EP0088948B1

EP0088948B1 - Antenne mit mindestens einem Dipol

Info

Publication number: EP0088948B1
Application number: EP83102047A
Authority: EP
Inventors: Michael Theobald; Gerhard Dr. Greving
Original assignee: Alcatel SEL AG; Standard Elektrik Lorenz AG; Alcatel NV
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG; Alcatel Lucent NV
Priority date: 1982-03-11
Filing date: 1983-03-03
Publication date: 1987-09-02
Also published as: IT8320039A1; EP0088948A1; IT1161112B; GB2117184A; US4575728A; IT8320039A0; GB2117184B; DE3208789A1; DE3373385D1; GB8305356D0

Description

Die Erfindung geht aus von einer Antenne wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Eine solche Antenne ist aus US-A-3 689 929 bekannt.
In Streifenleitungstechnik realisierte Antennen sind preiswert herzustellen und gut reproduzierbar. Als Rundstrahler sind die bekannten Antennen in Streifenleitungstechnik und mitDipolen jedoch nicht zu verwenden, da die auf der Speiseeinrichtung für die Dipole erzeugten Parasitärströme das von den Dipolen erzeugte Runddiagramm verformen.
Bekannte Rundstrahlantennen sind im Allgemeinen in Koaxialtechnik realisiert. Sind hierbei mehrere Dipole in vertikaler Richtung übereinander angeordnet, dann ist eine zentrale Speisung für die einzelnen Dipole vorgesehen. Zur Herstellung ist ein relativ großer Aufwand notwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine in Streifenleitungstechnik realisierte Rundstrahlantenne anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die neue Antenne weist eine gute Rundcharakteristik (± 1dB) auf und ist breitbandig (± 5 % bei 1 GHz). Gemäß einer Weiterbildung, bei der mehrere Dipole übereinander angeordnet sind, erreicht man in vertikaler Richtung eine gute Bündelung. Gemäß einer anderen Weiterbildung ist die Speiseeinrichtung so ausgestaltet, daß sie auf dem Substrat, auf dem die Dipole aufgebracht sind, nur wenig Platz benötigt. Dadurch kann die gesamte Antenne so schmal ausgestaltet werden, daß sie zum Schutz gegen Witterungseinflüße in einem dünnen rohrförmigen Radom untergebracht werden kann.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, die eine Draufsicht auf eine Antenne darstellt, beispielsweise näher erläutert.
Für das Ausführungsbeispiel wird eine Antenne gewählt, bei der in vertikaler Richtung mehrere vertikal polarisierte Dipole übereinander angeordnet sind. Mit einer solchen Antenne erhält man bei geeigneter Wahl der komplexen Strombelegung in Vertikalrichtung ein in gewünschter Weise gebündeltes Strahlungsdiagramm.
Auf einem dielektrischen Substrat 1, das aus PTFE (PTFE: Polytetrafluoräthylen)
besteht, sind auf bekannte Weise (z. B. Photoätztechnik) Kupferbahnen aufgebracht. Diese Kupferbahnen bilden die Dipole 2, 3 bis 2(_n), 3(n) der Antenne, die Speiseeinrichtung 4, 4', 7, 7', 9 und 12 für die Dipole und einen parasitären Ausgleichsstrahler 11. Die Speiseeinrichtung ist in symmetrischer Bandleitungstechnik auf beiden Seiten des Substrats ausgeführt. Die Kupferbahnen sind in der Zeichnung nicht maßstabsgerecht dargestellt.
Ein Dipol besteht in an sich bekannter Weise aus zwei Dipolhälften 2, 3 von denen die eine Hälfte 2 auf der Oberseite und die andere Hälfte 3 auf der Unterseite des Substrats angeordnet ist. Aus Breitbandigkeitsgründen sind die Dipole in an sich bekannter Weise geeignet geformt.
Die Leiterbahnen für die Speiseeinrichtung führen den Dipolen die HF-Leistung jeweils an den Dipolmitten zu.
Durch die Parasitärströme auf den Leiterbahnen der Speiseeinrichtung wird das in der Azimutebene an sich kreisförmige Strahlungsdiagramm der Dipole so verformt, daß es nicht mehr kreisförmig ist. Dieser störende Einfluß wird bei der neuen Antenne in vorteilhafter Weise dadurch weitgehend kompensiert, daß man einen parasitären Ausgleichsstrahler 11 vorsieht.
Dieser Ausgleichsstrahler 11 ist ebenfalls als Leiterbahn auf dem Substrat realisiert. Es ist möglich auf nur einer Seite des Substrats 1 oder auch auf beiden Seiten des Substrats eine sich in vertikaler Richtung erstreckende Leiterbahn vorzusehen. Die Leiterbahn kann weiterhin durch mehrere Leiterbahnstücke ersetzt werden. Wichtig ist jedoch, daß die Dipole -in horizontaler Richtung betrachtet- zwischen den Leiterbahnen der Speiseeinrichtung und dem parasitären Ausgleichsstrahler angeordnet sind. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Länge des parasitären Ausgleichsstrahlers gleich der maximalen Ausdehnung der Leiterbahnen der Speiseeinrichtung in der vertikalen Richtung.
Nachfolgend wird erläutert, wie die einzelnen Dipole über die Leiterbahnen der Speiseeinrichtung mit der (nicht dargestellten) HF-Quelle verbunden sind, damit man eine bestimmte Stromverteilung und feste Phasenverhältnisse erhält.
Zunächst ein Vergleich mit bekannten Lösungen. In dem Buch "Radar Handbook" von M.I.Skolnik McGraw Hill Verlag New York, 1970 sind auf den Seiten 11-52 und 11-53 einige Möglichkeiten angegeben, wie man die gewünschten Phasenverhältnisse erhält. Es wird zwischen serieller und paralleler Speisung unterschieden.
Bei einer seriellen Speisung erhält man eine große Bandbreite nur dann, wenn man eine "serielle Speisung mit gleichen Leitungslängen" wählt. Diese Lösung erfordert jedoch einen sehr großen Platzbedarf. Auch bei einer rein parallelen Speisung ist ein großer Platzbedarf notwendig.
Bei der neuen Speiseeinrichtung erfolgt eine Kombination der Lösung "parallele Speisung" und der Lösung "serielle Speisung mit gleichen Leitungslängen". Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß hierdurch der benötigte Platzbedarf stark reduziert wird. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die HF-Energie über die Leitung 12 weitergeleitet. Die Leitung 12 weist drei serielle Abzweigungen a,b und c auf. Die Abzweigungen und die Breiten der Leiterbahnen vor und nach den Abzweigungen (T-Verzweigungen mit Y/₄-Transformatoren) sind jeweils so gewählt, daß zu den Dipolen (bzw. zu Gruppen von Dipolen) jeweils der Anteil der HF-Energie weitergeleitet wird, der notwendig ist, damit man die gewünschte Stromverteilung erhält.
Von der Abzweigung a führt eine Leiterbahn 9 zu einer weiteren Verzweigung e, von der aus die beiden unteren Dipole ²(ⁿ), ³(ⁿ); 2(IV), 3(^IV) über Leiterbahnen 7,7' parallel gespeist werden. Von den Abzweigungen b und c werden die beiden mittleren Dipole 2(11), 3(II); 2(III), 3(III) über Leiterbahnen 5, 6 direkt gespeist. Die Leiterbahn 12 endet an einer letzten Abzweigung d, von der aus die beiden oberen Dipole 2, 3; 2(¹), 3(¹) über Leiterbahnen 4,4 direkt parallel gespeist werden.
Die geometrischen Längen der einzelnen Leiterbahnen sind so bemessen, daß die elektrischen Weglängen von der HF-Quelle zu allen Dipolen gleich sind oder, falls in vertikaler Richtung eine Anhebung des Strahlungsdiagramm erwünscht ist, ein bestimmtes Verhältnis zueinander aufweisen.

Claims

1. Antenne mit mindestens einem Dipol (2, 3), bei der der Dipol und die Speiseeinrichtung (4, 12) für den Dipol in Streifenleitungstechnik ausgeführt sind und bei der ein parasitärer Strahler vorhanden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Strahlungsdiagramms, das in der zur Längsrichtung des Dipols senkrechten Ebene zumindest angenähert kreisförmig ist, der parasitäre Strahler als Ausgleichsstrahler (11) realisiert und so bemessen ist, daß er den Einfluß der Speiseeinrichtung auf das Strahlungsdiagramm zumindest weitgehend kompensiert.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der parasitäre Ausgleichsstrahler ebenfalls in Streifenleitungstechnik realisiert ist.

3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Dipole (2, 3; ... 2(_n), 3⁽ⁿ⁾) in Richtung der Dipolachsen übereinander angeordnet sind und daß sich der parasitäre Ausgleichsstrahler zumindest über die Länge eines Teils der Dipole erstreckt.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseeinrichtung aus der Kombination einer Parallelspeisung (e, 7, 7'; d, 4, 4') und einer Serienspeisung mit bestimmten Leitungslängen (a, b, c; 12, 9, 6, 5) besteht.