DE6608680U - Dipolantenne fuer linear polarisierte wellen. - Google Patents

Description

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P 491 Sta/bö

"PATELHOLD" Patentverwertungs-und Elektro-Holding AG,Glarus (Schweiz)

Dipelantermö Tür linear polarisierte Wellen

Die Erfindung betrifft eine Dipolantenne für linear polarisierte elektromagnetische Wollen mit einer Koaxialleitung, in deren Endabschnitt dor Aüsser.leitor durch zwei diametral gegenüberliegende Längs s chi itr.e in zwei Segmente unterteilt ist, wobei die Länge der LSnssschlitse gleich der halben mittleren Betriebswellenlänge in diesem Endabschnitt ist.

In der Mikrowellentechnik werden Dipolantennen u.a. wegen ihres kleinen Gewinnfaktors bzw. ihrer geringen Richtwirkung in erster Linie als Primärstrahler bei Parabolantennen verwendet.

Bei einer bekannten,für diesen Zvfeck benutzten Dipolantenne mit zwei gegenüberliegenden Längsschlitzen im Aussenleiter der koaxialen Speiseleitung ist an jedem der so gebildeten Segir.inte des Aussenleiters ein Dipolstuimnel angebracht. Zur Ankopplung der Dipolsturcnel ist der

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Innenleitor dor Xoaxial-Speiseleitung in der Höhe der halben Schlitzlänße rechtwinklig an eines der Aussenleitersegmente geführt. Durch eine an der· von der Einspeisung abgewandten Seite der Schlitze angeordnete Reflektorscheibe wird eine optimale Aus leuchtung des Parabolspiegels erreicht. Die symmetrische An kopplung der Dipolstummel kommt bei dieser Anordnung angeblich durch die Wirkung der Λ/2 -Resonanz der beiden Leitersegmente

Eine derartige Antenne mit ausgeprägten Dipolstummeln eignet sich vorzugsweise für Frequenzen Im Bereich von 1-4 GHz. Bei noch höheren Frequenzen von z,B» β - 8 GHz werden die Dipolstummel dermassen klein, dass, unter BerUcksiehtigung der Abmessungen der Speiseleitung, die für eine einwandfreie Funktionsweise der Antenne erforderliche Geometrie sich praktisch nicht mehr einhalten lässt.

Das Ziel der Erfindung ist eine vorzugsweise als Primärstrahler für Parabolantennen mit koaxialer Speiseleitung geeignete Dipolan tenne, die trotz ihrer zur Betriebswellenlänge relativ grossen Abmessungen in einem breiten Frequenzbereich gute Strahlungs- und Anpassungseigenschaften aufweist.

Die Dipolantenne gemäss der Erfindung ist gekennzeichnet durch Ankopplung des Innenleiters der Koaxialleitung init dem einen Segment mittels einer induktiven Verbindung und mit dem zweiten Segment .mittels einer kapazitiven Verbindung, wobei in der die Längsschlitze

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halbierenden Kopplungsebene für eine mittlere Betriebsfrequenz die wirksamen Impedanzwerte dieser Verbindungen entgegengesetzt gleich erscheinen, und durch einen die Koaxialleitung mindestens über den Ü Bereich der La'ngsschiitze ums chi !essenden Hohlleiter, der bei den Betriebsfrequenaon die Anregung einer TE-V/elle zulässt.

Die Qipolantenne sowie ihre Wirkungsweise ist nachstehend anhand eines AusfUhrungsbeispieles eingehend erläutert.

Die Figuren la und Ib zeigen eino Dipolantenne im Längs- bzw. Querschnitt. Im Endabschnitt 1 einer koaxialen Speiseleitung 2 sind zwei diametral gegenüberliegende Längsschlitze 2,4 vorgesehen, die über ihre Länge gleich einer halben mittleren Betriebswellenlänge ( -Qp ) den Aussenleiter 5 in zwei Segmente 6,7 unterteilen, Der Innenleiter 8 der Speiseleitung 2 ist in der die Längsschlitze halbierenden Querschnittsebene, die im weiteren als Kopplungsebene bezeichnet wird, über einen Steg 9 mit dem Segment 6 verbunden. Eine Kurzschlussscheibe 10, die den Endabschnitt 1 der Speiseleitung in einem ^/8 - ^/8 der Schlitzlänge betragenden Abstand von der Xopplungsebene abschliesst, bildet mit dem Innenleiter 8 und dem Steg 9 ein zusammenhängendes Konstruktionsteil. Auf den Segmenten 6,7 sind Schrauben 11,12 als zusätzliche Kopplungselemente angebracht. Die Schraube 11 dient überdies noch zur Befestigung des Steges 9 ^am Segment 6.

Eine Hülse 13 ist über ein Gewinde 14 mit dem Aussenleiter 5 der

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Speiseleitung 2 verbunden und formt mit diesem einen Hohlleiter von ringförmigem Querschnitt, der an einem Ende in der Höhe der Schlitzenden 15 durch den Boden 16 der Hülse Yy,der als Kurz-" Schlussscheibe wirkt, abgeschlossen ist. Die Hülse IJ ist durch ein Isolierrohr 17 verlängert, das in· ein konisches Endstück 18 ausläuft, welches den Raum des Hohlleiters gegen den Aussenleiter 5 abschliesst. In der Speiseleitung ist als zusätzliches Mittel zur Anpassung vor den einspeisungsseitigen Schlitzenden eine als ^/4 Transformator wirkende Abstufung 19 des Aussenleiters 5 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der Dipolantenne sei nun anhand der Figuren 2 und 3 erläutert.

•Fig. 2a zeigt ein mögliches Ersatzschaltbild der Dipolantenne.

Die am Eingang angedeutete koaxiale Speiseleitung bis sinschliesslic'r des </4 Transformators habe einen Innenwiderstand von der Grosse R,♦ Die beiden Segmente 6,7 (Fig. 1) des Aussenleiters 5 wirken wie eine Doppelleitung 20 (Fig. 2a), welche im Abstand einer halben Wellenlänge von der Einspeisungsebene kurzgeschlossen und deren. Einzelleiter im Abstand einer Viertel-Wellenlänge von der Einspeisungsebene (Kopplungsebene) über eine Kopplungsinduktivität L bzw. -kapazität C mit dem Innenleiter 8 verbunden sind. Die Induktivität L und die Kapazität C sind so gewählt, dass ihre Impedanzwerte für eine mittlere Betriebsfrequenz entgegengesetzt gleich

cheinen und daher eine symmetrische Ankopplung der Speise-

an den Antennenlastwiderstand R~ bewirken.

se Induktivität L bzvi. Kapazität C könnte nun, in Abweichung

der Dipolantenne gemäss Fig. 1, durch einen Steg ähnlich dem g 9, bzw. durch eine an Stelle der Kopplungsschraube 12 in die xiale Speiseleitung hineinreichende Trimmschraube realisiert den. Eine solche Lösung wäre aber wesentlich ungünstiger als die führung gem. Fig. 1, deren Vorteile nun anhand dem gegenüber ;. 2a verfeinerten Ersatzschaltbild gem. Pig. 2b verdeutlicht den soll.

ι Endabschnitt 1 der Speiseleitung 2₃ der in einem Abstand von I - '/8 der Schlitzlänge (also von /16 - '/Io der mittleren ,xialleitungs-Betriebswellenlänge ^o ) von der Kopplungsebene •ch die Kurzschlussscheibe 10 abgeschlossen ist, entspricht in ;,2b die am Ende kurzgeschlossene Leitung 21. Der Steg 9» ¹ den Innenleiter 8 mit dem Segment 6 verbindet, v/ird im Ersatsialtbild durch die Induktivität L¹ repräsentiert. Wie sich .cht zeigen lässt, bev/irkt der in dem angegebenen Abstand von ¹ Kopplungsebene abgeschlossene Endabschnitt 1 der Koaxialliseleitung nun einerseits eine der Kapazität C nach Fig« 2a !sprechende kapazitive Ankopplung des Segments 7 und andererseiti ie Transformation der Induktivität L¹ des Steges 9 auf angonäheri ι doppelten Wert gleicn der Induktivität L gemäss Fig«2a♦ Durch

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diese Anordnung wird also mit dem gleichen Steg 9, gegenüber der erwähnten möglichen Variante einer kapazitiven Ankopplung mittels einer Trimmschraube, eine Verdopplung der wirksamen Induktivität und damit eine Vervierfachung der erreichbaren, für die Anpassung der Speise leitung an den Lastwiderstand der Antenne massgeblichen Impedanzübersetzung erzielt. Man erreicht dadurch, dass bei den in der Praxis benötigten Irapedanzübersetzungen auch bei sehr hohen Betriebsfrequenzen der Querschnitt des Steges 9 genügend gross gemacht werden kann, um eine gute mechanische Stabilität der Anordnung zu gewährleisten.

Durch die symmetrische Ankopplung der Segmente 6,7 wird in dem ringförmigen Hohlleiter, der durch den Mantel der Hülse Γ5 und den Aussenleiter 5 der Speiseleitung 2 gebildet wird, eine ΤΞ,,-Welle sageregt, deren Feld in der Kopplungsebene in Fig. J>& dargestellt ist. Wegen der kreiszylindrischen Begrenzungsflächen hat dieses Feld relativ starke, das ideale linear polarisierte Feld verzerrende Querkomponenten. Ausser der ΤΞ,,-Welle wird im Bereich der Schlitze 3,4 noch eine stehende TEM-V/elle angeregt, deren Feld in der Kopplungs ebene in Fig. Jb wiedergegeben ist. Da die Quer komponenten des TE..,-Feldes und des TEM-Feldes in der Kopplungsebene die selbe Richtung haben, wird durch die Überlagerung der Felder an dieser Stelle die Verzerrung der linear polarisierten Welle noch vergrössert. Da aber die Querschnittsabmessungen des Hohlleiters so gewählt sind, dass bei den vorkommenden Betriebsfrequenzen nur die TE,,-Welle als Hohlleiter angeregt wird, während das Feld der stehenden TEM-Welle nur

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in stark gedämpfter Form längs dem Hohlleiter durchreicht, tritt bei einer Phasendrehung der TS₃₁-VJeIIe von l80° eine optimale Kompensation der störenden Querfeldkomponenten des TE,-,-Feldes ein. Die Länge der Hülse 13 ist so gewählt, dass der Abstand des offenen Endes des Hohlleiters von der Kopplungebene zumindest angenähert gleich der halben Wellenlänge der TE,,-Welle wird. Die optimale Kompensation der QuerkomponentDn des TE,,-Feldes wird also gerade in der abstrahlenden Oeffnung des Hohlleiters erreicht. Durch Variation der Breite der Längsschlitze J>₃h kann überdies die Stärke des Feldes der TEM-Welle so abgestimmt vier den, dass im offenen Ende des Hohlleiters die Querfeldkomponenten der TE₁,-Welle fast vollständig kompensiert werden. Das auf die Weise im offenen Ende des Hohlleiters entzerrte Feld der ΤΕ,,-Welle ist in Fig. 3c dargestellt. Das Isolierrohr 17j welches aen Hohlleiter an seinem offenen Ende verlängert, bewirkt eine partielle Verzögerung der abgestrahlten Wellen, so dass beim Austritt des elektromagnetischen Feldes aus dem Isolierrohr die elektrischen Feldlinien wenigstens teilweise tangential zur konischen Oberfläche seines Endstückes verlaufen- Versuche haben ergeben, dass die Länge des zylindrischen Teiles des Isolierrohres I7 vorteilhaft angenähert eine halbe Wellenlänge der abgestrahlten TE₁₁-WeIIe beträgt, wobei das Isolier-· rohr 17 ungefähr über seine halbe Länge in den Hohlleiter· eintaucht. Bei Verwendung der Antenne als Primärstrahler von Parabolantennen erreicht man durch dieses Isolierrohr 17 eine Vergrösserung der Divergenz der abgestrahlten. Wellen und damit eine gleichmässigere des Parabolspiegels. Der optimale Konuswinkel hängt

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von dem zu erzielenden Ausleuehtewinkel ab. Mit einem Konuswinkei von 30° erreicht man für die meisten praktischen Fälle gute Ergebnisse. Das Isolierrohr I7 wirkt ferner zumindest teilweise als Transforinationsglied zwischen dem Wellenwiderstand des freien Raumes und dem Strahlung sw id erstand des Hohlleiters 5*13 sowie als Schutz dieser Antenne gegen atmosphärische Einflüsse.

Die Schrauben 11,12 dienen als Koppel st uinmel zur Anpassung des Hohlleiters an den durch die Mittel zur symmetriseiieri Ankopplung der Segmente 6,7 in Zusammen¹/;irkung mit den Schlitzen ~5,k gebildeter*. Symmetriertransformator.

Claims (6)

: : ii3.7.7i sn/n Aktenzeichen P 30' 739/21&! Obm P ^91 D Neue Schutzansprüche

1.) Dipolantenne für linear polarisierte elektromagnetische Wellen mit einer Koaxialleitung, in deren Endabschnitt der Aussen-

leiter durch zwei diametral gegenüberliegende Längsschlitze in'-^wci Segmente unterteilt ist, wobei die Länge der Längsschlitze gleich der halben mittleren Betriebswellenlänge in diesem Endabschnitt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur • Ankopplung der Segmente (6,7) der Innenleiter (8) der Koaxialleitung (2) in der die Längsschnitte (3,¹O halbierenden Kopplungs^benr durch einen Steg (9) mit dem einen Segment (6) verbunden -st und das mit einer Kurzschlusscheibe (10) abgeschlossene Ende der Koaxialleitung (2) von der Kopplunpsebene in einem Abstand von 5/8 bis 7/8 der Schlitzlänge angeordnet ist, wobei der Innenleiter (8) bis zur Kurzschlussscheibe (10) geführt ist und dass«ein die Koaxialleitung (2) mindestens über den Bereich der Längsschlitze (3,¹O umsehiiossender Kohlleiter (5,13) vorgesehen ist, der bei den Betriebsfrequenzen die Anregung einer TE-Welle zulässt. H

2.)Dipolantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlleiter (5,13) einen kreisringförmigen Querschnitt hat und die Anregung der TE₁₁-WeIIe zulässt.

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Aktenzeichen P 3C-739"/-2la Gbm P ^91 D

3.) Dipolantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter (5,13) auf der einen Seite der Kopplungsebene offen und auf der anderen Seite kurzgeschlossen ist, wobei die Kurzschlussebene (16) sich angenähert in der Höhe der Schlitzenden befindet.

¹I.) Dipolantenne nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des offenen Endes des Hohlleiters (5,13) von der Kopplungsebene? für eine mittlere Betriebsfr-e jjuenz mindestens angenähert gleich der halben Wellenlänge der TE-,-Welle ist.

5·) Dipolantenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Hohllei'terrchr (13) an seinem offenen Ende durch ein Isolierrohr (17) verlängert ist, welches in ein konisches Endstück (18) ausläuft.

6.) Dipolantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Kopplungsebene an .der Aussenseite der Segmente (6,7) Koppelstummel (11,12) vorgesehen sind.

PATELKOLD

Patentverwertungs- und Elektro- Holding AG