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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Breitbandantenne, ein Fahrzeug mit der Breitbandantenne und auf ein Verfahren zur Bandbreitenerweiterung von Schlitz-Antennen und insbesondere auf aktive, breitbandige Schlitz-Antennen.
HINTERGRUND
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Sogenannte Blade-Antennen sind konventionelle breitbandige Antennen. Ein Nachteil dieser Antennen besteht in der sehr großen Aufbauhöhe, die nötig ist, um einen möglichst breitbandigen Frequenzbereich erfassen zu können. Daher ist es häufig unmöglich diese Antennen in kleineren Flugzeugen oder Hubschraubern bzw. in oder an Außenlastbehältern unterzubringen - insbesondere wenn auch Frequenzen im HF/VHF-Bereich (30 MHz ... 300 MHz) erfasst werden sollen.
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Andere konventionelle Antennen, die keine große Aufbauhöhe aufweisen, sind beispielsweise Schlitz-Antennen. Diese Antennen werden in der Regel mit Hohlleitern kombiniert, um die Antennensignale einzukoppeln bzw. auszukoppeln. Diese Schlitz-Antennen sind jedoch nur als schmalbandige Antennen, z.B. für Radaranwendungen verfügbar. Obwohl sie kostengünstig herstellbar sind, kommen sie für viele Radar-Anwendungen wie beispielsweise in der Funkaufklärung nicht in Betracht. Der abdeckbare Frequenzbereich ist dafür viel zu klein.
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Daher besteht ein Bedarf nach breitbandigen Antennen, die einen Frequenzbereich von zumindest einer Größenordnung abdecken können und die ohne große Aufbauhöhe an Land-/Flugfahrzeugen (Flugzeuge, Hubschrauber, Drohnen, etc.) befestigt werden können und daher einen nur geringen Luftwiderstand während des Fluges aufweisen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Zumindest ein Teil der obengenannten Probleme wird durch eine Breitbandantenne nach Anspruch 1, ein Fahrzeug nach Anspruch 12 und ein Verfahren zur Bandbreitenerweiterung nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Breitbandantenne mit (zumindest) einem elektrisch-leitfähigen Grundkörper und einer Kompensationsschaltung. Der elektrisch-leitfähige Grundkörper weist zumindest einen Schlitz entlang einer Längsausdehnung und in einem mittigen Bereich des Schlitzes entlang der Längsausdehnung zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche auf. Die Kompensationsschaltung dient zum Kompensieren von Signaldämpfungen in Empfangssignalen infolge einer Geometrie des zumindest einen Schlitzes und zum Ausgeben von kompensierten Antennensignalen. Die Kompensationsschaltung koppelt an die gegenüberliegenden Kontaktbereiche. Die Kompensationsschaltung dient der Impedanz-Anpassung und zur Verstärkung.
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Bei der Breitbandantenne handelt es sich somit um eine aktive Schlitzantenne, deren Bandbreite über die Kompensationsschaltung verbreitert wurde.
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Optional umfasst die Kompensationsschaltung eine oder mehr der folgenden Komponenten:
- einen Transimpedanzverstärker zum Verstärken kleiner Stromsignale in den Empfangssignalen,
- einen Tiefpass-Filter,
- einen Balun,
- einen Signalverstärker,
- einen Analog-Digital-Wandler,
- zumindest eine Spule,
- zumindest einen Kondensator,
- eine Leiterplatte mit einer oder mehreren der genannten Komponenten.
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Optional bildet der zumindest eine Schlitz im Grundkörper eine Schlitzantenne mit einer frequenzabhängigen Impedanz und die Kompensationsschaltung ist ausgebildet, um diese frequenzabhängige Impedanz über eine (frequenzabhängige) Verstärkung zu kompensieren. Es versteht sich, dass jeder Transimpedanzverstärker eine frequenzabhängige Verstärkung aufweist. Durch eine entsprechende Einstellung der Parameter (z.B. Wahl der Widerstände, Kondensatoren etc.) kann der Frequenzgang angepasst werden.
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Optional ist der Grundkörper hohlleiterfrei, sodass beidseitig zum Grundkörper ein Antennendiagramm erzeugbar ist. Die Auskopplung von Antennensignalen braucht nur über die Kompensationsschaltung zu erfolgen. Im Gegensatz zu konventionellen Schlitzantennen braucht es somit keinen Hohlleiter zum Ein- und Auskoppeln von Signalen.
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Optional weist der zumindest eine Schlitz zumindest eine der folgenden Geometrien auf:
- rechteckig (Form eines Rechteckes),
- eine konstante Breite senkrecht zur Längsausdehnung mit zumindest einem gerundeten Endabschnitt,
- eine konstante Breite senkrecht zur Längsausdehnung mit zumindest einem verbreiterten Endabschnitt,
- eine konstante Breite über die gesamte Längsausdehnung des Schlitzes.
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Beispielsweise kann die Kompensationsschaltung ausgebildet sein, um Antennensignale in einem Wellenlängenbereich um ein Mittensignal herum auszugeben, wobei der Schlitz entlang der Längsausdehnung eine Länge einer halben Wellenlänge des Mittensignals aufweist.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann der Schlitz eine Länge in einem Bereich zwischen 0,15 m bis 1 m und eine Breite in einem Bereich zwischen 0,01 m und 0,08 m aufweisen.
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Optional umfasst der zumindest eine Schlitz mehrere Schlitze, die eine gleiche Geometrie oder unterschiedliche Geometrien aufweisen (z.B. unterschiedliche Längen haben). Die mehreren Schlitze können auch unterschiedlich ausgerichtet sein.
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Optional ist der Grundkörper aus einem Metall wie Aluminium oder Kupfer.
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Optional kann der Grundkörper einteilig ausgebildet sein oder mehrere Teile aufweisen, wobei benachbarte Teile durch einen Schlitz jeweils getrennt sind.
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Optional umfasst die Breitbandantenne weiter eine Hülle oder ein Gehäuse, in die zumindest der Grundkörper geschützt eingebettet ist (z.B. eingegossen oder luft- oder wasserdicht versiegelt ist).
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Optional bildet der Grundkörper entlang seiner Längsausdehnen eine gerade Linie oder eine gekrümmte Linie oder eine eckige Linie oder einen Kreis oder ein Oval oder ein L oder ein Viereck. Ein Vorteil der nicht-planaren Ausgestaltung liegt in der angepassten Abstrahlcharakteristik. So können dadurch die Nullstellen (sogenannte "blind spots") verringert bzw. eine Rundumempfang erreicht werden.
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Optional kann der Grundkörper zumindest eine der folgenden Geometrien aufweist:
- planare Form,
- eine gekrümmte Form,
- eine zylindrische Form mit einer Längsrichtung und einer Umfangsrichtung und der zumindest einen Schlitz entlang der Längsrichtung oder entlang der Umfangsrichtung ausgebildet ist,
- eine mehrteilige Ausbildung, sodass der Schlitz offen ist und zwischen zwei benachbarte Teile (der mehreren Teile) ausgebildet ist.
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Der Zylinderform kann auch, wie oben beschrieben, dreieckig, viereckig oder quaderförmig sein. Ein offener Schlitz soll so verstanden werden, dass er in der Luft endet und nicht umfänglich durch den Grundkörper umschlossen wird (es existiert kein geschlossener Strompfad um den Schlitz herum). Zum Beispiel kann der Grundkörper zwei oder mehr Teile oder Komponenten aufweisen, zwischen denen der Schlitz oder die Schlitze ausgebildet sind.
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Optional weist der Grundkörper bei der zylindrischen Form einen Umfang von weniger ein 1/5 oder 1/10 einer Wellenlänge eines Empfangssignals auf. Dies kann für beide zylindrischen Formen zutreffen, d.h. wenn der/die Schlitz(e) in Längsrichtung (axiale Richtung) oder wenn der/die Schlitz(e) entlang des Zylinderumfangs ausgebildet sind.
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Optional ist der Grundkörper ein Bereich einer äußeren Fahrzeughülle oder eines Fahrzeugaufbaus.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Fahrzeug mit einer Breitbandantenne, wie sie zuvor beschrieben wurde und die ausgebildet ist, um Quellen elektromagnetischer Strahlung aufzuklären. Gemäß Ausführungsbeispielen können auch mehrere Breitbandantennen vorhanden sein, um sie dann zur Peilung und Ortung zu nutzen. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug, aber auch ein Seefahrzeug oder ein Luftfahrzeug (z.B. ein Flugzeug oder eine Drohne oder ein Hubschrauber). Bei einem Landfahrzeug würde eine flache Antenne sich optisch gut in eine vorhandene Struktur integrieren lassen (z.B. in einer Dach-Reling, Haltegriffe etc.). Gleiches gilt für Seefahrzeuge.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf ein Verfahren zur Bandbreitenerweiterung von Schlitzantennen. Die Schlitzantenne(n) umfassen einen elektrisch-leitfähigen Grundkörper mit einem Schlitz entlang einer Längsausdehnung. Der Grundkörper umfasst in einem mittigen Bereich des Schlitzes entlang der Längsausdehnung zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche. Das Verfahren umfasst:
- Empfangen von Antennensignalen durch ein Auskoppeln von Signalen an den gegenüberliegenden Kontaktbereichen;
- Kompensieren von Signaldämpfungen infolge einer Geometrie des Schlitzes; und
- Ausgeben von kompensierten Antennensignalen.
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Ausführungsbeispiele überwinden die Probleme der konventionellen Antennen durch Verwendung einer Schlitz-Antenne, die in einem Blade-artigen Grundkörper ausgebildet ist und an eine Kompensationsschaltung koppelt. Die Antennensignalen werden in einem mittigen Bereich des länglichen Schlitzes abgegriffen (oder eingespeist), wobei die beiden Kontaktbereiche (für die Antennenanschlüsse) durch den länglichen Schlitz voneinander getrennt sind. Daher braucht diese Antennen keinen Hohlleiter zum Signaltransport von/zu der Antenne.
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Die Kompensationsschaltung kompensiert Dämpfungen von Frequenzbereichen, die infolge der Schlitzgeometrie ansonsten durch die Antenne nicht erfassbar wären. Gemäß Ausführungsbeispielen umfasst die Kompensationsschaltung hierfür einen Transimpedanz-Verstärker, der die Nutzung der Antenne in einem weiten Frequenzbereich erlaubt. Beispielsweise haben Messungen ergeben, dass einfache Schlitzanordnungen in einem metallischen Grundkörper aus Aluminium eine Bandbreite über zwei Größenordnungen (d.h. einen Faktor von 100) im Frequenzbereich erlauben. So können beispielsweise Kurzwellensignale in einem Bereich von ca. 10 MHz mit der gleichen Antenne empfangen werden, wie Mikrowellenstrahlungen in einem Frequenzbereich von 1 GHz und mehr. Durch eine entsprechende Optimierung der Kompensationsschaltung können auch weit entfernte Sender (mehrere 100 km weg) zuverlässig durch die Breitbandantenne empfangen bzw. detektiert werden.
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Ein weiterer Vorteil von Ausführungsbeispielen besteht darin, dass eine vertikale Polarisation bei einer horizontalen Ausdehnung (Längsrichtung) möglich ist.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.
- Fig. 1A-1D zeigt eine Breitbandantenne gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
- Fig. 2A-2B veranschaulicht Antennendiagramme der Breitbandantenne aus der Fig. 1A-1D.
- Fig. 3 zeigt eine Kompensationsschaltung gemäß Ausführungsbeispielen.
- Fig. 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zur Bandbreitenerweiterung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Fig. 1A zeigt eine Breitbandantenne gemäß einem Ausführungsbeispiel aus zwei Blickrichtungen, auf die X-Y-Ebene (oben rechts) und auf die Y-Z-Ebene (links daneben). Die Breitbandantenne umfasst einen elektrisch-leitfähigen Grundkörper 110 mit einem Schlitz 115 (schlitzartigen Öffnung). Die schlitzartige Öffnung 115 hat eine rechteckige Form mit einer Länge X und einer Breite Y, wobei die Länge X deutlich größer ist als die Breite Y (um ein Mehrfaches zum Beispiel). Die Länge X und/oder die Breite Y können zum Beispiel konstant sein. Auf der rechten Seite ist eine Draufsicht auf die X-Y-Ebene gezeigt (durch die Öffnung 115 hindurch) und links ist eine Querschnittsansicht durch die Schnittebene A-A' dargestellt. In der Z-Richtung (senkrecht zum Schnitt) wird die frei wählbare Dicke des Grundkörpers 110 gemessen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen sind entlang des Schlitzes 115 in einem Mittenbereich M zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche 111 und 112 ausgebildet, die den Schlitz 115 an gegenüberliegenden Seiten elektrisch kontaktieren. Der Schlitz 115 ist zwischen den Kontaktbereichen 111, 112 ausgebildet und erstreckt sich beidseitig der Kontaktbereiche 111, 112 mit gleichen Längen entlang der Längsrichtung X. An den Kontaktbereiche 111, 112 können Antennensignale empfangen werden and von dort an eine Kompensationsschaltung 120 weitergeleitet werden. Die Kompensationsschaltung 120 ist ausgebildet, um Signalanteile zu verstärken, die ansonsten infolge der Geometrie des Schlitzes 115 stark gedämpft wären. Hierzu kann ein frequenzabhängiger Verstärker genutzt werden, der die entsprechenden gedämpften Signale verstärkt. Am Schluss werden die verstärkten Antennensignale 125 dann von der Kompensationsschaltung 120 zur Weiterverarbeitung ausgegeben.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 1A kann der Grundkörper 110 durch ein Metallblech oder eine Platte (Blade-artig) mit dem Schlitz 115 gebildet werden. Um den Schlitz 115 herum existiert ein geschlossener Strompfad, der den Schlitz 115 umschließt. Abgesehen vom Schlitz 115, ist der Grundkörper 110 beispielsweise nirgends durchtrennt. Der Grundkörper 110 kann aber in eine dielektrische Hülle oder Gehäuse eingeschlossen bzw. eingebettet werden, um ihn vor Witterungseinflüssen zu schützen. Die Kontaktbereiche 111, 112 können mit entsprechenden Signalleitungen verlötet, verschweißt, vernietet, verpresst oder anderweitig fest verbunden werden und aus der beispielhaften Hülle oder Gehäuse herausgeführt werden. Die Hülle kann auch aus einem Vergussmaterial oder einen Kunststoffmaterial bestehen, welchen die Antennencharakteristik nicht beeinflusst, dafür aber einen zuverlässigen Schutz von Umwelteinflüssen (Regen, Frost, Nebel, Schmutz etc.) bietet. Ebenso kann die Hülle aerodynamisch geformt sein, um sie beispielsweise außen an Flugfahrzeugen (z.B. Flugzeuge, Helikopter, Drohnen, Flugkörper, Raketen etc.) anzubringen.
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Die Fig. 1B bis 1D zeigen weitere Ausführungsformen. Bei der Ausführungsform der Fig. 1B ist der Schlitz 115 offen, d.h. es existiert kein geschlossener Strompfad um den Schlitz 115 herum. Der Grundkörper 110 umfasst somit einen ersten Teil 110a und einen zweiten Teil 110b, die durch den Schlitz 115 getrennt sind. Es versteht sich, dass der Grundkörper 100 eine beliebige Anzahl von Teilen umfassen kann, wobei jeweils benachbarte Teile durch jeweils einen Schlitz getrennt sind.
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Die planare Anordnung aus der Fig. 1A oder Fig. 1B kann gemäß Ausführungsbeispielen zu Zylindern geformt werden, wobei die beiden Möglichkeiten in der Fig. 1C und in der Fig 1D dargestellt sind. Das Ausführungsbeispiel aus der Fig. 1C kann beispielsweise dadurch erhalten werden, dass in der Ausführungsform der Fig. 1A oder Fig. 1B die rechte und linke Seite (Ränder in X-Richtung) verbunden werden, während das Ausführungsbeispiel aus der Fig. 1D beispielsweise dadurch erhalten werden kann, dass in der Ausführungsform aus der Fig. 1A oder Fig. 1B die obere und untere Seite (Ränder in Y-Richtung) verbunden werden. Die Breitbandantenne kann aber eine beliebige gebogene Form aufweisen (flach oder eben, zylindrisch, oval, verdreht, L-förmig, 3-eckig, 4-eckig etc.).
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Bei der zylindrischen Form aus Fig. 1C bzw. Fig. 1D kann der Grundkörper 110 einen vorbestimmten Umfang aufweisen, wobei der vorbestimmte Umfang ein Wert aus dem Folgenden sein kann:
- weniger als eine Wellenlänge eines Empfangssignals,
- weniger als 1/5 einer Wellenlänge eines Empfangssignals,
- weniger als 1/10 einer Wellenlänge eines Empfangssignals,
- weniger als 1/50 einer Wellenlänge eines Empfangssignals.
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Hierbei kann es sich um jenes Signal aus der Bandbreite handeln, welches die kürzeste Wellenlänge hat (z.B. um das Signal mit einer ca. 1 GHz oder 300 MHz) oder um eine Mittensignal aus der Bandbreit. Dies kann für beide zylindrischen Formen zutreffen, d.h. wenn der/die Schlitz(e) in Längsrichtung (axiale Richtung; siehe Fig. 1C ) und/oder wenn der/die Schlitz(e) entlang des Zylinderumfangs ausgebildet sind (siehe Fig. 1D ). Die Einschränkung des Umfanges hat den technischen Effekt, dass um umlaufende Ströme um den Zylinder herum, die bei der zylindrischen Geometrie auftreten können, keinen negativen Effekt auf den Empfang haben bzw. nicht stören oder durch die Geometrie gedämpft werden.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist anstatt der Zylinderform eine rechteckige oder dreieckige Form ausgebildet. Auch hier kann der eine oder die mehren Schlitze sich entlang der Längsform oder, senkrecht dazu, in der Umfangsrichtung erstrecken.
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Der Grundkörper 110 mit der Zylinderform kann auch mehrere Teile aufweisen, zwischen denen jeweils ein Schlitz 115 ausgebildet ist. D.h. die Enden in der Zylinderlängsachse oder in der Umfangsrichtung können auch offen sein (wie in Fig. 1B gezeigt).
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Hülle auch als Tarnung (für militärischen Einsatz) genutzt werden. Optional kann die Hülle also an die optische Struktur des Fahrzeugs angepasst bzw. integriert werden (z.B. in einer Reling oder einen vorhandenen Haltegriff). Sie wird dann nicht als separater Aufbaugegenstand wahrgenommen. Die Breitbandantenne bzw. der Grundkörper kann ein Bereich einer äußeren Fahrzeughülle (Teil einer Fahrzeugkarosserie) oder eines Fahrzeugaufbaus sein. Hierbei ist es Vorteil, wenn der Schlitz mit dielektrischem Material versiegelt oder abgedichtet ist. Nach einer Lackierung kann somit die Breitbandantenne vollkommen unsichtbar sein.
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Die Querschnittansicht (links in der Fig. 1A) zeigt, dass der Grundkörper 110 auf beiden Seiten des Schlitzes 115 symmetrisch gebildet werden kann. Daher kann die Antenne in Z-Richtung beidseitig Antennensignal empfangen. Die Breitbandantenne kann also auf der Vorder- und Rückseite gleich aussehen.
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Alle Einschränkungen, die für das Ausführungsbeispiel aus der Fig. 1A beschrieben wurden, können auch in den anderen Ausführungsbeispiele (z.B. aus den Fig. 1B bis 1D ) umgesetzt sein.
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Fig. 2A und Fig. 2B zeigen Simulations-Messergebnisse für Antennendiagramme 210, 220, 230, 240 der Breitbandantenne in Abhängigkeit von der Frequenz, wobei die Fig. 2A die X-Y-Ebene darstellt (360° Azimut) und die Fig. 2B die Y-Z-Ebene darstellt (180° Elevation). Das beispielhaft dargestellte Flugzeug 50 soll den Ort der Breitbandantenne andeuten. Es versteht, dass bei einer Montage am Flugzeug 50 das Flugzeug 50 selbst das Antennendiagramm stören wird - je nachdem wo die Antenne installiert wird (z.B. an einer Rumpfunterseite, Rumpfoberseite, unterhalb eines Flügels etc.).
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Dieser Einfluss soll hier vernachlässigt werden. Stattdessen sollen die Antennendiagramme zeigen, dass die Breitbandantenne beidseitig symmetrisch aus der Y-Richtung als auch aus der Z-Richtung Signale empfangen kann. Außerdem veranschaulichen die Antennendiagramme 210, 220, 230, 240 die erreichbare Bandbreite: ein erstes Antennendiagramm 210 bezieht sich auf eine erste Frequenz von ca. 50 MHz, ein zweites Antennendiagramm 220 bezieht sich auf eine zweite Frequenz von ca. 250 MHz, ein drittes Antennendiagramm 230 bezieht sich auf eine dritte Frequenz von 500 MHz und ein viertes Antennendiagramm 250 bezieht sich auf eine vierte Frequenz von ca. 1.000 MHz. Die Breitbandantenne kann also einen Frequenzbereich von zumindest 50 MHz bis 1.000 MHz abdecken, ohne einen signifikanten Verlust an Signalstärke zu erleiden. Für die höchste Frequenz von 1 GHz treten nur Nebenkeulen in und entgegen der Flugrichtung auf. Die seitliche Signalstärke ist aber maximal für die höchste Frequenz. Eine solche Bandbreite von 1:20 (von der niedrigsten bis zur höchsten Frequenz) ohne einen nennenswerten Signalverlust ist mit konventionellen Schlitzantennen nicht erreichbar.
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Diese Bandbreitenerweiterung ist durch die Ankopplung der Kompensationsschaltung 120 erzielt worden, die im Folgenden detaillierter beschrieben wird.
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Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Strahlungsdiagramm rundstrahlend in die Freiraum-Umgebung. Zum Beispiel kann die Breitbandantenne mit der Zylinderform aus der Fig. 1C in der gesamten Kreisebene (senkrecht zur Zylinderlängserstreckung) in 360° empfangen. Diese Variante eignet sich zur seitlichen Anbringung an einen metallischen Körper. Dann wird auch das Strahlungsdiagramm einseitig und die Impedanz ändert sich. Das ist für Anwendungen bei Flugfahrzeuge sehr gut, da keine Installationen unter dem Flugfahrzeug vorzunehmen sind, sondern eine seitliche Anbringung möglich ist.
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Fig. 3 zeigt beispielhaft eine Kompensationsschaltung 120, wie sie gemäß Ausführungsbeispielen eingesetzt werden kann. Die Kompensationsschaltung 120 koppelt an die beiden Kontaktbereiche 111, 112 an dem Schlitz 115 der Breitbandantenne. Die Kompensationsschaltung umfasst beispielhaft einen Tansimpedanzverstärker 122, einen Signalverstärker 126, einen Balun 124, einen Tiefpass-Filter 123 und einen optionalen analog-digital- (A/D-) Wandler 127. Der Tansimpedanzverstärker 122 und der Signalverstärker 126 kann auch durch ein Bauelement ausgeführt werden, welches entsprechend frequenzselektiv ist, um beispielsweise gedämpften Signale entsprechend zu verstärken. Der hierfür mögliche Tansimpedanzverstärker verstärkt (schwache) Stromsignale in verstärkte Spannungssignal, die dann besser verarbeitet werden können.
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Der Balun 124 (engl. balanced-unbalanced) ist ein Bauteil, welches ein unsymmetrisches Eingangssignal (mit einem Massekontakt) in ein symmetrisches Ausgangssignal (das elektrische Potential an beiden Kontakten ändert sich) umwandelt. Es umfasst typischerweise zwei Spulen, die miteinander gekoppelt sind, wobei der Masseanschluss ein Mittenkontakt sein kann. Wegen der Balun-Schaltung 124 kann für die unsymmetrische Signalführung ein übliches Koaxialkabel (z.B. am Eingang) genutzt werden.
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Der optionale Tiefpass-Filter 123 ist ausgebildet, um Niederfrequenzsignale durchzulassen und hochfrequente Signale herauszufiltern bzw. zu unterdrücken. Hiermit soll das Nutzsignal vom hochfrequenten Rauschen getrennt werden. Der optionale A/D-Wandler 127 kann dann genutzt werden, um beispielsweise die analogen Eingangssignale in digitale Signale 125 umzuwandeln, die dann in einer anschließenden Signalverarbeitungsschaltung ausgewertet werden können.
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Die Reihenfolge der einzelnen Bauteile in der Kompensationsschaltung 120 kann auch anders gewählt werden. So kann der Balun 124 auch direkt am Eingang oder am Ausgang der Kompensationsschaltung 120 ausgebildet werden. Ebenso können mehrere Verstärker vorgesehen sein (z.B. auch nach dem Tiefpassfilter 123). Ebenso können mehrere Tiefpassfilter 123 vorhanden sein, um nacheinander immer mehr Rauschen herauszufiltern.
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Diese Kompensationsschaltung 120 bewirkt, dass es sich bei der Breitbandantenne um eine aktive Schlitz-Antenne handelt, wo die aktiven Bestandteile (wie z.B. der beispielhafte Transimpendanz-Verstärker) genutzt werden, um die Bandbreitenerweiterung entsprechend den Wünschen und Erfordernissen einzustellen.
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Es versteht sich, dass es nicht zwingend ein Transimpedanz-Verstärker sein muss. Es jeder Verstärker genutzt werden, der am Eingang niederohmig ist.
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Fig. 4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zur Bandbreitenerweiterung von Schlitzantennen. Die Schlitzantenne umfasst - wie zuvor dargelegt - einen elektrisch-leitfähigen Grundkörper 110 mit einem Schlitz 115 entlang einer Längsausdehnung X, wobei der Grundkörper 110 in einem mittigen Bereich M des Schlitzes 115 entlang der Längsausdehnung X zwei gegenüberliegende Kontaktbereiche 111, 112 aufweist. Das Verfahren umfasst:
- Empfangen S110 von Antennensignalen durch ein Auskoppeln von Signalen an den gegenüberliegenden Kontaktbereichen 111, 112;
- Kompensieren S120 von Signaldämpfungen infolge einer Geometrie des Schlitzes 115; und
- Ausgeben S130 von kompensierten Antennensignalen 125.
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Als Material für den Grundkörper 110 kann beispielsweise Aluminium oder Kupfer verwendet werden, wobei Ausführungsbeispiele nicht zwingend auf ein bestimmtes Material eingeschränkt sind. Ebenso können andere metallische Materialien genutzt werden, in die ebenfalls entsprechende Schlitze 115 ausgebildet werden können.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann der Schlitz 115 an die Anforderungen der jeweiligen Antenne angepasst sein. Beispielsweise kann der Schlitz 115 eine Länge X von 30 cm oder mehr oder weniger aufweisen. Die Breite Y kann in einem Bereich zwischen 0,5 cm und 2 cm gewählt werden. Es versteht sich jedoch, dass die Schlitzgeometrie nahezu beliebig wählbar ist und an den gewünschten breitbandigen Frequenzbereich angepasst werden kann. Im Gegensatz zu konventionelle Schlitzantennen braucht die Schlitzlänge X nicht der Hälfte der zu erfassenden Wellenlänge sein. Gemäß Ausführungsbeispielen kann davon deutlich (um ein Vielfaches davon) abgewichen werden. Ausführungsbeispiele erlauben das Empfangen von längeren oder auch kürzeren Wellenlängen als jene, die der doppelten Schlitzlänge X entsprechen würde.
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Ausführungsbeispiele können insbesondere für linearen Interferometer oder auch für Kreisgruppenantennen genutzt werden und sind für die Peilung von Sender und deren Ortsbestimmung sehr gut geeignet.
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Ein weiterer Vorteil der Breitbandantenne gemäß Ausführungsbeispielen besteht darin, dass sie keinen Hohlleiter zum Einkoppeln/Auskoppeln von Signalen braucht. Auch der Grundkörper 110 selbst hat keinen Innenraum. Die Breitbandantenne kann einfach als eine Metallplatte (Grundkörper 110) mit dem Schlitz 115 gebildet werden, der über die Kontaktbereiche 111, 112 und die Kompensationsschaltung 120 kontaktierbar wird. Somit können Signale auf beiden Seiten des Grundkörpers 110 bzw. des Schlitzes 115 gleichermaßen empfangen werden. Eine Höhe entlang der Y-Richtung des Grundkörpers 110 kann sich auf ein paar Zentimeter beschränken und ist im Wesentlichen nur durch die Schlitzbreite Y begrenzt. Da die Schlitzbreite Y jedoch sehr klein gewählt werden kann (z.B. weniger als 1 cm oder wenige cm), kann die Aufbauhöhe beim Befestigen an einem Flugfahrzeug 50 sehr flach erfolgen. Dies bietet den wesentlichen Vorteil, dass bei dem Einsatz in Flugfahrzeugen die Breitbandantenne keinen nennenswerten Luftwiderstand darstellt und an beliebigen Stellen des Flugfahrzeuges angebracht werden kann. Beispielsweise kann die Breitbandantenne wegen ihrer geringen Aufbauhöhe an einer Unterseite des Flugfahrzeuges angebracht werden und es besteht keine Gefahr der Bodenberührung.
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Wegen ihrer Kompaktheit kann die Montage der Breitbandantenne am Flugfahrzeug nahezu beliebig durchgeführt werden. Der Schlitz 115 kann sich beispielsweise in Flugrichtung erstrecken und die Z-Richtung kann sich horizontal beidseitig vom Flugfahrzeug erstrecken (siehe Querschnitt A-A' in Fig. 1). Damit wird das symmetrische Antennendiagramm aus der Fig. 2A und der Fig. 2B erreicht. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können auch mehrere Schlitze 115 im Grundkörper 110 ausgebildet werden bzw. es können mehrere Antennen miteinander kombiniert werden, um eine möglichst große Abdeckung in einem unteren als auch in den beiden Seitenbereichen des Flugfahrzeuges zu ermöglichen.
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Im Vergleich zu konventionellen "Blade"-Antenne, die ebenfalls kompakte gebildet werden können, bieten Ausführungsbeispiele aber den Vorteil, dass bei einer horizontalen Ausdehnung oder Ausrichtung des Schlitzes vertikale Polarisationen möglichen sind. Das ist bei konventionellen "Blade"-Antennen nicht möglich.
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Zusammenfassend ist somit zu sagen, dass Ausführungsbeispiele eine neuartige Antennenform definieren, die für breitbandige Anwendungen besonders geeignet ist, wobei die Bandbreitenerweiterung Faktoren zwischen den Bandgrenzen von 1:20 oder 1:100 oder mehr erlauben. Daher ist die Antenne besonders gut für die militärische Aufklärung von Radarsignalen und von Kommunikationssignalen geeignet. Weitere Vorteile bestehen in der inhärenten Masseanbindung des Strahlers an die jeweilige Flugzeugstruktur, da der Grundkörper 110 direkt mit metallischen Teilen der Flugzeugstruktur verbunden werden kann und so eine zuverlässige Masseanbindung sichergestellt ist. Dadurch entsteht gleichzeitig eine hohe Widerstandskraft gegen elektrostatische Aufladungen, Blitzschutz als auch Vogelschlag.
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Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
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- 50
- Flugfahrzeug (z.B. Flugzeug, Drohne, Helikopter, Ragete)
- 110
- Grundkörper
- 115
- Schlitz, Öffnung
- 111, 112
- Kontaktbereiche
- 120
- Kompensationsschaltung
- 122
- Transimpedanzverstärker
- 123
- Tiefpassfilter
- 127
- A/D-Wandler
- 124
- Balun
- 125
- Antennensignale
- 126
- Signalverstärker
- 210,220,230,240
- Antennendiagramm zu verschiedenen Frequenzen
- M
- mittiger Bereich im Schlitz
- X
- Länge, Längsrichtung
- Y
- Breite, Querrichtung
- Z
- Tiefe, Dicke