DE3433068C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer umschaltbaren Antenne für den VHF- und UHF-Frequenzbereich, insbesondere für Luft­ fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zahlreiche Luftfahrzeuge, insbesondere Militärflugzeuge mit Düsenantrieb müssen gleichzeitig Antennen zum Senden sowie für den Empfang im VHF-Bereich, insbesondere von 100 bis 156 MHz, und im UHF-Bereich, insbesondere von 225 bis 400 MHz aufweisen. Hauptsächlich aus Gewichtsgründen ist es wün­ schenswert, für diesen Anwendungsfall eine einheitliche Sende- und Empfangsantenne benutzen zu können, die in den beiden VHF- und UHF-Bereichen umschaltbar ist. Die Verwirk­ lichung einer umschaltbaren Antenne dieser Art stößt auf verschiedene Schwierigkeiten, die hauptsächlich auf die große Bandbreite und den von ihr geforderten großen Bereich zurückzuführen sind.

Insbesondere ist die Realisierung einr passiven Antenne, die in den VHF- und UHF-Bereichen umschaltbar ist, nicht möglich aufgrund der zu überstreichenden großen Bandbreite. Es ist auch nicht möglich, für den genannten Anwendungs­ zweck eine Antenne zu benutzen, die mittels Verlustelementen angepaßt ist, denn eine solche Antenne würde eine zu be­ grenzte Reichweite bieten.

Die Erfindung geht von einer bekannten Antenne aus ("Airborne Low-VHF antennas" By C.E. Cooker in AGARD-Proceedings, 19. November 1973 und US-PS 39 09 830), bei der die einzelnen Induktivitäten in einer gedruckten Schaltung angeordnet sind und von Schnellschaltenden Read-Kontakten geschaltet werden. Die Antenne ist für den VHF-Bereich ausgelegt. Die Schalter weisen Nachteile in Form von Behinderung, unzureichender Betriebssicherheit in ungünstigen Umgebungen, sowie zu lange Umschaltzeiten auf.

Wenn die Antenne in den VHF-Bereich um­ geschaltet ist, wird sie im wesentlichen durch die Dachkapazität bestimmt, die von der Reflektor­ ebene im Abstand angeordnet ist; sie bietet infolgedessen eine geringe Höhe zu der VHF-Wellenlänge, an die die Antenne angepaßt ist, dank der geeigneten Wahl der elek­ trischen Größe der Induktivität durch Kurzschließen bestimmter ihrer Abschnitte; infolgedessen bietet die Antenne nunmehr eine ausreichende Bandbreite. Ferner ist eine weitere Induktivität zur Anpassung zwischen der Dachkapazität und der Reflektorebene geschaltet und so der Antenne selbst gewissermaßen einverleibt. Dies verringert praktisch die Bandbreite der Antenne nicht, wie es der Fall wäre, wenn die beiden Induktivitäten nennenswert von der Antenne entfernt und durch geeignete Leitungen mit ihr verbunden wären. Wenn die Antenne in den UHF-Bereich umgeschaltet ist, ist sie vom klassischen Typ, d. h. vom Manschettentyp, und der strahlende Leiter wird durch die Dachkapazität selbst gebildet. Die Induktivitäten sind daher aus der Schaltung eliminiert, und zwar die erste durch Kurzschließen aller ihrer Abschnitte, und die zweite durch Trennung. Tatsächlich bietet diese klassische Antenne ein befriedigendes Stehwellenverhältnis, insbesondere in dem UHF-Bereich von 225 bis 400 MHz, ohne daß es nötig wäre, Anpassungsschaltkreise zu ver­ wenden, die beispielsweise Induktivitäten enthalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die um­ schaltbare Antenne der angegebenen Art aus einer geringen Anzahl einfacher Bestandteile aufzubauen, die einen kompakten Einbau mit kleinen Abmessungen ermöglicht, was ins­ besondere vorteilhaft ist für die Anwendung bei Luftfahr­ zeugen. Außerdem sollen die Abschnitte der Induktivität schneller und sicherer geschaltet werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind als Schalter Halbleiter- Dioden, vorzugsweise DIN-Dioden vorgesehen, die bekannt sind (US-PS 43 43 001). Sie haben sehr kurze Umschaltzeiten, eine große Betriebssicherheit selbst in ungünstigen Umgebungen und ermöglichen einen einfachen Anschluß an die Innen- und Außenleiter der Koaxialkabel, ohne daß die gesamte Anordnung der Antenne ihre Kompaktheit verliert und den Vorteil ihrer geringen Abmessungen ein­ büßen würde.

Die eine Elektrode jedes Schalters ist direkt mit dem Außenleiter des entsprechenden Abschnitts des Koaxialkabels verbunden, und die andere Elektrode ist einerseits über einen Kondensator zur Ab­ leitung der VHF- oder UHF-Ströme mit dem Außenleiter des vorausgehenden Koaxialkabels und andererseits über eine Drossel mit einer Schaltspannungsquelle zum Sperren der VHF- oder UHF-Ströme verbunden. Da die Schaltspannungs­ quelle auf die Diode eine Spannung umgekehrter Polarität von genügender Höhe überträgt, beispielsweise von -250 Volt, wird sie gesperrt, so daß die VHF- oder UHF- Ströme auf dem entsprechenden Abschnitt der Induktivität fließen. Wenn dagegen die Schaltspannungsquelle einen direkten Strom von ausreichender Stärke, beispielsweise von 100 mA der Diode aufschaltet, dann wird die Diode lei­ tend, und die VHF- oder UHF-Ströme werden außerhalb des entsprechenden Abschnitts der Induktivität über den durch die leitende Diode gebildeten Nebenschluß in Reihe mit dem Ableitungskondensator abgeleitet, so daß der genannte Abschnitt für die VHF- oder UHF-Ströme kurzgeschlossen wird.

In bekannter Weise ("Airborne Low-VHF Antennas" a. a. O.) sind verschiedene Bestandteile der Antenne auf einer einzigen elektrisch isolierenden Platte fest­ gelegt oder werden durch gedruckte Schaltkreise auf dieser Platte gebildet, welche von einer Radarschutzhaube geringer Breite umgeben werden kann. Ein derartiger Einbau kann offensichtlich so dimensioniert werden, daß er ein geringes Gewicht und eine geringe Behinderung darstellt, wie es seine Montage auf einem Flugzeug verlangt; das aerodyna­ mische Profil der Radarschutzhaube, welche die Antenne ein­ hüllt, verleiht dem Einbau einen geringen Luftwiderstand.

Die Induktivitäten könnten nun ebenfalls durch gedruckte Schaltungen auf der elektrisch isolierenden Platte ausgebildet sein, wobei die den verschiedenen Abschnitten zugeordneten Drosseln in unmittelbarer Nähe der entsprechenden Dioden angeordnet sind, die selbst in der unmittelbaren Nähe der weiteren Induktivität liegen. Erfahrung und Berechnung zeigen aber, daß die Antenne die folgenden Nachteile auf­ weist: Wie bereits im vorhergehenden angedeutet wurde, ist, wenn die Antenne gemäß der Erfindung in den VHF-Bereich umgeschaltet ist, ihre Höhe im Verhältnis zur Wellenlänge gering, so daß der der Antenne äquivalente elektrische Schaltkreis einen ziemlich kleinen Strahlungs­ widerstand hat; um durch die Antenne ein für die verlangte Reichweite ausreichendes Signal abstrahlen zu lassen, ist es daher erforderlich, sie mit VHF-Strömen von großer Intensität zu speisen, was an den Anschlüssen der ersten Induktivität eine erhöhte Überspannung auftreten läßt. Infolgedessen treten wenigstens an denjenigen Drosseln, die den von der Reflektorebene am weitesten entfernten Abschnitten der Induktivität zugeordnet sind, Überspannungen auf, die leicht ein Durchschlagen zwischen ihren benach­ barten Windungen hervorbringen können. Andererseits werden die elektrischen Werte dieser Drosseln die dazu bestimmt sind, die UHF- und VHF-Ströme daran zu hindern, die Induktivität mittels der Leiter der Schaltspannung und ihrer Kapazitäten im Vergleich zur Masse zu verzerren, beeinflußt durch die in der Induktivität fließenden VHF- oder UHF-Ströme, der die Drosseln benachbart sind. Schließlich würden die intensiven VHF- oder UHF-Ströme beim Durch­ fließen der unmittelbar auf eine isolierende Platte auf­ gedruckten Induktivitäten eine übermäßige Erwärmung der Induktivitäten erzeugen.

Erfindungsgemäß sind deshalb die zu schaltenden Abschnitte der Induktivität durch eine wendel­ förmige Anordnung von Koaxialkabeln gebildet, deren Innenleiter zur Über­ tragung der Schaltspannungen jeweils über eine Drossel an eine Diode angeschlossen sind, und deren Außenleiter zur Leitung der VHF- und UHF-Ströme dienen und ebenfalls an die ihnen zugeordneten Dioden angeschlossen sind.

Bei dieser Ausführung ist es möglich, die Drosseln in einem erheblichen Abstand von der Induktivität anzuordnen, damit die Drosseln nicht durch die in der Induktivität fließenden VHF- und UHF-Ströme beeinflußt werden; dies setzt natürlich voraus, daß die Schaltspannungen zu den den verschiedenen Abschnitten der Induktivität zugeordneten Dioden durch Leiter angemessener Länge übertragen werden, nämlich durch die Innenleiter; da aber diese von den Außenleitern umgeben sind, welche die VHF- und UHF-Ströme führen, sind sie dem Einfluß der letzteren und infolgedessen dem Aufbau von Überspannungen entzogen, die sie auf den Windungen der Induktivität erzeugen. Schließlich können die VHF- oder UHF-Ströme, so stark sie auch sein mögen, keine übermäßige Erwärmung erzeugen.

Die einzelnen Koaxialkabel, deren Außenleiter mit­ einander verbunden sind, weisen jeweils eine genau ausreichende Länge auf. Das Koaxialkabel für den am weitesten von der Reflektorebene entfernten Ab­ schnitt der Induktivität, kann durch einen einzigen einfachen Leiter ersetzt werden.

Es wird im folgenden in Form eines Beispiels eine Ausführungs­ form der Antenne gemäß der Erfindung beschrieben und in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine Vorderansicht dieser Ausführungsform der Erfindung, sehr vereinfacht und auf ihre Hauptbestandteile zurückgeführt.

Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild ent­ sprechend der Antenne nach den Fig. 1 und 2.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungs­ form eines Diodenschalters für einen Abschnitt der Induktivität.

Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht entsprechend der Fig. 1 zur Darstellung der Anordnung der Bestandteile der Antenne.

Fig. 6, 7 und 8 zeigen eine Vorderansicht, eine Seiten­ ansicht und eine Draufsicht der Antenne gemäß Fig. 5 und einer Radarschutzhaube zur Montage unter der vorderen Spitze eines Militärflugzeugs mit Düsenantrieb.

In den schematisch dargestellten Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 die Masse der Antenne, die eine leitende Reflektorebene für ihre Luftleitung bildet und beispielsweise durch ihre metallische Fußfläche gegeben ist, wie im Anschluß hieran ausführlicher dargestellt wird. Ein kapazitives Element 2 (Dach­ kapazität), beispielsweise eine dünne Platte, hat im wesentlichen die Form eines Rechtecks, besteht aus Kupfer und ist in geeig­ neter Entfernung von der Reflektorebene 1 angeordnet. 3 a und 3 b bezeichnen zwei weitere dünne Metallplatten (Leiterbereiche), die zwischen der Reflektorebene 1, mit der sie jeweils durch ihre entsprechenden Seiten Kontakt bilden, und dem kapazi­ tiven Element 2 eingesetzt sind, mit dem sie keinen Kontakt haben. 4 bezeichnet eine erste Induktivität zur An­ passung, die elektrisch zwischen dem kapazitiven Element 2 und eine Durchführung 6 der Masse 1 geschaltet ist und insbesondere durch ein koaxiales Kabel mit dem Ausgang eines Sender-Empfängers verbunden sein kann, der geeignet ist, zwischen dem VHF-Frequenzbereich, insbesondere zwischen 100 und 150 MHz, und in dem UHF-Frequenzbereich, ins­ besondere zwischen 225 und 400 MHz, umgeschaltet zu werden.

Es ist zu beachten, daß die Durchführung 6 ebenso mittels koaxialer Kabel und einer T-Verbindung jeweils an die Aus­ gänge eines VHF-Sender-Empfängers und eines weiteren UHF- Sender-Empfängers angeschlossen werden kann. Die Induktivität 4 enthält in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel insbesondere drei Abschnitte, die je­ weils durch einen der Schalter 7 a, 7 b, 7 c kurzgeschlossen werden können. Ein weiterer Schalter 8 gestattet eine Ver­ bindung eines der Enden einer zweiten Induktivität 5 zur Anpassung mit der Durchführung 6, deren anderes Ende an die Masse 1 gelegt ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die zwei Induktivitäten 4 und 5, sowie die Schalter 7 a bis 7 c und 8, die ihnen zugeordnet sind, in dem Zwischenraum zwischen den Bestandteilen 1, 2, 3 a und 3 b angeordnet, so daß die Anordnung der Antenne eine kompakte Form hat und, wie aus Fig. 2 ersichtlich, eine geringe Breite, so daß sie in eine Radarschutzhaube 9 eingesetzt werden kann, deren Gesamtabmessungen, aber vor allem deren Breite (Fig. 2), gering ist.

Fig. 3 zeigt das Ersatzschaltbild für die Antenne der Fig. 1 und 2; Bestandteile, die denen der Fig. 1 und 2 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ca bezeichnet die Kapazität des kapazitiven Elements 2 (Fig. 1 und 2) mit Bezug auf die Masse 1, und Ra bezeichnet den Strahlungswiderstand der Luftleitung.

Die Antenne, die im folgenden mit Hilfe der Fig. 1 und 2 beschrieben wird, arbeitet folgender­ maßen: Die Schalter 7 a, 7 b, 7 c und 8 werden durch bekannte Mittel gesteuert, die in den Fig. 1 und 2 nicht darge­ stellt sind und nicht im einzelnen beschrieben zu werden brauchen. Ein Ausführungsbeispiel dieser Mittel wird im weiteren Verlauf dieser Beschreibung beschrieben. Die Umschaltung der Antenne nach den Fig. 1 und 2 auf den VHF-Bereich erfolgt durch Schließen des Schalters 8, welcher die Induktivität 5 parallel zur Durchführung 6 schaltet. Die Abstimmung der Antenne auf die Frequenz der VHF-Signale wird erzielt durch Umschalten der Induktivität 4 auf einen entsprechenden Wert. Diese Induktivität 4 kann, falls sie durch drei identische Abschnitte gebildet ist, d. h., die insbesondere jeweils die gleiche Anzahl Win­ dungen tragen, einen maximalen Wert annehmen, wenn die drei Schalter 7 a bis 7 c offen sind, einen minimalen Wert, wenn nur einer offen ist, und einen mittleren Wert, wenn zwei der genannten Schalter offen sind. Im allgemeinen enthält die Induktivität 4 eine erheblich größere Anzahl Abschnitte, die nicht identisch sind und deren verschiedene Kombinationen infolgedessen ent­ sprechend den verschiedenen möglichen Formen der den Ab­ schnitten zugeordneten Schalter es gestatten, der Induktivität 4 verschiedene Werte zu geben, die weit über drei liegt. Es ist zu beachten, daß diese ver­ schiedenen Werte in Reihe mit dem Strahlungswiderstand Ra und der Induktivität 5 so gewählt sind, daß die Reaktanz der Kapazität Ca ausgeglichen wird, so daß das Stehwellenverhältnis der Antenne auf ein Mindestmaß herab­ gesetzt wird, vorzugsweise auf einen Wert unter 2. In dem VHF-Bereich sind die wirksamen Bestandteile lediglich die Bestandteile 2, 4 und 5, die Antenne ist gebildet im wesentlichen durch das kapazitive Element 2, das mit Abstand von der Reflektorebene 1 angeordnet ist, so daß ein kleiner Monopol im Verhältnis zur Wellenlänge gebildet wird, dem gemäß Fig. 3 eine kapazitive Impedanz entspricht, die einen ziemlich kleinen Widerstandswert Ra hat. Die für diese VHF-Luftleitung erreichte große Bandbreite ist vor allem darauf zurückzuführen, daß die Induktivitäten 4 und 5 sich in unmittelbarer Nähe der anderen Bestandteile 1 und 2 befinden.

Die Funktion der Antenne der Fig. 1 und 2 in dem UHF- Bereich wird erzielt, wenn alle Schalter 7 a bis 7 c geschlossen sind, indem alle Windungen der ersten Induktivitäten kurzgeschlossen werden und der Schalter 8 offen ist, um die zweite Induktivität 5 zu trennen. Die einzigen wirksamen Bestandteile der Antenne sind dann die Bestandteile 1, 2, 3 a und 3 b, wobei die beiden letzt­ genannten "Manschetten" bilden, die herkömmlich in UHF- Antennen vom Typ der sogenannten "Säbelantennen" verwendet werden. Die so erzielte UHF-Antenne hat geeignete Impedanzen zur Bildung eines geringen Stehwellenverhältnisses in dem gesamten UHF-Bereich von beispielsweise 225 bis 400 MHz, d. h. daß es möglich ist, diese UHF-Antenne auf einem breiten Frequenzband zu verwenden, ohne daß es erfor­ derlich wäre, hier umschaltbare Bestandteile zur Anpassung wie die Induktivitäten 4 und 5 hinzuzufügen.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Ausführungsform eines der Schalter, beispielsweise 7 b, der einem Ab­ schnitt, und zwar dem Abschnitt 4 b der Induktivität 4 zugeordnet ist. In dieser Ausführungsform enthält der Schalter 7 b eine Halbleiterdiode 10 b, vorzugsweise vom P-I-N-Typ, deren eine Elektrode, und zwar die Kathode, direkt an eine Außenwindung 4 b 1 des Abschnitts 4 b ange­ schlossen ist, während ihre andere Elektrode, und zwar die Anode, einerseits an die andere Außenwindung 4 b 2 des Ab­ schnitts 4 b über einen Kondensator 11 b angeschlossen ist, dessen Kapazität so gewählt ist, daß ihm eine schwache Reaktanz für die VHF- und UHF-Ströme entspricht, so daß die letzteren über den Kondensator 11 b und die Elektrode 10 b abgeleitet werden, während diese leitend ist, was zur Folge hat, daß der Abschnitt 4 b außer Betrieb gesetzt wird; die Anode der Diode 10 b ist andererseits an eine Schaltspannungsquelle über eine Drossel 12 b angeschlossen, deren Wert so gewählt ist, daß ihr eine sehr erhöhte Reaktanz in den VHF- und UHF-Bereichen entspricht, um zu vermeiden, daß die VHF- oder UHF-Ströme, welche über die Ableitung 10 b, 11 b fließen, wenn die Diode 10 b leitend ist, nicht wenigstens teilweise zur Schaltspannungsquelle abgeleitet werden; diese, welche in Fig. 4 nicht gezeigt ist, ist durch nicht weiter dargestellte bekannte Mittel über einen Leiter 13 b und eine Durchführung 14 b an die Drossel angeschlossen. Eine Drossel 15, die zwischen der Masse 1 und einer der Windungen der Induktivität 4 geschaltet ist, dient zur Rückführung des Schalt­ stromes durch die Diode 10 b an die Masse, um sie leitend zu machen, wobei jedoch dank ihrer erhöhten Reaktanz eine Ableitung der VHF- oder UHF-Ströme, die in der Induktivität 4 fließen, in Richtung auf die Masse vermieden wird. Wenn die Diode 10 b beispielsweise vom Typ DH 438-08 ist, kann sie leitend gemacht werden beispiels­ weise durch Einführen eines Gleichstromes von 100 mA in den Leiter 13 b, und kann gesperrt werden durch Anlegen beispielsweise einer Spannung von -250 Volt an denselben Leiter.

Fig. 5 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform der Antenne, in welcher die Induktivität 4 fünf Abschnitte 4 a bis 4 e aufweist, denen je ein P-I-N-Dioden-Schalter von dem in Fig. 4 gezeigten Typ zugeordnet ist. Es ist daher nicht erforderlich, den Aufbau jedes dieser Schalter erneut zu beschreiben; es genügt zu bemerken, daß die Schalter, welche den beiden Abschnitten der Induktivität 4 zugeordnet sind, welche der Masse 1 am nächsten liegen, nämlich die Abschnitte 4 a und 4 b, Schalter tragen, die jeweils mit zwei P-I-N-Dioden versehen sind, zum Beispiel 10 a 1 und 10 a 2, welche in Parallelschaltung miteinander verbunden und vorzugsweise untereinander identisch sind, so daß der Schaltstrom sich etwa gleichmäßig auf sie verteilt. Diese Anordnung hat den Vorteil, die Wärmeabführung auf das Niveau einer Verbindung jeder P-I-N-Diode zu begrenzen.

In der bevorzugten Ausführungsform, die in Fig. 5 gezeigt ist, ist die Induktivität 4 aus einer wendelförmigen Wicklung von vier koaxialen Kabeln, deren Außenleiter verschweißt sind, und durch einen einfachen massiven oder hohlen Leiter gebildet, dessen Außendurchmesser vorzugsweise in etwa demjenigen der koaxialen Kabel entspricht, an deren Außenleitern er ebenfalls angeschweißt ist, gebildet. Die vier koaxialen Kabel, deren erste Außenleiter mit 15 b 1 bis 15 e 1 bezeichnet sind, sowie auch der Leiter haben verschiedene Längen, beispielsweise in einer arithmetischen Reihe, damit die vier Abschnitte 4 a bis 4 e jeweils die gleiche Anzahl Windungen und denselben Durchmesser haben, so daß jeder Abschnitt im wesentlichen einem Fünftel des Wertes der gesamten Induktivität entspricht. Unter diesen Bedingungen ist der Abschnitt 4 a, welcher der Masse 1 zunächst liegt, durch eine wendelförmige Wicklung der vier koaxialen Kabel gebildet, der Abschnitt 4 b durch drei koaxiale Kabel mit den Enden 15 c 1 bis 15 e 1, der Abschnitt 4 c durch zwei Kabel und der Abschnitt 4 d durch ein koaxiales Kabel mit dem Ende 15 e 1 gebildet ist, während der Leiter den fünften Abschnitt 4 e bildet. Die zweiten Enden der Außenleiter der vier koaxialen Kabel sind mit 15 b 2 bis 15 e 2 bezeichnet, die praktisch kaum aus den entsprechenden wendelförmigen Wicklungen heraustreten, während diese Enden in Fig. 5 stark verlängert gezeigt sind, um die Figur besser verständlich zu machen. Das zweite Ende, beispielsweise das Ende 16 b 2 des Innenleiters jedes koaxialen Kabels, beispielsweise desjenigen, dessen zweites Außenleiterende mit 15 b 2 bezeichnet ist, ist an dem gemeinsamen Punkt der Anode der Dioden 10 b 1 und 10 b 2 und des Kondensators zur Ableitung der VHF- und UHF-Ströme 11 b des dem unmittel­ bar folgenden Abschnitt der Induktivität 4, beispielsweise ihrem Abschnitt 4 b zugeordneten Schalters angeschlossen. Ebenso ist das zweite Ende 16 e 2 des Innenleiters des koaxialen Kabels, dessen zweites Außenleiterende mit 15 e 2 be­ zeichnet ist, direkt an einen gemeinsamen Punkt der einzigen Diode 10 e und des Ableitungskondensators 11 e des Schalters angeschlossen, welcher dem Abschnitt 4 e zugeordnet ist, welcher ausschließlich durch die Wicklung des äußersten Teils des einfachen Leiters gebildet ist. In der Praxis ist jede Kathode der Diode oder der Dioden, die einem der fünf Abschnitte zugeordnet sind, sowie einer der Anschlüsse des entsprechenden Ableitungskondensators jeweils an die ent­ sprechenden Enden der koaxialen Kabel angeschweißt, und zwar so nahe wie möglich an den wendelförmigen Wicklungen, welche die Induktivität 4 bilden.

Andererseits sind die ersten Enden 16 b 1 bis 16 e 1 der Innenleiter der vier koaxialen Kabel, deren erste Außenleiter­ enden mit 15 b 1 bis 15 e 1 bezeichnet sind, jeweils in Reihen­ schaltung mit den Drosseln 12 b bis 12 e, den Leitern 13 b bis 13 e und den Durchführungen 14 b bis 14 e verbunden, und sind an Schaltspannungsquellen angeschlossen, die anschließend ausführlicher beschrieben sind. Die Gleichspannungen, die beispiels­ weise die im vorhergehenden angegebenen Werte haben können, werden über die Drosseln 12 b bis 12 e und die Innenleiter auf die Anoden der Dioden der Schalter übertragen, die jeweils den Abschnitten 4 b bis 4 e zugeordnet sind. Die Anoden des Diodenpaares 10 a 1 bis 10 a 2 des dem Abschnitt 4 a zugeordneten Schalters empfangen dagegen ihre Schalt­ spannung über die Drossel 12 a direkt durch den einfachen Leiter 17 a.

Dank der soeben beschriebenen Anordnung sind die VHF- oder UHF-Ströme, die auf den Außenleitern fließen, ohne Einfluß auf ihre Innenleiter, wo die Schalt­ ströme fließen; infolgedessen ist die auf das zweite Ende jedes der Innenleiter übertragene VHF- oder UHF- Spannung im wesentlichen die gleiche wie diejenige, die an seinem ersten Ende übertragen wird, da die jeweils zwischen 15 b 2 und 16 b 2, zwischen 15 c 2 und 16 c 2, zwischen 15 d 2 und 16 d 2, sowie zwischen 15 e 2 und 16 e 2 übertragenen Hochfrequenz­ spannungen praktisch gleich Null sind; man vermeidet so, daß die Drosseln 12 b, 12 c, 12 e sehr hohen VHF- oder UHF-Überspannungen unterworfen werden, die geeignet wären, sie zu beschädigen oder ihre Funktions­ fähigkeit zu stören. Die P-I-N-Dioden 10 b 1, 10 b 2, 10 c und 10 d vertragen dagegen die Überspannungen, wenn sie gesperrt sind. Im übrigen erzeugen die VHF- oder UHF-Ströme, die in den Außenleitern der vier koaxialen Kabel und in dem einfachen Leiter fließen, keinerlei störende Erwärmung, wie es der Fall wäre, wenn sie in den Windungen der gedruckten Schaltungen auf einer isolierenden Platte fließen würden.

Der in Fig. 5 gezeigte elektrische Schaltkreis der Antenne enthält außerdem die folgenden Bestandteile: Die Induktivität 5, die durch ein einziges koaxiales Kabel oder durch eine auf eine isolierende Platte aufgedruckte Wendel gebildet ist, die an einem Ende direkt an die Masse 1 gelegt ist. Ihr anderes Ende ist an die Kathode einer Diode 18 beispielsweise vom P-I-N-Typ angeschlossen, deren Anode die Schaltspannungen über eine Drossel 19 von einem Leiter 20 empfangen kann, der die Masse 1 mittels einer Durchführung 21 überquert. Die Anode der Diode 18 ist an einem gemeinsamen elektrischen Punkt 22 angeschlossen, der gebildet sein kann durch ein leitendes Band, beispielsweise aus Kupfer, an das über einen Kondensator 23, der eine geringe Impedanz für die VHF- und UHF-Ströme dar­ stellt, ein Leiter 24 angeschlossen ist, der mittels der Durchführung 6 die Masse 1 überquert, und der an den oder die Ausgänge des oder der VHF- und UHF-Sender-Empfänger durch nicht dargestellte Mittel, insbesondere durch koaxiale Kabel angeschlossen werden kann. Schließlich wird eine Kapazität 26, deren Reaktanz zur Vollendung der Anpassung in dem UHF-Bereich gewählt ist, eingeschaltet zwischen einem gemeinsamen elektrischen Punkt 22 und dem Ende der Induktivität 4, welches der Masse 1 am nächsten liegt, d. h. den Enden 15 b 1 bis 15 e 1 der unterein­ ander verschweißten Außenleiter der vier koaxialen Kabel. Parallel zu dieser Kapazität 26 ist ein Diodenumschalter angeordnet, der ein Kurzschließen in dem Bereich VHF zuläßt; in der dar­ gestellten Ausführungsform besteht dieser Umschalter im wesentlichen aus einem Diodenpaar 271 und 272, beispielsweise vom P-I-N-Typ, dessen Kathoden an das Ende des Abschnitts 4 a, welche der Masse 1 am nächsten liegt, angeschlossen sind, während ihre Anoden über einen Kondensator 28, der eine geringe Reaktanz für die VHF-Ströme bildet, in Parallelschaltung mit einem gemeinsamen elektrischen Punkt 22 verbunden sind. Ein Leiter 29, welcher die Masse 1 durch eine Durchführung 30 überquert, gestattet die Heranführung der geeigneten Gleichspannungen an die Anoden der Dioden 271 und 272 über eine Drossel 31.

Die in Fig. 5 dargestellte und im vorhergehenden beschriebene Antenne arbeitet folgendermaßen: Für die Funktion in dem VHF-Bereich wird eine geeignete Schaltspannung insbesondere ein Gleichstrom mit einer angemessenen Strom­ stärke durch den Leiter 29 in die Dioden 271 und 272 derart eingeführt, daß sie leitend werden und die Kapazität 26 kurzgeschlossen wird. Die Anpassung des Wertes der Induktivität 4 an die für Sendung und Empfang gewählte VHF-Frequenz entsteht aufgrund der Einführung von Schaltgleichströmen in diejenigen der Leiter 13 a bis 13 e, die denjenigen der Abschnitte 4 a bis 4 e entsprechen, bevor sie durch die Dioden und die entsprechenden Ableitungs­ kondensatoren kurzgeschlossen wurden, während auf die anderen Dioden mittels der entsprechenden Leiter Sperr­ spannungen übertragen werden. Wie bereits angedeutet, kehren die Schaltgleichströme über die Außenleiter der koaxialen Kabel, an die die Kathoden der genannten Dioden angeschlossen sind, sowie über die Drossel 15 an Masse zurück. Schließlich wird ein Gleichstrom über den Leiter 20 in die Diode 18 derart eingeführt, daß sie leitend wird und so die Induktivität 5 über einen gemeinsamen elektrischen Punkt 22 in den Anpassungs­ schaltkreis eingeführt wird.

Für die Funktion in dem UHF-Bereich werden dagegen Schalt­ gleichströme in alle Leiter 13 a bis 13 b eingeführt, um die Dioden der Schalter leitend zu machen, die allen Abschnitten 4 a bis 4 e zuge­ ordnet sind, die so vollständig kurzgeschlossen werden. An die Dioden 271 und 272 wird durch den Leiter 29 eine Sperrspannung übertragen, so daß die Kapazität 26 nicht kurzgeschlossen wird. Ebenso wird durch den Leiter 20 eine Sperrspannung auf die Diode 18 übertragen, die so die Induktivität 5 vom übrigen Teil des Schalt­ kreises isoliert.

Wie bereits angedeutet, werden die Bestandteile 2, 3 a, 3 b und 5 vorzugsweise durch Metallablagerungen, insbesondere aus Kupfer, auf einer elektrisch isolierenden Platte, bei­ spielsweise aus Kunstharz und Glasfasern, gebildet. Die anderen Bestandteile 10 a 1 bis 10 e, 11 a bis 11 e, 12 a bis 12 e, 18, 19, 23, 26, 271, 272 und 28, sowie die vier koaxialen Kabel und der einfache Leiter, die die Induktivität 4 bilden, können ebenso durch die­ selbe isolierende Platte gelagert werden, indem sie im Ver­ hältnis zu den Elementen 1, 2, 3 a und 3 b vorzugsweise wie in Fig. 5 gezeigt angeordnet sind.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine Außenansicht der Antenne, die insbesondere bestimmt ist zur Befestigung unter der Spitze eines Militärflugzeugs mit Düsen­ antrieb. 32 bezeichnet eine Metallplatte, unter der die Radarschutzhaube 9 befestigt ist, deren aerodynamisches Profil insbesondere in der Darstellung der Fig. 8 in Drauf­ sicht gut sichtbar ist. Die Kanten der Metallplatte 32 sind von Löchern wie 32 a durchbohrt, zum Hindurchführen von Schrauben zur Befestigung der obengenannten Platte an der Haut des Flugzeugs. Die Platte 32 ist an die allgemeine Masse des Flugzeugs gelegt, um die Reflektorebene der Luft­ leitung zu bilden, die in den im vorhergehenden beschriebenen Figuren mit 1 bezeichnet ist. In Fig. 6 ist in punktierten Linien der Abschnitt der elektrisch isolierenden Platte gezeigt, auf dem alle Bestandteile der im vorhergehenden beschriebenen Antenne aufgedruckt oder befestigt sind. Auf der Oberseite der Platte 32 ist gegenüber der Radarschutzhaube 9 ein Metallkasten 34 befestigt, der sich somit unter die Haut des Flugzeugs legt. Die Innenseite (in den Fig. 6 bis 8) des Kastens 34 wird durch die Metallplatte 32 gebildet, auf der die isolierende Platte 33 und die Radarschutzhaube 9 an den Kanten befestigt sind. Auf der Vorderseite des Kastens 34, die in Fig. 6 sichtbar ist, sind ein koaxialer Anschluß 35, dem ein nicht dargestelltes koaxiales Kabel eine Verbin­ dung mit dem oder den koaxialen Ausgängen oder Eingängen des oder der VHF- und/oder UHF-Sender-Empfänger gestattet, sowie ein mehradriger Anschluß 36 befestigt.

Im Inneren des Kastens 34 sind verschiedene Vorrichtungen angeordnet, von denen im folgenden als nicht einschränkendes Beispiel eine Ausführungsform gezeigt wird: Es handelt sich zunächst um den Decoder der Signale, die die Abstimmfrequenz der Antenne anzeigen und beispielsweise von dem Sender- Empfänger kommen, über bestimmte der Adern des Anschlusses 36, beispielsweise in der bekannten Form mit der Bezeichnung ARINC-Reihe ("s´rie ARINC"). Dieser Decoder erzeugt Umschalt­ signale, deren Verwendung im folgenden gezeigt wird. Der Kasten 34 schließt ebenso einen Umformer für den elektrischen Speisestrom ein, den er über die anderen Adern des Anschlusses 36 empfängt, beispielsweise ausgehend von dem Bordgenerator des Flugzeugs mit 28 Volt Gleichstrom. Dieser Umformer erzeugt beispielsweise auf zwei verschiedenen Anschlüssen einen Strom bis zu 2 A bei einer Spannung von +5 Volt und einen Strom bis zu 150 µA bei einer Spannungs von -250 Volt. Der Kasten 34 schließt schließlich einen allgemein elek­ tronischen Wähler ein, der ein Schaltkreis von bekannter Art sein kann, so daß es nicht nötig ist, ihn zu beschreiben; dieser Wähler ist mit den beiden Anschlüssen des Ausgangs des Umformers des Speisestroms verbunden und empfängt auch die Umschaltsignale, die von dem Decoder erzeugt werden. Er ist so ausgelegt, daß er wenigstens auf bestimmte der Drähte 13 a bis 13 e, 20 und 21 (Fig. 5) Durchlaßströme von beispielsweise 100 mA oder Sperr-Spannungen von beispielsweise -250 Volt in Abhängigkeit von den von dem Decoder empfangenen Umschaltsignalen überträgt.

Die Erfindung ist nicht auf die im vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen begrenzt; sie umfaßt alle Varianten derselben, von denen im folgenden nur einige in Form nicht einschränkender Beispiele beschrieben werden:

Der Kasten 34 und die von ihm eingeschlossenen Schaltkreise können in zahlreichen verschiedenen Ausführungsformen reali­ siert werden. Die Form und Anordnung der Fußfläche 32 und der Radarschutzhaube 9 sind Gegenstand freier Wahl. Im Falle einer Bodenantenne oder einer Antenne, die für Fahr­ zeuge bestimmt ist, bei denen die Anforderungen hinsichtlich des Gewichts oder der Behinderung weniger streng sind, können die verschiedenen Bestandteile auf mehrere Isolierplatten verteilt werden oder sogar sämtlich aus gesonderten Bestand­ teilen bestehen, einschließlich der Bestandteile 2, 3 a und 3 b, die folglich mehr oder weniger dicke Kupferplatten sein könnten. Anstatt identische Abschnitte zu tragen, könnte die Induktivität 4 voneinander unterschiedliche Ab­ schnitte tragen, so daß sie auf Werte umschaltbar ist, die beispielsweise eine binäre Progression bilden. In dem Fall der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform kann der längste einfache Leiter, der dazu bestimmt ist, für sich selbst den Abschnitt 4 e zu bilden, durch ein fünftes koaxiales Kabel ersetzt werden, dessen Hülse daher mit der Kathode der Diode 10 e verbunden sein würde, und sein Innenleiter mit ihrer Anode; die Enden 16 e 2 bis 16 b 2 der Innenleiter der vier anderen koaxialen Kabel müßten dann jeweils mit den Anoden der dioden 10 d, 10 c, 10 b 1 bis 10 b 2 und 10 a 1 bis 10 a 2 ver­ bunden sein; in diesem Fall müßte natürlich die Drossel 12 a mit dem anderen Ende des Innenleiters des zusätzlichen koaxialen Kabels verbunden sein. Die Vorzeichen der Schaltspannungen könnten mittels ent­ sprechender Umkehrungen der Dioden 10 a 1 bis 10 e, 18, 271 und 272 erzielt werden. Die Induktivität 4 könnte auch durch eine wendelförmige Wick­ lung massiver Leiter in gleicher Anzahl wie die Abschnitte der Induktivität 4 und einer einzigen Metallhülle gebildet sein, die ohne Berührung alle massiven Leiter umgibt und die beispielsweise durch feste Isoliermittel von ihr isoliert sind. Es müßte natürlich jeder massive Leiter durch die Metallhülle in einer isolierten Durchführung hindurchtreten, um die Schalt­ spannungen auf die Diode des Schalters zu übertragen, der einem der beiden nächstbenachbarten Abschnitte zuge­ ordnet ist.

Claims (4)

1. Umschaltbare Antenne für den VHF- und UHF-Frequenz­ bereich, insbesondere für Luftfahrzeuge, mit einer im Abstand von einer die Masse bildenden leitenden Reflektor­ ebene angeordneten Dachkapazität, einer Induktivität, die zwischen der Dachkapazität und einer Durchführung in der Reflektorebene geschaltet und mit einem Sender-Empfänger verbunden ist, wobei die Induktivität in mehrere Ab­ schnitte unterteilt ist und jedem Abschnitt ein elektrisch betätigter Schalter zugeordnet ist, und mit auf beiden Seiten der Induktivität angeordneten flächenhaften Leiter­ bereichen, die jeweils mit der Reflektorebene verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschnitte der Induktivität (4) von mehreren Koaxial­ kabeln (4 a-4 d) unterschiedlicher Länge gebildet sind, die ausgehend von einem gemeinsamen, der Durchführung (21) zugekehrten Ende gemeinsam wendelförmig aufgewickelt sind,
daß die Außenleiter der Koaxialkabel miteinander ver­ bunden sind,
daß die Innenleiter der Koaxialkabel an dem gemeinsamen Ende über jeweils eine Drossel (12 b-12 e) und eine Durch­ führung (14 b-14 e) in der Reflektorebene an eine Schalt­ spannungsquelle angeschlossen sind und an dem dem ge­ meinsamen Ende abgekehrten Ende der einzelnen Koaxial­ kabel herausgeführt sind,
daß die Schalter (10 b 1, 10 b 2-10 e) aus jeweils mindestens einer Halbleiterdiode bestehen, die jeweils zwischen dem herausgeführten Innenleiter (16 b 2-16 e 2) eines Koaxial­ kabels und dem Außenleiter (15 c 2-15 e 2) des nächst­ folgenden Koaxialkabels angeschlossen ist, und
daß das herausgeführte Ende des Innenleiters des letzten Koaxialkabels an die Dachkapazität (2) ange­ schlossen ist.

2. Umschaltbare Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Koaxial­ kabeln ein einfacher Leiter (4 e) gemeinsam aufgewickelt ist, der den letzten Abschnitt der Induktivität (4) bildet.

3. Umschaltbare Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (10 a 2) für den ersten Abschnitt (4 a) der Induktivität über eine Drossel (12 a) und eine Durchführung (14 a) an eine Schaltspannungsquelle angeschlossen ist.

4. Umschaltbare Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazität (26) zur Anpassung an den UHF-Bereich zwischen der Induktivität (4) und einer weiteren zu- und abschaltbaren Induktivität (5) geschaltet ist und daß ein aus mindestens einer Halbleiterdiode (271, 272) be­ stehender Schalter parallel zu dieser Kapazität (26) geschaltet ist.