DE3941125C2

DE3941125C2 - Planare Breitband-Antenne

Info

Publication number: DE3941125C2
Application number: DE19893941125
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Gaertner
Original assignee: DaimlerChrysler Aerospace AG
Current assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Priority date: 1989-12-13
Filing date: 1989-12-13
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: DE3941125A1

Description

Die Erfindung betrifft eine planare Breitband-Antenne, im weiteren DSNA (Double-Sided Notch-Antenna) genannt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige planare Breitbandantenne ist beispielsweise aus der EP 0 257 881 A2 oder aus der US 48 43 403 bekannt. Derartige planare Breitbandantennen werden u. a. in Flugkörpern und Lenkgeschossen eingesetzt und kommen daher beispielsweise im Bereich der strategischen Munition zur Anwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art auszubilden, deren Übergang zwischen Schlitz und Streifenleitung gegenüber dem ge nannten Stand der Technik optimiert wird, und die ein ge ringes Bauvolumen aufweist, durch einen großen Gewinn charakterisiert ist, dessen H- und E-Ebene annähernd gleich sind, und die leicht herstellbar sowie preiswert ist und materialsparend ausfällt.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in dem Pa tentanspruch 1 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß eine Streifenleitung, auch Stripline genannt, zwi schen zwei symmetrisch aufgebauten planaren Breitband-An tennen, auch Tapered-Slot-Antenna genannt, ausgebildet ist. Der Schlitz dieser planaren Breitband-Antennen weist hierbei einen gekrümmten Verlauf auf und ist vorzugsweise nicht vollständig von Metall berandet.

Mittels der vorliegenden Anordnung ist eine preiswerte planare Antenne mit großem Gewinn und einer Breitbandig keit über mehr als zwei Oktaven realisiert, die ein gerin ges Bauvolumen aufweist, keine Abstrahlung über die ent sprechenden Speiseleitungen - auch Triplate genannt - hervorruft, phasengleich ansteuerbar ist und die Aufga benstellung in vollem Umfang erfüllt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungs gemäßen Anordnung;

Fig. 2 die H- bzw. E-Ebene der Anordnung nach Fig. 1, eingezeichnet in ein polares Koordinatensystem Die erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 1 besteht aus zwei miteinander beliebig verbundenen kaschierten Platten 71 und 72. Zwischen diesen Platten ist in etwa mittig eine parallel zu einer der Längskanten verlaufende Streifenleitung 77 ausgebildet. Ihre Länge und Breite sind so gewählt, daß sie eine Schlitzbreite 31 in nerhalb der Schlitzleitung aufweisen.

Der Schlitz 7 der Schlitzleitung auf der Vorderseite der DSNA ist vorteilhafterweise symmetrisch zum vorzugsweise gleichgestalten Schlitz 7 auf der Antennenrückseite ausge bildet. Die breitere Seite des Schlitzes 7 ist vorteilhaf terweise orthogonal zur Streifenleitung 778 ausgebildet. Er ist aus der Metallisierung der zugehörigen Me tallkaschierung z. B. herausgeätzt und seine Berandungen weisen auf einer Länge 333 vorzugsweise einen spiegelsym metrischen exponentiellen Verlauf (bzw. parabelförmigen Verlauf) auf, der in einen parallelen Verlauf übergeht. Dieser parallele Verlauf ist parallel zur breiten Kante ausgebildet und ist Bestandteil des Schlitzes 7. Eine breite Kante ist vorzugsweise orthogonal zur Längskante ausgebildet. Dieser parallele Verlauf endet in etwa kurz hinter der Mitte der breiten Kante. An der Längskante weist die oben beschriebene metallfreie Struktur (in Schlitz 7 übergehende, exponentiell verlaufende Struktur) eine Ausdehnung 32 auf.

Die Gesamtlänge 33 der Längskante ist 2 λ₀, wobei λ₀die durchschnittliche Freiraumwellenlänge ist. Die weiteren Abmessungen dieser Geometrie sind:
31 gleich in etwa 0,24 λ₀
32 gleich in etwa λ₀
333 gleich in etwa λ₀
303 gleich in etwa 0,13 λ₀
bei einer Dielektrizitätskonstante von ε_r vorzugsweise 2,33.

Die Streifenleitung 77 weist je nach Größenverhältnis vor zugsweise in etwa eine Impedanz Z₀ von ca. 50 Ω auf.

Die Funktionsweise dieser Antenne ist folgende:

Auf den jeweiligen äußeren Seiten befindet sich die aus der Kaschierung herausgeätzte "Tapered-Slot-Antenna", die an ihrem schmaleren Ende in eine hochohmige (ZL_s ≈ 320 Ω) Schlitzleitung übergeht.

Wird dieser Schlitz 7 erregt, so läuft eine elektromagne tische Welle über sie in den sich immer mehr erweiternden Schlitz 7 und wird schließlich abgestrahlt (Travelling Wave Antenna). Die Abstrahlung findet im Bereich statt, in dem der Wellenwiderstand der Schlitzleitung mit dem Schlitz 7 gleich dem Freiraumwellenwiderstand ist (ZL_s ≈ Z₀ ≈ 377 Ω).

Da der Wellenwiderstand der Schlitzleitung sehr fre quenzabhängig ist, verlagert sich der Ort der Abstrahlung bei einer breitbandigen Anwendung je nach Frequenz ent sprechend. Dies hat negative Auswirkung auf das Strah lungsdiagramm.

Um diesen Effekt klein zu halten, wurde eine sehr hohe Schlitzleitungsimpedanz gewählt, welche dann relativ leicht durch einen optimierten Öffnungsverlauf auf den Freiraumwellenwiderstand transformiert werden kann (ZL_s ≈ 320 Ω auf Z₀≈ 377 Ω). Es hat sich bezüglich Anpassung und Abstrahlung ein parabelförmiger Taper-Verlauf als günstig erwiesen.

Die Öffnungsweite 32 ist gleich der Wellenlänge λ₀ bei Mittenfrequenz oder λ₀/2 bei der untersten Betriebsfre quenz.

Das Strahlungsdiagramm (Fig. 2) in H- und E-Ebene wird we sentlich durch das Verhältnis der Antennelänge 333 des pa rabelförmigen Verlaufes zur Wellenlänge der Mittenfrequenz L/λ₀ und durch die Kaschierung im Öffnungsbereich, also durch die Größe 33 (≈ L), bestimmt.

Wählt man Größe 33 gleich 2 λ₀ und L/λ₀ gleich 1, so er hält man ein Diagramm, das in der H- und E-Ebene eine an nähernd gleiche 3 dB-Keulenbreite über dem gesamten Fre quenzbereich aufweist (Fig. 2).

Beide Antennen auf Vorder- und Rückseite werden über die gemeinsame Streifenleitung 77 phasengleich gespeist. Damit die Beeinflussung der elektrischen Felder im Dielek trikum gering ist, muß ein Plattenmaterial mit möglichst großer Dicke 303 verwendet werden (d ≈ 0,13/λ₀).

Durch den parallelen Betrieb der beiden Antennen sind die Strahlungsdiagramme (Fig. 2) zu beiden Seiten total symme trisch.

Die Einspeisung in die Schlitzleitung wird durch eine ge meinsame, zwischen den beiden Platten befindliche Strei fenleitung 77 realisiert. Dabei muß die Streifenleiterim pedanz von ZL ≈ 50 Ω auf die Schlitzleiterimpedanz von ZL_s ≈ 320 Ω breitbandig transformiert werden.

In Fig. 2 ist das zugehörige H- bzw. E-Ebenen-Diagramm in einem wie üblich vorzugsweise planaren Koordinatensystem darge stellt.

Hierbei ist die H-Ebene mit der Bezugsnummer 12 und die E- Ebene mit der Bezugsnummer 11 gekennzeichnet.

Durch optimale Auslegung der Transformation der Streifen leitung 77 auf den Schlitz 7 (Antenneneingangswiderstand ZL ≈ 320 Ω) ist eine Anpassung von ca. ≧ 10 dB über einen Frequenzbereich von vorzugsweise zwei Oktaven erreicht. Dabei weist der Schlitz 7 nach Fig. 3 an seiner brei teren Seite runde metallische Einwölbungen auf und die Streifenleitung 77 ist im Bereich des Schlitzes 7 aufge weitet.

Durch diese Maßnahmen erfolgt eine Optimierung des Über gangs zwischen Schlitzleitungs-Schlitz 7 und Streifenlei tung 77.

Über dem gesamten Frequenzbereich weisen die Strahlungs diagramme in H- und E-Ebene im Bereich ±15° zur Haupt strahlrichtung annähernd gleichen Verlauf auf.

Der Gewinn beträgt je nach Frequenzbereich 6 bis 10 dB trotz der relativ kurzen Bauform.

Bei entsprechender Dimensionierung läßt sich die Antenne im gesamten Mikrowellen- und Millimeterwellenbereich ein setzen.

Durch die Ausbildung der Erfindung gemäß obiger Beschrei bung stellen sich die bereits genannten Vorteile ein.

Claims

1. Planare Breitband-Antenne für den HF-Bereich

a) mit zwei einseitig metallisierten Platten (71, 72), welche mit der metallisierten Seite nach außen über einander geschichtet und mit einer zwischen den beiden Platten (71, 72) verlaufenden Streifenleitung (77) versehen sind;
b) wobei die metallisierten Seiten der beiden Platten (71, 72) jeweils einen bis zu einer Plattenkante rei chenden Schlitz (7) in der Metallisierung aufweisen, der an seinem ersten Ende im Innenbereich der Platte (71, 72) mit der Streifenleitung (77) überlappt;
c) wobei die beiden Schlitze (7) deckungsgleich überein ander angeordnet sind und sich zu ihrem zweiten Ende an der Plattenkante hin aufweiten und
d) wobei die Hauptachsen der beiden Schlitze (7) parallel zueinander und quer zur Hauptachse der Streifenleitung (77) verlaufen;

dadurch gekennzeichnet, daß

a) die beiden Schlitze (7) im Überlappungsbereich mit der Streifenleitung (77) eine Einwölbung ihrer Berandung aufweisen und die Streifenleitung (77) in diesem Be reich eine Ausweitung ihrer Berandung aufweist.