DE10112893C2

DE10112893C2 - Gefaltete Reflektorantenne

Info

Publication number: DE10112893C2
Application number: DE2001112893
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Menzel; Dietmar Pilz
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Hensoldt Sensors GmbH
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2003-10-09
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: DE10112893A1

Description

Die Erfindung betrifft eine gefaltete Reflektorantenne nach dem Oberbegriff des Patentanspruch 1.

Bei herkömmlichen Reflektorantennen und daraus abgeleiteten Strukturen ist in der Regel eine Strahlschwenkung durch seitliches Verschieben des Speisepunktes - zumindestens bei akzeptabel kleinen Brennweiten - auf relative kleine Winkel im Bereich von ein bis zwei Keulenbreiten beschränkt. Darüber hinaus steigt der auf die zu Achse liegende Nebenzipfel der geschwenkten Keulen stark an ("coma lobe"). Bei Linsenantennen dagegen gibt es die Möglichkeit, durch geeignete Formgebung beider Linsenflächen sogenannte bifokale Linsen(antennen) zu entwerfen. Solche Linsen sind, wie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt, symmetrisch aufgebaut, haben aber statt eines Brennpunktes einen Brennkreis; d. h. sie besitzen optimale Antenneneigenschaften bei einem Speisepunkt, der auf diesem Brennkreis liegt. Auch bei Abweichungen der Speisepunktposition vom Brennkreis lassen sich noch recht gute Antennendiagramme erzielen. Ein Entwurfsverfahren für derartige Systeme ist in
/1/ Holt, P. S., Mayer, A.: A design procedure for dielectric microwave lenses of large aperture ratio and large scanning angle. IRE Trans. on AP-5 (1957), pp. 25-30.
beschrieben.

Bei einer einfachen Parabolantenne fehlt der Freiheitsgrad der zweiten Fläche; erst Antennen mit einem zweiten Reflektor, also Cassegrain-ähnliche Antennen, bieten zusätzliche Dimensionierungsmöglichkeiten; in der Regel wird jedoch der Realisierungsaufwand hoch.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der gefalteten Reflektorantenne nach
/2/ DE 198 48 722.3
und verbessert sie so, daß ein größerer Schwenkbereich möglich wird. Diese gefaltete Reflektorantenne besteht, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, aus einem ersten Reflektor (planares Gitter oder Schlitzarray) 10 als Polarisator und einem zweiten, ebenfalls planaren Reflektor 20, der gleichzeitig die lineare Polarisation einer einfallenden Welle um 90° dreht. Die vom Speisehorn 30 auf den ersten Reflektor 10 fallende Welle ist anfangs so polarisiert, daß sie reflektiert wird. Am zweiten Reflektor 20 wird nun einerseits die vom ersten Reflektor reflektierte Welle gebündelt, andererseits in der Polarisation um 90° gedreht, so daß sie nun durch den Polarisator 10 hindurch gelangen kann.

Aus der US 4,905,014 sind verschiedene metallische Reflektorstrukturen für Mikrowellenstrahlung bekannt, mit denen ein spezifisches Reflektions verhalten der Strahlung erzielt werden kann. Sie bestehen aus einer Mehrzahl von in einer Ebene liegenden Dipolen.

Die DE-OS 19 63 036 A offenbart eine Antenne mit einem reflektierenden Netz aus nebeneinander angeordneten Einzelstrahlern, deren Eingänge über Phasenschieber untereinander verbunden sind. Die Phasenverschiebungen zwischen den Einzelstrahlern werden derart geregelt, dass die in den Raum abgestrahlte Welle eine ebene Welle mit vorgegebener Richtung ist. Die Einzelstrahler werden mit der von einer Primärquelle abgestrahlten Energie gespeist, wobei die von der Primärquelle abgestrahlte Energie zunächst auf ein vor dem Netz der Einzelstrahler angeordnetes Radom aus parallelen leitenden Drähten fällt und von dort in Richtung auf die Einzelstrahler reflektiert wird. In den Einzelstrahlern wird die Polarisation geändert, so dass die vom Strahlernetz abgestrahlte Welle das Radom störungsfrei durchdringt.

Es ist das Ziel der Erfindung, den Gegenstand nach /2/ so zu erweitern, daß ein größerer Schwenkbereich möglich wird.

Dies wird mit dem Gegenstand von Anspruch 1 erreicht.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung, in der anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel erörtert wird. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antenne,

Fig. 2 die Metallisierungsstruktur des ersten Reflektors (Transmissionsreflektor) der Antenne nach Fig. 1,

Fig. 3 die prinzipielle Anordnung einer bifokalen Linsenantenne,

Fig. 4 eine gefaltete Reflektorantenne nach dem Stand der Technik /2/, und

Fig. 5 einen Ausschnitt aus dem Reflektorlayout des Gegenstandes von Fig. 4

Wie eingangs dargelegt, erweitert die Erfindung das Konzept nach /2/ so, daß auch der erste Reflektor 1 (Fig. 1, 2) noch eine zusätzliche Phaseneinstellung vornehmen kann. Dies geschieht nach der Erfindung dadurch, daß in die planare Struktur des ersten Reflektors 1 eine weitere Phaseneinstellung integriert wird. In einer vorteilhaften Ausführung kann der erste Reflektor 1 eine geeignete Krümmung aufweisen.

Mit einem geeigneten Algorithmus, z. B. in Anlehnung an /1/, können nun die Reflexionsphasen sowohl des zweiten Reflektors 2 als auch des ersten Reflektors 1 unabhängig voneinander so dimensioniert werden, daß man ebenfalls einen Brennkreis statt eines Brennpunktes erhält. Damit lassen sich optimale Antenneneigenschaften bereits für geschwenkte Antennenkeulen einstellen; und auch für Feedpositionen auf der Achse oder noch weiter außen lassen sich gute Antenneneigenschaften realisieren. Eine Strahlschwenkung kann realisiert werden, in dem eine Reihe von Speisepunkten nebeneinander liegen, wobei durch jeden Speisepunkt eine Strahlungskeule mit unterschiedlicher Richtung erzeugt wird.

Einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Antennenkonzept ist in Fig. 1 dargestellt. Fig. 2 deutet an, wie durch Kombination von einem Schlitzarray (Schlitze 5) und Dipolen 6 mit unterschiedlicher Länge auch am ersten Reflektor 1 unterschiedliche Reflexionsphasen für eine Welle mit Polarisation parallel zu Schlitzen 5 und Dipolen 6 erreicht werden können, während eine Welle mit Polarisation senkrecht zu Schlitzen 5 und Dipolen 6 durchgelassen wird. Statt des Schlitzarrays ist ebenso ein Gitter mit Dipolen auf der entgegengesetzten Seite des Substrats 7 denkbar. Der zweite Reflektor kann in einer anderen Ausführung auch ein Parabolreflektor mit integriertem Twistreflektor, wie er in
/3/ WO 98/49750 A1
als gefaltete Reflektorantenne mit Polarisationsgitter und Parabolreflektor mit eingelassenen Rillen zur Drehung der Polarisation beschrieben ist, sein.

In der beschriebenen vorteilhaften Ausführung kann diese Antenne z. B. eine ausgezeichnete Lösung für KFZ-Abstandsradars der nächsten Generation oder andere Sensoren, insbesondere im Millimeterwellenbereich sein.

Claims

1. Gefaltete Reflektorantenne mit einer Speiseantenne (3) und zwei Reflektoren (1, 2), mit folgenden Merkmalen:

- die Speiseantenne (3) strahlt eine Welle auf den ersten Reflektor (1), der so polarisiert ist, daß sie reflektiert wird;
- vom ersten Reflektor (1) fällt die Welle auf den zweiten Reflektor (2), der zusammen mit dem ersten Reflektor (1) eine Bündelung der Strahlung bewirkt;
- zusätzlich enthält dieser zweite Reflektor (2) noch eine Vorrichtung/Eigenschaft, die Polarisation der einfallenden Welle um 90° zu drehen;
- die so doppelt reflektierte, gebündelte und in der Polarisation gedrehte Welle wird durch den ersten Reflektor (1) hindurch abgestrahlt;

dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Reflektor (1) zusätzliche Reflektorelemente (5, 6) enthält, mit denen die Reflexionsphase abhängig von den Koordinaten auf dem Reflektor (1) derart eingestellt ist, dass die Gesamtanordnung das Verhalten einer bifokalen Antenne zeigt, und
alle Strukturen mit Ausnahme des Speisepunkts der Speiseantenne (3) im wesentlichen symmetrisch bezüglich der Antennenachse sind.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reflektor (1) eine gekrümmte Gitter- bzw. Schlitzarraystruktur ist.

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reflektor (1) eine planare Struktur ist.

4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reflektor (1) auf der nach vorn (außen) gerichteten Seite eine Schlitzstruktur als Polarisator enthält.

5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reflektor auf der nach vorn (außen) gerichteten Seite eine Gitterstruktur als Polarisator enthält.

6. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reflektor (1) auf der nach hinten (innen) gerichteten Seite eine Metallisierung enthält, die die Reflexionsphase ortsabhängig einstellen kann.

7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Reflektor (1) auf der nach hinten (innen) gerichteten Seite rechteckige Dipole unterschiedlicher Geometrie als Metallisierung enthält.

8. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reflektor (2) ein Parabolreflektor mit integriertem Twistreflektor ist.

9. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reflektor (2) ein planarer Reflektor mit rückseitiger Massemetallisierung ist.

10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reflektor (2) gedruckte Metallisierungsstrukturen zur Bündelung und Polarisationsdrehung enthält.

11. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Reflektor (2) gedruckte rechteckige Metallisierungsstrukturen zur Bündelung und Polarisationsdrehung enthält.

12. Antennenanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Speisepunkten nebeneinander liegen, wobei durch jeden Speisepunkt eine Strahlungskeule mit unterschiedlicher Richtung erzeugt wird.