EP0577832A1 - Flächenschlitzantennengruppe - Google Patents
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- EP0577832A1 EP0577832A1 EP91907291A EP91907291A EP0577832A1 EP 0577832 A1 EP0577832 A1 EP 0577832A1 EP 91907291 A EP91907291 A EP 91907291A EP 91907291 A EP91907291 A EP 91907291A EP 0577832 A1 EP0577832 A1 EP 0577832A1
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials
-
- H—ELECTRICITY
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- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
Definitions
- the present invention relates to radio, UHF technology, antenna systems with antenna cables and, in particular, relates to an area slot antenna group.
- antennas compatible with the modern radio-electronic device in microelectronic design, which have an efficiency of over 0.7 with a size of the aperture in the free space within 15 to 30 wavelengths and with an operating frequency range of at least Have 10%.
- these antennas must have a simple construction, low mass and thickness, a high degree of manufacturing suitability and reproducibility of dimensions and parameters.
- This slot antenna group contains an insulating substrate with wide slots or windows which are connected to a waveguide feed line network formed by ribbon cables.
- slot antenna group Since such a slot antenna group is implemented in printed circuit, it is suitable for production, has small mass and thickness, simple construction, high reproducibility of dimensions and parameters.
- the given antenna group is characterized by relatively high losses in the waveguide feed line network, and with an aperture size within 15 to 30 wavelengths in free space and with an operating frequency range of at least 10%, its efficiency does not exceed 0.6.
- the waveguide feed line network of this antenna group is made up of ribbon cables that have moving losses in the range of 0.05 to 0.1 dB / cm.
- waveguide slot antenna array made of waveguides (DI Woskresensky et. Al. "Antenny i ustroistwa SWT.ggiirowanie fazirowannykh antennykh reshetok", 1981, publisher "Radio i svyz” (Moscow), pp. 126 to 128 known.
- the waveguide slot radiators and the waveguide feed line network are made of hollow metal waveguides.
- Such a slot antenna group is highly efficient under the conditions mentioned because the losses in the waveguide slot radiators and the waveguide feed line network are minimal and do not exceed 0.001 dB / cm.
- the antenna group is not intended for production, because its manufacture provides for a large amount of non-progressive mechanical assembly work which does not result in the required reproducibility of the dimensions and parameters of the antenna group.
- the use of the hollow metal waveguide has the consequence that the antenna group has a large mass, thickness and a high metal expenditure.
- Each waveguide slot radiator is formed by mounting a plate, which is made of a sheet with radiation slots made therein and serves as a front bulkhead of this radiator, with the base in which as a waveguide of each waveguide slot radiator, a rectangular groove to form two narrow walls and one Back wide wall of this waveguide slot radiator is executed.
- the waveguide feed line network is made up of hollow metal waveguides.
- Such a flat slot antenna group is highly efficient under the conditions mentioned because the losses in the waveguides of the waveguide slot radiators and in the waveguides of the waveguide feed line network are minimal.
- such an antenna group has a greater mass and thickness than the antenna groups in printed circuit. This is essentially due to the fact that a metal base for the waveguide of the waveguide slot radiators, which has a large mass and thickness, is used in the construction of the given group, and the use of a waveguide feed line network made of metal waveguides increases the mass and thickness of this antenna group even more .
- the invention has for its object to provide a flat slot antenna group in which a simple and reliable construction, small thickness and mass, a high level of manufacturing reliability for this antenna group are ensured by a design change in the waveguide slot radiators while maintaining high efficiency in a wide frequency range .
- the area slot antenna group which has a series of waveguide slot radiators with a rear wall and a front bulkhead, in each of which exciter coupling slots and radiation slots are made and which are located in the respective two parallel planes, and a waveguide feed line network has, the waveguide power distributor and feed waveguide, the channels of which are connected to the excitation coupling slots, according to the invention, the waveguide slot radiator tape line waveguide, which are a common insulating substrate included, the back of which is coated with a metallization layer, which acts as a common back-wide wall of the waveguide slot radiators, each end-wide wall of which is a ribbon cable of alternating wide and narrow sections, which is produced on the end face of the insulating substrate.
- the construction of the waveguide slot radiators is fundamentally a printed insulating substrate, on one side of which a row of end broad walls of printed ribbon cable waveguide slot radiators in the form of ribbon cables made of alternating wide and narrow sections and on the other side of which a common back Broad wall of this stripline waveguide slot radiator is generated in the form of a metallization layer.
- the waveguide slot radiators are designed in the form of a unitary component - an insulating substrate with end broad walls of the printed waveguide slot radiators on one side and a thin metalization layer on the other.
- the thickness and the mass of such a component are small, its construction is simple and safe.
- the antenna group has a small mass and thickness, its construction is simple and reliable.
- the surface slot antenna group under consideration has a high efficiency of over 0.7 with a size of the aperture that moves in free space within limits of 15 to 30 wavelengths and with an operating frequency range of at least 10%. This is due to the fact that the waveguide slot radiators of this antenna group are made up of ribbon waveguides, which are actually rectangular waveguides, which have a dielectric are filled, from which the substrate is made, and the losses in such band line waveguides are within limits of 0.2 to 0.03 dB / cm and reduce the efficiency of the antenna group insignificantly.
- the waveguide feed line network prefferably be arranged on the metallization layer, which is a common broad wall of the feed waveguide and the waveguide power distributor.
- the waveguide feed line network contains a base in which rectangular grooves are made, the surfaces of which form channels of the waveguide feed line network with the surface of the metallization layer.
- Such a construction makes it possible to obtain rectangular waveguides on the base of the waveguide feed line network, on which feed waveguides and waveguide power distributors in the form of, for example, H waveguides can be easily implemented, which enables all waveguides of the waveguide feed line network to be installed in the base same level, which in turn reduces the thickness of the antenna group.
- the longitudinal axes of the ribbon cable waveguides are parallel and the distance between the longitudinal axes of the adjacent ribbon cable waveguides is smaller than the wavelength in free space at the highest frequency and greater than the sum of 1/12 of this wavelength and the transverse dimension of the broad one Section of the ribbon cable is.
- each exciter coupling slot vary within a range of approximately 0.8 to approximately 1.0 of the transverse dimension of the narrow section of the ribbon cable.
- the design of the length of each slot below 0.8 the transverse dimension of the narrow section of the ribbon line does not allow sufficient coupling to be achieved between the waveguide slot radiators made of ribbon line waveguides and the feed waveguides of the waveguide feed line network.
- making the length of each slot above 1.0 the transverse dimension causes parasitic radiation from the ribbon cable waveguide, which causes losses and reduces the efficiency of this antenna group.
- This antenna group contains a series of waveguide slot radiators 1 (FIG. 1), each of which represents a ribbon cable waveguide 1a, which consists of an insulating substrate 2, the back of which is covered with a metallization layer 3 (FIG. 2), which is common Rear wide wall 5a of the waveguide slot radiator 1 acts.
- a series of ribbon cables 5 are produced, each of which represents a broad end wall 5a of the waveguide slot radiator 1 and composed of alternating narrow sections 6 and wide sections 7 is composed.
- Radiation slots 8 are provided in the front wide wall 5a of the waveguide slot radiator 1 and excitation coupling slots 9 in the common rear wide wall 3a (FIG. 2).
- the common rear wide wall 3a and the front wide walls 5a of the waveguide slot radiators 1 lie in parallel planes.
- a waveguide feed line network 10 which represents a base 11 in which rectangular grooves 12 are embodied, the surfaces of which form channels 12a of feed waveguides 13 and waveguide power distributors 14 in the form of H waveguides with the surface of the metallization layer 3 are trained.
- the metallization layer 3 occurs as a wide wall 3a of the feed waveguide 13 and the waveguide power distributor 14.
- each excitation coupling slot 9 is within the limits of approximately 0.8 to approximately 1.0 of the transverse dimension W 1 (FIG. 1) of the narrow section 6 of the ribbon cable 5.
- the longitudinal axes OO of the ribbon cable waveguide 1 a are parallel to one another , and the distance d between the longitudinal axes O1-O1 of the adjacent stripline waveguide 1a is smaller than the wavelength in free space at the highest frequency and greater than the sum of 1/12 of this wavelength and the transverse dimension W2 of the wide section 7 of the stripline 5.
- the number of waveguide slot radiators 1, the radiation slots 8, the feed waveguide 13 and the waveguide power distributor 14 is selected depending on the required size of the aperture D of the antenna group and on the operating frequency range.
- the antenna group works as follows.
- the signal received by the antenna group via the radiation slots 8 reaches each waveguide slot radiator 1 and spreads in the direction of the longitudinal axis O1-O1 of the ribbon waveguide 1a in the form of a wave, the type of which is close to the H type.
- the alternating narrow and wide sections 6 and 7 of the ribbon cable 5 form an end bulkhead 5a of the ribbon cable waveguide 1a.
- the narrow walls are missing as components of the construction, the fulfillment of zero boundary conditions for the electric field Ey in the planes which are at a distance from the longitudinal axis O1-O1 of the ribbon cable waveguide 1a, which is approximately equal to half Width W1 of the narrow section 6 of the ribbon line 5 is, but creates conditions for the propagation of waveguide types in such a transmission line.
- the waveguide slot radiator 1 from a ribbon cable waveguide has a topology of the radiation slots 8 and electrical characteristics that are close to the topology and the electrical characteristics of the waveguide slot radiator from a hollow metal waveguide with a width W 1 of the narrow sections 6 of the ribbon cables 5 the same dimension of the wide wall and one of the thickness h of the insulating substrate 2 is the same dimension of the narrow wall, which is filled with a dielectric from which the substrate 2 is made.
- each waveguide slot radiator 1 from the stripline waveguides 1a which actually represents a resonance or non-resonance waveguide slot antenna group made of a rectangular waveguide, which is filled with a dielectric, pass through the excitation coupling slots 9 into the feed waveguides 13 and propagate through them in the waveguide power distributors 14, in which an in-phase addition of signals and the formation of an output signal take place.
- the number of feed waveguides 13 and waveguide power distributors 14 in the antenna group is determined by the size D of the aperture and the required passband.
- the flat slot antenna group which is designed according to the invention and is used for direct satellite television, has an efficiency of 0.75 and a gain factor of 32.9 dB in an operating frequency range from 10.9 to 375 ⁇ 375 mm in aperture and 8 mm in thickness 11.7 GHz, while with the dimensions 750 x 750 mm and the thickness of 30 mm, the antenna group of the same construction has an efficiency of 0.72 and a gain factor of 38.8 dB in the same frequency range.
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Funk-, UHF-Technik, Antennenanlagen mit Antennenkabel und betrifft insbesondere eine Flächenschlitzantennengruppe.
- Zur Zeit werden Arbeiten durchgeführt, um mit der modernen funkelektronischen Einrichtung in mikroelektronischer Ausführung kompatible Antennen zu schaffen, die einen Wirkungsgrad von über 0,7 bei einer in Grenzen von 15 bis 30 Wellenlängen im freien Raum liegenden Grösse der Apertur und bei einem Betriebsfrequenzbereich von mindestens 10 % aufweisen. Darüber hinaus müssen diese Antennen einfache Konstruktion, geringe Masse und Dicke, hohe Fertigungsgerechtheit und Reproduzierbarkeit von Abmessungen und Parametern besitzen.
- Versuche, Antennen mit den erwähnten Kennwerten zu schaffen, haben zur Entstehung einer Schlitzantennengruppe in gedruckter Schaltung geführt ("Radioelektronika za rubezhom", Übersichten, Heft 7(39), 1989 (NIIEIR, Moskau, "Ploskie antenny dlya sistem neposredstwennogo televizionnogo veschaniya", S. 3,4, Fig. 1)). Diese Schlitzantennengruppe enthält ein Isoliersubstrat mit breiten Schlitzen bzw. Fenstern, die mit einem durch Bandleitungen gebildeten Hohlleiterspeiseleitungsnetz verbunden sind.
- Da eine derartige Schlitzantennengruppe in gedruckter Schaltung ausgeführt ist, ist sie fertigungsgerecht, besitzt geringe Masse und Dicke, einfache Konstruktion, hohe Reproduzierbarkeit von Abmessungen und Parametern.
- Die gegebene Antennengruppe wird aber durch relativ hohe Verluste im Hohlleiterspeiseleitungsnetz gekennzeichnet, und bei einer in Grenzen von 15 bis 30 Wellenlängen im freien Raum liegenden Grösse der Apertur und bei einem Betriebsfrequenzbereich von mindestens 10 % überschreitet deren Wirkungsgrad 0,6 nicht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Hohlleiterspeiseleitungsnetz dieser Antennengruppe aus Bandleitungen aufgebaut ist, die sich in Grenzen von 0,05 bis 0,1 dB/cm bewegende Verluste aufweisen.
- Es ist auch eine Hohlleiter-Schlitzantennengruppe aus Hohlleitern (D.I. Woskresensky et. al. "Antenny i ustroistwa SWT. Projektirowanie fazirowannykh antennykh reshetok", 1981, Verlag "Radio i svyz" (Moskau), S. 126 bis 128 bekannt. In dieser Antennengruppe sind die Hohlleiter-Schlitzstrahler und das Hohlleiterspeiseleitungsnetz aus hohlen Metallhohlleitern ausgeführt.
- Eine derartige Schlitzantennengruppe weist unter den genannten Bedingungen einen hohen Wirkungsgrad auf, weil die Verluste in den Hohlleiter-Schlitzstrahlern und dem Hohlleiterspeiseleitungsnetz minimal sind und 0,001 dB/cm nicht überschreiten.
- Eine derartige Konstruktion der Antennengruppe ist aber nicht fertigungsgerecnt, weil deren Herstellung einen grossen Umfang nichtprogressiver mechanischer Montagearbeiten vorsieht, die keine erforderliche Reproduzierbarkeit der Abmessungen und Parameter der Antennengruppe ergeben. Ausserdem hat die Anwendung der hohlen Metallhohlleiter zur Folge, dass die Antennengruppe eine grosse Masse, Dicke und einen hohen Metallaufwand besitzt.
- Es ist auch eine Flächenschlitzantennengruppe ("Radioelektronika za rubeschom", Übersichten, Heft 2(34), 1989, (NIIEIR, Moskau,"Ploskie wolnowodno-schelewye antennye reshotki", S. 24 bis 26, Fig.2)) bekannt, die eine Reihe von Hohlleiter-Schlitzstrahlern mit einer Rückwand und Stirn-Breitwänden, in denen jeweils Erreger-Koppelschlitze und Strahlungsschlitze ausgeführt sind und die in den jeweiligen zwei Parallelebenen liegen, und ein Hohlleiterspeiseleitungsnetz aufweist, das Hohlleiter-Leistungsverteiler und Speisehohlleiter enthält, deren Kanäle mit den Erreger-Koppelschlitzen verbunden sind.
- Jeder Hohlleiter-Schlitzstrahler ist durch Montage einer Platte gebildet, die aus einem Blech mit darin ausgeführten Strahlungsschlitzen hergestellt ist und als Stirn-Breitwand dieses Strahlers dient, mit der Basis, in der als Hohlleiter jedes Hohlleiter-Schlitzstrahlers eine Rechtecknut unter Bildung zweier Schmalwände und einer Rück-Breitwand dieses Hohlleiter-Schlitzstrahlers ausgeführt ist. Das Hohlleiterspeiseleitungsnetz ist aus hohlen Metallhohlleitern aufgebaut.
- Eine derartige Flächenschlitzantennengruppe weist unter den genannten Bedingungen einen hohen Wirkungsgrad auf, weil die Verluste in den Hohlleitern der Hohlleiter-Schlitzstrahler und in den Hohlleitern des Hohlleiterspeiseleitungsnetzes minimal sind.
- Die Praxis der Herstellung derartiger Flächenschlitzantennengruppen zeigte aber, dass deren Konstruktion kompliziert und die Herstellung dieser Antennengruppe nichttechnologiegerecht und arbeitsintensiv ist, da sie mit einem grossen Umfang nichtprogressiver mechanischer Montagearbeiten zusammenhängt, die keinen hohen Grad der Reproduzierbarkeit der Abmessungen und Parameter dieser Antennengruppe gewährleisten. Ausserdem ist es bei der Herstellung der Hohlleiter-Schlitzstrahler schwierig, die Innennaht zwischen den Kanten der Schmalwände der in der Basis ausgebildeten Hohlleiter und dem Blech mit den Strahlungsschlitzen zu überwachen. Das Vorhandensein einer selbst sehr geringen Ungänze an diesen Lötnähten bewirkt eine parasitäre Kopplung zwischen den anliegenden Hohlleiter-Schlitzstrahlern und als Folge dessen eine Verringerung des Verstärkungsfaktors der Antennengruppe. Mit anderen Worten ist die Konstruktion der vorliegenden Flächenschlitzantennengruppe unzuverlässig. Darüber hinaus hat eine derartige Antennengruppe gegenüber den Antennengruppen in gedruckter Schaltung eine grössere Masse und Dicke. Im wesentlichen hängt dies damit zusammen, dass in der Konstruktion der gegebenen Gruppe eine Metallbasis für die Hohlleiter der Hohlleiter-Schlitzstrahler ausgenutzt wird, die eine grosse Masse und Dicke aufweist, und die Anwendung eines Hohlleiterspeiseleitungsnetzes aus Metallhohlleitern vergrössert die Masse und Dicke dieser Antennengruppe noch mehr.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flächenschlitzantennengruppe zu schaffen, bei der durch eine konstruktive Änderung der Hohlleiter-Schlitzstrahler unter Beibehaltung eines hohen Wirkungsgrades in einem weiten Frequenzbereich eine einfache und zuverlässige Konstruktion,geringe Dicke und Masse, eine hohe Fertigungsgerechtheit für diese Antennengruppe gesichert sind.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei der Flächenschlitzantennengruppe, die eine Reihe von Hohlleiter-Schlitzstrahlern mit einer Rückwand und je einer Stirn-Breitwand, in denen jeweils Erreger-Koppelschlitze und Strahlungsschlitze ausgeführt sind und die in den jeweiligen zwei Parallelebenen liegen, und ein Hohlleiterspeiseleitungsnetz aufweist, das Hohlleiter-Leistungsverteiler und Speisehohlleiter enthält, deren Kanäle mit den Erreger-Koppelschlitzen verbunden sind, gemäss der Erfindung die Hohlleiter-Schlitzstrahler Bandleitungs-Hohlleiter darstellen, die ein gemeinsames isolierendes Substrat enthalten, dessen Rückseite mit einer Metallisierungsschicht überzogen ist, die als gemeinsame Rück-Breitwand der Hohlleiter-Schlitzstrahler fungiert, deren jede Stirn-Breitwand eine Bandleitung aus miteinander abwechselnden breiten und schmalen Abschnitten darstellt, die auf der Stirnseite des isolierenden Substrats erzeugt ist.
- Die Konstruktion der Hohlleiter-Schlitzstrahler ist grundsätzlich ein gedrucktes isolierendes Substrat, auf dessen einer Seite eine Reihe von Stirn-Breitwänden gedruckter Bandleitungs-Hohlleiter-Schlitzstrahler in Form von Bandleitungen aus miteinander abwechselnden breiten und schmalen Abschnitten angeordnet und auf dessen anderer Seite eine gemeinsame Rück-Breitwand dieser Bandleitungs-Hohlleiter-Schlitzstrahler in Form einer Metallisierungsschicht erzeugt ist.
- Die Konstruktion einer derartigen Antennengruppe gestattet es, deren Hohlleiter-Schlitzstrahler in gedruckter Schaltung auszuführen, mit anderen Worten ermöglicht sie es, einen grossen Umfang der mechanischen Montagearbeiten aufzugeben, indem man diese durch fortschrittliche Verfahren der Technologie gedruckter Schaltungen, insbesondere durch ein fotolithografisches Verfahren, ersetzt. Das macht die Antennengruppe fertigungsgerecht, der Arbeitsaufwand für deren Herstellung ist gering.
- Ausserdem erlaubt es die Anwendung der Technologie gedruckter Schaltungen, einen hohen Grad der Reproduzierbarkeit der Abmessungen und Parameter der Antennengruppe zu erzielen.
- In der Konstruktion der vorliegenden Flächenschlitzantennengruppe sind die Hohlleiter-Schlitzstrahler in Form eines einheitlichen Bauelements - eines isolierenden Substrats mit Stirn-Breitwänden der gedruckten Hohlleiter-Schlitzstrahler auf einer Seite und einer dünnen Metalisierungsschicht auf der anderen - ausgebildet. Die Dicke und die Masse eines solchen Bauelements sind klein, seine Konstruktion ist einfach und sicher. Im Endergebnis besitzt die Antennengruppe eine geringe Masse und Dicke, ihre Konstruktion ist einfach und zuverlässig.
- Die betrachtete Flächenschlitzantennengruppe weist einen hohen Wirkungsgrad von über 0,7 bei einer sich in Grenzen von 15 bis 30 Wellenlängen im freien Raum bewegenden Grösse der Apertur und bei einem Betriebsfrequenzbereich von mindestens 10 % auf. Dies ist dadurch bedingt, dass die Hohlleiter-Schlitzstrahler dieser Antennengruppe aus Bandleitungs-Hohlleitern aufgebaut sind, die eigentlich Rechteckhohlleiter darstellen, die mit einem Dielektrikum gefüllt sind, aus dem das Substrat hergestellt ist, und die Verluste liegen in derartigen Bandleitungs-Hohlleitern in Grenzen von 0,2 bis 0,03 dB/cm und verkleinern den Wirkungsgrad der Antennengruppe unerheblich.
- Es ist zweckmässig, dass das Hohlleiterspeiseleitungsnetz auf der Metallisierungsschicht angeordnet ist, die eine gemeinsame Breitwand der Speisehohlleiter und der Hohlleiter-Leistungsverteiler ist.
- Dies gestattet es, die Metallisierungsschicht des Substrats zugleich sowohl als Rück-Breitwände der Hohlleiter-Schlitzstrahler als auch als eine der Breitwände der Hohlleiter des Hohlleiterspeiseleitungsnetzes zu verwenden. Dies erlaubt es seinerseits, die Dicke und die Masse der Antennengruppe geringer zu halten.
- Nicht weniger zweckmässig ist es, dass das Hohlleiterspeiseleitungsnetz eine Basis enthält, in der Rechtecknuten ausgeführt sind, deren Oberflächen mit der Oberfläche der Metallisierungsschicht Kanäle des Hohlleiterspeiseleitungsnetzes bilden.
- Eine derartige Konstruktion erlaubt es, nach der Montage des Substrats der Strahler mit der Basis des Hohlleiterspeiseleitungsnetzes Rechteckhohlleiter zu erhalten, auf denen Speisehohlleiter und Hohlleiter-Leistungsverteiler in Form von beispielsweise H-Hohlleitern leicht realisierbar sind, was es ermöglicht, sämtliche Hohlleiter des Hohlleiterspeiseleitungsnetzes in der gleichen Ebene liegend auszuführen, was seinerseits die Dicke der Antennengruppe verkleinert.
- Sinnvoll ist, dass die Längsachsen der Bandleitungs-Hohlleiter parallel sind und der Abstand zwischen den Längsachsen der anliegenden Bandleitungs-Hohlleiter kleiner als die Wellenlänge im freien Raum bei der höchsten Frequenz und grösser als die Summe aus 1/12 dieser Wellenlänge und der Querabmessung des breiten Abschnitts der Bandleitung ist.
- Dies gestattet es, einen maximalen Verstärkungsfaktor für diese Antennengruppe zu erreichen. Die Wahl des Abstandes zwischen den Längsachsen der anliegenden Bandleitungs-Hohlleiter unterhalb der Summe aus 1/12 der Wellenlänge im freien Raum auf der höchsten Frequenz und der Querabmessung des breiten Abschnitts der Bandleitung bewirkt eine parasitäre Kopplung zwischen den anliegenden Bandleitung-Hohlleitern und verringert den Verstärkungsfaktor der Antennengruppe. Andererseits führt eine Vergrösserung des genannten Abstandes über die Wellenlänge im freien Raum auf der höchsten Frequenz zum Auftreten von Nebenkeulen, was ebenfalls den Verstärkungsfaktor der Antennengruppe reduziert.
- Angebracht ist es auch, dass die Länge jedes Erreger-Koppelschlitzes in Grenzen von ca. 0,8 bis ca. 1,0 der Querabmessung des schmalen Abschnitts der Bandleitung variiert.
- Dies gestattet es, einen maximalen Wirkungsgrad und folglich auch einen maximalen Verstärkungsfaktor der Antennengruppe zu bekommen. Einmal erlaubt es die Ausführung der Länge jedes Schlitzes unterhalb von 0,8 der Querabmessung des schmalen Abschnitts der Bandleitung nicht, eine ausreichende Kopplung zwischen den Hohlleiter-Schlitzstrahlern aus Bandleitungs-Hohlleitern mit den Speisehohlleitern des Hohlleiterspeiseleitungsnetzes zu verwirklichen. Zum anderen veranlasst die Ausführung der Länge jedes Schlitzes oberhalb von 1,0 der Querabmessung eine parasitäre Strahlung aus dem Bandleitungs-Hohlleiter, was Verluste verursacht und den Wirkungsgrad dieser Antennengruppe herabsetzt.
- Die Erfindung soll nachstehend durch die Beschreibung einer konkreten Ausführungsform einer Flächenschlitzantennengruppe an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:
- Fig. 1 eine erfindungsgemässe Flächenschlitzantennengruppe in einer rechtwinkligen isometrischen Darstellung:
- Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung A zu Fig. 1.
- Betrachten wir eine Flächenschlitzantennengruppe, die als Antenne für Systeme zum Satellitendirektfernsehen verwendet wird. Diese Antennengruppe enthält eine Reihe von Hohlleiter-Schlitzstrahlern 1 (Fig. 1), deren jeder einen Bandleitungs-Hohlleiter 1a darstellt, der aus einem isolierenden Substrat 2 besteht, dessen Rückseite mit einer Metallisierungsschicht 3(Fig. 2) bedeckt ist, die als gemeinsame Rück-Breitwand 5a der Hohlleiter-Schlitz-Strahler 1 wirkt. Auf der Stirnseite 4 (Fig. 1) des isolierenden Substrats 2 ist eine Reihe von Bandleitungen 5 erzeugt, deren jede eine Stirn-Breitwand 5a des Hohlleiter-Schlitzstrahlers 1 darstellt und sich aus miteinander abwechselnden schmalen Abschnitten 6 und breiten Abschnitten 7 zusammensetzt. In der Stirn-Breitwand 5a des Hohlleiter-Schlitzstrahlers 1 sind Strahlungsschlitze 8 und in der gemeinsamen Rück-Breitwand 3a Erreger-Koppelschlitze 9 (Fig. 2) ausgeführt. Die gemeinsame Rück-Breitwand 3a und die Stirn-Breitwände 5a der Hohlleiter-Schlitzstrahler 1 liegen in Parallelebenen. Auf der Metallisierungsschicht 3 ist ein Hohlleiterspeiseleitungsnetz 10 angeordnet, das eine Basis 11 darstellt, in der Rechtecknuten 12 ausgeführt sind, deren Oberflächen mit der Oberfläche der Metallisierungsschicht 3 Kanäle 12a von Speisehohlleitern 13 und Hohlleiter-Leistungsverteilern 14 bilden, die in Form von H-Hohlleitern ausgebildet sind. Die Metallisierungsschicht 3 tritt als Breit-Wand 3a der Speisehohlleiter 13 und der Hohlleiter-Leistungsverteiler 14 auf. Die Länge l jedes Erreger-Koppelschlitzes 9 liegt in Grenzen von ca. 0,8 bis ca. 1,0 der Querabmessung W₁ (Fig. 1) des schmalen Abschnitts 6 der Bandleitung 5. Die Längsachsen O-O der Bandleitungs-Hohlleiter 1a sind parallel zueinander,und der Abstand d zwischen den Längsachsen O₁-O₁ der anliegenden Bandleitungs-Hohlleiter 1a ist kleiner als die Wellenlänge im freien Raum auf der höchsten Frequenz und grösser als die Summe aus 1/12 dieser Wellenlänge und der Querabmessung W₂ des breiten Abschnitts 7 der Bandleitung 5. Die Anzahl der HohlleiterSchlitzstrahler 1, der Strahlungsschlitze 8, der Speisehohlleiter 13 und der Hohlleiter-Leistungsverteiler 14 wird abhängig von der erforderlichen Grösse der Apertur D der Antennengruppe und vom Betriebsfrequenzbereich gewählt.
- Die Antennengruppe arbeitet wie folgt. Das durch die Antennengrupe über die Strahlungsschlitze 8 aufgenommene Signal gelangt in jeden Hohlleiter-Schlitzstrahler 1 und breitet sich in Richtung der Längsachse O₁-O₁ des Bandleitungs-Hohlleiters 1a in Form einer Welle aus, deren Typ nahe am H-Typ liegt. Dabei bilden die einander abwechselnden schmalen und breiten Abschnitte 6 bzw. 7 der Bandleitung 5 eine Stirn-Breitwand 5a des Bandleitungs-Hohlleiters 1a. Im Bandleitungs-Kohlleiter 1a fehlen die Schmalwände als Bauelemente der Konstruktion, die Erfüllung von Null-Grenzbedingungen für das elektrische Feld Ey in den Ebenen, die in einem Abstand von der Längsachse O₁-O₁ des Bandleitungs-Hohlleiters 1a liegen, der ungefähr gleich der halben Breite W₁ des schmalen Abschnitts 6 der Bandleitung 5 ist, schafft aber Bedingungen für die Fortpflanzung von Hohlleiterwellentypen in derartiger Übertragungsleitung. Der Hohlleiter-Schlitzstrahler 1 aus einem Bandleitungs-Hohlleiter hat eine Topologie der Strahlungsschlitze 8 und elektrische Kennwerte, die nahe an der Topologie und den elektrischen Kennwerten des Hohlleiter-Schlitzstrahlers aus einem hohlen Metallhohlleiter mit einer der Breite W₁ der schmalen Abschnitte 6 der Bandleitungen 5 gleichen Abmessung der Breitwand und einer der Dicke h des isolierenden Substrats 2 gleichen Abmessung der Schmalwand liegen, der mit einem Dielektrikum gefüllt ist, aus dem das Substrat 2 hergestellt ist. Die Signale von jedem Hohlleiter-Schlitzstrahler 1 aus den Bandleitungs-Hohlleitern 1a, der eigentlich eine Resonanz- oder Nichtresonanz-Hohileiter-Schlitzantennengruppe aus einem Rechteckhohlleiter darstellt, der mit einem Dielektrikum gefüllt ist, gelangen durch die Erreger-Koppelschlitze 9 in die Speisehohlleiter 13 und breiten sich durch diese in den Hohlleiter-Leistungsverteilern 14 aus, in welchen eine gleichphasige Addition von Signalen und die Bildung eines Ausgangssignals erfolgen. Die Anzahl der Speisehohlleiter 13 und der Hohlleiter-Leistungsverteiler 14 in der Antennengruppe wird durch die Grösse D der Apertur und den erforderlichen Durchlassbereich bestimmt.
- Die Flächenschlitzantennengruppe, die erfindungsgemäss ausgeführt und zum Satellitendirektfernsehen eingesetzt ist, weist bei der Grösse 375 X 375 mm der Appertur und der Dicke von 8 mm einen Wirkungsgrad von 0,75 und einen Verstärkungsfaktor von 32,9 dB in einem Betriebsfrequenzbereich von 10,9 bis 11,7 GHz auf, während bei den Abmessungen 750 x 750 mm und der Dicke von 30 mm die Antennengruppe der gleichen Konstruktion einen Wirkungsgrad von 0,72 und einen Verstärkungsfaktor von 38,8 dB im gleichen Frequenzbereich besitzt.
Claims (5)
- Flächenschlitzantennengruppe, die eine Reihe von Hohlleiter-Schlitzstrahlern (1) mit einer Rück- und je einer Stirn-Breitwand (3a, 5a), in denen jeweils Erreger-Koppelschlitze (9) und Strahlungsschlitze (8) ausgeführt sind und die in den jeweiligen zwei Parallelebenen liegen, und ein Hohlleiterspeiseleitungsnetz (10) aufweist, das durch Hohlleiter-Leistungsverteiler (14) und Speisehohlleiter (13) gebildet ist, deren Kanäle (12a) mit den Erreger-Koppelschlitzen (9) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiter-Schlitzstrahler (1) Bandleitungs-Hohlleiter (1a) darstellen, die ein gemeinsames isolierendes Substrat (2) enthalten, dessen Rückseite mit einer Metallisierungsschicht (3) überzogen ist, die als gemeinsame Rück-Breitwand (3a) der Hohlleiter-Schlitzstrahler (1) fungiert, deren jede Stirn-Breitwand (5a) eine Bandleitung (5) aus miteinander abwechselnden breiten und schmalen Abschnitten (6, 7) darstellt, die auf der Stirnseite (4) des isolierenden Substrats (2) erzeugt ist.
- Flächenschlitzantennengruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlleiterspeiseleitungsnetz (10) auf der Metallisierungsschicht (3) angeordnet ist, die eine gemeinsame Breitwand (3a) der Speisehohlleiter (13) und der Hohlleiter-Leistungsverteiler (14) ist.
- Flächenschlitzantennengruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlleiterspeiseleitungsnetz (10) eine-Basis (11) enthält, in der Rechtecknuten (12) ausgeführt sind, deren Oberflächen mit der Oberfläche der Metallisierungsschicht (3) Kanäle (12a) des Hohlleiterspeiseleitungsnetzes (10) bilden.
- Flächenschlitzantennengruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen (O₁-O₁) der Bandleitungs-Hohlleiter (1a) parallel sind und der Abstand (d) zwischen den Längsachsen (O₁-O₁) der anliegenden Bandleitungs-Hohlleiter (1a) kleiner als die Wellenlänge im freien Raum bei der höchsten Frequenz und grösser als die Summe aus 1/12 dieser Wellenlänge und der Querabmessung (W₂) des breiten Abschnitts (7) der Bandleitung (5) ist.
- Flächenschlitzantennengruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (l) jedes Erreger-Koppelschlitzes (9) in Grenzen von ca. 0,8 bis ca. 1,0 der Querabmessung (W₁) des schmalen Abschnitts (6) der Bandleitung (5) variiert.
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