DE2441638C3 - Breitbandantenne mit einer in der Nähe eines Reflektors angeordneten Spirale - Google Patents
Breitbandantenne mit einer in der Nähe eines Reflektors angeordneten SpiraleInfo
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- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
- H01Q9/26—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole with folded element or elements, the folded parts being spaced apart a small fraction of operating wavelength
- H01Q9/27—Spiral antennas
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Description
Die Erfindung betrifft eine Breitbandantenne mit mindestens einem in Form einer Spirale in einer Ebene
in der Nähe eines Reflektors angeordneten Leiter, die in einem oberen Frequenzbereich einen zentralen Hauptemissionsbereich
der Strahlung und in Rand-Bereichen ">o einen parasitären Emissionsbereich aufweist und mit
einem koaxial zur Spiralenachse in Strahlrichtung vor der Spirale angeordneten Resonator versehen ist
Eine solche Antenne ist aus der US-PS 30 55 003 bekannt. v>
Bei dieser bekannten Antenne besteht der Resonator aus einer passiven Spiralantenne, deren Form und
Abmessungen mit denen der aktiven Spirale identisch sind. Durch Drehung des Resonators kann die
Polarisation und Phasenlage des Strahlungsfeldes mi reguliert werden.
Des weiteren ist aus der US-PS 31 92 531 eine Spiralantenne bekannt, die jedoch keinen Resonator der
einleitend genannten Art aufweist.
Solche Spiralantennen sind für ihr breitbandiges ■
> Betriebsverhalten bekannt. Sie besitzen in einem bestimmten Frequenzbereich ein Strahlungsdiagramm
mit einem konstanten 3-dB-öffnungswinkel, konstantem Gewinn und geringer Elliptizität Diese Eigenschaften
werden ohne größere Schwierigkeiten in einem Frequenzband erzielt dessen untere und obere Frequenz
sich wie 1 :3 verhalten. Wenn dieses Verhältnis von 1 :3 wesentlich überschritten wird, tritt der Mangel
auf, daß für eine bestimmte Frequenz lediglich ein relativ begrenzter Bereich der Antenne zu deren
Strahlung beiträgt Bei niedrigen Frequenzen liegt dieser Bereich in der Gegend des Umfanges der
Antenne. In dem Maße, wie die Frequenz wächst nähert
sich dieser Strahlungsbereich dem Mittelpunkt der Spirale. Im folgenden wird dieser Bereich als Hauptstrahlungsbereich
bezeichnet, da bei hohen Frequenzen ein oder mehrere parasitäre Strahlungsbereiche auftreten,
zunächst in der Gegend des Umfanges der Antenne dann allmählich sich dem Mittelpunkt nähernd, wenn die
Frequenz weiterhin ansteigt Die jeweilig? Phase der Ströme in den Hauptstrahlungsbereichen und den
parasitären Strahlungsbereichen ändert sich rasch in Abhängigkeit von der Frequenz. Das Strahlungsdiagramm
ist daher nicht mehr rotationssymmetrisch um die Antennenachse, sondern besitzt einen elliptischen
Querschnitt. Hieraus ergeben sich rasche Schwankungen der Breite des Diagrammes bei den 3-dB-Punkten,
und die Hauptstrahlrichtung fällt für die in einer Ebene betrachteten Diagramme nicht mehr mit der Senkrechten
auf die Antennenebene zusammen, sondern kann sich um 10° bis 15° von ihrer normalen Lage entfernen.
Bekannte Vorschläge zur Dämpfung der Strahlung aus den parasitären Bereichen bestehen darin, die
Ströme längs der Spirale durch Serien- oder Parallelverluste zu dämpfen.
Diese bekannten Lösungen sind nicht zufriedenstellend, da sie zu einer Minderung des Antennengewinns
im gesamten nutzbaren Bandbreitenbereich und insbesondere bei niedrigen Frequenzen führen, wo die Nähe
des Reflektors bereits störend ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne einleitend angegebenen Gattung zu schaffen,
die im gesamten Frequenzbereich ein möglichst symmetrisches Strahlungsdiagramm aufweist
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Resonator lediglich den zentralen Hauptemissionsbereich
der Spirale überdeckt.
Der Resonator steigert dabei in vorteilhafter Weise die Abstrahlung des Hauptstrahlungsbereiches, ohne
diejenige der parasitären Bereiche zu erhöhen, was eine relative Verminderung des Beitrages der letzteren zur
Strahlung der Antenne bedeutet.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In der Zeichnung ist eine Antenne nach der Erfindung
anhand beispielsweise gewählter Ausführungsformen schematisch veranschaulicht. Es zeigen
F i g. 1 bis 5 schematische, teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen der Antenne nach der Erfindung.
Gleiche Bezugsziffern bezeichnen in allen Figuren gleiche Teile.
F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Antenne nach der Erfindung. Sie besteht aus einer leitenden, ebenen
Doppelspirale 1, die beispielsweise auf einem ebenen dielektrischen Substrat durch Fotogravur erzeugt
wurde, sowie aus einer Speiseleitung 2, die die Spirale mit einem nicht dargestellten Sender/Empfänger
verbindet, und schließlich aus einem Reflektor 3.
Ein Direktor 4 ist im Mittelpunkt der Antenne und vor dieser (bezogen auf die Strahlungsrichtung) angeordnet.
Die Wirkung dieses Direktors ist auf die hohen Frequenzen beschränkt Der Hauptstrahlungsbereich
liegt dann nämlich im Mittelpunkt der Spirale Da der Direktor 4 gegenüber diesem Bereich liegt, ändert ei die
Arbeitsweise beziehungsweise die Eigenschaften der Antenne bei niedrigen Frequenzen nichi.
Dieser Direktor kann entweder aus einer Metallscheibe geringer Dicke oder aus einem Metallring bestehen.
Er hat einen Durchmesser in der Größenordnung von λ/4 der Mittelfrequenz des Bereiches, bei dem die
Kompensation wirksam werden soll, und er liegt in einem Abstand in der Größenordnung von λ/10 vor der
Spirale.
Zum Beispiel kmn eine Spiralantenne, die in einem
Frequenzband von 2,4 bis 7 GHz korrekt arbeitet, bis
11 GHz verwendet werden, wenn ein für die Frequenz
von 9 GHz ausgelegter Direktor (mit einem Durchmesser von 8 mm und in einem Abstand von 3 mm von der
Spirale) angeordnet wird.
Cin anderes Mittel zur Steigerung der Richtwirkung und des Gewinnes der Antenne in Höhe des
Hauptstrahlungsbereiches ist in F i g. 2 dargestellt
Im Mittelpunkt und vor der Antenne ist ein dielektrischer Resonator 5 angeordnet Dessen Durchmesser
beträgt D=0ßX/-\/e — \, worin λ die Wellenlänge
der Mittelfrequenz des Frequenzbereiches ist in dem die Kompensation stattfinden soll und ε die Dielektrizitätskonstante
des verwendeten Werkstoffes darstellt. Die Länge des Resonators ist in Abhängigkeit von der
Breite des Strahlungsdiagrammes bei 3 dB bestimmt. Diese Länge liegt in der Größenordnung von 0,7 λ tür
eine gewünschte Diagrammbreite von etwa 60". Die Vorderfläche liegt in einem Abstand von etwa λ/10 von
der Spirale.
Es ist möglich, mit dem dielektrischen Resonator die
Metallscheibe zu vereinigen. F i g. 3 zeigt eine Antenne, bei der diese beiden Typen von Resonatoren verwendet
sind. In diesem Fall ist die Scheibe 4 auf die Vorderfläche des dielektrischen Resonators 5 aufgebracht, und ihr
Durchmesser liegt in der Größenordnung von λ/4 j/i".
Durch Einwirken auf den relativen Einfluß dieser beiden Elemente ist es möglich, konstante Diagrammbreiten in
Abhängigkeit von der Frequenz zu erzielen. Diese Breite kann beispielsweise auf einen zwischen 50° und
70° liegenden Wert festgesetzt werden.
Mit diesen beiden vereinigten Resonatortypen ist es möglich, ein Frequenzverhältnis von mehr als 1:5 zu
erzielen. Die Funktion bei den niedrigeren Frequenzen des Bandes wird nicht geändert, und der Gewinn der
Antenne ist bei den höheren Frequenzen leicht verbessert.
kann noch weiter dadurch vermindert werden, daß gemäß der Darstellung in Fig.4 ein Absorber 6
verwendet wird, dessen Dicke sich von dem Mittelpunkt
> zum Umfang hin progressiv ändert
In Höhe dieser Strahlungsbereiche ist die Dicke des Absorbers derart bestimmt daß die von dem Reflektor
reflektierte Energie maximal gedämpft wird.
Ein Teil der Energie wird von der Vorderseite des
Ein Teil der Energie wird von der Vorderseite des
κι Absorbers reflektiert Ein anderer Teil der Energie
durchquert den Absorber, wird von dem Reflektor reflektiert und durchquert dann den Absorber nochmals.
Die Dicke des Absorbers ist gleich einem Viertel der Wellenlänge. Damit sind die einerseits an der Vordersei-
r> te des Absorbers reflektierten Energien und die
andererseits an dem Reflektor reflektierten Energien gegenphasig und löschen sich gegenseitig aus. Für die
niedrigsten Frequenzen, bei denen ein Störstrahlungsbereich auftritt, liegt dieser im Bereich der Peripherie
.'» der Spirale. Die Dicke des Absorbers ist ein Maximum.
Für die höheren Frequenzen wandern die parasitären Strahlungsbereiche in Richtung auf den Mittelpunkt
und gleichzeitig nimmt die Dicke des Absorbers mehr und mehr ab, so daß sie stets gleich λ/4 ist
.'"> Die Dicke des Absorbers ändert sich somit linear in Abhängigkeit von der Entfernung vom Mittelpunkt
Dieser Absorber wird aus einem Werkstoff auf der Basis von Eisenpulver hergestellt das eine frequenzproportionale
Dämpfung sowie eine frequenzunabhängige
«ι Impedanz und Fortpflanzungskonstante hat Unter
diesen Umständen wird der Einfluß des Reflektors im Bereich der parasitären Strahlungsbereiche vermindert
Demgegenüber bleibt die Strahlung des Hauptstrahlungsbereiches unbeeinflußt
r. Da der Absorber nur auf die von dem Reflektor reflektierte Energie einwirkt, ist sein Einfluß begrenzt,
jedoch ist dieser Einfluß breitbandig. Der Absorber kann in Verbindung mit jeder der zuvor beschriebenen
Ausführungsformen verwendet werden.
w Daher kann durch gleichzeitige Verwendung der
beiden zuvor erwähnten Resonatoren in Verbindung mit dem Absorber (vgl. F i g. 4) eine Spiralantenne in
einem Frequenzband von 1 bis 3 Oktaven betrieben werden.
ι· Fig.5 zeigt eine Weiterbildung der Antenne nach
F i g. 4, bei der der Reflektor 3 nicht mehr plan, sondern kegelig ist Die Vorderseite des Absorbers 6 ist dann
ihrerseits plan.
ι» Peilantennen (Goniometerantennen) anwendbar.
Claims (8)
1. Breitbandantenne mit mindestens einem in Form einer Spirale in einer Ebene in der Nähe eines j
Reflektors angeordneten Leiter, die in einem oberen Frequenzbereich einen zentralen Hauptemissionsbereich
der Strahlung und in Randbereichen einen parasitären Emissionsbereich aufweist und mit
einem koaxial zur Spiralenachse in Strahlrichtung ι ο vor der Spirale angeordneten Resonator versehen
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator lediglich den zentralen Hauptemissionsbereich
der Spirale (1) überdeckt
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator eine Metallscheibe (4)
ist
3. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator ein Metallring ist
4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator ein dielektrischer
Zylinder (5) ist
5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den der Spirale (1) zugewandten
Abschnitt des Zylinders (5) eine Metallscheibe (4) 2> aufgebracht ist.
6. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß auf den der Spirale (1) zugewandten
Abschnitt des Zylinders (5) ein Metallring aufgebracht ist.
7. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß auf den Reflektor (3)
ein Absorber (6) mit vom Mittelpunkt der Antenne zum Rand hin gleichmäßig wachsender Dicke
angeordnet ist r>
8. Antenne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die der Spirale zugewandte Fläche des
Absorbers (6) eine Planfläche ii.t und der Reflektor (3) ein Kegelabschnitt gegebenen Öffnungswinkels
ist
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |