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"GHz-Antennenanlage für ein Doppler-Radar im X-Band"
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Die Erfindung bezieht sich auf eine GHz-Antennenanlage für ein Doppler-Radar
im X-Band mit zugehörigen Versorgungseinrichtungen, bei der die GHz-Antenne eine
sog. gedruckte Antenne ist, bei der also die Antennenleiter aus auf einem Träger
angeordneten dünnen Mikrostripleitungen bestehen und der Träger auf der anderen
Seite völlig mit einem Leiter abgedeckt ist und die Antennenleiter für den Sender
und Empfänger gleich und nebeneinander angeordnet sind und hinter der Auskopplungsstelle
der Empfangsantenne ebenfalls in Leitertechnik ausgeführt ein Tiefpaß angeordnet
ist.
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Die Erfindung geht von folgendem Stand der Technik aus: Die GB-PS
1 294 024 zeigt eine Anordnung für eine sog.
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gedruckte Antenne im GHz-Bereich, d.h. also auch im X-Bande Ein Träger
aus einem für diese Anwendungsfälle gebräuchlichen Werkstoff ist auf seinen beiden
Seiten mit Kupfer kaschiert und in einem entsprechenden Ätzvorgang wird nur auf
der einen Seite eine Leiterstruktur gebildet, während die verbleibende Oberfläche
bis auf drei Durchführungen vollständig bedeckt mit dem Kupfer bleibt. Die Leiterstruktur
besteht aus einzelnen Leitungszügen, und diese Leitungszüge stellen mit zu diesen
in Abstand angeordneten Dipolen eine Antenne dar. Die Ausbildung der Breite, der
Abstände und der Längen der einzelnen Leiter und auch der Dipole sind abhängig von
der Frequenz bzw. sie werden in Abhängigkeit von den geforderten Antennencharakteristika
dimensioniert. Es sind Äusführungsformen gezeigt mit einem Leiter und einseitig
angeordneten Dipolen, einem Leiter und beidseitig angeordneten Dipolen zur Erzeugung
von zwei Abstrahlungskeulen oder auch mit unterschiedlichen Dipolen an den beiden
Seiten eines Leiters für die Abstrahlung von zwei verschiedenen Frequenzen.
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Weiterhin gibt es hierzu noch einen Stand der Technik, bestehend aus
Firmendruckschriften, nämlich die Druckschrift DSV 002/1 v. Ma-i 1971 "new product
information" der Firma EMI-Varian und dem Untertitel "Printed Microwave Aerials".
In dieser Druckschrift sind gedruckte Antennenfelder gezeigt für den Frequenzbereich
von 1 GHz bis 20 GHz. Die Lage der einzelnen Antennenfelder ergibt eine Polarisierung.
Es sind aber auch zirkular polarisierte Antennenfelder verfügbar. Eine zweite Druckschrift
der
Firma EMI-Varian mit dem Titel "Printed Antennae" 2 bis 36 GHz und "Microwave Front
Ends" 8 bis 30 GHz zeigt sog. "X-Band Doppler-Radar Front Ends" für den Frequenzbereich
von 10,6 GHz bei einer Antennenleistung von 10 mW, wobei die entsprechenden Teile
z.B. auf einer Platte angeordnet sind mit den Abmessungen 105 x 35 oder auch 125
x 35 mm und einer größten Bauhöhe von 35 mm.
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Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus. Sie hat den Zweck,
ein einfaches X-Band Doppler-Radar für Raumschutzzwecke zu schaffen, und die Aufgabe
der Erfindung bestand darin, eine Anordnung anzugeben, die in einer Weise in einem
Raum getarnt angeordnet werden kann, so daß der den Raum Betretende die Raumschutzanlage
nicht zu erkennen vermag. Für diesen Zweck muß also eine sehr kleine GHz-Antennenanlage
für ein Doppler-Radar im X-Band verwendet werden, das ebenso wie der bekannte Stand
der Technik eine Leiterplatte aufweist, bei der die Antennenleiter für den Sender
und Empfänger auf derselben Seite des Trägers nebeneinander angeordnet sind und
bei der dann auf der gegenüberliegenden Seite die Versorgungseinrichtungen für diese
Antennen aufgebaut werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einer GHz-Antennenanlage der
eingangs genannten Art nach der Erfindung die Antennenleiter spiegelbildlich zueinander
angeordnet und der Träger besteht aus einer Platte mit einem Durchmesser von
etwa
75 mm, auf der ein abgeschirmter Oszillator mit z.B.
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einer Gunn-Diode sowie der Mischer und weitere elektrische Bauteile
bis zu einer Bauhöhe von etwa 25 mm angeordnet sind.
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Eine derartige Trägerplatte mit den nach der Erfindung angeordneten
elektrischen Bauteilen kann z.B. in einer Unterputzverteilerdose angeordnet werden,
die einen genormten Innendurchmesser von etwa 75 mm und eine Tiefe von etwa 40 mm
aufweist. Dadurch kann die Raumschutzantennenanlage in eine einfache Verteilerdose
eingesetzt werden, wobei diese Verteilerdose auch von nicht eingeweihten Personen
verlegt werden kann, denn zu welchem Zweck sie später einmal verwendet wird, darüber
geben höchstens die Zuleitungen Auskunft und auch diese können später in entsprechend
vorbereiteten Rohrleitungen verlegt werden. Die Zuleitungen können z.B. nur aus
einem einzigen Kabel bestehen, denn dieses Kabel kann mit seiner Abschirmung das
Minuspotential an die Anlage liefern, und es bedarf dann nur noch zweier Leitungen,
nämlich einer Gleichstromspannungsversorgung von z.B. 12 V und einer sog. "heißen
Leitung", über die das niederfrequente Doppler-Signal einer Alarmeinrichtung oder
einer Anzeigeeinrichtung zugeführtwerden muß.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann an der Einkopplungsstelle
der Senderantenne zur Unterdrückung insb.
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der 2. Harmonischen ein Filter angeordnet sein, das aus einem eine
lichte Weite von 4,2 mm aufweisenden Koaxialleiter gebildet wird, an dessen einem
an der völlig abgedeckten
Oberfläche des Trägers anliegendem Ende
eine Durchmesseränderung in Form einer Eindrehung vorhanden ist, die einen Durchmesser
von etwa 13,3 mm und eine axiale Höhe von etwa 1 mm aufweist. Diese Anordnung des
Filters ist erforderlich, um z.B. gesetzliche Bestimmungen zu erfüllen. Messungen
haben ergeben, daß bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel die 2. Harmonische bei
18,7 GHz eine abgestrahlte Leistung von 1 µm bezogen auf einen #/2-Dipol ergab.
Damit waren die Anforderungen der Deutschen Bundespost voll erfüllt, die nämlich
2 x 10-5 W bezogen auf einen #/2-Dipol für die 2. Harmonische vorschreiben. Dabei
betrug die Ausgangsleistung des Oszillators bei 9,35 GHz etwa 10 mW.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf eine
in eine Verteilerdose passende Trägerplatte nach der Erfindung mit der Darstellung
der Antennen struktur, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II nach Fig. 1
durch die Trägerplatte mit dem Resonatorgehäuse, Fig. 3 einen Schnitt entlang der
Linie III-III nach Fig. 1 durch die Trägerplatte mit den anderen elektrischen Bauteilen,
Fig. 4 eine Ansicht der Trägerplatte mit den auf dieser angeordneten Bauteilen von
unten.
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In Fig. 1 ist der äußere Rand einer in eine Unterputz-Verteilerdose
passenden
Trägerplatte mit 1 bezeichnet. In der Fig. 1 ist nur die Trägerplatte 2 ersichtlich.
Auf dieser befinden sich der Antennenleiter 3 für die Sender- und der Antennenleiter
4 für die Empfangsantenne. Von den Dipolen 5 der Senderantenne wird die Welle abgestrahlt
und durch die Dipole 6 der Empfangsantenne wieder empfangen. Von den Dipolen 5 zum
Antennenleiter 3 und von den Dipolen 6 zum Antennenleiter 4 besteht also eine Kopplung.
Die Länge der Dipole 5 als auch 6 beträgt etwa #/2 der Oszillatorfrequenz, der Abstand
zweier Dipole 5 oder 6 voneinander ebenfalls #/2. Es besteht ferner eine Kopplung
vom Antennenleiter 3 zum Antennenleiter 4.
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Der Antennenleiter 4 weist etwa in Höhe des nach innen liegenden Anfanges
eines Dipoles 6 einen Anschluß 7 für eine Mischerdiode 8 auf, die mit ihrem anderen
Anschluß 9 unmittelbar mit einer metallischen Auflageplatte 10, wie aus Fig. 3 ersichtlich,
verbunden ist. Deswegen kann von der Auskopplungsstelle 11, dieetwa in der Mitte
des Antennenleiters 4 abzweigt, das Empfangssignal über den Tiefpaß 12 bereits bei
13 unmittelbar als NF-Signal abgenommen werden. Es wird dann über die Koaxialleitung
14 an die Anschlußstelle 15 geführt (vgl. auch Fig. 4).
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In den zeichnerischen Darstellungen ist die Trägerplatte 2 vereinfacht
dargestellt. Sie besteht an sich aus drei Schichten, namlich aus der unmittelbar
auf der Auflageplatte 10 aufliegenden Kupferkaschierung, die nur an den Durchführungen
entsprechend
weggeätzt ist, dann folgt der eigentliche Träger in Form eines Kunststoff- oder
Keramiksubstrats und schließlich auf diesem eine derart weit weggeätzte Kupferkaschierung,
daß nur die in Fig. 1 eingezeichneten Leiterstrukturen stehen bleiben.
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Senderseitig zeigt die Fig. 1 den Antennenleiter 3, der etwa in Höhe
des nach innen liegenden Anfanges eines Dipoles 5, nunmehr aber auf der zur Empfangsantenne
entgegengesetzt liegenden Antennenleiterstrecke, eine Anschlußstelle 16 aufwiest
(siehe auch Fig. 2), die einen Stift 17 engelötet enthält, der unmittelbar in den
Resonatorraum 18 des Gunndiodenoszillators führt, dessen Gehäuse mit 19 bezeichnet
ist. Die Gunndioden sind mit 20, ihr Halter mit 21, ihre Andrückschraube mit 22
und ihr Anschlußkabel für + 12 V mit 23 (siehe auch Fig. 4) bezeichnet. In den Resonatorraum
18 ragen in an sich bekannter Weise Abgleichschrauben 24 und 25.
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Der Stift 17 wird in einer Isolierhülse 26 geführt, Die Durchführung
stellt eine Koaxialleitung 27 dar, deren lichte Weite etwa gleich dem Außendurchmesser
der Isolierhülse 26 ist und etwa 4,2 mm beträgt. An dem dem Antennenleiter 3 zugewandten
Ende dieser Koaxialleitung 27 ist eine Eindrehung 28 im Gehäuse 19 vorhanden, die
eine axiale Höhe von etwa 1 mm und eine lichte Weite-von etwa 13,3 mm aufweist und
damit ein Filter für die 2. Harmonische bei 18,7 MHz bildet.
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Die übrigen, in Fig. 2 und 3 mit 29 bezeichneten Teile dienen der
Siebung usw., sind also für diese Erfindung von untergeoroneter Bedeutung, nur jedoch
insofern wichtig, daß sie eine Bauhöhe von etwa 25 mm nicht überschreiten sollen.
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PATENTANSPRÜCHE:
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