DE2921856A1 - Richtantenne - Google Patents

Description

• Richtantenne
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtantenne, bestehend aus zwei dipolartig an einer Speise stelle leitungsgespeisten Strahlerhälften, Gewohnliche Dipole sind verhältnismäßig schmalbandig.
• Es ist Jedoch in manchen Anwendungsfällen erforderlich, eine einfach aufgebaute Antenne mit einer größer ren Bandbreite einzusetzen.
• Gemäß der Erfindung wird eine extrem breitbandige Richtantenne dadurch geschaffen, daß die beiden metallischen Strahlerhälften flächenhaft ausgebildet sind und, ausgehend von der Speisestelle, etwa V-förmig auseinanderlaufen und dabei hinsichtlich ihrer Flächenbreite bis nahe zum Strahlerende zunehmend ausgebildet und dort bogenförmig abgeschlossen sind.
• Die beiden Strahlerhälften sind in vorteilhafter Weise auf einer Isolierstoffplatte angeordnet, derart, daß die eine Strahlerhälfte auf der einen Seite dieser Platte und die andere Strahlerhälfte auf der anderen Seite liegt. Realisieren läßt sich eine solche Bauform durch die Verwendung einer entsprechend geätzten, doppelt metallkaschierten Isolierstoffplatte.
• Die beiden Strahlerhälften der Richtantenne lassen sich auch auf Abstandshalterungen befestigen, die aus Isoliermaterial bestehen und unterschiedliche Längen aufweisen können.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die beiden Strahlerhälften in einem Winkelreflektor angeordnet sind, der aus zwei gegenüberliegenden, in Richtung zum Strahlerende auseinanderlaufenden metallischen Reflektorflächen besteht. Durch die Verwendung eines solchen Winkelreflektors wird die Richtwirkung der Antenne verbessert.
• Die beiden Strahlerhälften können dann in vorteilhafter Weise an den Reflektorhälften des Winkelreflektors befestigt werden, wodurch die gegenseitige Abstützung durch eine Isolierplatte oder Abstandshalter auch entfallen kann.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand von 11 Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 u. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Richtantenne nach der Erfindung in Seitenansicht bzw.
• Draufsicht, Fig. 3 in Seitenansicht die Ausführungsform einer Richtantenne nach den Fig. 1 und 2 in einer Hartschaumbettung, Fig. 4 und 5 eine Richtantenne nach den Fig. 1 und 2 mit einem Winkelreflektor in Seitenansicht bzw. Draufsicht, Fig. 6 und 7 in Seitenansicht bzw. Draufsicht eine Richtantenne nach den Fig. 1 und 2 mit einem trichterartig abgeschlossenen Winkelreflektor und einer unsymmetrischen Speisung sowie einer zusätzlichen Stabantenne, Fig. 8 und 9 in Seitenansicht bzw. Draufsicht eine den Fig. 4 und 5 entsprechende Anordnung, jedoch mit dazu orthogonaler Polarisierung, Fig. 10 in einer Draufsicht eine Kreisgruppenanordnung von Breitband-Richtantennen und Stabstrahlern, die zusammen jeweils einem Sektor zugeordnet sind, und Fig. 11 einen Horizontalschnitt durch die Strahlungskeulen einer Kreisgruppen-Antennenanordnung nach Fig.10.
• Im Rahmen einer extrem breitbandigen Transponder-Einzelempfangsantenne, wie sie bei Abfragen durch verschiedene Radargeräte mit ganz unterschiedlichen Frequenzen nötig ist, ist eine V-förmige Richtantenne nach der Erfindung mit Hochpaßcharakter zweckmäßig, deren Grundprinzip anhand der Fig. 1 bis 5 erläutert wird. Die Fig. 1 und 2 geben die Seitenansicht und die Draufsicht einer solchen Einzelempfangsantenne wieder. Sie besteht aus zwei flächenhaft ausgebildeten Strahlerhälften 1 und 2, die, ausgehend von einer Antennenspeisestelle 4, etwa V-förmig auseinanderlaufen, dann hinsichtlich ihrer Flächenbreite bis nahe zum Strahlerende zunehmend ausgebildet und dort bogenförmig abgeschlossen sind. Die maximale Breite einer solchen Einzel empfangsantenne beträgt ebenso wie die maximale Länge etwa eine halbe Betriebswellenlänge, bezogen auf die längste zu über- tragende elektromagnetische Welle Ein besonderer Vorteil dieser sehr breitbandigen Richtantenne sind ihre extrem kleinen Abmessungen. Die beiden Strahlerhälften werden von einer symmetrischen Doppelleitung 3-4 gespeist. Die Mittellinien 5-7 und 5-8 der beiden Strahlerhälften 1 und 2 streben von der gemeinsamen Mittellinie 5-6, d.h. der Mittellinie der gesamten Einzelempfangsantenne symmetrisch fort. Die verlustarme Leitung 3-4 wird von der Antennenspeisestelle 4 in zunehmendem Maße mit Strahlungswiderständen, bedingt durch die breiter werdenden Strahlerhälftenflächen, dergestalt belastet, daß eine leitungsgeführte elektromagnetische Welle der symmetrischen Speiseleitung 3-4 von der Speisestelle 4 der Antenne ausgehend nahezu stoßfrei in eine Welle des freien Raumes an der breitesten Stelle eines Strahlers übergeführt wird, und daß dadurch der Eingangswiderstand einer solchen Einzelempfangsantenne über einen großen Frequenzbereich, zumindest über drei Oktaven, nahezu konstant bleibt.
• Die beiden Strahlerhälften 1 und 2 befinden sich, wie dargestellt, auf zwei gegenüberliegenden Seiten einer Isolierstoffplatte 9, welche beispielsweise durch eine geätzte, doppelt kaschierte Platte dargestellt wird, oder sie sind auf Abstandshalterungen aus Isoliermaterial befestigt. Beide Ausführungsformen lassen sich in einem Hartschaumkörper 10, wie in Fig. 3 in einer Seitenansicht dargestellt ist, einbetten. Die Mittellinien der beiden Strahlerhälften 5-7 und 5-8 verlaufen im Falle der Verwendung einer kaschierten Platte 9 parallel zur Mittelebene 11-12-13-14 der Einzelempfangsantenne. Sie können bei Verwendung von einzelnen Abstandshaltern jedoch auch von dieser Mittelebene in Richtung zum Strahlerende fortstreben. Zur Erzielung der Orientierung einer bestimmten gewünschten Polarisationsebene besteht auch die Möglichkeit, die Strahler zumindest zum Teil gegenüber der Ebene der Speiesestelle 4 zu verdrehen. Zirkulare Polarisation läßt sich durch den Einsatz von zwei zueinander orthogonal orientierten und mit 900-Phasenverschiebung gespeisten Strahlerhälftenpaaren verwirklichen.
• Die Begrenzungslinien der Strahlerhälften 1 und 2 sind Krümmungslinien, welche beispielsweise durch eine Exponentialfunktion, eine trigonometrische oder eine elliptische Funktion gebildet werden, oder sie sind durch einen Polygonzug angenähert nachgebildet. De Strahlerhälften 1 und 2 lassen sich als Blechflächen, gitterförmig, aufgefiedert oder aber auch geschlitzt ausführen. Die Größe der Gitteröffnungen kann gleichförmig sein oder mit größer werdendem Abstand von der Antennenspeisestelle 4 anwachsen.
• Zur Verbesserung der Richtwirkung läßt sich eine Einzelempfangsantenne, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, in einem Winkelreflektor 15 anordnen. Eine solche Einzelempfangsantenne ist in Seitenansicht und Draufsicht in den Fig. 4 bzw. 5 dargestellt. Dieser Winkelreflektor 15 enthält im Scheitel senkrecht zur Ausbreitungsrichtung einen ebenen Reflektorteil 16, durch welchen die symmetrische Speiseleitung 17 durchgeführt ist.
• Die Strahlerhälften 1 und 2 werden in zweckmäßiger Weise mit den Reflektorflächen des Winkelreflektors 15 leitend und mechanisch verbunden. Im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 können die Strahlerhälften 1-und 2 dann als freitragende Metallplättchen ohne gegenseitige Abstützung ausgeführt sein und nur an den Seitenflächen, d. h. den Reflektorflächen des Winkelreflektors 15 sowie an der Speisestelle 4 befestigt sein.
• Die beiden begrenzenden Parallelebenen des Winkelreflektors 15 zur Mittelebene 11-12-13-14 der Einzelempfangsantenne sind entweder offen, oder es befinden sich an einer oder zwei dieser Begrenzungsflächen, wie in den Fig. 6 und 7 in einer Seitenansicht bzw. einer Draufsicht dargestellt ist, metallische Begrenzungsplatten 18 und 19, die entweder, wie im Beispiel dargestellt ist, parallel oder aber mit einem kleineren Abstand im Scheitel des Winkelreflektors 15 angeordnet sind. Es ergibt sich dann ein insgesamt etwa trichterförmiger Winkelreflektor. Ebenso wie die Strahlerhälften 1 und 2 können auch der Reflektor 15 und die Begrenzungsplatten 18 und 19 gitterförmig, gefiedert oder geschlitzt ausgeführt sein. Zum Zwecke der stoßfreien Ablösung der elektromagnetischen Wellen von der Einzelempfangsantenne kann es vorteilhaft sein, den Winkelreflektor 15 und die Begrenzungsplatten 18 und 19 oval oder in ein oder mehreren Spitzen auslaufen zu lassen.
• Die Einzelempfangsantenne mit dem Winkelreflektor 15 ist auch dazu geeignet, eine zusätzliche Antenne, z. B. eine Stabantenne 20, wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist, orthogonal zur beschriebenen Einzelempfangsantenne (= Breitbandrichtantenne) aufzunehmen. Die Stabantenne 20 ist unten an der Begrenzungsplatte 18 befestigt und oben durch die Isolierstoffplatte 9 durchgeführt. Im Falle er Transponderanwendung wird die Stab antenne 20 als Einzelsendeantenne neben der breitbandigen Einzelempfangsantenne für den jeweiligen Sektor verwendet.
• Anstelle der Speisung über eine symmetrische Leitung 3-4, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, läßt sich die Speisung der Einzel empfangsantenne auch über ein koaxiales Kabel 21 und ein Symmetrierungsglied 22 verwirklichen. Eine solche Speisung ist ebenfalls in den Fig. 6 und 7 dargestellt.
• Wird eine andere als die vorher beschriebene Polarisierung, z. B.eine um 900 gegenüber der beschriebenen Polarisierung gedrehte Polarisation, gewünscht, so lassen sich die Strahlerhälften 1 und 2 entsprechend den Fig. 8 und 9 in den Winkelreflektor 15 einsetzen.
• Mehrere Winkelreflektorantennen von der beschrieibenen Art können als Einzel antennen sektorartig in einer Kreisgruppe angeordnet werden. Eine solche Anordnung mit sechs Einzelantennen zeigt Fig. 10 in einer Draufsicht.
• Die Bezugszeichen in dieser Figur stimmen mit denjenigen nach den Fig. 1 bis 7 überein. Der Öffnungswinkel α eines Winkelreflektors 15 kann dem von der Einzelantenne zu überdeckenden Sektor #(siehe Fig. 11) entsprechen oder aber auch kleiner sein. Ein Horizontaldiagramm der Strahlungskeulen der sechs in Fig. 10 dargestellten Einzelantennen ist in Fig. 11 gezeigt. Die Hauptkeulen der Einzelantennen überdecken in ihrer Gesamtheit den 360°-Bereich, bieten aber als Transponderantenne bei einer Einzeiauswertung die Möglichkeit der Feststellung des Winkelbereichs des einfallenden Signals.
• Eine solche Kreisgruppen-Antenne nach Fig. 10 läßt sich beispielsweise mit nur einer entsprechend geätzten, doppelt metallkaschierten Isolierstoffplatte realisieren.
• Zur besonderen Formung (z.B. Strahlverbreiterung, Gewinnerhöhung) der auszuwertenden Strahlungsdiagramme läßt sich eine Zusammenschaltung benachbarter Einzel antennen durchführen.
• Neben der beschriebenen Anwendung der Breitbandantenne nach der Erfindung als richtungsselektive Transponderantenne in einem Flugzeug, Schiff oder anderen Fahrzeug sind auch Anwendungen als Aufklärungs- und Störantennen, sowohl für Sektor- als auch für Rundumbetrieb möglich.
• 35 Patentansprüche 11 Figuren Zusammenfassung Richtantenne Die Erfindung bezieht sich auf eine dipolartige Richtantenne, die aus zwei an einer Speisestelle leitungsgespeisten Strahlerhälften besteht. Gewöhnliche Dipole sind nicht sehr breitbandig. Eine extrem -hohe Breitbandigkeit wird gemäß der Erfindung durch eine flächenhafte Ausbildung der Strahlerhälften (1, 2) erreicht, die ausgehend von der Speisestelle (4) V-förmig auseinanderlaufen und dabei hinsichtlich ihrer Flächenbreite bis nahezu zum Strahlerende zunehmend ausgebildet und dort bogenförmig abgeschlossen sind. Die Antenne nach der Erfindung ist insbesondere in einer Anwendungsform mehrerer solcher Antennen in einer Kreisgruppe als Transponder-Antenne für IFF und als Aufklärungs- und Störantenne geeignet (Fig. 1, 2).

Claims (35)

1. Patentansprüche Richtantenne, bestehend aus zwei dipolartig an einer Speisestelle leitungsgespeisten Strahlerhälften, d a -durch g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden metallischen Strahlerhälften (1, 2) flächenhaft ausgebildet sind und ausgehend von der Speisestelle (4) etwa V-förmig auseinanderlaufen und dabei hinsichtlich ihrer Flächenbreite bis nahe zum Strahlerende zunehmend ausgebildet und dort bogenförmig abgeschlossen sind.
2. 2. Richtantenne nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t ; daß die beiden Strahlerhälften (1, 2) auf einer Isolierstoffplatte (9) angeordnet sind, derart, daß die-eine Strahlerhälfte (1) auf der einen Seite dieser Platte (9j und die andere Strahlerhälfte (2) auf der anderen Seite dieser Platte (9) liegt.
3. 3. Richtantenne nach Anspruch 2, g e k e n n z e i c h -n e t durch die Verwendung einer entsprechend geätzten, doppelt metallkaschierten Isolierstoffplatte (9).
4. 4. Richtantenne nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Strahlerhälften auf aus Isoliermaterial bestehenden Abstandshalterungen befestigt sind, die unterschiedliche Längen aufweisen können.
5. 5. Richtantenne nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n-n z e i c h n e t , daß die Längen der Abstandshalterungen zum Strahlerende hin zunehmen.
6. 6. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strahlerhälften (1, 2) zumindest zum Teil gegenüber der Ebene der Antennenspeisestelle (4) verdreht sind.
7. 7. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Begrenzungslinien der Strahlerhälften (1, 2) Krümmungslinien sind, die beispielsweise durch eine Exponentialfunktion, eine trogonometrische oder eine elliptische Funktion gebildet sind.
8. 8. Richtantenne nach Anspruch 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Krümmungslinien durch einen Polygonzug angenähert sind.
9. 9. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strahlerhälften (1, 2) als Blechflächen, gitterförmig, aufgefiedert oder geschlitzt ausgeführt sind.
10. 10. Richtantenne nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei gitterförmiger Ausführung die Größe der Gitteröffnungen gleich ist.
11. 11. Richtantenne nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei gitterförmiger Ausführung die Größe der Gitteröffnungen mit größer werdendem Abstand von der Antennenspeisestelle (4) anwächst.
12. 12. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Strahlerhälften von einer zur Antennespeisestelle (4) hin verlaufenden symmetrischen Doppelleitung (3, 4) gespeist sind, die gegebenenfalls auf den beiden Seiten einer Isolierstoffplatte (9) und zwar sich gegenüberliegend angeordnet sind.
13. 13. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die maximale Breite ebenso wie die maximale Länge etwa eine halbe Betriebswellenlänge der längsten zu übertragenden elektromagnetischen Welle beträgt.
14. 14. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 13, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Einbettung in einem Hartschaumkörper (10).
15. 15. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden Strahlerhälften (1, 2) in einem Winkelreflektor (15) angeordnet sind, der aus zwei gegenüberliegenden, in Richtung zum Strahlerende auseinanderlaufenden metallischen Reflektorflächen besteht.
16. 16. Richtantenne nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strahlerhälften (1, 2) jeweils mit einer der beiden Reflektorflächen des Winkelreflektors (15) leitend und mechanisch verbunden sind.
17. 17. Richtantenne nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Strahlerhälften (1, 2) ohne gegenseitige Abstützung ausgeführt sind und nur an den Reflektorflächen des Winkelreflektors (15) und an der Speisestelle (4) befestigt sind.
18. 18. Richtantenne nach einem der Ansprüche 15 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Winkelreflektor (15) in seinem Scheitel senkrecht zur Ausbreitungsrichtung einen ebenen Reflektorteil (16) enthält, durch den die Speiseleitung (17) durchgeführt ist.
19. 19. Richtantenne nach einem der Ansprüche 15 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden metallischen Reflektorflächen an ihren seitlichen Begrenzungskanten mittels metallischer Begren- zungsflächen (18, 19) verbunden sind, so daß der Winkelreflektor insgesamt trichterartig ausgebildet ist, wobei die seitlichen Begrenzungskanten so verlaufen können, daß die Begrenzungsflächen (18, 19) zueinander parallel oder aber auch auf der Scheitelseite einen kleineren gegenseitigen Abstand aufweisen als auf der Öffnungsseite.
20. 20. Richtantenne nach einem der Ansprüche 15 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die metallischen Reflektorflächen (15) und gegebenenfalls die metallischen Begrenzungsflächen (18, 19) als homogene Metallplatten ausgebildet sind.
21. 21. Richtantenne nach einem der Ansprüche 15 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e -t , daß die metallischen Reflektorflächen (15) und gegebenenfalls die metallischen Begrenzungsflächen (18, 19) gitterförmig, gefiedert oder geschlitzt ausgebildet sind.
22. 22. Richtantenne nach einem der Ansprüche 15 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die metallischen Reflektorflächen (15) und gegebenenfalls die metallischen Begrenzungsflächen (18, 19) des Winkelreflektors auf dessen Öffnungsseite oval oder in ein oder mehreren Spitzen auslaufen.
23. 23. Richtantenne nach einem der Ansprüche 15 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß orthogonal zur Ebene, in welcher die beiden Strahlerhälften (1, 2) liegen, am Winkelreflektor (15, 18, 19) noch eine zusätzliche Antenne angebracht ist.
24. 24. Richtantenne nach Anspruch 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zusätzliche Antenne von derselben Art wie diejenige nach einem der Ansprüche 1 bis 14 ist.
25. 25. Richtantenne nach Anspruch 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zusätzliche Antenne ein Stabstrahler (20) ist, der in einer der metallischen Flächen (15, 18, 19) des Winkelreflektors befestigt ist.
26. 26. Als Empfangsantenne wirksame Richtantenne nach einem der Ansprüche 23 bis 25, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die zusätzliche Antenne als Sendeantenne betrieben ist.
27. 27. Richtantenne nach einem der Ansprüche 15 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Speisung über ein koaxiales Kabel (21) und ein hinter dem Scheitelende des Winkelreflektors angebrachtes Symmetrierglied (22) erfolgt.
28. 28. Richtantenne nach einem der Ansprüche 15 bis 27, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Anordnung mehrerer solcher mit einem Winkelreflektor (15) versehener Einzelantennen sektorartig in einer Kreisgruppe (Fig. 18).
29. 29. Richtantenne nach Anspruch 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Öffnungswinkel (α) des Winkelreflektors (15) dem Begrenzungswinkel (#) des von der jeweiligen Einzelantenne zu überdeckenden Sektors entspricht.
30. 30. Richtantenne nach Anspruch 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Öffnungswinkel (oc) des Winkelreflektors (15) kleiner als der Begrenzungswinkel (#) des von der jeweiligen Einzelantenne zu überdeckenden Sektors ist.
31. 31. Richtantenne nach einem der Ansprüche 28 bis 40, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Bildung einer solchen Einzelantennen-Kreisgruppe nur eine einzige entsprechend geätzte, doppeltmetallkaschierte Isolierstoffplatte vorgesehen ist.
32. 32. Richtantenne nach einem der Ansprüche 15 bis 31, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur besonderen Formung der Strahlungsdiagramme eine Zusammenschaltung benachbarter Einzelantennen vorgesehen ist.
33. 33. Richtantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t durch die Verwendung als richtungsselektive Transponderantenne in einem Flugzeug, Fahrzeug, Schiff oder dergleichen.
34. 34. Richtantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 32, g e k e n n ze i c h n e t durch die Verwendung als richtungsselektive Aufklärungs- und/oder Störantenne.
35. 35. Richtantenne nach einem der Ansprüche 25 bis 31, g e k e n n z e i c h n e t durch die Verwendung als Aufklärungs- und/oder Störantenne für Rundumbetrieb.