WO2001043228A1 - Leaky wave antenna - Google Patents

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WO2001043228A1
WO2001043228A1 PCT/DE2000/004105 DE0004105W WO0143228A1 WO 2001043228 A1 WO2001043228 A1 WO 2001043228A1 DE 0004105 W DE0004105 W DE 0004105W WO 0143228 A1 WO0143228 A1 WO 0143228A1
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WO
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waveguide
wave antenna
antenna
leaky wave
dielectric
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Application number
PCT/DE2000/004105
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French (fr)
Inventor
Thomas Hansen
Dirk Mansen
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/20Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/28Non-resonant leaky-waveguide or transmission-line antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave comprising elements constituting electric discontinuities and spaced in direction of wave propagation, e.g. dielectric elements or conductive elements forming artificial dielectric
    • HELECTRICITY
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    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
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    • H01Q21/00Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
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    • H01Q21/068Two dimensional planar arrays using parallel coplanar travelling wave or leaky wave aerial units
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    • H01Q3/44Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/443Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element varying the phase velocity along a leaky transmission line

Definitions

  • the invention is based on a leaky wave antenna according to the preamble of the main claim.
  • a leaky wave antenna is already known, which is realized as a mechanically swiveling antenna by allowing metal strips applied to a rotating drum to pass a dielectric waveguide.
  • the metal strips are applied in such a way that their spacing changes when the drum rotates in the region of the dielectric waveguide, as a result of which a directed one swivels
  • Antenna characteristic which is also referred to below as a directional lobe, is realized.
  • the leaky-wave antenna according to the invention with the features of the main claim has the advantage that the leaky-wave antenna comprises means for changing the propagation constant of the waveguide, with a change in the propagation constant changing the wavelength of the electromagnetic wave propagating over the waveguide and thus changing the phase difference results, which leads to a pivoting of the directional antenna characteristic.
  • the leaky-wave antenna comprises means for changing the propagation constant of the waveguide, with a change in the propagation constant changing the wavelength of the electromagnetic wave propagating over the waveguide and thus changing the phase difference results, which leads to a pivoting of the directional antenna characteristic.
  • Swiveling device in which the individual transmission and / or reception areas are each covered by their own antenna, the power of an RF output stage during transmission being distributed to the individual antennas according to the desired antenna characteristics, results from the inventive leaky wave antenna according to the main claim of Advantage that a desired directional lobe can be pivoted by using a single antenna branch in the form of the waveguide by changing its propagation constant, so that no further antenna branches are required and space and effort are saved.
  • the means for changing the propagation constant comprise means for changing the effective permittivity ⁇ e ff for the electromagnetic wave propagating via the waveguide. It is possible to electronically pivot the directional lobe of the leaky-wave antenna via dielectric regions present on the side or in the dielectric waveguide, the relative permittivity ⁇ r of which can be controlled via an applied electrical voltage. The swivel angle of the antenna is set via the height of the electrical voltage applied to these dielectric areas. Thus, a very compact design of the antenna can be realized with a low height, the height in the is essentially determined by the control of the dielectric regions. Such a leaky wave antenna can be implemented at very low cost.
  • the waveguide is at least partially built up in layers, the tension being introduced between the layers. In this way, the control voltage required for pivoting the directional lobe can be reduced.
  • a further dielectric rod with a relative permittivity ⁇ r that can be changed by applying a voltage is arranged on a side of the waveguide opposite the fault locations of the waveguide in order to control the power distribution in the leaky wave antenna, with an increase in the relative permittivity ⁇ r of the further dielectric rod, the electromagnetic wave runs more in the region of the waveguide facing the second dielectric rod, so that less power is emitted at the interference locations.
  • a reduction in the relative permittivity ⁇ r of the further dielectric rod leads to the fact that the electromagnetic wave runs more in the region of the waveguide facing away from the further dielectric rod, so that more power is applied to the
  • the power radiation can be adapted to the needs of the user of the leaky wave antenna.
  • the further dielectric rod is divided into several separate sections, the relative permittivity ⁇ r of which can be changed individually, in order to control the output at least for a part of the Realize storage locations. In this way, it is possible to reduce interfering side lobes of the desired directional lobes in terms of their performance and thus to reduce power losses when radiating RF signals and to increase the antenna gain.
  • the means for changing the propagation constant comprise means for changing the effective permeability ⁇ e ff for the electromagnetic wave propagating through the waveguide.
  • the directional lobe of the leaky wave antenna can be pivoted, for example, via magnetizable ferrite rods integrated in the waveguide. The swivel angle of the directional lobe is then determined via the strength of the magnetization and the width of the ferrite rod.
  • a very compact design of the leaky wave antenna with a low overall height can be realized, the overall height being determined essentially by the control of the ferrite rod.
  • Such a leaky wave antenna can also be realized with low production costs.
  • the means for adjusting the magnetization each switch the ferrite elements between two magnetic saturation states.
  • the magnetization of the ferrite elements between the two magnetic saturation states can be realized particularly easily, so that the directional lobe is pivoted in two stages rather than continuously can, so that you get defined operating states for the leaky wave antenna, which are very reproducible.
  • Another advantage is that the ferrite elements are divided into sub-elements which have different cross-sectional areas and whose magnetization can be used to set a pivoting angle of the antenna characteristic which is dependent on the cross-sectional area. In this way, depending on these cross-sectional areas, swivel angle increments can be specified, which allow a multi-stage swiveling of the directional lobe with different swivel angles.
  • the means for adjusting the magnetization of the ferrite elements continuously control the magnetization of the ferrite elements between two magnetic saturation states. In this way, an analog swiveling behavior of the directional lobe, in which the
  • the ferrite elements are ring-shaped and that the means for adjusting the magnetization of the ferrite elements each comprise a conductor through which a current is wound around the corresponding ferrite element and which induces a magnetic field in the corresponding ferrite element. In this way, a particularly simple control for setting the magnetization of the ferrite elements is made possible, which essentially does not require any additional space.
  • Another advantage is that the interference locations are arranged on opposite sides of the waveguide, so that there is a uniform radiation and / or reception behavior of the leaky wave antenna.
  • Another advantage is that an antenna array is formed from several waveguides arranged in parallel and fed by a common distribution network. In this way, the antenna characteristics can be focused in a plane orthogonal to the waveguides without the need for expensive and usually large lenses.
  • phase shifter is assigned to at least some of the waveguides. In this way, the antenna characteristic in the plane orthogonal to the waveguides depending on the respective realized by the phase shifter
  • Phase shift of the electromagnetic wave guided in the respective waveguides are pivoted.
  • Distribution network is assigned, separately control the propagation constant to cause a phase shift between the individual waveguides. In this way, no separate phase shifters are required, so that space, costs and material can be saved.
  • Another advantage is that the magnetization of ferrite elements of different waveguides that are to be controlled in the same way are combined and controlled together. In this way, a more precise and less complex control of ferrite elements to be controlled in the same way can be realized, so that ferrite elements to be controlled in the same way are really controlled in the same way and not only slightly differently from one another.
  • a particularly compact and material-saving solution results from the fact that several identically controlled ferrite elements are combined to form a common ferrite ring in the area of mutually corresponding storage locations of several waveguides arranged in parallel. Particularly when the magnetization of such a ferrite ring is actuated by a current-carrying conductor wound around the ferrite ring, the actuation can be implemented simultaneously for several waveguides with particularly little effort.
  • Another advantage is that one or more reflection surfaces are arranged on at least one side of the at least one waveguide. In this way, the antenna gain can be increased.
  • Another advantage is that additional storage locations are arranged below, on the side of the waveguide facing away from the storage locations. In this way, an improvement in the radiation and / or reception properties can be achieved, in particular when interacting with the reflection surfaces.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a leaky wave antenna
  • FIG. 2 shows a dielectric waveguide with storage locations designed as metal strips
  • FIG. 3 shows an antenna array without phase shifters
  • FIG. 4 shows an antenna array with phase shifters
  • FIG. 5 shows a dielectric waveguide with storage locations designed as dielectric grooves
  • FIG. 6 shows a leaky wave antenna with controllable dielectric rods arranged on the side of the waveguide
  • FIG. 8b an example of a vertically slowly layered material
  • FIG. 9 a leaky wave antenna with horizontally slowly layered sides 10 shows a controllable dielectric rods arranged on the waveguide, FIG. 10 shows a leaky wave antenna with a controllable dielectric waveguide that is vertically slice-layered,
  • FIG. 12 shows a spin electron in a magnetized ferrite material
  • FIG. 13 shows circular polarization regions of the H field of an electromagnetic wave in the leaky wave antenna
  • FIG 14 shows an arrangement of ferrite elements not divided into partial elements in the leaky wave antenna for continuous control of the ferrite elements between two saturated states
  • FIG. 16 shows a leaky wave antenna with rectangular ferrite rings
  • FIG. 17 shows an antenna array with ferrite rings combined for several waveguides
  • FIG. 18 shows a leaky wave antenna with storage locations on opposite sides of the waveguide
  • FIG. 19 shows an antenna array with two orthogonal swivel planes for the directional lobes and phase integrated in the waveguide
  • FIG. 12 shows a spin electron in a magnetized ferrite material
  • FIG. 13 shows circular polarization regions of the H field of an electromagnetic wave in the leaky wave antenna
  • FIG 14 shows an arrangement of ferrite elements not divided into partial elements in the leaky wave antenna for continuous control of the ferrite elements between two saturated states
  • FIG. 20 shows a directional radiation of a leaky wave antenna with several storage locations
  • FIG. 21 shows an alternating activation of layered controllable dielectric material
  • FIG. 22 shows a relationship between the phase difference between two storage locations and the resulting swivel angle of the directional lobe
  • FIG. 23 shows an example of a magnetization curve for ferrite material
  • FIG. 24 shows a representation for defining a swivel angle range.
  • FIG. 1 schematically shows an arrangement of a leaky wave antenna 1, which comprises a dielectric waveguide 5 and is fed by a distribution network 85 with RF signals for radiation.
  • RF signals received by the leaky wave antenna 1 via the waveguide 5 are supplied in reverse to the distribution network 85 and are fed from there for further processing.
  • the waveguide 5 has a first directional antenna characteristic 25 in the form of a first directional lobe.
  • a control unit 30 is provided which controls the waveguide 5 in such a way that the first directional lobe 25 can be pivoted in two opposite directions by a pivoting angle ⁇ .
  • the RF signals are fed in or out via the distribution network 85 at a narrow end 115 of the waveguide 5 designed as an elongated cuboid.
  • Waveguide 5 has on one of its surfaces in the longitudinal direction according to FIG. 2 four storage locations 15 as storage strips transverse to the longitudinal direction.
  • the storage locations 15 can be metal strips as indicated in FIG. 2 or dielectric grooves as indicated in FIG. 5.
  • a directional antenna characteristic such as the first directional lobe 25 in the plane of the waveguide 5 according to FIG. 1 and Figure 20 is that adjacent storages 15 are equidistant. This results in the same phase difference between two mutually adjacent fault locations 15 for the electromagnetic field in the form of an electromagnetic wave 20 as shown in FIG. 13, which results from the feeding or reception of an RF signal and runs in the waveguide 5. Part of the fed-in RF signal is emitted or an RF signal is received at the fault locations 15.
  • the first directional antenna characteristic 25 is then effected in the plane of the waveguide 5 according to FIG. 1 and FIG. 2.
  • This first directional antenna characteristic 25 is shown in more detail in FIG. It can be seen that the first directional antenna characteristic 25 comprises a main lobe 100 and a plurality, for example four, in accordance with FIG. 20, side lobes 105.
  • FIG. 24 also shows the coupling of an RF signal at a narrow end 115 of the waveguide 5 for the transmission operating mode, as also shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 For the electronic control of the waveguide 5 for pivoting the first directional lobe 25 by means of the control unit 30, a control voltage U t t supplied by the control unit 30 to the leaky wave antenna 1 is shown in FIG. 1.
  • the same reference numerals designate the same elements as in FIG. 1.
  • the RF signal for example coming from an RF output stage, is fed into the distribution network 85 in order to be radiated by the leaky wave antenna 1.
  • an RF signal is received by the leaky wave antenna 1, the received RF signal being forwarded via the distribution network 85 to further circuits for processing the received RF signal, for example by mixing, by demodulation, by decoding, etc.
  • the leaky wave antenna 1 now comprises a plurality of waveguides 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 arranged parallel to one another. These each include, by way of example, sixteen fault locations 15.
  • Each of the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 is connected via a narrow-side end 115 to the distribution network 85 for supplying or receiving RF signals.
  • the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 are of equal length and comprise the same number of interference points 15, the interference points 15 of adjacent waveguides also being adjacent to one another, so that in the example according to FIG. 3 eight identical waveguides 5, 6, 7, ..., 12 are present, which have given the same positions for their storage locations 15.
  • An antenna array 80 is formed by the waveguides 5, 6, 7,... 3, in which the same reference numerals designate the same elements as in the other figures, in addition to the first directional lobe 25, a second directional lobe 26 orthogonal to the plane of the waveguides 5, 6, 7,... 12 is focused. In contrast to the first directional lobe 25, the second directional lobe 26 in the arrangement according to FIG. 3 is fixed and not pivotable.
  • the control unit 30 controls the individual waveguides 5, 6, 7,..., 12 in the manner described with reference to FIG. 1 by means of the control voltage Us.
  • the same reference numerals designate the same elements as in FIG. 3.
  • the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 of the antenna array 80 are each connected via a phase shifter 91, 92, 93, ..., 98 the
  • the phase shifters 91, 92, 93, .., 98 are each connected to the narrow-side end 115 of the corresponding waveguide 5, 6, 7, ..., 12, which faces the distribution network 85.
  • a different phase shift of the electromagnetic wave running in the individual waveguides 5, 6, 7, ..., 12 can be achieved, resulting in a certain pivot angle of the second beam 26 guide.
  • phase shifters 91, 92, 93,..., 98 are changed, the phase delay of the respective electromagnetic wave running there and thus the pivot angle p of the second directional lobe 26 on the associated waveguide changes the second directional lobe 26 can thus be effected by changing the setting of the phase of at least one of the phase shifters 91, 92, 93, ..., 98.
  • the phase shifters 91, 92, 93, ..., 98 are to be controlled accordingly, for example also via the control unit 30.
  • both the first directional lobe 25 and the second directional lobe 26 can thus be pivoted.
  • the following is the control of a dielectric waveguide to pivot it in the plane of the
  • the first directional lobe 25 lying on the waveguide is explained in more detail by way of example on the first dielectric waveguide 5 of the antenna array 80. It is possible to use the radiated power of the individual interference locations 15 of the first dielectric waveguide 5 when using
  • the direction of the radiation is dependent on the distance between the storage locations 15. Because of the distance of the radiation
  • Interference points 15 determine the phase position which is present at the emitting or receiving interference points 15 from the electromagnetic wave guided in the first dielectric waveguide 5.
  • FIG. 22 shows the relationship between the phase position and the swiveling angle ⁇ that arises using the simple example of blind spots 15 designed as isotropic omnidirectional radiators. Equation (3) represents the mathematical relationship.
  • the swivel angle ⁇ is calculated using:
  • CQ is the speed of light in a vacuum
  • f is the frequency of the electromagnetic wave
  • dg is the phase distance between two adjacent interference locations 15 on the first dielectric waveguide 5 based on the free-space wavelength
  • PQ is the phase difference of the electromagnetic wave between the two adjacent interference locations 15 in the first dielectric waveguide 5
  • the phase difference P9 between adjacent fault locations 15 can also be realized by influencing the propagation constant which the electromagnetic wave experiences in the first dielectric waveguide 5 and around the first dielectric waveguide 5.
  • the propagation constant consists of the phase measure ß, which indicates the phase change in the electromagnetic wave per unit length.
  • the phase measure is calculated
  • ⁇ e ff denotes the effective permeability that the electromagnetic wave as a whole experiences inside and outside the first dielectric waveguide 5
  • ⁇ e ff the effective permittivity that the electromagnetic wave as a whole inside and outside the first dielectric waveguide 5
  • the wavelength of the electromagnetic wave and f the frequency of the electromagnetic wave.
  • ⁇ P ⁇ denotes the change in the phase difference PQ between adjacent fault locations 15, d the distance between adjacent fault locations 15 and ⁇ ß the change in the phase dimension ⁇ .
  • the method described last is particularly suitable for the electronic pivoting of the first directional lobe 25 of the leaky wave antenna 1.
  • the propagation constant of the electromagnetic wave propagating in the first dielectric waveguide 5 of the leaky wave antenna 1 can be influenced, inter alia, by changing the effective permittivity ⁇ e ff that the electromagnetic wave experiences.
  • a dielectric material that has a variable relative permittivity ⁇ r .
  • Such a material is, for example, BSTO (barium strontium titanate), PZT (lead zircon titanate) or a material formed at least partially from one of the substances mentioned.
  • the relative permittivity ⁇ r of such materials can be determined by applying the electrical control voltage Ug-f- and thereby change caused electric field. This behavior can now be used as follows:
  • the first dielectric waveguide 5 of the leaky wave antenna 1 can be made directly from such a dielectric material with variable relative permittivity ⁇ r , or parts of the first dielectric waveguide 5 can be replaced by this material.
  • the electromagnetic wave does not only exist within the first dielectric waveguide 5 of the leaky wave antenna 1, but to a not insignificant extent also outside in the immediate vicinity of the first dielectric waveguide 5.
  • rods 35, 36 it is also possible to cause rods 35, 36 to be attached to the first dielectric waveguide 5 to bring about a change in the effective permittivity ⁇ eff, which acts on the electromagnetic wave when these rods 35, 36 are formed from dielectric material, whose relative permittivity ⁇ r can be changed.
  • equations (4), (5) and (3) with such a change in the relative permittivity ⁇ r, the rod 35, 36 and thus the effective permittivity ⁇ e ff again have correspondingly changed phase relationships between the emitting or receiving locations 15 and this results in the first directional lobe 25 of the leaky wave antenna 1 being pivoted.
  • FIG. 6 it is also possible to cause rods 35, 36 to be attached to the first dielectric waveguide 5 to bring about a change in the effective permittivity ⁇ eff, which acts on the electromagnetic wave when these rods 35, 36 are formed from dielectric material, whose relative permittivity ⁇ r can be changed.
  • the rods 35, 36 are on opposite longitudinal sides of the first dielectric Waveguide 5 is arranged, wherein this first dielectric waveguide 5 aquidistant in the longitudinal direction on a surface that connects the two long sides with the rods 35, 36, six storage points 15.
  • a further dielectric rod 40 with variable relative permittivity ⁇ r can be arranged in order to control the power radiation in the leaky wave antenna 1 on an underside of the first dielectric waveguide 5 opposite the surface with the locations 15. If the relative permittivity ⁇ r of this further dielectric rod 40 on the underside of the first dielectric waveguide 5 is increased, then the electromagnetic wave will run more in the region of the first dielectric waveguide 5 facing the further dielectric rod 40, so that less power at the storage locations 15 is emitted.
  • the electromagnetic wave 20 will run more in the region of the first dielectric waveguide 5 facing away from the further dielectric rod 40 and thus facing the storage locations 15, so that more power is radiated at the storage locations 15 becomes.
  • the further dielectric rod 40 on the underside of the first dielectric waveguide 5 into a plurality of sections which are separate from one another and whose respective relative permittivity ⁇ r can be individually changed or controlled by an individual one
  • the further dielectric rod 40 is divided into separate sections such that each individual storage location 15 or a part of the storage locations 15 is assigned its own section, the relative permittivity ⁇ r of which can be changed individually, so that for the corresponding storage location 15 an individual power control is realized. In this way, for example, side lobes 105 can be reduced in the radiation from the corresponding storage locations 15.
  • a dielectric rod 35, 36 with variable relative permittivity ⁇ r on at least one longitudinal side of the waveguide 5 and to arrange the further dielectric rod 40 on the underside of the first dielectric waveguide 5 in order to combine the associated and described effects with one another to combine.
  • the control voltage Ug t which introduces a static electric field into the dielectric material.
  • the required control voltage Ugt is greater the thicker the dielectric material.
  • the maximum swivel angle for swiveling the first directional lobe 25 depends on the relative permittivity ⁇ r and the thickness d of the corresponding dielectric material.
  • the effective permittivity ⁇ e ff results from the product of the relative permittivity ⁇ r with the permittivity ⁇ g in a vacuum.
  • the relative permittivity ⁇ r is changed by an external static electric field. The static electric field depends on the applied control voltage U ⁇ - and the thickness of the dielectric material
  • Equation (6) denotes the electric field strength of the applied static electric field, Ug t the control voltage applied across the thickness of the dielectric material via electrodes and d the thickness of the dielectric material with variable relative permittivity ⁇ r .
  • U ⁇ the thickness d of the dielectric material influences the resulting electric field strength E of the applied static electric field
  • the electric field strength E influencing the relative permittivity ⁇ r of the dielectric material influences the pivot angle of the first directional lobe 25 via the equations (4), (5) and (3).
  • the maximum adjustable swivel angle ⁇ of the first straightening lobe 25 is thus limited by the thickness d of the dielectric material.
  • Control voltage Ug- j - can then be applied to the individual layers 50, 51 via conductive boundary layers between adjacent layers 50, 51 to the individual layers 50, 51.
  • the thickness d of the dielectric material required for the leaky wave antenna 1 is divided into much thinner layers 50, 51.
  • the individual layers 50, 51 can each be driven with the same control voltage Ug ⁇ if adjacent layers 50, 51 are driven in opposite polarity, as shown in FIG.
  • This layer-by-layer control of the dielectric material can be used both in the waveguide 5 itself, as shown in FIG. 21, and in the dielectric rods 35, 36 which are optionally arranged on the longitudinal sides of the waveguide 5 and the further dielectric rod 40 which is optionally arranged on the underside of the waveguide 5 ,
  • the example of the first dielectric waveguide 5 shows a horizontally slow-layered dielectric material with mutually adjacent layers 50, 51.
  • FIG. 8a the example of the first dielectric waveguide 5 shows a horizontally slow-layered dielectric material with mutually adjacent layers 50, 51.
  • a vertically slow-layered dielectric material with mutually adjacent layers 50, 51 is shown using the example of the first dielectric waveguide 5.
  • a cross-layered dielectric material with mutually adjacent layers 50, 51 is shown using the example of the first dielectric waveguide 5.
  • the described longitudinal or transverse layering of the dielectric material can be applied both to the dielectric rod 35, 36 on the long sides of the waveguide 5 and to the further dielectric rod 40 on the underside of the first dielectric waveguide 5 and finally also in the first dielectric waveguide 5 itself deploy.
  • FIG. 9 shows an example of a first dielectric waveguide 5 with six storage locations 15 designed as metal strips and the dielectric rods 35, 36 with a horizontally slow-layered structure on the two long sides of the first dielectric waveguide 5.
  • FIG. 10 shows the first dielectric waveguide 5 as a vertically slow-layered dielectric waveguide with likewise six storage locations 15.
  • the first dielectric waveguide 5 can itself be made up of dielectric rods with variable relative permittivity ⁇ r by the vertical to achieve slow stratified construction. However, it does not necessarily have to be constructed in its entire width from dielectric rods, but can also consist of dielectric rods only in partial areas.
  • FIG. 11 shows, as an example, the first dielectric waveguide 5 with six storage locations 15 designed as metal strips and the further dielectric rod 40 with a cross-layered structure arranged on the underside of the first dielectric waveguide 5.
  • the number of storage locations 15 is not limited to four or six, as selected in the examples, but is arbitrary.
  • the number of storage locations 15 determines the opening angle of the main lobe 100 and can be selected according to the system requirement.
  • the more blind spots 15 are provided with a constant distance between two adjacent blind spots 15, the narrower the main lobe 100.
  • the leaky wave antenna 1 If the leaky wave antenna 1 is operated freely in space, it does not only radiate in the direction of use as indicated in FIG. 20. The leaky wave antenna 1 radiates just as strongly in the opposite direction. This radiation is not desirable in most applications and significantly reduces the antenna gain in the direction of use.
  • a higher gain of the leaky wave antenna 1 is therefore achieved by arranging one or more reflecting surfaces on the side of the first dielectric waveguide 5 facing away from the interference locations 15 and / or on at least one long side of the first dielectric waveguide 5.
  • the unwanted radiation is reflected by the reflective surfaces in the direction of use.
  • the reflective surfaces must be positioned and shaped in this way be that the reflected radiation overlaps the radiation in the direction of use so that no deformation of the radiation characteristic occurs in the direction of use.
  • the fields of application of the leaky wave antenna 1 described are antenna systems which have to be pivoted in at least one plane.
  • Such an antenna system with additional directional radiation orthogonal to the plane of the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 of the leaky wave antenna 1 is described in accordance with FIG. 3.
  • phase shifters 91, 92, 93,..., 98 also in the region of the respective dielectric waveguide facing the distribution network 85 5, 6, 7, ..., 12 can be integrated.
  • the phase shifters 91, 92, 93,..., 98 also in the region of the respective dielectric waveguide facing the distribution network 85 5, 6, 7, ..., 12 can be integrated.
  • Phase control voltages V stj _ i 1, 2, ..., 8 according to FIG. 19.
  • Different phase control voltages V s ti can result in different phase shifts of the electromagnetic waves in the individual waveguides 5, 6, 7, ..., 12 and thus lead to any adjustable pivoting angles of the second directional lobe 26.
  • one or more of the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 is provided without a phase shifter or integrated phase shift according to the embodiment according to FIG. 4 or according to FIG. 19, so that the electromagnetic wave in this waveguide or cannot be delayed in phase in these waveguides.
  • an electronically pivotable leaky wave antenna is thus realized, which is inexpensive and space-saving and can be used universally in adaptive antenna systems.
  • the leaky wave antenna 1 can also be used in high-resolution, imaging radar systems. Furthermore, use is possible in all systems in which a certain spatial area has to be scanned 2 or 3 dimensionally for the reception of HF signals by the leaky wave antenna 1.
  • a second exemplary embodiment for changing the propagation constant in the first dielectric waveguide 5 is described below. From phase shifter applications, for example according to the publication “Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters, Volume I, Dielectric and Feritte Phase Shifter ", Shiban K. Koul, Bharathi Bhat Artech House 1991, it is known that magnetized ferrites can be used to influence the propagation constant for an electromagnetic wave.
  • the magnetic properties of ferrites are caused, inter alia, by spin electrons 120 according to FIG. 12. They are particularly important for the function of the leaky wave antenna 1 described in this second example.
  • FIG. 12 shows an arbitrary spin electron 12 in a magnetized ferrite material. Due to its own rotation, this spin electron 120 has a certain magnetic dipole moment m. If a magnetic field H Q according to FIG. 12 is brought into the ferrite material
  • the spin electron 120 goes into an attempt to align itself in the direction of the introduced magnetic field Ho
  • Gyroscopic movement T according to FIG.
  • the axis of rotation of the gyro movement points in the direction of the introduced magnetic field H Q.
  • first dielectric waveguide 5 there are areas in which the high-frequency magnetic field vector of the propagating electromagnetic wave 20 according to FIG. 13 rotates almost uniformly in the yz plane of the Cartesian coordinate system. 13, first areas 125 are arranged on an upper side 135 of the first dielectric waveguide 5, whereas second areas 130 are arranged on an underside 140 of the first dielectric waveguide 5. Corresponding arrows indicate in FIG. 13 that the high-frequency magnetic field vector rotates on the left in the first areas 125, whereas it rotates on the right in the second areas 130. The first areas 125 is on the
  • Upper side 135 of the first dielectric waveguide 5 each assigned a storage location 15.
  • uniform rotation is understood to mean a rotation of the high-frequency magnetic field vector in the same direction, so that both the first regions 125 with one another and the second regions 130 with one another are characterized by uniform rotation of the high-frequency magnetic field vector are.
  • the electromagnetic wave 20 moves in the z direction through the first dielectric waveguide 5.
  • first areas 125 and second areas 130 are introduced over the entire width of the first dielectric waveguide of the leaky wave antenna 1 ferrite rod 41, 42, 43, ..., 47, Figure 13 showing a longitudinal section through the first dielectric waveguide 5, so that the Plane of the drawing is perpendicular to the broad side of the first dielectric waveguide 5.
  • the ferrite rods 41, 42,..., 47 are thus aligned perpendicular to the plane of the drawing in the x direction according to FIG. 14, which also shows a longitudinal section through the first dielectric waveguide 5, in the first dielectric waveguide 5.
  • the x axis of the Cartesian coordinate system points perpendicularly into the plane of the drawing.
  • a point represents a direction perpendicular into the plane of the drawing and a cross represents a direction perpendicularly out of the plane of the drawing.
  • the ferrite rods 41, 42, 43 located in the first regions 125 are magnetized in the x direction perpendicular to the plane of the drawing.
  • the ferrite rods 44, 45, 46, which are arranged in the second regions 130, on the other hand, are magnetized in the opposite direction, that is to say perpendicularly out of the plane of the drawing.
  • the gyroscopic movement of the spin electrons 120 caused by the respective magnetic field in the individual ferrite rods 41, 42, 43, 44, 45, 46 is then opposite to the direction of rotation of the high-frequency magnetic field vectors both in the first regions 125 and in the second regions 130 Figure 13.
  • the axis of rotation points perpendicularly out of the plane of the drawing opposite to the x direction
  • the axis of rotation points in the x direction.
  • the electromagnetic wave 20 then experiences an increased effective permeability ⁇ e ff - according to equations (4) and (5)
  • the phase difference PQ of mutually adjacent storage locations 15 thus increases. This increases the swivel angle ⁇ in accordance with equation (3), so that the first directional lobe 25 swings to the left in accordance with FIG.
  • FIG. 23 shows an example of a magnetization curve of a ferrite material.
  • the maximum magnetization of the ferrite material is a positive saturation magnetization 65 and a negative magnetization
  • Saturation magnetization 70 For these two values, the lowest and the highest adjustable effective permeability ⁇ e ff are reached. These limit values thus determine the maximum swivel angle range 110 according to equation (4) and (5) according to FIG. 24.
  • a swivel angle ⁇ within the swivel angle range 110 is achieved by setting a magnetization which lies between the two saturation magnetizations 65, 70 of the ferrite material according to FIG. 23. So there is a possibility that to continuously pivot the first directional lobe 25 of the leaky wave antenna 1 in the swivel angle range 110.
  • Swivel angle range 110 is used according to Figure 24. Applications are conceivable in which the swivel angle ⁇ lies only in a positive part 111 of the swivel angle range 110 or only in a negative part 112 of the swivel angle range 110.
  • the first directional lobe 25 can assume discrete swivel angles ⁇ . This leads to the process of digitally pivoting the first directional lobe 25.
  • the entire pivoting angle range 110 is divided into, for example, equally large angle ranges. These angular ranges determine the smallest angle by which the first directional lobe 25 has to be pivoted.
  • One implementation is such that the ferrite rods 41, 42 shown in FIG. 14 on the top 135 of the first dielectric waveguide 5, that is to say in the first regions 125 according to FIG. 13, which according to FIG. 14 are each assigned to a location 15 in several partial ferrite rods 71, 72, 73, 74 with differently sized and separate cross-sectional areas according to FIG. 15.
  • a first ferrite rod 41 is divided on the top 135 of the first dielectric waveguide 5 into a first partial ferrite rod 71 and a second partial ferrite rod 72.
  • a second ferrite rod 42 on the top 135 of the first dielectric waveguide 5 is divided into a third partial ferrite rod 73 and a fourth partial ferrite rod 74 according to FIG. 15.
  • the cross section 15 of the second partial ferrite rod 72 is chosen to be as large as the cross section of the fourth partial ferrite rod 74 and half as large as the cross section of the first partial ferrite rod 71 and the third partial ferrite rod
  • the cross-sectional sizes of the partial ferrite rod 71, 72, 73, 74 must be designed such that when the partial ferrite rod 72, 74 with the smallest cross-sectional areas are switched between their positive saturation magnetization 65 and their negative saturation magnetization 70, the first directional lobe 25 by the smallest predetermined swivel angle ⁇ swings.
  • the partial ferrite rod 71, 73 with the next larger cross-sectional areas must now be designed in their cross-sectional area such that when they are switched in their magnetization between their positive saturation magnetization 65 and their negative saturation magnetization 70, the first directional lobe 25 is pivoted by twice the smallest predetermined angle , This is correspondingly represented by the double cross-sectional area as described in FIG. 15. Part ferrite rod, which are not shown in Figure 15, and their
  • Cross-sectional areas are even larger than those described, must be designed in their cross-sectional area so that the first directional lobe 25 can pivot four times, eight times, etc. of the smallest predetermined angle, the cross-sectional areas corresponding to four times, eight times, etc.
  • Cross-sectional area of the second partial ferrite rod 72 must correspond.
  • the described linear relationship between cross-sectional area and swivel angle is chosen for illustration. As a rule, there will be no linear relationship between the cross-sectional area of the partial ferrite rod and the pivot angle that can be realized with it, so that doubling the pivot angle does not mean doubling the Cross-sectional area of the corresponding partial ferrite rod must go hand in hand. It is also possible that
  • the magnetization of the ferrite rod 41, 42, 43, 44, 45, 46 is decisive for the function of the leaky wave antenna 1 in the described second example. It can be done, for example, by the ferrite rod 41, 42, 43, 44, 45, 46 , 47 closes at both ends to form a rectangular ring according to FIG. 16 and induces a magnetic field via a current-carrying conductor wound around the resulting ferrite ring, so that the desired magnetization is achieved by correspondingly controlling the current flow through the conductor.
  • FIG. 16 shows a practical embodiment of the first dielectric waveguide 5 with four storage locations 15 on its top 135 and closed to form ferrite rings
  • Ferrite rods 41, 42, ..., 47 which are designed for digital pivoting of the first directional lobe 25 as partial ferrite rods 71, 72, ..., 76 which are closed to form partial ferrite rings.
  • the ferrite rod 41, 42, ..., 47 or the partial ferrite rod 71, 72, ..., 76 of adjacent dielectric waveguides 5, 6, 7, ..., 12 according to FIG Waveguides 5, 6, 7, 8 adjacent storage locations 15 are combined and, for example, are also each closed to form a ferrite ring or partial ferrite ring.
  • this is based on a 4X4 antenna array 80 consisting of four dielectric waveguides 5, 6, 7, 8, each with four blind spots 15 designed as metal strips for digitally pivoting the first directional lobe 25, that is to say using the Part ferrite rod 71, 72, .., 76 shown in the form of part ferrite rings.
  • FIG. 17 this is based on a 4X4 antenna array 80 consisting of four dielectric waveguides 5, 6, 7, 8, each with four blind spots 15 designed as metal strips for digitally pivoting the first directional lobe 25, that is to say using the Part ferrite rod 71, 72, .., 76 shown in the form of part fer
  • a plurality of ferrite rods 41, 42, 43, ..., 47 or partial ferrite rods 71, 72, 73, ..., 76, which are driven in the same way, can each be located in the area on adjacent waveguides 5, 6, 7, 8 corresponding fault locations 15 can be combined to form a common ferrite ring or partial ferrite ring, the waveguides 5, 6, 7, 8 being arranged in parallel as shown in FIG.
  • the storage locations 15 can be designed both as metal strips and as dielectric grooves. It can also be provided both in the first and in the second exemplary embodiment that some of the gaps 15 of the first dielectric waveguide 5 are designed as dielectric grooves, whereas other gates 15 of the first dielectric waveguide 5 are designed as metal strips.
  • the number of store locations 15 is also not limited to four, but is arbitrary. As described, the number of storage locations 15 determines the opening angle of the main lobe 100 and can be selected in accordance with the system requirement. The more blind spots 15 are present with the same blind spot spacing from one another, the narrower the main lobe 100 becomes.
  • the dielectric leaky-wave antenna 1 according to the first exemplary embodiment does not only radiate in the y direction according to FIGS. 14 and 15.
  • the leaky wave antenna 1 radiates just as strongly in the opposite direction. As described, this radiation is not desired in most applications and significantly reduces the antenna gain in the direction of use.
  • a higher gain of the leaky wave antenna 1 is therefore achieved as described by positioning reflection surfaces on the side of the first dielectric waveguide 5 facing away from the interference locations 15 or additionally on at least one longitudinal side of the first dielectric waveguide 5.
  • the unwanted radiation is reflected by the reflective surfaces in the direction of use.
  • Reflection surfaces should be positioned and shaped so that the reflected radiation overlaps the radiation in the direction of use in such a way that no deformation of the radiation characteristic occurs in the direction of use.
  • the description of the leaky wave antenna 1 with reference to the first dielectric waveguide 5 can be applied to all other dielectric waveguides 6, 7, 8,..., 12 both for the first exemplary embodiment described and for the second exemplary embodiment described.
  • the leaky wave antenna 1 can be constructed from a single dielectric waveguide described in the first exemplary embodiment or the second exemplary embodiment or from an antenna array with at least two such waveguides, the configuration as an antenna array 80 according to FIG. 3, FIG. 4, FIG. 17 and FIG. 19 with eight or four waveguides is only described as an example.
  • the areas of application of the dielectric leaky-wave antenna 1 according to the second exemplary embodiment are antenna systems which have to be pivoted in their antenna characteristics in at least one plane.
  • an antenna array 80 can also be realized for the second exemplary embodiment, as is exemplarily indicated in an implementation form in FIG. 17 and, in addition to the pivotable first directional lobe 25 in the direction of the waveguide plane according to the exemplary embodiment according to FIG. 3 5, 6, 7, ..., 12 also the second directional lobe 26 orthogonal to the plane of the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 has, however, according to the embodiment of Figure 3 is not pivotable.
  • the second directional lobe 26 can also be pivoted as described.
  • the leaky wave antenna 1 according to the second exemplary embodiment also provides an antenna with an electronically pivotable antenna characteristic which can be constructed in a cost-effective and space-saving manner and can generally be used as an antenna system which is adaptive in its antenna characteristic.
  • the leaky wave antenna 1 can be used, for example, in high-resolution, imaging radar systems.
  • the use of the leaky wave antenna 1 according to the first and the second exemplary embodiment is possible in all antenna systems in which a certain spatial area has to be scanned in two or three dimensions with or according to high-frequency signals.

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

The invention relates to a leaky wave antenna (1) that allows for the electronic scanning of the antenna characteristics. The inventive leaky wave antenna (1) comprises at least one dielectric waveguide (5, 6, 7,..., 12) and irregularities (15) at which a part each of an electromagnetic field guided across the waveguide (5, 6, 7,..., 12) in the form of an electromagnetic wave (20) is emitted or received, the phase difference of the electromagnetic wave (20) between adjacent irregularities (15) being substantially equal so that a directed antenna characteristic (25, 26) is obtained. The leaky wave antenna (1) comprises means (30; 35, 36; 41, 42, 43,..., 47) for changing the spreading factor of the waveguide (5, 6, 7,..., 12). When the spreading factor is changed, the wavelength of the electromagnetic wave (20) spreading across the waveguide (5, 6, 7,..., 12) is changed, thereby also changing the phase difference that leads to a scanning of the directional antenna characteristic (25, 26).

Description

LeckwellenantenneLeaky wave antenna
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht von einer Leckwellenantenne nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.The invention is based on a leaky wave antenna according to the preamble of the main claim.
Aus der US 5 572 228 ist bereits eine Leckwellenantenne bekannt, die als mechanisch schwenkende Antenne realisiert ist, indem sie auf einer rotierenden Trommel aufgebrachte Metallstreifen an einem dielektrischen Wellenleiter vorbeilaufen laßt. Die Metallstreifen sind dabei so aufgebracht, daß sich ihr Abstand bei der Rotation der Trommel im Bereich des dielektrischen Wellenleiters verändert, wodurch ein Schwenken einer gerichtetenFrom US 5 572 228 a leaky wave antenna is already known, which is realized as a mechanically swiveling antenna by allowing metal strips applied to a rotating drum to pass a dielectric waveguide. The metal strips are applied in such a way that their spacing changes when the drum rotates in the region of the dielectric waveguide, as a result of which a directed one swivels
Antennencharakteristik, die im folgenden auch als Richtkeule bezeichnet wird, realisiert wird.Antenna characteristic, which is also referred to below as a directional lobe, is realized.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemaße Leckwellenantenne mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Leckwellenantenne Mittel zur Änderung der Ausbreitungskonstante des Wellenleiters umfaßt, wobei sich durch eine Änderung der Ausbreitungskonstante eine Änderung der Wellenlange der sich über den Wellenleiter ausbreitenden elektromagnetischen Welle und damit eine Änderung der Phasendifferenz ergibt, die zu einer Schwenkung der gerichteten Antennencharakteristik fuhrt. Auf diese Weise ist es möglich, die Schwenkung der Richtkeule elektronisch zu steuern, ohne daß dazu mechanisch bewegliche Teile notwendig sind. Aufgrund der Einsparung mechanisch beweglicher Teile ist auch ein geringerer Platzbedarf für die Leckwellenantenne realisierbar.The leaky-wave antenna according to the invention with the features of the main claim has the advantage that the leaky-wave antenna comprises means for changing the propagation constant of the waveguide, with a change in the propagation constant changing the wavelength of the electromagnetic wave propagating over the waveguide and thus changing the phase difference results, which leads to a pivoting of the directional antenna characteristic. In this way it is possible to electronically pivot the directional lobe to control without the need for mechanically moving parts. Due to the saving of mechanically moving parts, less space is required for the leaky wave antenna.
Gegenüber Antennensystemen ohne mechanischeCompared to antenna systems without mechanical
Schwenkvorrichtung, bei denen die einzelnen Sende- und/oder Empfangsbereiche über jeweils eine eigene Antenne abgedeckt werden, wobei die Leistung einer HF-Endstufe beim Senden entsprechend der gewünschten Antennencharakteristik auf die einzelnen Antennen aufgeteilt wird, ergibt sich durch die erfindungsgemaße Leckwellenantenne gemäß dem Hauptanspruch der Vorteil, daß eine gewünschte Richtkeule durch Verwendung eines einzigen Antennenzweiges in Form des Wellenleiters durch Änderung seiner Ausbreitungskonstante geschwenkt werden kann, so daß keine weiteren Antennenzweige erforderlich sind und Platz und Aufwand eingespart werden.Swiveling device, in which the individual transmission and / or reception areas are each covered by their own antenna, the power of an RF output stage during transmission being distributed to the individual antennas according to the desired antenna characteristics, results from the inventive leaky wave antenna according to the main claim of Advantage that a desired directional lobe can be pivoted by using a single antenna branch in the form of the waveguide by changing its propagation constant, so that no further antenna branches are required and space and effort are saved.
Durch die in den Unteranspruchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Leckwellenantenne möglich.Advantageous further developments and improvements of the leaky wave antenna specified in the main claim are possible through the measures listed in the subclaims.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Mittel zur Änderung der Ausbreitungskonstante Mittel zur Änderung der effektiven Permittivitat εeff für die sich über den Wellenleiter ausbreitende elektromagnetische Welle umfassen. Über seitlich oder im dielektrischen Wellenleiter vorhandene dielektrische Bereiche, deren relative Permittivitat εr über eine angelegte elektrische Spannung gesteuert werden kann, ist es möglich, die Richtkeule der Leckwellenantenne elektronisch zu schwenken. Der Schwenkwinkel der Antenne wird dabei über die Hohe der an diese dielektrischen Bereiche angelegten elektrischen Spannung eingestellt. Somit laßt sich eine sehr kompakte Bauform der Antenne mit niedriger Bauhohe realisieren, wobei die Bauhohe im wesentlichen durch die Ansteuerung der dielektrischen Bereiche bestimmt wird. Eine solche Leckwellenantenne laßt sich mit sehr geringen Kosten realisieren.It is particularly advantageous that the means for changing the propagation constant comprise means for changing the effective permittivity ε e ff for the electromagnetic wave propagating via the waveguide. It is possible to electronically pivot the directional lobe of the leaky-wave antenna via dielectric regions present on the side or in the dielectric waveguide, the relative permittivity ε r of which can be controlled via an applied electrical voltage. The swivel angle of the antenna is set via the height of the electrical voltage applied to these dielectric areas. Thus, a very compact design of the antenna can be realized with a low height, the height in the is essentially determined by the control of the dielectric regions. Such a leaky wave antenna can be implemented at very low cost.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Wellenleiter zumindest teilweise schichtweise aufgebaut ist, wobei die Spannung zwischen den Schichten eingebracht wird. Auf diese Weise laßt sich die für das Schwenken der Richtkeule benotigte Steuerspannung reduzieren.Another advantage is that the waveguide is at least partially built up in layers, the tension being introduced between the layers. In this way, the control voltage required for pivoting the directional lobe can be reduced.
Besonders vorteilhaft ist es, daß auf einer den Storstellen des Wellenleiters gegenüberliegenden Seite des Wellenleiters ein weiterer dielektrischer Stab mit durch Anlegen einer Spannung veränderbarer relativer Permittivitat εr angeordnet ist, um die Leistungsaufteilung in der Leckwellenantenne zu steuern, wobei durch eine Erhöhung der relativen Permittivitat εr des weiteren dielektrischen Stabes die elektromagnetische Welle mehr in dem dem zweiten dielektrischen Stab zugewandten Bereich des Wellenleiters verlauft, so daß weniger Leistung an den Storstellen abgestrahlt wird. Entsprechend fuhrt eine Senkung der relativen Permittivitat εr des weiteren dielektrischen Stabes dazu, daß die elektromagnetische Welle mehr in dem dem weiteren dielektrischen Stab abgewandten Bereich des Wellenleiters verlauft, so daß mehr Leistung an denIt is particularly advantageous that a further dielectric rod with a relative permittivity ε r that can be changed by applying a voltage is arranged on a side of the waveguide opposite the fault locations of the waveguide in order to control the power distribution in the leaky wave antenna, with an increase in the relative permittivity ε r of the further dielectric rod, the electromagnetic wave runs more in the region of the waveguide facing the second dielectric rod, so that less power is emitted at the interference locations. Correspondingly, a reduction in the relative permittivity ε r of the further dielectric rod leads to the fact that the electromagnetic wave runs more in the region of the waveguide facing away from the further dielectric rod, so that more power is applied to the
Storstellen abgestrahlt wird. Auf diese Weise kann je nach Ansteuerung des weiteren dielektrischen Stabes die Leistungsabstrahlung an die Bedurfnisse des Benutzers der Leckwellenantenne angepaßt werden.Is emitted. In this way, depending on the control of the further dielectric rod, the power radiation can be adapted to the needs of the user of the leaky wave antenna.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der weitere dielektrische Stab in mehrere voneinander getrennte Abschnitte aufgeteilt ist, deren relative Permittivitat εr individuell veränderbar ist, um eine individuelle Leistungsansteuerung zumindest für einen Teil der Storstellen zu realisieren. Auf diese Weise wird es ermöglicht, störende Nebenkeulen der gewünschten Richtkeulen in ihrer Leistung zu reduzieren und somit Leistungsverluste beim Abstrahlen von HF-Signalen zu verringern und den Antennengewinn zu erhohen.Another advantage is that the further dielectric rod is divided into several separate sections, the relative permittivity ε r of which can be changed individually, in order to control the output at least for a part of the Realize storage locations. In this way, it is possible to reduce interfering side lobes of the desired directional lobes in terms of their performance and thus to reduce power losses when radiating RF signals and to increase the antenna gain.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Mittel zur Änderung der Ausbreitungskonstante Mittel zur Änderung der effektiven Permeabilität μeff für die sich über den Wellenleiter ausbreitende elektromagnetische Welle umfassen. Auf diese Weise kann die Richtkeule der Leckwellenantenne beispielsweise über im Wellenleiter integrierte magnetisierbare Ferritstabe geschwenkt werden. Der Schwenkwinkel der Richtkeule wird dann über die Starke der Magnetisierung und die Breite der Ferritstabe bestimmt. Auch auf diese Weise läßt sich eine sehr kompakte Bauform der Leckwellenantenne mit niedriger Bauhohe realisieren, wobei die Bauhohe im wesentlichen durch die Ansteuerung der Ferritstabe bestimmt wird. Eine solche Leckwellenantenne ist ebenfalls mit niedrigen Produktionskosten realisierbar.Another advantage is that the means for changing the propagation constant comprise means for changing the effective permeability μ e ff for the electromagnetic wave propagating through the waveguide. In this way, the directional lobe of the leaky wave antenna can be pivoted, for example, via magnetizable ferrite rods integrated in the waveguide. The swivel angle of the directional lobe is then determined via the strength of the magnetization and the width of the ferrite rod. In this way, too, a very compact design of the leaky wave antenna with a low overall height can be realized, the overall height being determined essentially by the control of the ferrite rod. Such a leaky wave antenna can also be realized with low production costs.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Mittel zur Einstellung der Magnetisierung die Ferritelemente jeweils zwischen zwei magnetischen Sattigungszustanden umschalten. Bei Magnetisierungskurven von Ferritelementen, die über eine ausgeprägte Hysterese-Form verfugen, die in ihren Flanken sehr steil ist, laßt sich die Magnetisierung der Ferritelemente zwischen den beiden magnetischen Sattigungszustanden besonders einfach realisieren, so daß die Richtkeule nicht kontinuierlich, sondern in zwei Stufen geschwenkt werden kann, so daß man definierte Betriebszustande für die Leckwellenantenne erhalt, die sehr gut reproduzierbar sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Ferritelemente in Teilelemente aufgeteilt sind, die unterschiedliche Querschnittsflache aufweisen und durch deren Magnetisierung jeweils ein von der Querschnittsflache abhangiger Schwenkwinkel der Antennencharakteristik einstellbar ist. Auf diese Weise lassen sich in Abhängigkeit dieser Querschnittsflachen Schwenkwinkelinkremente vorgeben, die ein mehrstufiges Schwenken der Richtkeule mit unterschiedlichen Schwenkwinkeln ermöglichen.It is particularly advantageous that the means for adjusting the magnetization each switch the ferrite elements between two magnetic saturation states. With magnetization curves of ferrite elements that have a pronounced hysteresis shape that is very steep in their flanks, the magnetization of the ferrite elements between the two magnetic saturation states can be realized particularly easily, so that the directional lobe is pivoted in two stages rather than continuously can, so that you get defined operating states for the leaky wave antenna, which are very reproducible. Another advantage is that the ferrite elements are divided into sub-elements which have different cross-sectional areas and whose magnetization can be used to set a pivoting angle of the antenna characteristic which is dependent on the cross-sectional area. In this way, depending on these cross-sectional areas, swivel angle increments can be specified, which allow a multi-stage swiveling of the directional lobe with different swivel angles.
Vorteilhaft ist es auch, daß die Mittel zur Einstellung der Magnetisierung der Ferritelemente die Magnetisierung der Ferritelemente kontinuierlich zwischen zwei magnetischen Sattigungszustanden ansteuern. Auf diese Weise kann ein analoges Schwenkverhalten der Richtkeule, bei der dieIt is also advantageous that the means for adjusting the magnetization of the ferrite elements continuously control the magnetization of the ferrite elements between two magnetic saturation states. In this way, an analog swiveling behavior of the directional lobe, in which the
Richtkeule zwischen zwei magnetischen Sattigungszustanden zugeordneten Grenzwinkeln jeden beliebigen Schwenkwinkel einnehmen kann.Directional lobe between two magnetic saturation states associated limit angles can take any pivot angle.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Ferritelemente ringförmig ausgebildet sind und daß die Mittel zur Einstellung der Magnetisierung der Ferritelemente jeweils einen um das entsprechende Ferritelement gewickelten Strom durchflossenen Leiter umfassen, der ein Magnetfeld im entsprechenden Ferritelement induziert. Auf diese Weise wird eine besonders einfache Ansteuerung für die Einstellung der Magnetisierung der Ferritelemente ermöglicht, die im wesentlichen keinen zusatzlichen Platzbedarf erfordert.Another advantage is that the ferrite elements are ring-shaped and that the means for adjusting the magnetization of the ferrite elements each comprise a conductor through which a current is wound around the corresponding ferrite element and which induces a magnetic field in the corresponding ferrite element. In this way, a particularly simple control for setting the magnetization of the ferrite elements is made possible, which essentially does not require any additional space.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Storstellen auf einander gegenüberliegenden Seiten des Wellenleiters angeordnet sind, so daß sich ein gleichmaßiges Abstrahl- und/oder Empfangsverhalten der Leckwellenantenne ergibt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein Antennenarray aus mehreren parallel angeordneten Wellenleitern gebildet und durch ein gemeinsames Verteilnetzwerk gespeist ist. Auf diese Weise laßt sich eine Fokussierung der Antennencharakteristik in einer Ebene orthogonal zu den Wellenleitern einstellen, ohne daß dazu teuere und meist große Linsen erforderlich sind.Another advantage is that the interference locations are arranged on opposite sides of the waveguide, so that there is a uniform radiation and / or reception behavior of the leaky wave antenna. Another advantage is that an antenna array is formed from several waveguides arranged in parallel and fed by a common distribution network. In this way, the antenna characteristics can be focused in a plane orthogonal to the waveguides without the need for expensive and usually large lenses.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zumindest einem Teil der Wellenleiter jeweils ein Phasenschieber zugeordnet ist. Auf diese Weise kann die Antennencharakteristik in der Ebene orthogonal zu den Wellenleitern in Abhängigkeit der durch die Phasenschieber realisierten jeweiligenAnother advantage is that a phase shifter is assigned to at least some of the waveguides. In this way, the antenna characteristic in the plane orthogonal to the waveguides depending on the respective realized by the phase shifter
Phasenverschiebung der in den entsprechenden Wellenleitern jeweils geführten elektromagnetischen Welle geschwenkt werden.Phase shift of the electromagnetic wave guided in the respective waveguides are pivoted.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Mittel zur Änderung der Ausbreitungskonstante des Wellenleiters in einem Bereich an einem Ende des jeweiligen Wellenleiters, das demIt is particularly advantageous that the means for changing the propagation constant of the waveguide in a region at one end of the respective waveguide that the
Verteilnetzwerk zugeordnet ist, die Ausbreitungskonstante getrennt ansteuern, um eine Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Wellenleitern zu bewirken. Auf diese Weise sind keine separaten Phasenschieber erforderlich, so daß Platz, Kosten und Material eingespart werden können.Distribution network is assigned, separately control the propagation constant to cause a phase shift between the individual waveguides. In this way, no separate phase shifters are required, so that space, costs and material can be saved.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß in ihrer Magnetisierung gleich anzusteuernde Ferritelemente verschiedener Wellenleiter zusammengefaßt und gemeinsam angesteuert sind. Auf diese Weise laßt sich eine präzisere und weniger aufwendige Ansteuerung gleich anzusteuernder Ferritelemente realisieren, so daß gleich anzusteuernde Ferritelemente auch wirklich gleich und nicht auch nur geringfügig voneinander abweichend angesteuert werden. Eine besonders kompakte und materialsparende Losung ergibt sich dabei dadurch, daß jeweils mehrere gleich angesteuerte Ferritelemente im Bereich einander entsprechender Storstellen mehrerer parallel angeordneter Wellenleiter zu einem gemeinsamen Ferritring zusammengefaßt sind. Besonders bei Ansteuerung der Magnetisierung eines solchen Ferritrings durch einen um den Ferritring gewickelten stromführenden Leiter laßt sich die Ansteuerung besonders aufwandsarm für mehrere Wellenleiter gleichzeitig realisieren.Another advantage is that the magnetization of ferrite elements of different waveguides that are to be controlled in the same way are combined and controlled together. In this way, a more precise and less complex control of ferrite elements to be controlled in the same way can be realized, so that ferrite elements to be controlled in the same way are really controlled in the same way and not only slightly differently from one another. A particularly compact and material-saving solution results from the fact that several identically controlled ferrite elements are combined to form a common ferrite ring in the area of mutually corresponding storage locations of several waveguides arranged in parallel. Particularly when the magnetization of such a ferrite ring is actuated by a current-carrying conductor wound around the ferrite ring, the actuation can be implemented simultaneously for several waveguides with particularly little effort.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß an mindestens einer Seite des mindestens einen Wellenleiters eine oder mehrere Reflexionsflachen angeordnet sind. Auf diese Weise laßt sich eine Erhöhung des Antennengewinns bewirken.Another advantage is that one or more reflection surfaces are arranged on at least one side of the at least one waveguide. In this way, the antenna gain can be increased.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß unterhalb, an der den Storstellen abgewandten Seite des Wellenleiters zusatzliche Storstellen angeordnet sind. Auf diese Weise laßt sich eine Verbesserung der Abstrahl- und/oder Empfangseigenschaften, insbesondere beim Zusammenwirken mit den Reflexionsflachen, erreichen.Another advantage is that additional storage locations are arranged below, on the side of the waveguide facing away from the storage locations. In this way, an improvement in the radiation and / or reception properties can be achieved, in particular when interacting with the reflection surfaces.
Zeichnungdrawing
Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild einer Leckwellenantenne, Figur 2 einen dielektrischen Wellenleiter mit als Metallstreifen ausgebildeten Storstellen, Figur 3 ein Antennenarray ohne Phasenschieber, Figur 4 ein Antennenarray mit Phasenschiebern, Figur 5 einen dielektrischen Wellenleiter mit als dielektrischen Nuten ausgebildeten Storstellen, Figur 6 eine Leckwellenantenne mit seitlich am Wellenleiter angeordneten steuerbaren dielektrischen Stäben, Figur 7 eine Leckwellenantenne mit einem zusatzlichem unterhalb am Wellenleiter angeordneten steuerbaren dielektrischen Stab, Figur 8a) ein Beispiel für ein horizontal langsgeschichtetes Material, Figur 8b) ein Beispiel für ein vertikal langsgeschichtetes Material und Figur 8c) ein Beispiel für ein quergeschichtetes Material, Figur 9 eine Leckwellenantenne mit horizontal langsgeschichteten seitlich am Wellenleiter angeordneten steuerbaren dielektrischen Stäben, Figur 10 eine Leckwellenantenne mit vertikal langsgeschichtetem steuerbaren dielektrischen Wellenleiter, Figur 11 eineExemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. FIG. 1 shows a block diagram of a leaky wave antenna, FIG. 2 shows a dielectric waveguide with storage locations designed as metal strips, FIG. 3 shows an antenna array without phase shifters, FIG. 4 shows an antenna array with phase shifters, FIG. 5 shows a dielectric waveguide with storage locations designed as dielectric grooves, and FIG. 6 shows a leaky wave antenna with controllable dielectric rods arranged on the side of the waveguide, FIG. 7 with a leaky wave antenna an additional controllable dielectric rod arranged underneath the waveguide, FIG. 8a) an example of a horizontally slowly layered material, FIG. 8b) an example of a vertically slowly layered material and FIG. 8c) an example of a horizontally layered material, FIG. 9 a leaky wave antenna with horizontally slowly layered sides 10 shows a controllable dielectric rods arranged on the waveguide, FIG. 10 shows a leaky wave antenna with a controllable dielectric waveguide that is vertically slice-layered,
Leckwellenantenne mit unterhalb am Wellenleiter angeordnetem quergeschichtetem dielektrischen Stab, Figur 12 ein Spinelektron m einem magnetisierten Ferritmaterial, Figur 13 zirkuläre Polarisationsbereiche des H-Feldes einer elektromagnetischen Welle in der Leckwellenantenne, Figur 15 eine Aufteilung von Ferritelementen in Teilelemente in der Leckwellenantenne für eine sättigende Ansteuerung der Ferritelemente, Figur 14 eine Anordnung von nicht in Teilelemente aufgeteilten Ferritelementen in der Leckwellenantenne für eine kontinuierliche Ansteuerung der Ferritelemente zwischen zwei Sattigungszustanden, Figur 16 eine Leckwellenantenne mit rechteckigen Ferritringen, Figur 17 ein Antennenarray mit für mehrere Wellenleiter zusammengefaßten Ferritringen, Figur 18 eine Leckwellenantenne mit Storstellen an einander gegenüberliegenden Seiten des Wellenleiters, Figur 19 ein Antennenarray mit zwei orthogonalen Schwenkebenen für die Richtkeulen und in die Wellenleiter integrierten Phasenschiebern, Figur 20 eine gerichtete Abstrahlung einer Leckwellenantenne mit mehreren Storstellen, Figur 21 eine alternierende Ansteuerung von geschichtetem steuerbarem dielektrischen Material, Figur 22 einen Zusammenhang zwischen der Phasendifferenz zwischen zwei Storstellen und dem resultierenden Schwenkwinkel der Richtkeule, Figur 23 ein Beispiel einer Magnetisierungskurve für Ferritmaterial und Figur 24 eine Darstellung zur Definition eines Schwenkwinkelbereichs .Leaky wave antenna with a cross-layered dielectric rod arranged underneath the waveguide, FIG. 12 shows a spin electron in a magnetized ferrite material, FIG. 13 shows circular polarization regions of the H field of an electromagnetic wave in the leaky wave antenna, FIG 14 shows an arrangement of ferrite elements not divided into partial elements in the leaky wave antenna for continuous control of the ferrite elements between two saturated states, FIG. 16 shows a leaky wave antenna with rectangular ferrite rings, FIG. 17 shows an antenna array with ferrite rings combined for several waveguides, FIG. 18 shows a leaky wave antenna with storage locations on opposite sides of the waveguide, FIG. 19 shows an antenna array with two orthogonal swivel planes for the directional lobes and phase integrated in the waveguide FIG. 20 shows a directional radiation of a leaky wave antenna with several storage locations, FIG. 21 shows an alternating activation of layered controllable dielectric material, FIG. 22 shows a relationship between the phase difference between two storage locations and the resulting swivel angle of the directional lobe, FIG. 23 shows an example of a magnetization curve for ferrite material and FIG. 24 shows a representation for defining a swivel angle range.
Beschreibung der AusfuhrungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
In Figur 1 ist schematisch eine Anordnung einer Leckwellenantenne 1 dargestellt, die einen dielektrischen Wellenleiter 5 umfaßt und von einem Verteilnetzwerk 85 mit HF-Signalen zur Abstrahlung gespeist wird. Von der Leckwellenantenne 1 über den Wellenleiter 5 empfangene HF- Signale werden umgekehrt an das Verteilnetzwerk 85 geliefert und von dort einer Weiterverarbeitung zugeführt. Der Wellenleiter 5 weist eine erste gerichtete Antennencharakteristik 25 in Form einer ersten Richtkeule auf. Weiterhin ist eine Steuerungseinheit 30 vorgesehen, die den Wellenleiter 5 derart ansteuert, daß die erste Richtkeule 25 um einen Schwenkwinkel φ in zwei entgegengesetzte Richtungen schwenkbar ist.FIG. 1 schematically shows an arrangement of a leaky wave antenna 1, which comprises a dielectric waveguide 5 and is fed by a distribution network 85 with RF signals for radiation. RF signals received by the leaky wave antenna 1 via the waveguide 5 are supplied in reverse to the distribution network 85 and are fed from there for further processing. The waveguide 5 has a first directional antenna characteristic 25 in the form of a first directional lobe. Furthermore, a control unit 30 is provided which controls the waveguide 5 in such a way that the first directional lobe 25 can be pivoted in two opposite directions by a pivoting angle φ.
Die Einspeisung bzw. Auskopplung von HF-Signalen erfolgt über das Verteilnetzwerk 85 an einem schmalen Ende 115 des als langgezogener Quader ausgebildeten Wellenleiters 5.The RF signals are fed in or out via the distribution network 85 at a narrow end 115 of the waveguide 5 designed as an elongated cuboid.
In Figur 2 ist der die Leckwellenantenne 1 bildende Wellenleiter 5 in einer Schragansicht dargestellt. DerIn Figure 2, the waveguide 5 forming the leaky wave antenna 1 is shown in an oblique view. The
Wellenleiter 5 weist dabei an einer seiner Oberflachen in Längsrichtung gemäß Figur 2 vier Storstellen 15 als Storstreifen quer zur Längsrichtung auf. Dabei kann es sich bei den Storstellen 15 um Metallstreifen wie in Figur 2 angedeutet handeln oder um dielektrische Nuten, wie in Figur 5 angedeutet.Waveguide 5 has on one of its surfaces in the longitudinal direction according to FIG. 2 four storage locations 15 as storage strips transverse to the longitudinal direction. The storage locations 15 can be metal strips as indicated in FIG. 2 or dielectric grooves as indicated in FIG. 5.
Entscheidend für die Bildung einer gerichteten Antennencharakteristik, wie beispielsweise der ersten Richtkeule 25 in der Ebene des Wellenleiters 5 gemäß Figur 1 und Figur 20 ist, daß benachbarte Storstellen 15 gleichen Abstand voneinander haben. Dadurch ergibt sich zwischen zwei jeweils einander benachbarten Storstellen 15 für das durch Einspeisung oder Empfang eines HF-Signals sich ergebende und im Wellenleiter 5 verlaufende elektromagnetische Feld in Form einer elektromagnetischen Welle 20 gemäß Figur 13 jeweils die gleiche Phasendifferenz. An den Storstellen 15 wird jeweils ein Teil des eingespeisten HF-Signals abgestrahlt bzw. ein HF-Signal empfangen. Aufgrund der gleichen Phasendifferenz der im Wellenleiter 5 verlaufenden elektromagnetischen Welle zwischen einander benachbarten Storstellen 15 wird dann die erste gerichtete Antennencharakteristik 25 in der Ebene des Wellenleiters 5 gemäß Figur 1 und Figur 2 bewirkt. Diese erste gerichtete Antennencharakteristik 25 ist in Figur 20 naher dargestellt. Dabei ist erkennbar, daß die erste gerichtete Antennencharakteristik 25 eine Hauptkeule 100 und mehrere, gemäß Figur 20 beispielsweise vier, Nebenkeulen 105 umfaßt.Crucial for the formation of a directional antenna characteristic, such as the first directional lobe 25 in the plane of the waveguide 5 according to FIG. 1 and Figure 20 is that adjacent storages 15 are equidistant. This results in the same phase difference between two mutually adjacent fault locations 15 for the electromagnetic field in the form of an electromagnetic wave 20 as shown in FIG. 13, which results from the feeding or reception of an RF signal and runs in the waveguide 5. Part of the fed-in RF signal is emitted or an RF signal is received at the fault locations 15. On the basis of the same phase difference of the electromagnetic wave running in the waveguide 5 between adjacent storage locations 15, the first directional antenna characteristic 25 is then effected in the plane of the waveguide 5 according to FIG. 1 and FIG. 2. This first directional antenna characteristic 25 is shown in more detail in FIG. It can be seen that the first directional antenna characteristic 25 comprises a main lobe 100 and a plurality, for example four, in accordance with FIG. 20, side lobes 105.
In Figur 24 kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in Figur 20, wobei ausgehend von der Darstellung der ersten Richtkeule 25 in Figur 20 die FigurIn FIG. 24, the same reference numerals designate the same elements as in FIG. 20, the figure starting from the illustration of the first directional lobe 25 in FIG
24 einen Schwenkwinkelbereich 110 darstellt, innerhalb dessen durch elektronische Ansteuerung des Wellenleiters 5 ein Schwenkwinkel φ für das Schwenken der ersten Richtkeule24 shows a swivel angle range 110 within which, by electronically actuating the waveguide 5, a swivel angle φ for swiveling the first directional lobe
25 eingestellt werden kann. In Figur 24 ist für den Sendebetriebsmodus noch die Einkopplung eines HF-Signals an einem schmalseitigen Ende 115 des Wellenleiters 5 wie auch in Figur 1 dargestellt.25 can be set. FIG. 24 also shows the coupling of an RF signal at a narrow end 115 of the waveguide 5 for the transmission operating mode, as also shown in FIG. 1.
Für die elektronische Ansteuerung des Wellenleiters 5 zum Schwenken der ersten Richtkeule 25 mittels der Steuerungseinheit 30 ist stellvertretend eine von der Steuerungseinheit 30 der Leckwellenantenne 1 zugefuhrte Steuerspannung Ußt in Figur 1 dargestellt. In Figur 3 kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in Figur 1. Gemäß Figur 3 wird das HF-Signal, beispielsweise von einer HF-Endstufe kommend, in das Verteilnetzwerk 85 eingespeist, um von der Leckwellenantenne 1 abgestrahlt zu werden. Entsprechend umgekehrt erfolgt der Empfang eines HF-Signals durch die Leckwellenantenne 1, wobei das empfangene HF-Signal über das Verteilnetzwerk 85 an weiterfuhrende Schaltungen zur Verarbeitung des empfangenen HF-Signals, beispielsweise durch Mischung, durch Demodulation, durch Decodierung usw., weitergeleitet wird. Zur Trennung von Sende- und Empfangsrichtung kann dem Verteilnetzwerk 85 eine Antennenweiche vorgeschaltet sein. Gemäß Figur 3 umfaßt nun die Leckwellenantenne 1 mehrere parallel zueinander angeordnete Wellenleiter 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12. Diese umfassen jeweils beispielhaft sechzehn Storstellen 15. Jeder der Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 ist über ein schmalseitiges Ende 115 mit dem Verteilnetzwerk 85 zur Speisung bzw. zum Empfang von HF-Signalen verbunden. Die Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 sind gleich lang und umfassen die gleiche Anzahl von Storstellen 15, wobei die Storstellen 15 benachbarter Wellenleiter einander ebenfalls benachbart sind, so daß im Beispiel gemäß Figur 3 acht gleiche Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 vorliegen, die für ihre Storstellen 15 die gleichen Positionen vorgegeben haben. Durch die parallel angeordneten und gleichartig ausgebildeten und gleichartig mit Storstellen 15 versehenen Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 wird ein Antennenarray 80 gebildet. Dadurch wird gemäß Figur 3, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente kennzeichnen wie in den übrigen Figuren, zusatzlich zur ersten Richtkeule 25 eine dazu und zur Ebene der Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 orthogonale zweite Richtkeule 26 fokussiert. Dabei ist die zweite Richtkeule 26 bei der Anordnung gemäß Figur 3 im Gegensatz zur ersten Richtkeule 25 fest und nicht schwenkbar. Zur Schwenkung der ersten Richtkeule 25 um den Schwenkwinkel φ steuert die Steuerungseinheit 30 in der bezuglich Figur 1 beschriebenen Weise mittels der Steuerspannung Us die einzelnen Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 an.For the electronic control of the waveguide 5 for pivoting the first directional lobe 25 by means of the control unit 30, a control voltage U t t supplied by the control unit 30 to the leaky wave antenna 1 is shown in FIG. 1. In FIG. 3, the same reference numerals designate the same elements as in FIG. 1. According to FIG. 3, the RF signal, for example coming from an RF output stage, is fed into the distribution network 85 in order to be radiated by the leaky wave antenna 1. Conversely, an RF signal is received by the leaky wave antenna 1, the received RF signal being forwarded via the distribution network 85 to further circuits for processing the received RF signal, for example by mixing, by demodulation, by decoding, etc. An antenna switch can be connected upstream of the distribution network 85 in order to separate the send and receive directions. According to FIG. 3, the leaky wave antenna 1 now comprises a plurality of waveguides 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 arranged parallel to one another. These each include, by way of example, sixteen fault locations 15. Each of the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 is connected via a narrow-side end 115 to the distribution network 85 for supplying or receiving RF signals. The waveguides 5, 6, 7, ..., 12 are of equal length and comprise the same number of interference points 15, the interference points 15 of adjacent waveguides also being adjacent to one another, so that in the example according to FIG. 3 eight identical waveguides 5, 6, 7, ..., 12 are present, which have given the same positions for their storage locations 15. An antenna array 80 is formed by the waveguides 5, 6, 7,... 3, in which the same reference numerals designate the same elements as in the other figures, in addition to the first directional lobe 25, a second directional lobe 26 orthogonal to the plane of the waveguides 5, 6, 7,... 12 is focused. In contrast to the first directional lobe 25, the second directional lobe 26 in the arrangement according to FIG. 3 is fixed and not pivotable. To pivot the first directional lobe 25 by the pivot angle φ, the control unit 30 controls the individual waveguides 5, 6, 7,..., 12 in the manner described with reference to FIG. 1 by means of the control voltage Us.
In Figur 4 kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in Figur 3. Ausgehend von Figur 3 sind die Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 des Antennenarrays 80 über jeweils einen Phasenschieber 91, 92, 93, ..., 98 mit demIn FIG. 4, the same reference numerals designate the same elements as in FIG. 3. Starting from FIG. 3, the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 of the antenna array 80 are each connected via a phase shifter 91, 92, 93, ..., 98 the
Verteilnetzwerk 85 verbunden. Die Phasenschieber 91, 92, 93, .., 98 sind dabei jeweils mit dem schmalseitigen Ende 115 des entsprechenden Wellenleiters 5, 6, 7, ..., 12 verbunden, das dem Verteilnetzwerk 85 zugewandt ist. Je nach Einstellung der Phasen an den einzelnen Phasenschiebern 91, 92, 93, ..., 98 läßt sich eine unterschiedliche Phasenverschiebung der in den einzelnen Wellenleitern 5, 6, 7, ..., 12 jeweils verlaufenden elektromagnetischen Welle erreichen, die zu einem bestimmten Schwenkwinkel der zweiten Richtkeule 26 fuhren. Ändert man die Phase eines oder mehrerer der Phasenschieber 91, 92, 93, ..., 98, so ändert sich auf dem oder den zugeordneten Wellenleitern die Phasenverzogerung der jeweiligen dort verlaufenden elektromagnetischen Welle und damit der Schwenkwinkel p der zweiten Richtkeule 26. Ein Schwenken der zweiten Richtkeule 26 kann somit durch Änderung der Einstellung der Phase mindestens eines der Phasenschieber 91, 92, 93, ..., 98 bewirkt werden. Dazu sind die Phasenschieber 91, 92, 93, ..., 98 entsprechend anzusteuern, beispielsweise ebenfalls über die Steuerungseinheit 30. Gemäß der Ausfuhrungsform nach Figur 4 ist somit sowohl die erste Richtkeule 25 als auch die zweite Richtkeule 26 schwenkbar.Distribution network 85 connected. The phase shifters 91, 92, 93, .., 98 are each connected to the narrow-side end 115 of the corresponding waveguide 5, 6, 7, ..., 12, which faces the distribution network 85. Depending on the setting of the phases on the individual phase shifters 91, 92, 93, ..., 98, a different phase shift of the electromagnetic wave running in the individual waveguides 5, 6, 7, ..., 12 can be achieved, resulting in a certain pivot angle of the second beam 26 guide. If the phase of one or more of the phase shifters 91, 92, 93,..., 98 is changed, the phase delay of the respective electromagnetic wave running there and thus the pivot angle p of the second directional lobe 26 on the associated waveguide changes the second directional lobe 26 can thus be effected by changing the setting of the phase of at least one of the phase shifters 91, 92, 93, ..., 98. For this purpose, the phase shifters 91, 92, 93, ..., 98 are to be controlled accordingly, for example also via the control unit 30. According to the embodiment according to FIG. 4, both the first directional lobe 25 and the second directional lobe 26 can thus be pivoted.
Im folgenden wird die Ansteuerung eines dielektrischen Wellenleiters zur Schwenkung seiner in der Ebene des Wellenleiters liegenden ersten Richtkeule 25 beispielhaft am ersten dielektrischen Wellenleiter 5 des Antennenarrays 80 naher erläutert. Dabei ist es möglich, die abgestrahlte Leistung der einzelnen Storstellen 15 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 bei Verwendung vonThe following is the control of a dielectric waveguide to pivot it in the plane of the The first directional lobe 25 lying on the waveguide is explained in more detail by way of example on the first dielectric waveguide 5 of the antenna array 80. It is possible to use the radiated power of the individual interference locations 15 of the first dielectric waveguide 5 when using
Metallstreifen über deren Breite bzw. bei Verwendung von dielektrischen Nuten über deren Hohe und Lange festzulegen. Man kann auf diese Weise über eine geeignete Wahl der abgestrahlten Leistung an jeder Storstelle 15 eine gerichtete Abstrahlung mit niedrigen Nebenkeulen 105 realisieren, um Leistung einzusparen und Störungen zu reduzieren .Specify metal strips across their width or, when using dielectric grooves, their height and length. In this way, by means of a suitable choice of the radiated power at each fault location 15, directional radiation with low side lobes 105 can be implemented in order to save power and reduce interference.
Die Richtung der sich einstellenden Abstrahlung ist abhangig vom Abstand der Storstellen 15. Denn über den Abstand derThe direction of the radiation is dependent on the distance between the storage locations 15. Because of the distance of the
Storstellen 15 legt man die Phasenlage fest, die von der im ersten dielektrischen Wellenleiter 5 geführten elektromagnetischen Welle an den abstrahlenden bzw. empfangenden Storstellen 15 vorliegt. Figur 22 zeigt den Zusammenhang zwischen der Phasenlage und dem sich einstellenden Schwenkwinkel φ am einfachen Beispiel für als isotrope Rundstrahler ausgebildete Storstellen 15. Gleichung (3) gibt den mathematischen Zusammenhang wieder. Der Schwenkwinkel φ berechnet sich dabei über:Interference points 15 determine the phase position which is present at the emitting or receiving interference points 15 from the electromagnetic wave guided in the first dielectric waveguide 5. FIG. 22 shows the relationship between the phase position and the swiveling angle φ that arises using the simple example of blind spots 15 designed as isotropic omnidirectional radiators. Equation (3) represents the mathematical relationship. The swivel angle φ is calculated using:
d_ dg = 2π λd_ dg = 2π λ
mitWith
λ = — (2)λ = - (2)
//
daraus folgt der Schwenkwinkel φ zu φ = arcsin = arcsin Pθ ( 3 ) dθ 2πfrom this follows the swivel angle φ φ = arcsin = arcsin Pθ (3) dθ 2π
dabei ist CQ die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, f die Frequenz der elektromagnetischen Welle, dg der Phasenabstand zweier benachbarter Storstellen 15 auf dem ersten dielektrischen Wellenleiter 5 bezogen auf die Freiraumwellenlange und PQ die Phasendifferenz der elektromagnetischen Welle zwischen den beiden benachbarten Storstellen 15 im ersten dielektrischen Wellenleiter 5. Um also das Schwenken der ersten Richtkeule 25 der Leckwellenantenne 1 zu erreichen, muß man im Wellenleiter 5 die Phasendifferenz PQ zwischen einander benachbarten Storstellen 15 verandern. Dies kann man einerseits und wie in der US 5 572 228 beschrieben durch aquidistante Änderung der Abstände der Storstellen 15 erreichen. Erfindungsgemaß laßt sich die Phasendifferenz P9 zwischen einander benachbarten Storstellen 15 auch durch Beeinflussung der Ausbreitungskonstante, die die elektromagnetische Welle im ersten dielektrischen Wellenleiter 5 und um den ersten dielektrischen Wellenleiter 5 herum erfahrt, realisieren. Für den Idealfall verlustfreier Materialien besteht die Ausbreitungskonstante aus dem Phasenmaß ß, das die Phasenanderung in der elektromagnetischen Welle pro Längeneinheit angibt. Allgemein berechnet sich das Phasenmaß zuCQ is the speed of light in a vacuum, f is the frequency of the electromagnetic wave, dg is the phase distance between two adjacent interference locations 15 on the first dielectric waveguide 5 based on the free-space wavelength and PQ is the phase difference of the electromagnetic wave between the two adjacent interference locations 15 in the first dielectric waveguide 5 Thus, in order to achieve the pivoting of the first directional lobe 25 of the leaky wave antenna 1, the phase difference PQ must be changed in the waveguide 5 between adjacent fault locations 15. This can be achieved, on the one hand, and as described in US Pat. No. 5,572,228, by changing the spacing of the storage locations 15 in a constant manner. According to the invention, the phase difference P9 between adjacent fault locations 15 can also be realized by influencing the propagation constant which the electromagnetic wave experiences in the first dielectric waveguide 5 and around the first dielectric waveguide 5. For the ideal case of lossless materials, the propagation constant consists of the phase measure ß, which indicates the phase change in the electromagnetic wave per unit length. In general, the phase measure is calculated
2π_ ß 2π - f -. μ eil εe[ λ2π_ ß 2π - f -. μ hast ε e [λ
In Gleichung (4) kennzeichnet μeff die effektive Permeabilität, die die elektromagnetische Welle insgesamt innerhalb und außerhalb des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 erfahrt, εeff die effektive Permittivitat, die die elektromagnetische Welle insgesamt innerhalb und außerhalb des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 erfahrt, λ die Wellenlange der elektromagnetischen Welle und f die Frequenz der elektromagnetischen Welle. Eine Änderung der Phasendifferenz PQ zwischen einander benachbarten Storstellen 15 erreicht man auch durch Änderung des Phasenmaßes ß, woraus folgtIn equation (4), μ e ff denotes the effective permeability that the electromagnetic wave as a whole experiences inside and outside the first dielectric waveguide 5, ε e ff the effective permittivity that the electromagnetic wave as a whole inside and outside the first dielectric waveguide 5, λ the wavelength of the electromagnetic wave and f the frequency of the electromagnetic wave. A change in the phase difference PQ between adjacent fault locations 15 can also be achieved by changing the phase dimension β, which results in the following
ΔPθ=Δß d ( 5 )ΔPθ = Δß d (5)
In Gleichung (5) kennzeichnet ΔPθ die Änderung der Phasendifferenz PQ zwischen einander benachbarten Storstellen 15, d den Abstand zwischen einander benachbarten Storstellen 15 und Δß die Änderung des Phasenmaßes ß.In equation (5), ΔPθ denotes the change in the phase difference PQ between adjacent fault locations 15, d the distance between adjacent fault locations 15 and Δß the change in the phase dimension β.
Die Änderung ΔPθ der Phasendifferenz PQ fuhrt dann gemäß Gleichung (3) zu einem veränderten Schwenkwinkel φ.The change ΔPθ in the phase difference PQ then leads to a changed pivot angle φ in accordance with equation (3).
Für das elektronische Schwenken der ersten Richtkeule 25 der Leckwellenantenne 1 eignet sich gerade die zuletzt beschriebene Methode.The method described last is particularly suitable for the electronic pivoting of the first directional lobe 25 of the leaky wave antenna 1.
Die Ausbreitungskonstante der sich im ersten dielektrischen Wellenleiter 5 der Leckwellenantenne 1 ausbreitenden elektromagnetischen Welle laßt sich unter anderem beeinflussen, indem man die effektive Permittivitat εeff, die die elektromagnetische Welle erfahrt, verändert. Hierfür benotigt man ein dielektrisches Material, das eine veränderbare relative Permittivitat εr besitzt. Es gibt Materialien, die diese Voraussetzungen erfüllen. Ein solches Material ist beispielsweise BSTO (Barium Strontium Titanat) , PZT (Blei Zirkon Titanat) oder ein zumindest teilweise aus einem der genannten Stoffe gebildetes Material. Die relative Permittivitat εr solcher Materialien laßt sich durch Anlegen der elektrischen Steuerspannung Ug-f- und des dadurch hervorgerufenen elektrischen Feldes verandern. Dieses Verhalten kann nun folgendermaßen genutzt werden:The propagation constant of the electromagnetic wave propagating in the first dielectric waveguide 5 of the leaky wave antenna 1 can be influenced, inter alia, by changing the effective permittivity ε e ff that the electromagnetic wave experiences. This requires a dielectric material that has a variable relative permittivity ε r . There are materials that meet these requirements. Such a material is, for example, BSTO (barium strontium titanate), PZT (lead zircon titanate) or a material formed at least partially from one of the substances mentioned. The relative permittivity ε r of such materials can be determined by applying the electrical control voltage Ug-f- and thereby change caused electric field. This behavior can now be used as follows:
Man kann den ersten dielektrischen Wellenleiter 5 der Leckwellenantenne 1 direkt aus einem solchen dielektrischen Material mit veränderbarer relativer Permittivitat εr anfertigen oder Teilbereiche des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 durch dieses Material ersetzen. Durch Verandern der relativen Permittivitat εr erreicht man gemäß Gleichung (4) und Gleichung (5) veränderte Phasenbeziehungen an den abstrahlenden bzw. empfangenden Storstellen 15 und erzielt somit nach Gleichung (3) ein Schwenken der gerichteten Abstrahlung bzw. der ersten Richtkeule 25.The first dielectric waveguide 5 of the leaky wave antenna 1 can be made directly from such a dielectric material with variable relative permittivity ε r , or parts of the first dielectric waveguide 5 can be replaced by this material. By changing the relative permittivity ε r , in accordance with equation (4) and equation (5), changed phase relationships are achieved at the emitting or receiving jamming points 15 and thus, according to equation (3), the directional radiation or the first directional lobe 25 is pivoted.
Die elektromagnetische Welle ist nicht nur innerhalb des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 der Leckwellenantenne 1 existent, sondern zu einem nicht unwesentlichen Teil auch außerhalb in unmittelbarer Nahe des ersten dielektrischen Wellenleiters 5.The electromagnetic wave does not only exist within the first dielectric waveguide 5 of the leaky wave antenna 1, but to a not insignificant extent also outside in the immediate vicinity of the first dielectric waveguide 5.
Daher ist es gemäß Figur 6 auch möglich, durch seitliches Anbringen von Stäben 35, 36 am ersten dielektrischen Wellenleiter 5 eine Veränderung der effektiven Permittivitat εeff hervorzurufen, die auf die elektromagnetische Welle wirkt, wenn diese Stabe 35, 36 aus dielektrischem Material gebildet sind, dessen relative Permittivitat εr sich verandern laßt. Gemäß den Gleichungen (4), (5) und (3) folgen bei einer solchen Veränderung der relativen Permittivitat εr der Stabe 35, 36 und damit der effektiven Permittivitat εeff wieder entsprechend veränderte Phasenbeziehungen zwischen den abstrahlenden bzw. empfangenden Storstellen 15 und damit ergibt sich ein Schwenken der ersten Richtkeule 25 der Leckwellenantenne 1. Gemäß Figur 6 sind die Stabe 35, 36 an einander gegenüberliegenden Längsseiten des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 angeordnet, wobei dieser erste dielektrische Wellenleiter 5 aquidistant in Längsrichtung an einer Oberflache, die die beiden Längsseiten mit den Stäben 35, 36 verbindet, sechs Storstellen 15 aufweist.Therefore, according to FIG. 6, it is also possible to cause rods 35, 36 to be attached to the first dielectric waveguide 5 to bring about a change in the effective permittivity ε eff, which acts on the electromagnetic wave when these rods 35, 36 are formed from dielectric material, whose relative permittivity ε r can be changed. According to equations (4), (5) and (3), with such a change in the relative permittivity ε r, the rod 35, 36 and thus the effective permittivity ε e ff again have correspondingly changed phase relationships between the emitting or receiving locations 15 and this results in the first directional lobe 25 of the leaky wave antenna 1 being pivoted. According to FIG. 6, the rods 35, 36 are on opposite longitudinal sides of the first dielectric Waveguide 5 is arranged, wherein this first dielectric waveguide 5 aquidistant in the longitudinal direction on a surface that connects the two long sides with the rods 35, 36, six storage points 15.
Dabei reicht es aus, auch nur an einer Längsseite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 einen solchen dielektrischen Stab mit veränderbarer relativer Permittivitat εr anzuordnen.It is sufficient to arrange such a dielectric rod with variable relative permittivity ε r only on one long side of the first dielectric waveguide 5.
Ein weiterer dielektrischer Stab 40 mit veränderbarer relativer Permittivitat εr kann zur Steuerung der Leistungsabstrahlung in der Leckwellenantenne 1 auf einer der Oberflache mit den Storstellen 15 gegenüberliegenden Unterseite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 angeordnet werden. Wird die relative Permittivitat εr dieses weiteren dielektrischen Stabes 40 auf der Unterseite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 erhöht, so wird die elektromagnetische Welle mehr in dem dem weiteren dielektrischen Stab 40 zugewandten Bereich des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 verlaufen, so daß weniger Leistung an den Storstellen 15 abgestrahlt wird. Entsprechend wird bei Verringerung der relativen Permittivitat εr des weiteren dielektrischen Stabes 40 die elektromagnetische Welle 20 mehr in dem dem weiteren dielektrischen Stab 40 abgewandten und damit den Storstellen 15 zugewandten Bereich des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 verlaufen, so daß mehr Leistung an den Storstellen 15 abgestrahlt wird.A further dielectric rod 40 with variable relative permittivity ε r can be arranged in order to control the power radiation in the leaky wave antenna 1 on an underside of the first dielectric waveguide 5 opposite the surface with the locations 15. If the relative permittivity ε r of this further dielectric rod 40 on the underside of the first dielectric waveguide 5 is increased, then the electromagnetic wave will run more in the region of the first dielectric waveguide 5 facing the further dielectric rod 40, so that less power at the storage locations 15 is emitted. Correspondingly, when the relative permittivity ε r of the further dielectric rod 40 is reduced, the electromagnetic wave 20 will run more in the region of the first dielectric waveguide 5 facing away from the further dielectric rod 40 and thus facing the storage locations 15, so that more power is radiated at the storage locations 15 becomes.
Es ist auch möglich, den weiteren dielektrischen Stab 40 an der Unterseite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 in mehrere voneinander getrennte Abschnitte aufzuteilen, deren jeweilige relative Permittivitat εr individuell veränderbar bzw. ansteuerbar ist, um eine individuelle Leistungsansteuerung zumindest für einen Teil der Storstellen 15 zu realisieren. Dabei kann es auch vorgesehen sein, den weiteren dielektrischen Stab 40 so in voneinander getrennte Abschnitte aufzuteilen, daß jeder einzelnen Storstelle 15 oder einem Teil der Storstellen 15 jeweils ein eigener solcher Abschnitt zugeordnet ist, dessen relative Permittivitat εr individuell veränderbar ist, so daß für die entsprechende Storstelle 15 eine individuelle Leistungsansteuerung realisiert wird. Auf diese Weise können z.B. Nebenkeulen 105 bei der Abstrahlung von den entsprechenden Storstellen 15 reduziert werden. Weiterhin kann es vorgesehen sein, sowohl an mindestens einer Längsseite des Wellenleiters 5 einen dielektrischen Stab 35, 36 mit veränderbarer relativer Permittivitat εr als auch an der Unterseite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 den weiteren dielektrischen Stab 40 anzuordnen, um die zugehörigen und beschriebenen Effekte miteinander zu kombinieren.It is also possible to divide the further dielectric rod 40 on the underside of the first dielectric waveguide 5 into a plurality of sections which are separate from one another and whose respective relative permittivity ε r can be individually changed or controlled by an individual one To implement power control at least for some of the storage locations 15. It can also be provided that the further dielectric rod 40 is divided into separate sections such that each individual storage location 15 or a part of the storage locations 15 is assigned its own section, the relative permittivity ε r of which can be changed individually, so that for the corresponding storage location 15 an individual power control is realized. In this way, for example, side lobes 105 can be reduced in the radiation from the corresponding storage locations 15. Furthermore, it can be provided to arrange a dielectric rod 35, 36 with variable relative permittivity ε r on at least one longitudinal side of the waveguide 5 and to arrange the further dielectric rod 40 on the underside of the first dielectric waveguide 5 in order to combine the associated and described effects with one another to combine.
Zur Änderung der relativen Permittivitat εr eines dielektrischen Materials mit steuerbarer bzw. veränderbarer relativer Permittivitat εr wird die Steuerspannung Ugt, die ein statisches elektrisches Feld in das dielektrische Material einbringt, benotigt. Dabei ist die benotigte Steuerspannung Ugt umso größer, je dicker das dielektrische Material ist. Einige Anwendungen für die Leckwellenantenne 1, wie beispielsweise im Automobilbereich, stellen nur kleine Steuerspannungen Ugt zur Verfugung, die für ein ausreichendes Schwenken der ersten Richtkeule 25 der Leckwellenantenne 1 nicht ausreichen konnte. Die elektrische Steuerspannung Ug-j- wird elektronisch von der Steuerungseinheit 30 geregelt und zur Verfugung gestellt. Das liegt daran, daß der maximale Schwenkwinkel für das Schwenken der ersten Richtkeule 25 von der relativen Permittivitat εr und der Dicke d des entsprechenden dielektrischen Materials abhangig ist. Die effektive Permittivitat εeff ergibt sich aus dem Produkt der relativen Permittivitat εr mit der Permittivitat εg im Vakuum. Die relative Permittivitat εr wird durch ein von außen angelegtes statisches elektrisches Feld verändert. Das statische elektrische Feld hangt von der angelegten Steuerspannung U ^- und der Dicke des dielektrischen Materials gemäßIn order to change the relative permittivity ε r of a dielectric material with controllable or changeable relative permittivity ε r , the control voltage Ug t , which introduces a static electric field into the dielectric material, is required. The required control voltage Ugt is greater the thicker the dielectric material. Some applications for the leaky wave antenna 1, such as in the automotive field, only provide small control voltages Ug t , which could not be sufficient for the first directional lobe 25 of the leaky wave antenna 1 to pivot sufficiently. The electrical control voltage Ug- j - is electronically regulated by the control unit 30 and made available. This is because the maximum swivel angle for swiveling the first directional lobe 25 depends on the relative permittivity ε r and the thickness d of the corresponding dielectric material. The effective permittivity ε e ff results from the product of the relative permittivity ε r with the permittivity εg in a vacuum. The relative permittivity ε r is changed by an external static electric field. The static electric field depends on the applied control voltage U ^ - and the thickness of the dielectric material
E = ^ (6)E = ^ (6)
ab.from.
In Gleichung (6) kennzeichnet E die elektrische Feldstarke des angelegten statischen elektrischen Feldes, Ugt die über die Dicke des dieelektrischen Materials über Elektroden angelegte Steuerspannung und d die Dicke des dielektrischen Materials mit veränderbarer relativer Permittivitat εr. Somit beeinflußt bei vorgegebener Steuerspannung U ^ die Dicke d des dielektrischen Materials die resultierende elektrische Feldstarke E des angelegten statischen elektrischen Feldes, wobei die elektrische Feldstarke E die relative Permittivitat εr des dielektrischen Materials beeinflußt und diese wiederum den Schwenkwinkel der ersten Richtkeule 25 über die Gleichungen (4) , (5) und (3) . Somit wird der maximal einstellbare Schwenkwinkel φ der ersten Richkeule 25 von der Dicke d des dielektrischen Materials begrenzt. Bei festgelegter Dicke d kann also bei gegebener Steuerspannung Ugt- nur eine bestimmte elektrische Feldstarke E eingestellt werden. Der erreichbare Schwenkwinke φ der ersten Richtkeule 25 ist auf diese Weise begrenzt. Mit Hilfe von schichtweise aufgebautem dielektrischen Material mit veränderbarer relativer Permittivitat εr kann man die benotigte Steuerspannung Ugt reduzieren. Die Steuerspannung Ug-(- wird dabei zwischen den so entstehenden Schichten 50, 51 gemäß Figur 21 eingebracht. Die Steuerspannung Ugt kann dabei beispielsweise über metallische Elektroden an die einzelnen Schichten 50, 51 angelegt werden. Die Steuerspannung Ugt kann an die einzelnen Schichten 50, 51 auch über Halbleiterschichten angelegt werden, die jeweils an der Grenze zwischen zwei einander benachbarten Schichten 50, 51 in das dielektrische Material eingefugt sind. Es kann auch vorgesehen sein, einander benachbarte Schichten 50, 51 mit unterschiedlichem dielektrischen Material auszubilden, das jeweils in seiner relativen Permittivitat εr veränderbar ist. DieIn equation (6) E denotes the electric field strength of the applied static electric field, Ug t the control voltage applied across the thickness of the dielectric material via electrodes and d the thickness of the dielectric material with variable relative permittivity ε r . Thus, for a given control voltage U ^ the thickness d of the dielectric material influences the resulting electric field strength E of the applied static electric field, the electric field strength E influencing the relative permittivity ε r of the dielectric material and this in turn influences the pivot angle of the first directional lobe 25 via the equations (4), (5) and (3). The maximum adjustable swivel angle φ of the first straightening lobe 25 is thus limited by the thickness d of the dielectric material. For a given thickness d, only a certain electric field strength E can be set for a given control voltage Ugt-. The achievable swivel angle φ of the first directional lobe 25 is limited in this way. With the aid of dielectric material built up in layers with changeable relative permittivity ε r , the required control voltage Ug t can be reduced. The control voltage Ug- ( - is introduced between the layers 50, 51 thus created in accordance with FIG. 21. The control voltage Ug t can be applied to the individual layers 50, 51, for example, via metallic electrodes. The control voltage Ug t can be applied to the individual layers 50, 51 can also be applied over semiconductor layers, each of which is inserted into the dielectric material at the boundary between two adjacent layers 50, 51. It can also be provided to form adjacent layers 50, 51 with different dielectric material, each of which is in its relative permittivity ε r is changeable
Steuerspannung Ug-j- kann dann an die einzelnen Schichten 50, 51 über leitende Grenzschichten zwischen einander benachbarten Schichten 50, 51 an die einzelnen Schichten 50, 51 angelegt werden.Control voltage Ug- j - can then be applied to the individual layers 50, 51 via conductive boundary layers between adjacent layers 50, 51 to the individual layers 50, 51.
Generell teilt man also die für die Leckwellenantenne 1 benotigte Dicke d des dielektrischen Materials in viel dünnere Schichten 50, 51 auf. Nun können die einzelnen Schichten 50, 51 jeweils mit der gleichen Steuerspannung Ug^ angesteuert werden, wenn einander benachbarte Schichten 50, 51 entgegengesetzt polarisiert angesteuert werden, wie in Figur 21 dargestellt. Diese schichtweise Ansteuerung des dielektrischen Materials kann sowohl im Wellenleiter 5 selbst wie in Figur 21 dargestellt als auch in den an den Längsseiten des Wellenleiters 5 gegebenenfalls angeordneten dielektrischen Stäben 35, 36 und dem gegebenenfalls an der Unterseite des Wellenleiters 5 angeordneten weiteren dielektrischen Stab 40 angewendet werden. Gemäß Figur 8a) ist am Beispiel des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 ein horizontal langsgeschichtetes dielektrisches Material mit einander benachbarten Schichten 50, 51 dargestellt. In Figur 8b) ist am Beispiel des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 ein vertikal langsgeschichtetes dielektrisches Material mit einander benachbarten Schichten 50, 51 dargestellt. Gemäß Figur 8c) ist am Beispiel des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 ein quergeschichtetes dielektrisches Material mit einander benachbarten Schichten 50, 51 dargestellt. Aus Gründen derIn general, the thickness d of the dielectric material required for the leaky wave antenna 1 is divided into much thinner layers 50, 51. Now the individual layers 50, 51 can each be driven with the same control voltage Ug ^ if adjacent layers 50, 51 are driven in opposite polarity, as shown in FIG. This layer-by-layer control of the dielectric material can be used both in the waveguide 5 itself, as shown in FIG. 21, and in the dielectric rods 35, 36 which are optionally arranged on the longitudinal sides of the waveguide 5 and the further dielectric rod 40 which is optionally arranged on the underside of the waveguide 5 , According to FIG. 8a), the example of the first dielectric waveguide 5 shows a horizontally slow-layered dielectric material with mutually adjacent layers 50, 51. In FIG. 8b), using the first dielectric waveguide 5 as an example, a vertically slow-layered dielectric material with mutually adjacent layers 50, 51 is shown. According to FIG. 8 c), a cross-layered dielectric material with mutually adjacent layers 50, 51 is shown using the example of the first dielectric waveguide 5. Because of
Übersichtlichkeit sind dabei in samtlichen Figuren, in denen geschichtete dielektrische Materialien dargestellt sind, stellvertretend nur einzelne der benachbarten Schichten durch Bezugszeichen gekennzeichnet.For clarity, only individual ones of the adjacent layers are identified by reference numerals in all figures, in which layered dielectric materials are shown.
Die beschriebene Längs- oder Querschichtung des dielektrischen Materials laßt sich sowohl auf die dielektrischen Stabe 35, 36 an den Längsseiten des Wellenleiters 5 als auch auf den weiteren dielektrischen Stab 40 an der Unterseite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 und schließlich auch im ersten dielektrischen Wellenleiter 5 selbst einsetzen.The described longitudinal or transverse layering of the dielectric material can be applied both to the dielectric rod 35, 36 on the long sides of the waveguide 5 and to the further dielectric rod 40 on the underside of the first dielectric waveguide 5 and finally also in the first dielectric waveguide 5 itself deploy.
Figur 9 zeigt ein Beispiel für einen ersten dielektrischen Wellenleiter 5 mit sechs als Metallstreifen ausgebildeten Storstellen 15 und den dielektrischen Stäben 35, 36 mit horizontal langsgeschichtetem Aufbau an den beiden Längsseiten des ersten dielektrischen Wellenleiters 5.FIG. 9 shows an example of a first dielectric waveguide 5 with six storage locations 15 designed as metal strips and the dielectric rods 35, 36 with a horizontally slow-layered structure on the two long sides of the first dielectric waveguide 5.
Figur 10 zeigt den ersten dielektrischen Wellenleiter 5 als vertikal langsgeschichteten dielektrischen Wellenleiter mit ebenfalls sechs als Metallstreifen ausgebildeten Storstellen 15. Der erste dielektrische Wellenleiter 5 kann dabei selbst aus dielektrischen Stäben mit veränderbarer relativer Permittivitat εr aufgebaut sein, um den vertikal langsgeschichteten Aufbau zu erzielen. Er muß jedoch nicht zwingend in seiner kompletten Breite aus dielektrischen Stäben aufgebaut sein, sondern kann auch nur in Teilbereichen aus dielektrischen Stäben bestehen.FIG. 10 shows the first dielectric waveguide 5 as a vertically slow-layered dielectric waveguide with likewise six storage locations 15. The first dielectric waveguide 5 can itself be made up of dielectric rods with variable relative permittivity ε r by the vertical to achieve slow stratified construction. However, it does not necessarily have to be constructed in its entire width from dielectric rods, but can also consist of dielectric rods only in partial areas.
Figur 11 zeigt als Beispiel den ersten dielektrischen Wellenleiter 5 mit sechs als Metallstreifen ausgebildeten Storstellen 15 und dem an der Unterseite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 angeordneten weiteren dielektrischen Stab 40 mit quergeschichtetem Aufbau.FIG. 11 shows, as an example, the first dielectric waveguide 5 with six storage locations 15 designed as metal strips and the further dielectric rod 40 with a cross-layered structure arranged on the underside of the first dielectric waveguide 5.
Die Anzahl der Storstellen 15 ist nicht wie in den Beispielen gewählt auf vier oder sechs begrenzt, sondern beliebig. Die Anzahl der Storstellen 15 bestimmt dabei den Offnungswinkel der Hauptkeule 100 und kann entsprechend der Systemanforderung gewählt werden. Je mehr Storstellen 15 bei gleichbleibendem Abstand zwischen zwei einander benachbarten Storstellen 15 vorgesehen sind, desto schmaler wird die Hauptkeule 100.The number of storage locations 15 is not limited to four or six, as selected in the examples, but is arbitrary. The number of storage locations 15 determines the opening angle of the main lobe 100 and can be selected according to the system requirement. The more blind spots 15 are provided with a constant distance between two adjacent blind spots 15, the narrower the main lobe 100.
Wird die Leckwellenantenne 1 frei im Raum betrieben, so strahlt sie nicht nur wie in Figur 20 angedeutet in Nutzrichtung ab. Die Leckwellenantenne 1 strahlt genauso stark in die entgegengesetzte Richtung. Diese Abstrahlung ist in den meisten Anwendungen nicht erwünscht und reduziert den Antennengewinn in Nutzrichtung signifikant.If the leaky wave antenna 1 is operated freely in space, it does not only radiate in the direction of use as indicated in FIG. 20. The leaky wave antenna 1 radiates just as strongly in the opposite direction. This radiation is not desirable in most applications and significantly reduces the antenna gain in the direction of use.
Einen höheren Gewinn der Leckwellenantenne 1 erreicht man deshalb, indem man an der den Storstellen 15 abgewandten Seite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 und/oder an mindestens einer Längsseite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 eine oder mehrere Reflexionsflachen anordnet. Die ungewollte Abstrahlung wird durch die Reflexionsflachen in Nutzrichtung reflektiert. Die Reflexionsflachen müssen dabei so positioniert und geformt sein, daß die reflektierte Abstrahlung die Abstrahlung in Nutzrichtung so überlagert, daß keine Deformierung der Abstrahlcharakteristik in Nutzrichtung auftritt.A higher gain of the leaky wave antenna 1 is therefore achieved by arranging one or more reflecting surfaces on the side of the first dielectric waveguide 5 facing away from the interference locations 15 and / or on at least one long side of the first dielectric waveguide 5. The unwanted radiation is reflected by the reflective surfaces in the direction of use. The reflective surfaces must be positioned and shaped in this way be that the reflected radiation overlaps the radiation in the direction of use so that no deformation of the radiation characteristic occurs in the direction of use.
Die Einsatzbereiche der beschriebenen Leckwellenantenne 1 sind Antennensysteme, die in mindestens einer Ebene geschwenkt werden müssen. Ein solches Antennensystem mit zusatzlicher gerichteter Abstrahlung orthogonal zur Ebene der Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 der Leckwellenantenne 1 ist gemäß Figur 3 beschrieben. Ein Beispiel einesThe fields of application of the leaky wave antenna 1 described are antenna systems which have to be pivoted in at least one plane. Such an antenna system with additional directional radiation orthogonal to the plane of the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 of the leaky wave antenna 1 is described in accordance with FIG. 3. An example of one
Antennensystems mit zusatzlicher Schwenkmoglichkeit orthogonal zur Ebene der Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 der Leckwellenantenne 1 ist gemäß Figur 4 beschrieben.Antenna system with additional swiveling possibility orthogonal to the plane of the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 of the leaky wave antenna 1 is described in accordance with FIG. 4.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß gemäß Figur 19, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den Figuren 3 und 4 kennzeichnen, die Phasenschieber 91, 92, 93, ..., 98 auch in dem dem Verteilnetzwerk 85 zugewandten Bereich des jeweiligen dielektrischen Wellenleiters 5, 6, 7, ..., 12 integriert werden können. Dazu wird ein Teil in dem demIt should be taken into account that, according to FIG. 19, in which the same reference numerals designate the same elements as in FIGS. 3 and 4, the phase shifters 91, 92, 93,..., 98 also in the region of the respective dielectric waveguide facing the distribution network 85 5, 6, 7, ..., 12 can be integrated. For this purpose, a part in the
Verteilnetzwerk 85 zugewandten Bereich des entsprechenden dielektrischen Wellenleiters 5, 6, 7, ..., 12 mit Hilfe des in seiner relativen Permittivitat εr veränderbaren dielektrischen Materials dazu genutzt, die gewünschte Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Wellenleitern 5, 6, 7, .., 12 zu erzeugen.Distribution network 85 facing area of the corresponding dielectric waveguide 5, 6, 7, ..., 12 used with the aid of the dielectric material, which can be changed in its relative permittivity ε r , to achieve the desired phase shift between the individual waveguides 5, 6, 7, .., 12 to generate.
Die entsprechende Ansteuerung dieses jeweiligen Teils der acht Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 erfolgt dazu ebenfalls durch die Steuerungseinheit 30 und entsprechendeThe corresponding control of this respective part of the eight waveguides 5, 6, 7, ..., 12 is also carried out by the control unit 30 and the like
Phasensteuerspannungen Vstj_ i = 1 , 2 ,...,8 gemäß Figur 19. Unterschiedliche Phasensteuerspannungen Vsti können dabei zu verschiedenen Phasenverschiebungen der elektromagnetischen Wellen in den einzelnen Wellenleitern 5, 6, 7, ..., 12 und damit zu beliebig einstellbaren Schwenkwinkeln der zweiten Riehtkeule 26 fuhren. Phase control voltages V stj _ i = 1, 2, ..., 8 according to FIG. 19. Different phase control voltages V s ti can result in different phase shifts of the electromagnetic waves in the individual waveguides 5, 6, 7, ..., 12 and thus lead to any adjustable pivoting angles of the second directional lobe 26.
Es kann auch vorgesehen sein, die Ausfuhrungsform gemäß Figur 19 mit der Ausfuhrungsform gemäß Figur 4 zu kombinieren und einen Teil der Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 mit integrierter einstellbarer Phasenverschiebung gemäß Figur 19 und einen Teil der Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 mit externer einstellbarer Phasenverschiebung mittels externer Phasenschieber gemäß Figur 4 vorzusehen.It can also be provided to combine the embodiment according to FIG. 19 with the embodiment according to FIG. 4 and part of the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 with integrated adjustable phase shift according to FIG. 19 and part of the waveguides 5, 6 , 7, ..., 12 to be provided with an externally adjustable phase shift by means of an external phase shifter according to FIG. 4.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, daß einer oder mehrere der Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 ohne Phasenschieber oder integrierte Phasenverschiebung gemäß der Ausfuhrungsform nach Figur 4 bzw. nach Figur 19 vorgesehen ist, so daß die elektromagnetische Welle in diesem Wellenleiter oder in diesen Wellenleitern nicht in ihrer Phase verzögert werden kann.It can further be provided that one or more of the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 is provided without a phase shifter or integrated phase shift according to the embodiment according to FIG. 4 or according to FIG. 19, so that the electromagnetic wave in this waveguide or cannot be delayed in phase in these waveguides.
Erfindungsgemaß wird somit eine elektronisch in ihrer Antennencharakteristik schwenkbare Leckwellenantenne realisiert, die kostengünstig und platzsparend aufgebaut und universell in adaptive Antennensysteme eingesetzt werden kann. Die Leckwellenantenne 1 kann außerdem in hochauflosenden, bildgebenden Radarsystemen eingesetzt werden. Ferner ist der Einsatz in allen Systemen möglich, in denen durch die Leckwellenantenne 1 ein gewisser Raumbereich 2- oder 3-dimensional auf den Empfang von HF-Signalen abgetastet werden muß.According to the invention, an electronically pivotable leaky wave antenna is thus realized, which is inexpensive and space-saving and can be used universally in adaptive antenna systems. The leaky wave antenna 1 can also be used in high-resolution, imaging radar systems. Furthermore, use is possible in all systems in which a certain spatial area has to be scanned 2 or 3 dimensionally for the reception of HF signals by the leaky wave antenna 1.
Im folgenden wird ein zweites Ausfuhrungsbeispiel zur Veränderung der Ausbreitungskonstante im ersten dielektrischen Wellenleiter 5 beschrieben. Aus Phasenschieberanwendungen, beispielsweise gemäß der Veröffentlichung „Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters, Volume I, Dielectric and Feritte Phase Shifter", Shiban K. Koul, Bharathi Bhat Artech House 1991, ist es bekannt, daß man mit Hilfe von magnetisierten Ferriten die Ausbreitungskonstante für eine elektromagnetische Welle beeinflussen kann.A second exemplary embodiment for changing the propagation constant in the first dielectric waveguide 5 is described below. From phase shifter applications, for example according to the publication “Microwave and Millimeter Wave Phase Shifters, Volume I, Dielectric and Feritte Phase Shifter ", Shiban K. Koul, Bharathi Bhat Artech House 1991, it is known that magnetized ferrites can be used to influence the propagation constant for an electromagnetic wave.
Die magnetischen Eigenschaften von Ferriten werden unter anderem durch Spinelektronen 120 gemäß Figur 12 hervorgerufen. Sie sind für die Funktion der in diesem zweiten Beispiel beschriebenen Leckwellenantenne 1 besonders wichtig.The magnetic properties of ferrites are caused, inter alia, by spin electrons 120 according to FIG. 12. They are particularly important for the function of the leaky wave antenna 1 described in this second example.
Figur 12 zeigt ein beliebiges Spinelektron 12 in einem magnetisierten Ferritmaterial. Dieses Spinelektron 120 besitzt aufgrund seiner Eigendrehung ein bestimmtes magnetisches Dipolmoment m . Bringt man in das Ferritmaterial ein magnetisches Feld HQ gemäß Figur 12 inFIG. 12 shows an arbitrary spin electron 12 in a magnetized ferrite material. Due to its own rotation, this spin electron 120 has a certain magnetic dipole moment m. If a magnetic field H Q according to FIG. 12 is brought into the ferrite material
Richtung der z-Achse eines dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems ein, dessen Richtung nicht mit dem magnetischen Dipolmoment m übereinstimmt, so geht das Spinelektronn 120 beim Versuch, sich in Richtung des eingebrachten magnetischen Feldes Ho auszurichten, in eineIf the direction of the z axis of a three-dimensional Cartesian coordinate system whose direction does not match the magnetic dipole moment m, the spin electron 120 goes into an attempt to align itself in the direction of the introduced magnetic field Ho
Kreiselbewegung T gemäß Figur 12 über. Die Drehachse der Kreiselbewegung zeigt dabei in Richtung des eingebrachten magnetischen Feldes HQ .Gyroscopic movement T according to FIG. The axis of rotation of the gyro movement points in the direction of the introduced magnetic field H Q.
Dieses Verhalten innerhalb des Ferritmaterials wird nun folgendermaßen genutzt:This behavior within the ferrite material is now used as follows:
Bringt man in ein solchermaßen magnetisiertes Ferritmaterial ein Hochfrequenz-Magnetfeld ein, dessen Vektor in der gleichen Ebene rotiert, in der das magnetische Dipolmoment m der Spinelektronen 120 seine Kreiselbewegung durchführt, so kommt es zu einer Interaktion zwischen dem Hochfrequenz- Magnetfeld und dem Ferritmaterial. Stimmt die Drehrichtung des Hochfrequenz-Magnetfeld-Vektors mit der Richtung der Kreiselbewegung des Dipolmoments m der Spinelelektronen 120 uberein, so hat die Interaktion eine niedrige effektive Permeabilität μeff für das Hochfrequenz-Magnetfeld zur Folge. Dreht man das in das Ferritmaterial eingebrachte magnetische Feld HQ um, so kehrt sich ebenfalls dieIf a high-frequency magnetic field is introduced into such a magnetized ferrite material, the vector of which rotates in the same plane in which the magnetic dipole moment m of the spin electrons 120 performs its gyroscopic movement, there is an interaction between the high-frequency magnetic field and the ferrite material. Is the direction of rotation correct? of the high-frequency magnetic field vector coincides with the direction of the gyroscopic movement of the dipole moment m of the spinel electrons 120, the interaction results in a low effective permeability μ e ff for the high-frequency magnetic field. If the magnetic field H Q introduced into the ferrite material is turned over, the magnetic field is also reversed
Drehrichtung der Kreiselbewegung der Spinelektronen 120 um. Nun ist die Drehrichtung des Hochfrequenz-Magnetfeld-Vektors entgegengesetzt zur Richtung der Kreiselbewegung und die Interaktion bewirkt eine höhere effektive Permeabilität μeff für das Hochfrequenz-Magnetfeld.Direction of rotation of the spin movement of the spin electrons 120 µm. Now the direction of rotation of the high-frequency magnetic field vector is opposite to the direction of the gyroscopic movement and the interaction causes a higher effective permeability μ e ff for the high-frequency magnetic field.
Im ersten dielektrischen Wellenleiter 5 gibt es Bereiche, in denen der Hochfrequenz-Magnetfeld-Vektor der sich ausbreitenden elektromagnetischen Welle 20 gemäß Figur 13 in der yz-Ebene des kartesischen Koordinatensystems nahezu gleichmaßig rotiert. Dabei sind gemäß Figur 13 erste Bereiche 125 an einer Oberseite 135 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 angeordnet, wohingegen zweite Bereiche 130 an einer Unterseite 140 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 angeordnet sind. Durch entsprechende Pfeile ist in Figur 13 angedeutet, daß der Hochfrequenz-Magnetfeld-Vektor in den ersten Bereichen 125 links rotiert, wohingegen er in den zweiten Bereichen 130 rechts rotiert. Den ersten Bereichen 125 ist an derIn the first dielectric waveguide 5 there are areas in which the high-frequency magnetic field vector of the propagating electromagnetic wave 20 according to FIG. 13 rotates almost uniformly in the yz plane of the Cartesian coordinate system. 13, first areas 125 are arranged on an upper side 135 of the first dielectric waveguide 5, whereas second areas 130 are arranged on an underside 140 of the first dielectric waveguide 5. Corresponding arrows indicate in FIG. 13 that the high-frequency magnetic field vector rotates on the left in the first areas 125, whereas it rotates on the right in the second areas 130. The first areas 125 is on the
Oberseite 135 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 jeweils eine Storstelle 15 zugeordnet. Unter gleichmaßiger Rotation versteht man also in diesem Beispiel gemäß Figur 13 eine Rotation des Hochfrequenz-Magnetfeld-Vektors in der gleichen Richtung, so daß sowohl die ersten Bereiche 125 untereinander als auch die zweiten Bereiche 130 untereinander durch gleichmaßige Rotation des Hochfrequenz- Magnetfeld-Vektors charakterisiert sind. Die elektromagnetische Welle 20 bewegt sich dabei in z-Richtung durch den ersten dielektrischen Wellenleiter 5. In diesen ersten Bereichen 125 und den zweiten Bereichen 130 werden über die komplette Breite des ersten dielektrischen Wellenleiters der Leckwellenantenne 1 Ferritstabe 41, 42, 43, ..., 47 eingebracht, wobei Figur 13 einen Längsschnitt durch den ersten dielektrischen Wellenleiter 5 zeigt, so daß die Zeichnungsebene senkrecht zur Breitseite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 liegt. Die Ferritstabe 41, 42, ..., 47 sind also senkrecht zur Zeichnungsebene in x- Richtung gemäß Figur 14, die ebenfalls einen Längsschnitt durch den ersten dielektrischen Wellenleiter 5 zeigt, im ersten dielektrischen Wellenleiter 5 ausgerichtet.Upper side 135 of the first dielectric waveguide 5 each assigned a storage location 15. In this example, according to FIG. 13, uniform rotation is understood to mean a rotation of the high-frequency magnetic field vector in the same direction, so that both the first regions 125 with one another and the second regions 130 with one another are characterized by uniform rotation of the high-frequency magnetic field vector are. The electromagnetic wave 20 moves in the z direction through the first dielectric waveguide 5. In this first areas 125 and second areas 130 are introduced over the entire width of the first dielectric waveguide of the leaky wave antenna 1 ferrite rod 41, 42, 43, ..., 47, Figure 13 showing a longitudinal section through the first dielectric waveguide 5, so that the Plane of the drawing is perpendicular to the broad side of the first dielectric waveguide 5. The ferrite rods 41, 42,..., 47 are thus aligned perpendicular to the plane of the drawing in the x direction according to FIG. 14, which also shows a longitudinal section through the first dielectric waveguide 5, in the first dielectric waveguide 5.
Gemäß Figur 13 und Figur 14 zeigt die x-Achse des kartesischen Koordinatensystems senkrecht in die Zeichenebene hinein. In den Figuren 14, 15 und 18 stellt ein Punkt eine Richtung senkrecht in die Zeichenebene hinein und ein Kreuz eine Richtung senkrecht aus der Zeichenebene heraus dar. Gemäß Figur 14 werden die Ferritstabe 41, 42, 43 die sich in den ersten Bereichen 125 befinden, in x-Richtung also senkrecht in die Zeichenebene hinein magnetisiert . Die Ferritstabe 44, 45, 46, die in den zweiten Bereichen 130 angeordnet sind, werden hingegen in entgegengesetzter Richtung, also senkrecht aus der Zeichenebene heraus magnetisiert. Die durch das jeweilige Magnetfeld in den einzelnen Ferritstaben 41, 42, 43, 44, 45, 46 hervorgerufene Kreiselbewegung der Spinelektronen 120 ist dann sowohl in den ersten Bereichen 125 als auch in den zweiten Bereichen 130 entgegengesetzt der Drehrichtung der Hochfrequenz- Magnetfeld-Vektoren gemäß Figur 13. Bei einem linksdrehenden Hochfrequenz-Magnetfeld-Vektor zeigt dabei die Drehachse aus der Zeichenebene senkrecht heraus entgegengesetzt zur x- Richtung, bei einem rechtsdrehenden Hochfrequenz-Magnetfeld- Vektor zeigt die Drehachse hingegen in x-Richtung. Die elektromagnetische Welle 20 erfahrt dann eine erhöhte effektive Permeabilität μeff- Nach Gleichung (4) und (5) erhöht sich damit die Phasendifferenz PQ einander benachbarter Storstellen 15. Damit erhöht sich der Schwenkwinkel φ gemäß Gleichung (3) , so daß gemäß Figur 22 die erste Richtkeule 25 nach links schwenkt.According to FIG. 13 and FIG. 14, the x axis of the Cartesian coordinate system points perpendicularly into the plane of the drawing. In FIGS. 14, 15 and 18, a point represents a direction perpendicular into the plane of the drawing and a cross represents a direction perpendicularly out of the plane of the drawing. According to FIG. 14, the ferrite rods 41, 42, 43 located in the first regions 125 are magnetized in the x direction perpendicular to the plane of the drawing. The ferrite rods 44, 45, 46, which are arranged in the second regions 130, on the other hand, are magnetized in the opposite direction, that is to say perpendicularly out of the plane of the drawing. The gyroscopic movement of the spin electrons 120 caused by the respective magnetic field in the individual ferrite rods 41, 42, 43, 44, 45, 46 is then opposite to the direction of rotation of the high-frequency magnetic field vectors both in the first regions 125 and in the second regions 130 Figure 13. In the case of a left-turning high-frequency magnetic field vector, the axis of rotation points perpendicularly out of the plane of the drawing opposite to the x direction, whereas in the case of a right-turning high-frequency magnetic field vector, the axis of rotation points in the x direction. The electromagnetic wave 20 then experiences an increased effective permeability μ e ff - according to equations (4) and (5) The phase difference PQ of mutually adjacent storage locations 15 thus increases. This increases the swivel angle φ in accordance with equation (3), so that the first directional lobe 25 swings to the left in accordance with FIG.
Dreht man die Richtung des in die Ferritstabe 41, 42, 43, 44, 45, 46 eingebrachten Magnetfeldes um, so dreht sich die Kreiselbewegung der Spinelektronen 120 ebenfalls um. Die Drehrichtung der Kreiselbewegung stimmt nun mit der Drehrichtung des Hochfrequenz-Magnetfeld-Vektors sowohl in den ersten Bereichen 125 als auch in den zweiten Bereichen 130 uberein. Die elektromagnetische Welle erfahrt nun eine niedrigere effektive Permeabilität μeff. Daraus folgt gemäß den Gleichungen (4) und (5) eine reduzierte Phasendifferenz PQ zwischen einander benachbarten Storstellen 15, so daß der Schwenkwinkel φ gemäß Gleichung (3) reduziert wird und die Richtkeule gemäß Figur 22 nach rechts schwenkt.If the direction of the magnetic field introduced into the ferrite rod 41, 42, 43, 44, 45, 46 is reversed, the gyroscopic movement of the spin electrons 120 also reverses. The direction of rotation of the gyroscopic movement now coincides with the direction of rotation of the high-frequency magnetic field vector both in the first regions 125 and in the second regions 130. The electromagnetic wave now experiences a lower effective permeability μ e ff. From this, according to equations (4) and (5), there follows a reduced phase difference PQ between adjacent fault locations 15, so that the swivel angle φ is reduced according to equation (3) and the directional lobe 22 pivots to the right.
Die Große der sich einstellenden effektiven Permeabilität μeff hangt von der Starke der Magnetisierung der entsprechenden Ferritstabe 41, 42, 43, 44, 45, 46 ab. Figur 23 zeigt beispielhaft eine Magnetisierungskurve eines Ferritmaterials. Die betragsmaßig maximale Magnetisierung des Ferritmaterials stellt dabei eine positive Sattigungsmagnetisierung 65 und eine negativeThe magnitude of the effective permeability μeff that arises depends on the strength of the magnetization of the corresponding ferrite rod 41, 42, 43, 44, 45, 46. FIG. 23 shows an example of a magnetization curve of a ferrite material. The maximum magnetization of the ferrite material is a positive saturation magnetization 65 and a negative magnetization
Sattigungsmagnetisierung 70 dar. Für diese beiden Werte erreicht man die niedrigste und die höchste einstellbare effektive Permeabilität μeff- Diese Grenzwerte bestimmen somit gemäß Gleichung (4) und (5) den maximalen Schwenkwinkelbereich 110 gemäß Figur 24. Einen Schwenkwinkel φ innerhalb des Schwenkwinkelbereichs 110 erreicht man, indem eine Magnetisierung eingestellt wird, die zwischen den beiden Sattigungsmagnetisierungen 65, 70 des Ferritmaterials gemäß Figur 23 liegen. Es besteht so die Möglichkeit, die erste Richtkeule 25 der Leckwellenantenne 1 im Schwenkwinkelbereich 110 kontinuierlich zu schwenken.Saturation magnetization 70. For these two values, the lowest and the highest adjustable effective permeability μ e ff are reached. These limit values thus determine the maximum swivel angle range 110 according to equation (4) and (5) according to FIG. 24. A swivel angle φ within the swivel angle range 110 is achieved by setting a magnetization which lies between the two saturation magnetizations 65, 70 of the ferrite material according to FIG. 23. So there is a possibility that to continuously pivot the first directional lobe 25 of the leaky wave antenna 1 in the swivel angle range 110.
Dabei ist es nicht notwendig, daß der volleIt is not necessary that the full
Schwenkwinkelbereich 110 gemäß Figur 24 ausgenutzt wird. Es sind Anwendungsfalle denkbar, in denen der Schwenkwinkel φ nur in einem positiven Teil 111 des Schwenkwinkelbereichs 110 oder nur in einem negativen Teil 112 des Schwenkwinkelbereichs 110 liegt.Swivel angle range 110 is used according to Figure 24. Applications are conceivable in which the swivel angle φ lies only in a positive part 111 of the swivel angle range 110 or only in a negative part 112 of the swivel angle range 110.
Für die meisten Anwendungsfalle benotigt man jedoch kein kontinuierliches Schwenken der ersten Richtkeule 25 wie beschrieben. Es reicht dann vollkommen aus, wenn die erste Richtkeule 25 diskrete Schwenkwinkel φ einnehmen kann. Man kommt so zum Vorgang des digitalen Schwenkens der ersten Richtkeule 25. Hierfür teilt man den gesamten Schwenkwinkelbereich 110 in beispielsweise gleich große Winkelbereiche auf. Diese Winkelbereiche bestimmen den kleinsten Winkel, um den die erste Richtkeule 25 geschwenkt werden muß.For most applications, however, it is not necessary to continuously pivot the first beam 25 as described. It is then entirely sufficient if the first directional lobe 25 can assume discrete swivel angles φ. This leads to the process of digitally pivoting the first directional lobe 25. For this purpose, the entire pivoting angle range 110 is divided into, for example, equally large angle ranges. These angular ranges determine the smallest angle by which the first directional lobe 25 has to be pivoted.
Eine Realisierung sieht so aus, daß die in Figur 14 dargestellten Ferritstabe 41, 42 an der Oberseite 135 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5, also in den ersten Bereichen 125 gemäß Figur 13, die gemäß Figur 14 jeweils einer Storstelle 15 ortlich zugeordnet sind in mehrere Teilferritstabe 71, 72, 73, 74 mit unterschiedlich großer und voneinander getrennter Querschnittsflache gemäß Figur 15 aufgeteilt werden. Dabei wird ein erster Ferritstab 41 an der Oberseite 135 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 in einen ersten Teilferritstab 71 und einen zweiten Teilferritstab 72 aufgeteilt. Ein zweiter Ferritstab 42 an der Oberseite 135 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 wird in einen dritten Teilferritstab 73 und einen vierten Teilferritstab 74 gemäß Figur 15 aufgeteilt. Der Querschnitt des zweiten Teilferritstabes 72 ist bei dem Beispiel gemäß Figur 15 genauso groß gewählt wie der Querschnitt des vierten Teilferritstabs 74 und halb so groß wie der Querschnitt des ersten Teilferritstabs 71 und des dritten Teilferritstabs 73.One implementation is such that the ferrite rods 41, 42 shown in FIG. 14 on the top 135 of the first dielectric waveguide 5, that is to say in the first regions 125 according to FIG. 13, which according to FIG. 14 are each assigned to a location 15 in several partial ferrite rods 71, 72, 73, 74 with differently sized and separate cross-sectional areas according to FIG. 15. A first ferrite rod 41 is divided on the top 135 of the first dielectric waveguide 5 into a first partial ferrite rod 71 and a second partial ferrite rod 72. A second ferrite rod 42 on the top 135 of the first dielectric waveguide 5 is divided into a third partial ferrite rod 73 and a fourth partial ferrite rod 74 according to FIG. 15. The cross section 15 of the second partial ferrite rod 72 is chosen to be as large as the cross section of the fourth partial ferrite rod 74 and half as large as the cross section of the first partial ferrite rod 71 and the third partial ferrite rod 73.
Die Querschnittsgroßen der Teilferritstabe 71, 72, 73, 74 müssen so ausgelegt sein, daß wenn die Teilferritstabe 72, 74 mit den kleinsten Querschnittflachen zwischen ihrer positiven Sattigungsmagnetisierung 65 und ihrer negativen Sattigungsmagnetisierung 70 umgeschaltet werden, die erste Richtkeule 25 um den kleinsten vorgegebenen Schwenkwinkel φ schwenkt. Die Teilferritstabe 71, 73 mit den nachstgroßeren Querschnittsflachen müssen nun in ihrer Querschnittsflache so ausgelegt sein, daß wenn sie in ihrer Magnetisierung zwischen ihrer positiven Sattigungsmagnetisierung 65 und ihrer negativen Sattigungsmagnetisierung 70 umgeschaltet werden, die erste Richtkeule 25 um das doppelte des kleinsten vorgegebenen Winkels geschwenkt wird. Dies ist entsprechend durch die doppelte Querschnittsflache wie beschrieben in Figur 15 dargestellt. Teilferritstabe, die in Figur 15 nicht dargestellt sind, und derenThe cross-sectional sizes of the partial ferrite rod 71, 72, 73, 74 must be designed such that when the partial ferrite rod 72, 74 with the smallest cross-sectional areas are switched between their positive saturation magnetization 65 and their negative saturation magnetization 70, the first directional lobe 25 by the smallest predetermined swivel angle φ swings. The partial ferrite rod 71, 73 with the next larger cross-sectional areas must now be designed in their cross-sectional area such that when they are switched in their magnetization between their positive saturation magnetization 65 and their negative saturation magnetization 70, the first directional lobe 25 is pivoted by twice the smallest predetermined angle , This is correspondingly represented by the double cross-sectional area as described in FIG. 15. Part ferrite rod, which are not shown in Figure 15, and their
Querschnittsflachen noch großer als die beschriebenen sind, müssen in ihrer Querschnittsflache so ausgebildet sein, daß die erste Richtkeule 25 um das Vierfache, das Achtfache, usw. des kleinsten vorgegebenen Winkels schwenken kann, wobei die Querschnittsflachen entsprechend dem Vierfachen, dem Achtfachen, usw. der Querschnittsflache des zweiten Teilferritstabs 72 entsprechen muß. Der beschriebene lineare Zusammenhang zwischen Querschnittsflache und Schwenkwinkel ist zur Veranschaulichung gewählt. In der Regel wird zwischen der Querschnittsflache der Teilferritstabe und dem damit realisierbaren Schwenkwinkel kein linearer Zusammenhang bestehen, so daß eine Verdopplung des Schwenkwinkels nicht mit einer Verdopplung der Querschnittsflache des entsprechenden Teilferritstabes einhergehen muß. Es ist auch möglich, dieCross-sectional areas are even larger than those described, must be designed in their cross-sectional area so that the first directional lobe 25 can pivot four times, eight times, etc. of the smallest predetermined angle, the cross-sectional areas corresponding to four times, eight times, etc. Cross-sectional area of the second partial ferrite rod 72 must correspond. The described linear relationship between cross-sectional area and swivel angle is chosen for illustration. As a rule, there will be no linear relationship between the cross-sectional area of the partial ferrite rod and the pivot angle that can be realized with it, so that doubling the pivot angle does not mean doubling the Cross-sectional area of the corresponding partial ferrite rod must go hand in hand. It is also possible that
Querschnittsflachen der Teilferritstabe so zu wählen, daß beliebige ganzzahlige oder auch reellzahlige Vielfache des kleinstmoglichen Schwenkwinkels realisiert werden können.To choose cross-sectional areas of the partial ferrite rod so that any integer or real multiples of the smallest possible swivel angle can be realized.
Entscheidend für die Funktion der Leckwellenantenne 1 in dem beschriebenen zweiten Beispiel ist die Magnetisierung der Ferritstabe 41, 42, 43, 44, 45, 46. Sie kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß man die Ferritstabe 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47 gemäß Figur 16 an ihren beiden Enden zu einem rechteckigen Ring schließt und über einen um den so entstandenen Ferritring gewickelten stromdurchflossenen Leiter ein Magnetfeld induziert, so daß die gewünschte Magnetisierung durch entsprechende Steuerung des Stromdurchflusses durch den Leiter erzielt wird.The magnetization of the ferrite rod 41, 42, 43, 44, 45, 46 is decisive for the function of the leaky wave antenna 1 in the described second example. It can be done, for example, by the ferrite rod 41, 42, 43, 44, 45, 46 , 47 closes at both ends to form a rectangular ring according to FIG. 16 and induces a magnetic field via a current-carrying conductor wound around the resulting ferrite ring, so that the desired magnetization is achieved by correspondingly controlling the current flow through the conductor.
Figur 16 zeigt als praktische Ausfuhrung den ersten dielektrischen Wellenleiter 5 mit vier Storstellen 15 an seiner Oberseite 135 und zu Ferritringen geschlosseneFIG. 16 shows a practical embodiment of the first dielectric waveguide 5 with four storage locations 15 on its top 135 and closed to form ferrite rings
Ferritstabe 41, 42, ..., 47, die für digitales Schwenken der ersten Richtkeule 25 als zu Teilferritringen geschlossenen Teilferritstaben 71, 72, ..., 76 ausgebildet sind.Ferrite rods 41, 42, ..., 47, which are designed for digital pivoting of the first directional lobe 25 as partial ferrite rods 71, 72, ..., 76 which are closed to form partial ferrite rings.
Für die Anwendung im Antennenarray 80 können die Ferritstabe 41, 42, ..., 47 bzw. die Teilferritstabe 71, 72, ..., 76 benachbarter dielektrischer Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 gemäß Figur 17 zwischen den Wellenleitern 5, 6, 7, 8 benachbarten Storstellen 15 zusammengefaßt werden und beispielsweise ebenfalls jeweils zu einem Ferritring oder Teilferritring geschlossen werden. Gemäß Figur 17 ist dies anhand eines 4X4-Antennenarrays 80 aus vier dielektrischen Wellenleitern 5, 6, 7, 8 mit je vier als Metallstreifen ausgebildeten Storstellen 15 für das digitale Schwenken der ersten Richtkeule 25, also unter Verwendung der Teilferritstabe 71, 72, .., 76 in Form von Teilferritringen dargestellt. Gemäß Figur 17 sind in ihrer Magnetisierung gleich anzusteuernde Ferritstabe 41, 42, 43, ..., 47 bzw. Teilferritstabe 71, 72, 73, ..., 76 verschiedener Wellenleiter 5, 6, 7, 8 jeweils zusammengefaßt und gemeinsam durch jeweils einen stromführenden und um den entsprechenden Ferrit- oder Teilferritring gewickelten nicht dargestellten Leiter angesteuert. Dabei können wie in Figur 17 dargestellt jeweils mehrere gleich angesteuerte Ferritstabe 41, 42, 43, ..., 47 bzw. Teilferritstabe 71, 72, 73, ..., 76 im Bereich einander auf benachbarten Wellenleitern 5, 6, 7, 8 entsprechender Storstellen 15 jeweils zu einem gemeinsamen Ferritring oder Teilferritring zusammengefaßt sein, wobei die Wellenleiter 5, 6, 7, 8 wie in Figur 17 dargestellt parallel angeordnet sind.For use in the antenna array 80, the ferrite rod 41, 42, ..., 47 or the partial ferrite rod 71, 72, ..., 76 of adjacent dielectric waveguides 5, 6, 7, ..., 12 according to FIG Waveguides 5, 6, 7, 8 adjacent storage locations 15 are combined and, for example, are also each closed to form a ferrite ring or partial ferrite ring. According to FIG. 17, this is based on a 4X4 antenna array 80 consisting of four dielectric waveguides 5, 6, 7, 8, each with four blind spots 15 designed as metal strips for digitally pivoting the first directional lobe 25, that is to say using the Part ferrite rod 71, 72, .., 76 shown in the form of part ferrite rings. According to FIG. 17, the magnetization of ferrite rods 41, 42, 43, ..., 47 or partial ferrite rods 71, 72, 73, ..., 76 of different waveguides 5, 6, 7, 8, which are to be driven in the same way, are combined and together by each controlled a current-carrying conductor, not shown, wound around the corresponding ferrite or partial ferrite ring. In this case, as shown in FIG. 17, a plurality of ferrite rods 41, 42, 43, ..., 47 or partial ferrite rods 71, 72, 73, ..., 76, which are driven in the same way, can each be located in the area on adjacent waveguides 5, 6, 7, 8 corresponding fault locations 15 can be combined to form a common ferrite ring or partial ferrite ring, the waveguides 5, 6, 7, 8 being arranged in parallel as shown in FIG.
Auch in diesem zweiten Ausfuhrungsbeispiel können die Storstellen 15 sowohl als Metallstreifen als auch als dielektrische Nuten ausgebildet sein. Es kann auch sowohl im ersten als auch im zweiten Ausfuhrungsbeispiel vorgesehen sein, daß einige der Storstellen 15 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 als dielektrische Nuten ausgebildet sind, wohingegen andere Storstellen 15 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 als Metallstreifen ausgebildet sind. Auch die Anzahl der Storstellen 15 ist nicht auf vier begrenzt, sondern beliebig. Die Anzahl der Storstellen 15 bestimmt wie beschrieben den Offnungswinkel der Hauptkeule 100 und kann entsprechend der Systemanforderung gewählt werden. Je mehr Storstellen 15 bei gleichem Storstellenabstand voneinander vorhanden sind, desto schmaler wird die Hauptkeule 100.In this second exemplary embodiment, too, the storage locations 15 can be designed both as metal strips and as dielectric grooves. It can also be provided both in the first and in the second exemplary embodiment that some of the gaps 15 of the first dielectric waveguide 5 are designed as dielectric grooves, whereas other gates 15 of the first dielectric waveguide 5 are designed as metal strips. The number of store locations 15 is also not limited to four, but is arbitrary. As described, the number of storage locations 15 determines the opening angle of the main lobe 100 and can be selected in accordance with the system requirement. The more blind spots 15 are present with the same blind spot spacing from one another, the narrower the main lobe 100 becomes.
Sowohl im ersten als auch im zweiten Ausfuhrungsbeispiel sollten samtliche dielektrischen Wellenleiter und/oder deren jeweils an einer oder an beiden Längsseiten angeordnete dielektrischen Stabe 35, 36 mit möglichst derselben Steuerspannung Ug-£ angesteuert werden, um die Richtwirkung der Leckwellenantenne nicht zu verschlechtern. Wie auch die dielektrische Leckwellenantenne 1 gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel strahlt die dielektrische Leckwellenantenne 1 gemäß dem zweiten Ausfuhrungsbeispiel nicht nur in y-Richtung gemäß Figur 14 und Figur 15 ab. Die Leckwellenantenne 1 strahlt genauso stark in die entgegengesetzte Richtung. Diese Abstrahlung ist wie beschrieben in den meisten Anwendungen nicht erwünscht und reduziert den Antennengewinn in Nutzrichtung signifikant.Both in the first and in the second exemplary embodiment, all dielectric waveguides and / or their Dielectric rods 35, 36 arranged on one or both long sides can be driven with the same control voltage Ug- £ as possible so as not to impair the directional effect of the leaky wave antenna. Like the dielectric leaky-wave antenna 1 according to the first exemplary embodiment, the dielectric leaky-wave antenna 1 according to the second exemplary embodiment does not only radiate in the y direction according to FIGS. 14 and 15. The leaky wave antenna 1 radiates just as strongly in the opposite direction. As described, this radiation is not desired in most applications and significantly reduces the antenna gain in the direction of use.
Einen höheren Gewinn der Leckwellenantenne 1 erreicht man deshalb wie beschrieben, indem man an der den Storstellen 15 abgewandten Seite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 oder zusatzlich auch an mindestens einer Längsseite des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 Reflexionsflachen positioniert. Die ungewollte Abstrahlung wird durch die Reflexionsflachen in Nutzrichtung reflektiert. DieA higher gain of the leaky wave antenna 1 is therefore achieved as described by positioning reflection surfaces on the side of the first dielectric waveguide 5 facing away from the interference locations 15 or additionally on at least one longitudinal side of the first dielectric waveguide 5. The unwanted radiation is reflected by the reflective surfaces in the direction of use. The
Reflexionsflachen sollten dabei so positioniert und geformt sein, daß die reflektierte Abstrahlung die Abstrahlung in Nutzrichtung so überlagert, daß keine Deformierung der Abstrahlcharakteristik in Nutzrichtung auftritt.Reflection surfaces should be positioned and shaped so that the reflected radiation overlaps the radiation in the direction of use in such a way that no deformation of the radiation characteristic occurs in the direction of use.
Durch die beschriebene einseitig an der Oberseite 135 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 angeordneten Storstellen 15 kommt es wahrend des beschriebenen Schwenkvorgangs der ersten Richtkeule 25 zu Schwankungen in der Abstrahlamplitude. Dies kommt daher, daß die an der Unterseite 140 angeordneten Ferritstabe 45, 46 gemäß den Figuren 14 und 15 je nach ihrer Magnetisierungsrichtung als zusatzliche abstrahlende Storstellen wirken. Die genannten Schwankungen in der Abstrahlamplitude können erheblich reduziert werden, wenn zusatzliche Storstellen 15, beispielsweise in Form von Metallstreifen gemäß Figur 18 im Bereich der Ferritstabe 45, 46 an der Unterseite 140 des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 angeordnet werden. Die Storstellen 15 an der Unterseite 140 können naturlich entsprechend auch als dielektrische Nuten ausgebildet werden.As a result of the described disturbance points 15 arranged on one side on the top 135 of the first dielectric waveguide 5, fluctuations in the radiation amplitude occur during the described pivoting process of the first directional lobe 25. This is due to the fact that the ferrite rods 45, 46 arranged on the underside 140 act according to FIGS. 14 and 15, depending on their direction of magnetization, as additional radiating sites. The fluctuations in the radiation amplitude mentioned can be considerably reduced if additional fault locations 15, 18 in the area of the ferrite rods 45, 46 on the underside 140 of the first dielectric waveguide 5, for example in the form of metal strips. The blind spots 15 on the underside 140 can of course also be designed accordingly as dielectric grooves.
Die Beschreibung der Leckwellenantenne 1 anhand des ersten dielektrischen Wellenleiters 5 kann sowohl für das erste beschriebene Ausfuhrungsbeispiel als auch für das zweite beschriebene Ausfuhrungsbeispiel auch auf alle anderen dielektrischen Wellenleiter 6, 7, 8, ..., 12 übertragen werden. Die Leckwellenantenne 1 kann aus einem einzigen in der gemäß dem ersten Ausfuhrungsbeispiel oder dem zweiten Ausfuhrungsbeispiel beschriebenen dielektrischen Wellenleiter oder aus einem Antennenarray mit mindestens zwei solcher Wellenleiter aufgebaut werden, wobei die Ausbildung als Antennenarray 80 gemäß Figur 3, Figur 4, Figur 17 und Figur 19 mit acht bzw. vier Wellenleitern lediglich beispielhaft beschrieben ist.The description of the leaky wave antenna 1 with reference to the first dielectric waveguide 5 can be applied to all other dielectric waveguides 6, 7, 8,..., 12 both for the first exemplary embodiment described and for the second exemplary embodiment described. The leaky wave antenna 1 can be constructed from a single dielectric waveguide described in the first exemplary embodiment or the second exemplary embodiment or from an antenna array with at least two such waveguides, the configuration as an antenna array 80 according to FIG. 3, FIG. 4, FIG. 17 and FIG. 19 with eight or four waveguides is only described as an example.
Die Einsatzbereiche der dielektrischen Leckwellenantenne 1 gemäß dem zweiten Ausfuhrungsbeispiel sind wie auch beim ersten Ausfuhrungsbeispiel Antennensysteme, die in mindestens einer Ebene in ihrer Antennencharakteristik geschwenkt werden müssen. Entsprechend den Figuren 3 und 4 laßt sich auch für das zweite Ausfuhrungsbeispiel ein Antennenarray 80 realisieren, wie es beispielsweise in Figur 17 in einer Realisierungsform beispielhaft angedeutet ist und das gemäß der Ausfuhrungsform nach Figur 3 zusatzlich zur schwenkbaren ersten Richtkeule 25 in Richtung der Ebene der Wellenleiter 5, 6, 7, ..., 12 auch die zweite Richtkeule 26 orthogonal zur Ebene der Wellenleiter 5, 6, 7,..., 12 aufweist, die jedoch gemäß der Ausführungsform nach Figur 3 nicht schwenkbar ist. Unter Verwendung der Phasenschieber gemäß Figur 4 ist auch die zweite Richtkeule 26 schwenkbar wie beschrieben.The areas of application of the dielectric leaky-wave antenna 1 according to the second exemplary embodiment, like the first exemplary embodiment, are antenna systems which have to be pivoted in their antenna characteristics in at least one plane. According to FIGS. 3 and 4, an antenna array 80 can also be realized for the second exemplary embodiment, as is exemplarily indicated in an implementation form in FIG. 17 and, in addition to the pivotable first directional lobe 25 in the direction of the waveguide plane according to the exemplary embodiment according to FIG. 3 5, 6, 7, ..., 12 also the second directional lobe 26 orthogonal to the plane of the waveguides 5, 6, 7, ..., 12 has, however, according to the embodiment of Figure 3 is not pivotable. Using the phase shifters according to FIG. 4, the second directional lobe 26 can also be pivoted as described.
Somit liefert auch die Leckwellenantenne 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine Antenne mit elektronisch schwenkbarer Antennencharakteristik, die kostengünstig und platzsparend aufgebaut und allgemein als in seiner Antennencharakteristik adaptives Antennensystem eingesetzt werden kann. Die Leckwellenantenne 1 kann dabei beispielsweise in hochauflösenden, bildgebenden Radarsystemen eingesetzt werden. Generell ist der Einsatz der Leckwellenantenne 1 gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel in allen Antennensystemen möglich, in denen ein gewisser Raumbereich 2- oder 3-dimensional mit bzw. nach Hochfrequenzsignalen abgetastet werden muß. Thus, the leaky wave antenna 1 according to the second exemplary embodiment also provides an antenna with an electronically pivotable antenna characteristic which can be constructed in a cost-effective and space-saving manner and can generally be used as an antenna system which is adaptive in its antenna characteristic. The leaky wave antenna 1 can be used, for example, in high-resolution, imaging radar systems. In general, the use of the leaky wave antenna 1 according to the first and the second exemplary embodiment is possible in all antenna systems in which a certain spatial area has to be scanned in two or three dimensions with or according to high-frequency signals.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Leckwellenantenne (1) mit mindestens einem dielektrischen Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) und Störstellen (15), an denen jeweils ein Teil eines über den Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) in Form einer elektromagnetischen Welle (20) geführten elektromagnetischen Feldes abgestrahlt oder empfangen wird, wobei die Phasendifferenz der elektromagnetischen Welle (20) zwischen benachbarten Störstellen (15) jeweils etwa gleich groß ist, so daß sich eine gerichtete Antennencharakteristik (25, 26) ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Leckwellenantenne (1) Mittel (30; 35, 36; 41, 42, 43, ..., 47) zur Änderung der Ausbreitungskonstante des Wellenleiters (5, 6, 7, ..., 12) umfaßt, wobei sich durch eine Änderung der Ausbreitungskonstante eine Änderung der Wellenlänge der sich über den Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) ausbreitenden elektromagnetischen Welle (20) und damit eine Änderung der Phasendifferenz ergibt, die zu einer Schwenkung der gerichteten Antennencharakteristik (25, 26) führt.1. leakage wave antenna (1) with at least one dielectric waveguide (5, 6, 7, ..., 12) and interference points (15), each of which a part of the waveguide (5, 6, 7, ..., 12) is emitted or received in the form of an electromagnetic wave (20) guided electromagnetic field, the phase difference of the electromagnetic wave (20) between adjacent impurities (15) being approximately the same size, so that a directional antenna characteristic (25, 26) results, characterized in that the leaky wave antenna (1) means (30; 35, 36; 41, 42, 43, ..., 47) for changing the propagation constant of the waveguide (5, 6, 7, ..., 12) comprises, a change in the propagation constant resulting in a change in the wavelength of the electromagnetic wave (20, 6, 7,..., 12) propagating via the waveguide and thus a change in the phase difference resulting in a pivoting of the directional antenna pattern (25, 26) leads.
2. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30; 35, 36; 41, 42, 43, ..., 47) zur Änderung der Ausbreitungskonstante Mittel (30; 35, 36) zur Änderung der effektiven Permittivitat εeff für die sich über den Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) ausbreitende elektromagnetische Welle (20) umfassen.2. leaky wave antenna (1) according to claim 1, characterized in that the means (30; 35, 36; 41, 42, 43, ..., 47) for changing the propagation constant means (30; 35, 36) for changing the effective permittivity ε eff for the electromagnetic wave (20) propagating via the waveguide (5, 6, 7, ..., 12).
3. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30; 35, 36) zur Änderung der effektiven Permittivitat εeff Mittel (30) zur Änderung der relativen Permittivitat εr des Wellenleiters (5, 6, 7, ..., 12) durch Anlegen einer Spannung (Usc) an den Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) umfassen.3. leaky wave antenna (1) according to claim 2, characterized in that the means (30; 35, 36) for changing the effective permittivity ε eff means (30) for changing the relative permittivity ε r of the waveguide (5, 6, 7, ..., 12) by applying a voltage (U sc ) to the waveguide (5, 6, 7, ..., 12).
4. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) zumindest teilweise schichtweise aufgebaut ist, wobei die Spannung (Ust.) zwischen den Schichten (50, 51) eingebracht wird.4. leaky wave antenna (1) according to claim 3, characterized in that the waveguide (5, 6, 7, ..., 12) is at least partially built up in layers, the voltage (U st .) Between the layers (50, 51st ) is introduced.
5. Leckwellenantenne (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30; 35, 36) zur Änderung der effektiven Permittivitat εeff Mittel (30) zur Änderung der relativen Permittivitat εr mindestens eines seitlich an den Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) angebrachten ersten dielektrischen Stabes (35, 36) durch5. leaky wave antenna (1) according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the means (30; 35, 36) for changing the effective permittivity ε eff means (30) for changing the relative permittivity ε r at least one laterally to the Waveguide (5, 6, 7, ..., 12) attached first dielectric rod (35, 36) through
Anlegen einer Spannung (Usc) an diesen dielektrischen Stab (35, 36) umfassen.Apply a voltage (U sc ) to this dielectric rod (35, 36).
6. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine seitlich an den6. leaky wave antenna (1) according to claim 5, characterized in that the at least one laterally to the
Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) angebrachte erste dielektrische Stab (35, 36) schichtweise aufgebaut ist, wobei die Spannung (Ust) zwischen den Schichten (55,56) eingebracht wird.Waveguide (5, 6, 7, ..., 12) attached first dielectric rod (35, 36) is built up in layers, the voltage (U st ) being introduced between the layers (55, 56).
7. Leckwellenantenne (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer den Störstellen (15) des Wellenleiters (5, 6, 7, ..., 12) gegenüberliegenden Seite des Wellenleiters (5, 6, 7, ..., 12) ein weiterer dielektrischer Stab (40) mit durch7. leaky wave antenna (1) according to one of claims 2 to 6, characterized in that on one of the defects (15) of the waveguide (5, 6, 7, ..., 12) opposite side of the waveguide (5, 6, 7th , ..., 12) another dielectric rod (40) with through
Anlegen einer Spannung (Ust) veränderbarer relativer Permittivitat εr angeordnet ist, um die Leistungsaufteilung in der Leckwellenantenne (1) zu steuern, wobei durch eine Erhöhung der relativen Permittivitat εr des zweiten dielektrischen Stabes (40) die elektromagnetische Welle (20) mehr in dem dem zweiten dielektrischen Stab (40) zugewandten Bereich des Wellenleiters (5, 6, 7, ..., 12) verläuft, so daß weniger Leistung an den Störstellen (15) abgestrahlt wird.Applying a voltage (U st ) variable relative permittivity ε r is arranged to control the power distribution in the leaky wave antenna (1), with an increase in the relative permittivity ε r of the second dielectric rod (40) the electromagnetic wave (20) runs more in the region of the waveguide (5, 6, 7, ..., 12) facing the second dielectric rod (40), so that less power is emitted at the defects (15).
8. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere dielektrische Stab (40) schichtweise aufgebaut ist, wobei die Spannung (Ust) zwischen den Schichten (60, 61) eingebracht wird.8. leaky wave antenna (1) according to claim 7, characterized in that the further dielectric rod (40) is built up in layers, the voltage (U st ) between the layers (60, 61) is introduced.
9. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere dielektrische Stab (40) in mehrere voneinander getrennte Abschnitte aufgeteilt ist, deren relative Permittivitat εr individuell veränderbar ist, um eine individuelle9. leakage wave antenna (1) according to claim 7 or 8, characterized in that the further dielectric rod (40) is divided into several separate sections, the relative permittivity ε r can be changed individually to an individual
Leistungsansteuerung zumindest für einen Teil der Störstellen (15) zu realisieren.To implement power control for at least some of the fault points (15).
10. eckwellenantenne (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30; 35, 36; 41, 42, 43,10. corner wave antenna (1) according to claim 1, characterized in that the means (30; 35, 36; 41, 42, 43,
... , 47) zur Änderung der Ausbreitungskonstante Mittel (30; 41, 42, 43, ..., 47) zur Änderung der effektiven Permeabilität μeff für die sich über den Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) ausbreitende elektromagnetische Welle (20) umfassen...., 47) to change the propagation constant means (30; 41, 42, 43, ..., 47) to change the effective permeability μ eff for which the waveguide (5, 6, 7, ..., 12) include propagating electromagnetic wave (20).
11. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30; 41, 42, 43, ..., 47) zur Änderung der effektiven Permeabilität μeff im Bereich von Störstellen (15) des Wellenleiters (5, 6, 7, ..., 12) quer zum Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) magnetisierte Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) und Mittel (30) zur Einstellung der Magnetisierung dieser magnetisierbaren Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) umfassen, wobei die Größe des Schwenkwinkels (φ) für die Schwenkung der gerichteten Antennencharakteristik (25, 26) von der Magnetisierung der Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) abhängt .11. leaky wave antenna (1) according to claim 10, characterized in that the means (30; 41, 42, 43, ..., 47) for changing the effective permeability μ eff in the region of impurities (15) of the waveguide (5, 6, 7, ..., 12) transverse to the waveguide (5, 6, 7, ..., 12) magnetized ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47) and means (30) for adjusting the magnetization of these magnetizable ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47), the size of the swivel angle (φ) for the swiveling of the directional antenna characteristic (25, 26) depends on the magnetization of the ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47).
12. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Mittel (30) zur Einstellung der Magnetisierung eine Umkehrung der Magnetisierungsrichtung der magnetisierbaren Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) erfolgt.12. leaky wave antenna (1) according to claim 11, characterized in that the means (30) for adjusting the magnetization reverses the magnetization direction of the magnetizable ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47).
13. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30) zur Einstellung der Magnetisierung die Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) jeweils zwischen zwei magnetischen Sattigungszustanden (65, 70) umschalten.13. leakage wave antenna (1) according to claim 11 or 12, characterized in that the means (30) for adjusting the magnetization, the ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47) each between two magnetic saturation states (65, 70) switch.
14. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) in Teilelemente (71, 72, 73, ..., 76) aufgeteilt sind, die unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen und durch deren Magnetisierung jeweils ein von der Querschnittsflache abhängiger Schwenkwinkel der Antennencharakteristik (25, 26) einstellbar ist.14. leakage wave antenna (1) according to claim 13, characterized in that the ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47) are divided into sub-elements (71, 72, 73, ..., 76), the different cross-sectional area have a magnet angle of the antenna characteristic (25, 26) which is dependent on the cross-sectional area.
15. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30) zur Einstellung der Magnetisierung der Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) die Magnetisierung der Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) kontinuierlich zwischen zwei magnetischen Sattigungszustanden (65, 70) ansteuern.15. leakage wave antenna (1) according to claim 11 or 12, characterized in that the means (30) for adjusting the magnetization of the ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47) the magnetization of the ferrite elements (41, 42, 43 , ..., 47) continuously between two magnetic saturation states (65, 70).
16. Leckwellenantenne (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) ringförmig ausgebildet sind und daß die Mittel (30) zur Einstellung der Magne isierung der Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) jeweils einen um das entsprechende Ferritelement gewickelten stromdurchflossenen Leiter umfassen, der ein Magnetfeld im entsprechenden Ferritelement (41, 42, 43, ..., 47) induziert.16. leakage wave antenna (1) according to one of claims 11 to 15, characterized in that the ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47) are annular and that the means (30) for adjusting the magnetization of Ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47) each comprise a current-carrying conductor wound around the corresponding ferrite element, which induces a magnetic field in the corresponding ferrite element (41, 42, 43, ..., 47).
17.Leckwellenantenne (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstellen (15) auf einander gegenüberliegenden Seiten des Wellenleiters (5, 6, 7, ..., 12) angeordnet sind.17. Leak wave antenna (1) according to one of claims 10 to 16, characterized in that the impurities (15) on opposite sides of the waveguide (5, 6, 7, ..., 12) are arranged.
18. Leckwellenantenne (1) nach einem der vorherigen18. Leaky wave antenna (1) according to one of the previous ones
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antennenarray (80) aus mehreren parallel angeordneten Wellenleitern (5, 6, 7, ..., 12) gebildet und durch ein gemeinsamesClaims, characterized in that an antenna array (80) is formed from several waveguides (5, 6, 7, ..., 12) arranged in parallel and by a common one
Verteilnetzwerk (85) gespeist ist.Distribution network (85) is fed.
19. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einem Teil der Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) jeweils ein Phasenschieber (91, 92,19. leaky wave antenna (1) according to claim 18, characterized in that at least a part of the waveguides (5, 6, 7, ..., 12) each have a phase shifter (91, 92,
93, ..., 98) zugeordnet ist.93, ..., 98).
20. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (30; 35, 36; 41, 42, 43, -.-, 47) zur Änderung der Ausbreitungskonstante des20. leakage wave antenna (1) according to claim 19, characterized in that the means (30; 35, 36; 41, 42, 43, -.-, 47) for changing the propagation constant of
Wellenleiters (5, 6, 7, ..., 12) in einem Bereich an einem Ende des jeweiligen Wellenleiters (5, 6, 7, ..., 12), das dem Verteilnetzwerk (85) zugewandt ist, die Ausbreitungskonstante getrennt ansteuern, um eine Phasenverschiebung zwischen den einzelnen WellenleiternThe waveguide (5, 6, 7, ..., 12) in a region at one end of the respective waveguide (5, 6, 7, ..., 12), which faces the distribution network (85), separately control the propagation constant to a phase shift between the individual waveguides
(5, 6, 7, ..., 12) zu bewirken.(5, 6, 7, ..., 12).
21. Leckwellenantenne (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, soweit sie auf einen der Ansprüche 10 bis 18 rückbezogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in ihrer Magnetisierung gleich anzusteuernde Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) verschiedener Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) zusammengefaßt und gemeinsam angesteuert sind.21. leakage wave antenna (1) according to one of claims 18 to 20, insofar as they are related to one of claims 10 to 18, characterized in that in their magnetization Ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47) of different waveguides (5, 6, 7, ..., 12) which are to be driven in the same way are combined and controlled together.
22. Leckwellenantenne (1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere gleich angesteuerte Ferritelemente (41, 42, 43, ..., 47) im Bereich einander entsprechender Störstellen (15) mehrerer parallel angeordneter Wellenleiter (5, 6, 7, ..., 12) zu einem gemeinsamen Ferritring zusammengefaßt sind.22. leakage wave antenna (1) according to claim 21, characterized in that in each case a plurality of identically controlled ferrite elements (41, 42, 43, ..., 47) in the region of mutually corresponding defects (15) of a plurality of parallel waveguides (5, 6, 7 , ..., 12) are combined to form a common ferrite ring.
23. Leckwellenantenne (1) nach einem der vorherigen23. Leaky wave antenna (1) according to one of the previous ones
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Seite des mindestens einen Wellenleiters (5, 6, 7, ..., 12) eine oder mehrere Reflexionsflächen angeordnet sind.Claims, characterized in that one or more reflection surfaces are arranged on at least one side of the at least one waveguide (5, 6, 7, ..., 12).
24. Leckwellenantenne (1) nach einem der vorherigen24. Leaky wave antenna (1) according to one of the previous ones
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb, an der den Störstellen (15) abgewandten Seite des WellenleitersClaims, characterized in that below, on the side of the waveguide facing away from the defects (15)
(5, 6, 7, ..., 12) zusätzliche Störstellen angeordnet sind.(5, 6, 7, ..., 12) additional impurities are arranged.
25. Leckwellenantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Störstellen (15) als dielektrische Nuten ausgebildet sind.25. leaky wave antenna (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least some of the defects (15) are designed as dielectric grooves.
26. Leckwellenantenne (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Störstellen (15) als Metallstreifen ausgebildet sind. 26. leakage wave antenna (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least part of the impurities (15) are designed as metal strips.
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