DE1241875B

DE1241875B - Antenne fuer Ultrahochfrequenz, bestehend aus einer mit einer Erregungsleitung gekoppelten strahlenden Leitung

Info

Publication number: DE1241875B
Application number: DEC28771A
Authority: DE
Inventors: Erich Spitz
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1961-12-29
Filing date: 1962-12-27
Publication date: 1967-06-08

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIq

Deutsche Kl.: 21 a4- 46/04

Nummer: 1 241 875

Aktenzeichen: C 28771IX d/21 a4

Anmeldetag: 27. Dezember 1962

Auslegetag: 8. Juni 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne für Ultrahochfrequenz, bestehend aus einer eine Oberflächenwelle führenden und an ihrem einen Ende strahlenden Leitung (Strahlungsleitung), die durch eine über ihre gesamte Länge verteilte Kopplung von einer parallellaufenden, nicht strahlenden Erregungsleitung erregt ist, die über eine Speiseleitung von einer Ultrahochfrequenzwelle gespeist ist, wobei beide Leitungen so ausgebildet sind, daß sie Wellen mit im wesentlichen gleicher Phasengeschwindigkeit führen und eine solche Länge aufweisen, daß annähernd die ganze in die Erregungsleitung eingespeiste Energie auf die Strahlungsleitung übertragen wird.

Die Bedingung, die für eine vollständige Funktion zu erfüllen ist, ist die, daß die Phasengeschwindigkeiten der Ultrahochfrequenzenergie auf den beiden Leitungen im wesentlichen gleich sind.

Wenn man in diesem Fall mit C den Kopplungskoeffizienten der Kopplung zwischen den beiden Leitungen bezeichnet, so kann man zeigen, daß eine vollständige Energieübertragung von der Erregungsleitung auf die strahlende Leitung erfolgt, wenn die gekoppelten Leitungen eine Länge / haben, die durch die folgende Beziehung gegeben ist:

Man wählt den Kopplungskoeffizienten C derart, daß über die Länge I fast die gesamte in die Erregungsleitung eingespeiste Energie auf die strahlende Leitung übertragen und abgestrahlt wird.

Eine ebene Antenne dieser Art, die als Antenne mit verteilter Erregung bezeichnet wird, ist bereits bekannt (französische Patentschrift 1 267 955).

Diese Antenne weist ein Strahlungsdiagramm auf, welches nicht die Form eines Drehkörpers hat, der durch eine Drehung um die Richtung der Maximalabstrahlung entstanden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei welcher das Strahlungsdiagramm die Form eines Rotationskörpers hat, dessen Rotationsachse mit der Richtung der Maximalabstrahlung zusammenfällt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Antenne der eingangs angegebenen Art die Erregungsleitung aus einem metallischen hohlen Rotationszylinder gebildet ist, der durch zwei zu seiner Mittelachse parallel und symmetrisch angeordnete, im Vergleich zur Betriebswellenlänge schmale, durchgehende Spalte in zwei voneinander isolierte Halbzylinder unterteilt ist, die mit entgegenAntenne für Ultrahochfrequenz, bestehend aus
einer mit einer Erregungsleitung gekoppelten
strahlenden Leitung

Anmelder:

CSF-Compagnie Generale de Telegraphic
Sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Erich Spitz, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 29. Dezember 1961 (883 416)

gesetzter Phase gespeist sind, und daß die Strahlungsleitung aus dem Zylinder und einer auf diesen aufgezogenen Hülse aus dielektrischem Material besteht. In vorteilhafter Weise können die beiden Halbzylinder der Erregungsleitung an dem der Speiseleitung zugekehrten Ende in sich fortschreitend verjüngende Teile auslaufen, die mit der Speiseleitung, die eine symmetrische Doppelleitung ist, verbunden sind. Dabei kann die Erregungsleitung durch eine Metallisierung gebildet sein, die auf der Innenfläche der Hülse aus dielektrischem Material angebracht ist.

Die Erfindung soll an Hand der Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch die Erregungsleitung,

F i g. 2 die Konfiguration des elektrischen Feldes der Erregungsleitung,

F i g. 3,4 und 5 die Einrichtungen zur Speisung der Erregungsleitung,

F i g. 6 eine schematische Endansicht der strahlenden Leitung,

F i g. 7 eine die Konfiguration des elektrischen Feldes der Strahlungsleitung erläuternde Darstellung,

F i g. 8 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und F i g. 9 und 10 eine Schnittansicht und eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

709 589/143

F i g. 1 zeigt die Erregungsleitung 1, welche durch einen Rotationszylinder gebildet wird, der längs zweier Erzeugenden, die symmetrisch zur Achse des Rotationszylinders liegen, geschlitzt ist.

Die Teile AC und BD des Rotationszylinders liegen an Wechselspannung entgegengesetzter Phase, und zu diesem Zweck ist eine Wechselspannungsquelle vorgesehen, die schematisch durch den Generator G dargestellt ist.

Der Durchmesser des Rotationszylinders liegt in der Größenordnung eines Drittels der verwendeten Wellenlänge.

Die Breite des Spaltes AB und CD bestimmt die Kopplung zwischen der Erregungsleitung und der strahlenden Leitung. Gleichzeitig liegt die Breite des Spaltes die Impedanzeigenschaften der Erregungsleitung 1 fest.

Die Breite des Spaltes ist nicht kritisch, sie ist jedoch in allen Fällen viel kleiner als die Wellenlänge λ und kann beispielsweise in der Größenordnung von — liegen, wenn man die Länge viel größer

macht, beispielsweise in der Größenordnung von 10 λ festlegt.

Das im Innern des Rohres wie im Außenbereich auftretende Feld ist das Feld einer TEM-Welle (L-Welle).

Insbesondere weist das elektrische Feld die gleiche Form auf wie das statische Feld von zwei Leitern ~ÄC und B~D, die an verschiedenen Potentialen liegen.

Das elektrische Feld in den Spalten AB und CD ist sehr groß. Es befindet sich an Punkten der Spalte, die in den gleichen Querschnitten liegen, in Phase.

Die Erregungsleitung ist symmetrisch zu einer Ebene ausgebildet, die durch die Spalte hindurchgeht. Sie hat einen relativ hohen Wellenwiderstand. Es ist deshalb viel vorteilhafter, diese Leitung an eine symmetrische Doppelleitung anzuschließen anstatt an eine Koaxialleitung.

In F i g. 2 ist die Konfiguration des elektrischen Feldes der Erregungsleitung dargestellt. Der mittlere, nach unten gerichtete große Pfeil stellt symbolisch die augenblickliche Phasenlage der vom Generator G zugeführten Energie dar. Das bei dieser Phasenlage in den Spalten AB und CD erregte Feld ist durch Pfeile angedeutet.

Die speisende symmetrische Doppelleitung ist bei einem Ausführungsbeispiel an einer Verlängerung der Erregungsleitung angeschlossen, und zwar in einer Ebene, die die Erregungsleitung diametral durchsetzt und die senkrecht zur Ebene der Schlitze verläuft. F i g. 3 zeigt eine Schnittansicht dieser Anordnung. Die beiden Drähte M und N verlaufen senkrecht zur Zeichenebene.

F i g. 4 zeigt den Anschluß der Drähte M und N an den Rotationszylinder in perspektivischer Darstellung.

Die Erregungsleitung 1 ist mit den Drähten M und N über zwei Abschnitte 3 und 4 verbunden, die ausgeschnittene Teile des Rotationszylinders 1 sind.

F i g. 5 zeigt die gleiche Anordnung im Grundriß.

Die F i g. 6 zeigt eine schematische Endansicht der strahlenden Leitung. Die strahlende Leitung 2 ist als zylindrische Hülse ausgebildet, deren innere Oberfläche metallisiert ist.

Diese strahlende Leitung ist derart zu erregen, daß sie am Ende abstrahlt. Hierzu ist auf ihr ein derartiger Wellentyp anzuregen, daß die elektrischen Felder in auf ein und demselben Durchmesser eines beliebigen Querschnittes liegenden Punkten X und X' (F i g. 7) in Phase sind. Es ist weiterhin eine derartige Kopplung zwischen der Erregungsleitung 1 und der strahlenden Leitung 2 einzustellen, daß die von der zylindrischen Hülse der strahlenden Leitung 2 geführte Oberflächenwelle eine Geschwindigkeit aufweist, die im wesentlichen der Geschwindigkeit der TEM-Welle der Erregungsleitung 1 gleich ist.

ίο Lediglich der Wellentyp HE₁₁, dessen elektrische Feldlinien in F i g. 7 durch die Pfeile schematisch dargestellt sind, entspricht diesen Bedingungen. Bei der Darstellung in F i g. 7 läuft die HE₁₁-WeIIe längs eines hülsenförmigen Dielektrikums 5. Die Ausbreitungsrichtung der Welle liegt senkrecht zur Zeichenebene. Man kann zeigen, daß sich die Geschwindigkeit ν der HE₁₁-WeIIe von der Geschwindigkeit der TEM-Welle in der Erregungsleitung, die gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, nur um additive Glieder mit e² unterscheidet, wobei e die Stärke des Dielektrikums der Hülse ist.

Um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, kann

für e ein Wert in der Größenordnung von -^- vorgesehen sein.

F i g. 8 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Der aus den beiden Halbzylindern AC und BD gebildete Rotationszylinder der Erregungsleitung weist einen äußeren Durchmesser auf, der gleich dem inneren Durchmesser der Hülse der strahlenden Leitung 2 ist. Diese Halbzylinder sind in die Hülse eingezogen. Wenn die Felder E in den Spalten AB und CD, wie oben ausgeführt, die gleiche Phasenlage haben, wird in der strahlenden Leitung 2 die Wellenform HE₁₁ erregt. Da weiterhin die Ultrahochfrequenzenergie in diesen Spalten konzentriert ist, ist die Kopplung ganz hervorragend. Die Kopplung hängt von der Breite des Spaltes ab. Diese liegt in der Größenordnung von J^ 10 "

Die F i g. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt, und die Fig. 10 zeigt das gleiche Ausführungsbeispiel in perspektivischer Darstellung.

Die Erregungsleitung 1 wird durch einen metallischen Niederschlag auf der Innenfläche der Hülse der strahlenden Leitung 2 gebildet. Zwei Stellen ohne Metallisierung bilden die beiden Spalte AB und CD.

Die Dicke e der Hülse beträgt etwa ^ .

Die DrähteM und N (Fig. 10) sind auf die aufmetallisierten Oberflächen aufgelötet. Diese Drähte können in Aussparungen angeordnet sein, die in der dielektrischen Hülse vorgesehen sind. Die Hülse kann in der Form eines festen Rohres vorliegen.

Claims

Patentansprüche:

1. Antenne für Ultrahochfrequenz, bestehend aus einer eine Oberflächenwelle führenden und an ihrem einen Ende strahlenden Leitung (Strahlungsleitung), die durch eine über ihre gesamte Länge verteilte Kopplung von einer parallel verlaufenden, nicht strahlenden Erregungsleitung erregt ist, die über eine Speiseleitung von einer Ultrahochfrequenzquelle gespeist ist, wobei beide Leitungen so ausgebildet sind, daß sie Wellen mit

im wesentlichen gleicher Phasengeschwindigkeit führen und eine solche Länge aufweisen, daß annähernd die ganze in die Erregungsleitung eingespeiste Energie auf die Strahlungsleitung übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungsleitung aus einem metallischen hohlen Rotationszylinder gebildet ist, der durch zwei zu seiner Mittelachse parallel und symmetrisch angeordnete, im Vergleich zur Betriebswellenlänge schmale, durchgehende Spalte in zwei voneinander isolierte Halbzylinder unterteilt ist, die mit entgegengesetzter Phase gespeist sind und daß die Strahlungsleitung aus dem Zylinder und einer auf diesen aufgezogenen Hülse aus dielektrischem Material besteht.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Halbzylinder der Erregungsleitung an dem der Speiseleitung zugekehrten Ende in sich fortschreitend verjüngende Teile auslaufen, die mit der Speiseleitung, die eine symmetrische Doppelleitung ist, verbunden sind.

3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungsleitung durch eine Metallisierung gebildet ist, die auf der Innenfläche der Hülse aus dielektrischem Material angebracht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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