sonde 16 gebildet ist. Diese Sonde liegt in der Mittelebene der Breitseite des Hohlleiters, und sie ist mit dem Band der Mikrobandleitung verlötet, das über eine dielektrische Schicht 17 auf der Metallfläche 5 aufliegt. Diese Schicht füllt auch die Ausnehmung 15 aus.

Alle Unstetigkeiten 20 werden gleichphasig gespeist. Sie liegen voneinander in einem Abstand L, der in der Nähe des Wertes A_s liegt und genauer durch die folgende Gleichung gegeben ist: iao

ΔΦ

. 2π

wobei Δ Φ die Phasenvoreilung ist, die durch jede Unstetigkeit erzeugt wird.

Eine derartige Antenne besitzt eine gerichtete Abstrahlung. Die Gerade, entlang der die Abstrahlung erfolgt, liegt

a) in der Mittelebene der Breitseite des Hohlleiters. Sämtliche Unstetigkeiten strahlen nämlich gleichphasig. Diese Ebene ist die Ebene xOz von Fig. 11 (wobei Ox die Achse des Hohlleiters ist, Oy eine parallel zu den Bändern liegende Achse ist und Oz das rechtwinklige Koordinatensystem vervollständigt),

b) in einer Ebene, welche die parallel zu der Bandachse liegende Achse Oy enthält und mit der Achse Ox einen Winkel Θ einschließt, der durch die folgende Gleichung gegeben ist:

cos Θ = ,

wobei c die Lichtgeschwindigkeit und V_g die Phasengeschwindigkeit der Welle in dem Hohlleiter sind.

Fig. 12 zeigt das Diagramm £ (φ), das experimentell mit einer im 10000-MHz-Bereich arbeitenden Antenne in der Ebene ermittelt wurde, welche die Achse Oy enthält und um den Winkel Θ gegen die Achse Ox geneigt ist.

Die Halbwertsbreite M entspricht dem Wert M — λ/α, wobei α die Querabmessung der Antenne ist. Der Pegel der Seitenzipfel liegt um 25 db unter demjenigen des Hauptzipfels. Der Gewinn ist 27 db, d. h. 2 db unter dem Gewinn, der durch die Gleichung

λ*

gegeben ist, wobei 6" die Gesamtoberfläche der Antenne ist.

Man kann also ein flaches strahlendes Gebilde erzeugen, durch das eine fortschreitende Welle läuft. Die Amplitude und die Phase der abgestrahlten Energie können nach Wunsch eingestellt werden, wobei die Gesamtanordnung sehr dünn ist und 'sich an jede Ebene oder gewölbte Oberfläche anpassen kann.

Die große Genauigkeit, mit der die Anordnung hergestellt werden kann, erlaubt die Konstruktion von derartigen Antennen für Submillimeterwellen.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Richtantenne für Höchstfrequenzwellen, unter Verwendung einer Mikrobandleitung und strahlender Unstetigkeiten, dadurch gekennzeich net, daß die strahlenden Unstetigkeiten gleichmäßig entlang der Mikrobandleitung verteilt sind und daß diese Unstetigkeiten durch Abschnitte der Mikrobandleitung gebildet sind, die in der Querrichtung gegen die Mikrobandleitung versetzt sind.

2. Richtantenne gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Unstetigkeit an die Hauptleitung in der Weise angeschlossen ist, daß zwei Rechtecklinien gebildet werden, von denen die eine konkav und die andere konvex ist, wobei der Strahlungskoeffizient jeder Unstetigkeit durch die Querabmessung des konvexen Rechtecks und die Anpassung an die Leitung durch eine entsprechende Wahl der Querabmessung des konkaven Rechtecks bestimmt sind.

3. Antenne gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zwei Unstetigkeiten gleich der Wellenlänge der sich in der Leitung ausbreitenden Energie ist und daß die Länge jeder Unstetigkeit in der Größenordnung von einem Viertel dieser Wellenlänge ist.

4. Antenne gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl von identischen, mit Unstetigkeiten versehenen Leitungen enthält, die parallel zueinander in gleichen Abständen angeordnet sind, daß die Leitungen in ihrer Mitte durch einen gemeinsamen Hohlleiter gespeist werden und daß die Leitungen eine gemeinsame Grundplatte und eine gemeinsame dielektrische Schicht besitzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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