DEB0035920MA - - Google Patents
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
Tag der Anmeldung: 27. Mai 1955 Bekanntgemacht am 28. Juni 1956
DEUTSCHES PATENTAMT
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kopplungsanordnung zwischen einer Schlitzantenne und ihrer
Speiseleitung.
Die Kopplungseinrichtung gemäß der Erfindung für den Übergang von elektrischer Energie zwischen
einer Übertragungsleitung und einer Schlitzantenne ist einfach herzustellen und ist leistungsfähig.
Sie gestattet die Impedanz der Übertragungsleitung, 'insbesondere eines konzentrischen Kabels j
an diejenige eines Punktes von verhältnismäßig hoher Spannung auf einer Schlitzantenne anzupassen.
Die Erfindung ist außerdem dazu geeignet, eine konzentrische Übertragungsleitung, die unsymmetrisch
gegenüber Erde ist, an eine erdsymmetrische Schlitzantenne zu koppeln.
Schlitzantennen sind seit vielen Jahren bekannt und haben offensichtlich mechanische Vorteile
gegenüber den sonst gebräuchlichen Antennen für gewisse Anwendungsgebiete,, etwa auf Flugzeugen
für hohe Geschwindigkeiten, bei denen der Schlitz in der Wand oder Haut dies Flugzeugs ausgebildet
werden kann, ohne daß hervorstehende Teile die aerodynamische Formgebung des Flugzeugs beeinträchtigen.
Jedoch war bisher der Verwendung der Schlitzantenne in dem Bereich höchster Frequenzen
wegen der Schwierigkeiten, die einer wirksamen Speisung . derselben entgegenstehen, eine
Grenze gesetzt. Hierbei tritt vor allem das Problem auf, eine unsymmetrische Übertragungsleitung,
etwa ein konzentrisches Kabel, von verhältnismäßig
609'547/"4OO,
B 35920 VIIIal21 a1
niedriger Impedanz mit einer symmetrischen Schlitzantenne in der Weise zu verbinden, daß eine
gute Impedanzanpassung, gewährleistet ist.
Gemäß der Erfindung wird'dieses Problem dadurch
gelöst, daß als Kopplungselement zwischen •einem konzentrischen Kabel bzw. einer koaxialen
Leitung und einer Schlitzantenne ein L-förmiger Leiter verwendet wird, der in dem Schlitz an einem
Ende desselben angeordnet ist, und zwar nut seinem
ίο langen Schenkel parallel zu. und näher an einer
Seitenwand des Schlitzes als an der anderen, und der an dem freien Ende mit dem zentralen Leiter
der koaxialen Leitung verbunden ist, während der kurze Schenkel des L-förmigen Leiters quer zum
Schlitz bis zur elektrischen Berührung mit der anderen Seitenwand1 des \ Schlitzes verläuft. Aus
weiter unten zu erörternden Gründen ermöglicht diese außerordentlich einfache und gedrungene
Kopplungsanordnung eine wirksame Übertragung von elektrischer Energie zwischen dem konzentrischen
Kabel und der Schlitzantenne.
In der Zeichnung ist die Erfindung-.an. einem
Ausführungsbeispiel veranschaulicht, ündzwar zeigt Fig. ι eine Aufsicht auf die Innenseite eines, eine
Schlitzantenne aufweisenden Wandungsteils . mit einer Kopplungsanordnung nach der Erfindung,
Fig. 2 den dem Anschlußende benachbarten Teil der Darstellung nach Fig. 1 in größerem Maßstab,
wobei die Kopplungsanordnung teilweise ge-
schnitten ist, * ■ '
Fig. 2a einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 2 und .
Fig. 3 den äquivalenten elektrischen Kreis für die Kopplungsanordnung nach Fig. 1, 2 und 2 a.
Wie zunächst aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist in
einer Metallwand 10 ein Schlitz 11 ausgebildet,
und das Ganze stellt.-den- wesentlichen Bestandteil
einer Schlitzantenne dar. Es ist zu bemerken, daß die Wand 10 von unbegrenzter Ausdehnung sein
und die äußere Wand oder Haut eines Flugzeugs od. dgl. bilden kann! Bei den hohen Betriebsfrequenzen derartigerVorrichtungen hat nur derdicht
neben dem Schlitz 11 .befindliche Teil der Wand 10
eine Wirkung auf die" Ströme, die ein elektrisches Feld in dem Schlitz 11 hervorrufen oder durch ein
solches Feld erzeugt werden. Wenn die Antenne zum Senden verwendet wird, wird ein hochfrequentes
elektrisches Feld in dem Schlitz 11 durch eine zwischen den gegenüberliegenden
Wänden des Schlitzes entwickelte Spannung erzeugt, so daß elektromagnetische Energie in an sich
bekannter Weise ausgestrahlt wird. Umgekehrt ■ wird durch empfangene elektromagnetische Wellen
ein elektrisches Feld zwischen den Wänden des Schlitzes erzeugt, das 'dazwischen eine Spannung
hervorruft. Aus' Zweckmäßigkeit wird die Erfindung
in Anwendung auf einen Sender beschrieben. ' " -
Für einen wirksamen Betrieb erhält der Schlitz 11 vorteilha'ft eine ' elektrische Länge von einer
halben Weife bei seiner Arbeitsfrequenz. Dieses Ergebnis kann: entweder dadurch erreicht werden,
< daß der Schlitz· genau -gleich'-einer halben Wellenlange
gemacht wird, oder dadurch, daß. er kürzer gemacht und eine Hilfsabstimmung vorgesehen
wird, etwa,mittels eines Kondensators 12, der den Schlitz in seinem Mittelpunkt überbrückt.
Irgendeine Ausführungsform ediner Schlitzantenne kann in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, obgleich letztere besonders vorteilhaft bei abgestimmten Schlitzen ist,
deren Länge kürzer als eine halbe Welle als physir kaiische Abmessung ist, weil bei der Erregung derartiger
Schlitzantennen nach anderen Verfahren erhöhte Schwierigkeiten auftreten.
Gemäß Fig. 2 ist ein konzentrisches Kabel 13 vorgesehen, das einen äußeren Leiter 14 aufweist,
der am linken Ende des Schlitzes 11 endigt und an
der Wand 10 mechanisch durch eine Schelle 15 befestigt
ist. Das Kabel 13 besitzt einen inneren Leiter 16, der von dem äußeren Leiter 14 isoliert
ist und der auch als der Leiter von hohem Potential bezeichnet wird, da, wie es bed einem konzentrischen
Kabel üblich ist, der äußere Leiter 14 sich auf Erdpotential befindet. Der innere Leiter 16 ist in. den
Schlitz Ii hinein verlängert und mit dem freien Ende des langen Schenkels 18 eines L-förmigen
Kopplungsleiters 17 verbunden. Der Schenkel 18 ist ein flacher Streifen und verläuft parallel zu den
Seiten 20 und 21 des Schlitzes 11 und wesentlich dichter an der einen Wand 20 als an der anderen
Wand .21. Der kurze Schenkel 19 des L-förmigen Leiters 17 verläuft quer zum Schlitz von der Wand
20 weg und bis an die Wand 21 heran, mit der er elektrisch Vierbunden ist. .
Um eine mechanische Halterung für den Leiter 16 und den'Leiter 17 vorzusehen, ist derjenige Teil
des Schlitzes 11, in dem der Leiter 17 untergebracht
ist, mit einem geeigneten festen dielektrischen Stoff 22 gefüllt, in den der Leiter 17 eingebettet ist.
Der Stoff 22 hat vorzugsweise eine höhere Dielektrizitätskonstante als Luft, so daß die Kapazität
zwischen dem langen Schenkel 18 und den Seitenwänden
20 und 21 des Schlitzes vergrößert wird.
Der Äquiivalenzkreis der Anordnung nach Fig. 2
ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser ist die Seitenwand
20 des Schlitzes als Leiter mit verteilter Induktivität L20, die Seitenwand 21 des Schlitzes
als Leiter mit verteilter Induktivität L21 und der lange Schenkel 18 des Leiters 17 als Leiter mit verteilter
Induktivität L18 wiedergegeben. Die verteilte
Kapazität zwischen dem Schenkel 18 und der
Seitenwand 20 ist durch die Kapazitäten C20 und C19 und die verteilte Kapazität zwiischen dem
Schenkel 18 und der Seitenwand 21 durch die
Kapazitäten 21 veranschaulicht. Der kurze Schenkel 19 ist als Leiter mit verteilter Induktivität L19 dargestellt.
Der Strahlurigswiderstand der Antenne !hinsichtlich der Kopplungseinrichtung ist durch
den Widerstand A11 angedeutet, der zwischen die
den Seitenwänden 20 und 21 entsprechende Leiter . gelegt ist. Wie ersichtlich, sind die linken Enden
dieser den Seitenwänden 20 und 21 entsprechenden ; Leiter' mit dem geerdeten Leiter 14 des konzen-I
irischen Kabels verbunden, so daß sie sich in' • diesem Punkt auf Erdpotential befinden. _
6Oi 547/400-
'B 3592OVIIIa/'2Ia'
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, bilden die Leiter 18 und 21 eine Übertragungsleitung, welche die
Reiheninduktivitäten L18 und L21 und die verteilte
Kapazität C21 aufweist und mit der Induktivi-
tat L19 abgeschlossen ist, während dier Leiter 18
und der Leiter 20 eine Übertragungsleitung bilden, welche die Reiheninduktivitäten L18 und L20 und
die Nebenschlußkapazität C20 enthält und durch diiie
Kapazität C19 abgeschlossen ist.
Es ist zu beachten, daß der Schenkel 18 (Fig. 2) wegen sieiner geringeren Entfernung von der Seitenwand
20 als von der Seitenwand 21 eine wesentlich größere Kapazität mit der Seitenwand 20 als mit
der. Seitenwand 21 hat. In Fig. 3 stellt die Kapazitat
C19 den Unterschied zwischen . der Gesamtkapazität des Leiters 17 mit der Seitenwand 20 und
der Kapazität des Leiters 17 mit der Seitenwand 21. dar. Die beiden obenerwähnten Übertragungsleitungen werden parallel von dem konzentrischen
Kabel 13 aus gespeist. Der Schenkel 18 und die Seitenwände 20 und 21 des Schlitzes bilden Abschnitte von gleichförmigen Übertragungsleitungen
zwischen dem Ende des Schlitzes und dem kurzen Schenkel 19 des Leiters 17, doch sind sie in diesem
Punkt durch Impedanzen von entgegengesetzter Reaktanz abgeschlossen. So ist der Abschnitt, der
aus dem Leiter 18 und der Seitenwand 21 besteht, durch die Induktivität L19 abgeschlossen, während
der Abschnitt, der aus dem Leiter 18 und der Seitenwand 20 besteht, durch die Kapazität C19
abgeschlossen ist. Die Spannung an der Induktivität
L19 eilt dem Strom in dem Kreis um ungefähr
900 voraus, und die Spannung an der Induktivität C19 eilt dem Strom in dem Kreis um ungefähr
900 nach, so daß die Wechselspannungen an
den Enden der Induktivität L19 und der Kapazität
C19 ungefähr i8o° Phasenverschiebung haben.
Demnach werden die beiden. Seitenwände des Schlitzes mit Spannungen von entgegengesetzter
Polarität sowie symmetrisch gegenüber Erde erregt. . ,
Insofern als der lange Schenkel 18 des Leiters 17
und die Seitenwände 20 und 21 dies Schlitzes Abschnitte
von Übertragungsleitungen bilden, die an ihren rechten Enden durch Impedanzen abge-.
schlossen werden, die von ihren Wellenwidelrständen verschieden sind, wirken die Abschnitte als
Spannungsumformer, und die Impedanz der Übertragungsleitung steigt in demselben Maße wie die
Impedanz zwischem den Seitenwänden des Schlitzes an. Daher bewirkt das Kopplungsglied 17 eine
selbsttätige Impedanzanpassung an den Schlitz.
In einem praktischen Ausführungsbeispiel für den Betrieb mit 225 MHz kann die Anordnung
nach Fig. 1 und 2 die' folgenden Werte aufweisen:
Länge von Schlitz 11 8 Zoll = 203,0 mm
Breite von Schlitz 11 1A Zoll = 6,4 mm
Kapazität deis Kondensators 12 etwa 17 mmf
Länge, von Schenkel 18 1 Zoll = . 25,4 mm
Breite von Schenkel 18 3/s Zoll = 9,5 mm
Fläche von Schenkel 18 zu den Seitenwänden des
Schlitzes Ve Quadratzoll = 2,4 qcm
Abstand zwischen Schenkel 18 und Seitenwand 20 Vss Zoll = 0,8 mm
Abstand zwischen Schenkel 18 und Seitenwand 21 V32 Zoll = 5,6 mm
Dielektrizitätskonstante von Stoff 22 2,1
Wellenwiderstand des konzentrischen Kabels 13 . . 50 Ohm
Es wurde festgestellt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Leistungsfähigkeit bzw. der
Wirkungsgrad der Strahlung ungefähr ebenso groß wie bei der größten Richtstrahlung eines HaIbwellendipols
ist.
Die Länge des Kopplungsleiters 17 bzw. des Schenkels 18 desselben ist nicht kritisch. Jedoch
muß sie eine Mindestbedingung erfüllen, nämlich die Bedingung der Anpassung einer niedrigen Impedanz
an die verhältnismäßig hohe Impedanz des Schlitzes. Eine günstigste Länge wäre die, bei der
die Erfordernisse der Anpassung ' erfüllt sind. Dagegen ist infolge des Umstandes, daß die Impedanz
eines verkürzten Schlitzes, nämlich eines Schlitzes, dessen Länge kürzer als eine halbe
Wellenlänge ist und der durch eine zusätzliche Kapazität wie den Kondensator 12 abgestimmt ist,
ziemlich plötzlich in einem kurzen Abstand von dem Ende desselben ansteigt und dahinter etwas
absinkt, die Länge des Anpassungsleiters nicht kritisch, nachdem der Bereich hoher Impedanz des
Schlitzes erreicht ist. Die Länge des Anpassungs-
leiters wird in gewissem Grade beeinflußt von dem dielektrischen Stoff zwischen dein Schlitz und dem
Leiter (die Erhöhung der Dielektrizitätskonstante scheint die Verwendung kürzerer Leiter zuzulassen).
Ein praktisches Verhältnis der Länge des Anpassungsleiters zur Länge des Schlitzes
ist ι: 8. Das Verhältnis der Leiter- zur Schlitzlänge kann sich ändern, wenn die Breite und Tiefe des
Schlitzes verändert werden.
Obwohl zur Erläuterung der Erfindung eine besondere Ausführungsform derselben dargestellt und
beschrieben ist, ist die Erfindung keineswegs hierauf beschränkt, vielmehr sind mannigfache
Änderungen und Abwandlungen im Rahmen der Erfindung denkbar.
Claims (6)
- Patentansprüche:i. Kopplungsanordnung zwischen einer Schlitzantenne und ihrer Speiseleitung, die aus einem mit der Schlitzwand verbundenen geerdeten Leiter und einem isolierten Leiter, der an einem Ende des Schlitzes mündet,609 547/400B 35920 VIIIal 21a',besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schlitz ein Kopplungsleiter angeordnet ist, ,der einen längs verlaufenden Abschnitt, dessen eines Ende an dem der Übertragungsleitung zugekehrten Ende des Schlitzes liegt und mit dem isolierten Leiter verbunden ist, sowie einen. , quer verlaufenden Abschnitt aufweist, der sich von dem anderen Ende des längs verlaufenden Abschnitts bis zur Berührung mit der einenίο Seitenwand des Schlitzes erstreckt, und der längs verlaufende Abschnitt von dieser Seitenwand einen größeren Abstand als von der anderen Seitenwand des Schlitzes hat.
- 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch ge-kennzeichnet, daß ein dielektrischer Stoff von höherer Dielektrizitätskonstante als Luft zwischen dem längs verlaufenden Abschnitt und der diesem näher liegenden Seitenwand des Schlitzes eingefügt ist. , .
- 3. Anordnung nach. Anspruch i, dadurch ge- ao kennzeichnet, daß ein dielektrischer Stoff von höherer Dielektrizitätskonstante als Luft zwischen dem längs verlaufenden Abschnitt und beiden Seitenwänden des Schlitzes eingefügt ist.
- 4. Anordnung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der längs verlaufende Abschnitt sich in der Längsrichtung des Schlitzes parallel zu den Seitenwändeti des Schlitzes desselben erstreckt.
- 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der längs verlaufende Abschnitt die Form eines Bandes hat, das seitlich,d. h. in seiner Querrichtung, parallel zu den Seitenwänden des Schlitzes liegt.
- 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Bandes im wesentlichen gleich der Breite der Seitenwände des Schlitzes ist.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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