DE1241875B

DE1241875B - Antenna for ultra-high frequency, consisting of a radiating line coupled with an excitation line

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 DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

HOIqHOIq

Deutsche Kl.: 21 a4- 46/04German class: 21 a4- 46/04

Nummer: 1 241 875Number: 1 241 875

Aktenzeichen: C 28771IX d/21 a4File number: C 28771IX d / 21 a4

Anmeldetag: 27. Dezember 1962Filing date: December 27, 1962

Auslegetag: 8. Juni 1967Open date: June 8, 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.The invention relates to an antenna for ultra-high frequency, consisting of a surface wave leading and at one end radiating line (radiation line), which through a coupling distributed over its entire length is excited by a parallel, non-radiating excitation line which is fed via a feed line from an ultra-high frequency wave is fed, both lines are designed so that they waves with im lead substantially the same phase velocity and have such a length that approximately the all of the energy fed into the excitation line is transferred to the radiation line.

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.The condition that has to be fulfilled for a complete function is that the phase velocities of the ultra-high frequency energy on the two lines are essentially the same.

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:If in this case C is the coupling coefficient of the coupling between the two lines referred to, it can be shown that there is a complete transfer of energy from the excitation line on the radiating line occurs when the coupled lines have a length / that goes through the following relationship is given:

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.The coupling coefficient C is chosen such that almost all of the energy fed into the excitation line is transmitted to the radiating line and radiated over the length I.

Eine ebene Antenne dieser Art, die als Antenne mit verteilter Erregung bezeichnet wird, ist bereits bekannt (französische Patentschrift 1 267 955).A planar antenna of this type, called a distributed excitation antenna, is already known (French patent specification 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.This antenna has a radiation pattern which does not have the shape of a rotating body, the caused by a rotation around the direction of the maximum radiation.

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.The invention is based on the object of creating an antenna of the type described above, in which the radiation diagram has the shape of a solid of revolution whose axis of rotation coincides with the Direction of maximum radiation coincides.

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 LeitungAccording to the invention, this object is achieved in that, in an antenna of the type specified at the beginning, the excitation line is formed from a metallic hollow rotary cylinder which is isolated from one another by two continuous gaps parallel and symmetrical to its central axis, narrow compared to the operating wavelength Half-cylinder is divided, which consists of an antenna for ultra-high frequency counteracting
one coupled to an excitation line
radiant line

Anmelder:Applicant:

CSF-Compagnie Generale de Telegraphic
Sans FiI, ParisCSF-Compagnie Generale de Telegraphic
Sans FiI, Paris

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
München-Pasing, Ernsbergerstr. 19Dipl.-Ing. E. Prince, Dr. rer. nat. G. Hauser
and Dipl.-Ing. G. Leiser, patent attorneys,
Munich-Pasing, Ernsbergerstr. 19th

Als Erfinder benannt:
Erich Spitz, ParisNamed as inventor:
Erich Spitz, Paris

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Frankreich vom 29. Dezember 1961 (883 416)France of December 29, 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.Set phase are fed, and that the radiation line from the cylinder and one drawn on this Sleeve made of dielectric material. The two half-cylinders can advantageously progressively tapering of the excitation line at the end facing the feed line Leak out parts that are connected to the feed line, which is a symmetrical double line. Included the excitation line can be formed by a metallization on the inner surface of the sleeve made of dielectric material.

Die Erfindung soll an Hand der Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigtThe invention will be explained with reference to the figures of the drawing. It shows

F i g. 1 einen Querschnitt durch die Erregungsleitung, F i g. 1 shows a cross section through the excitation line,

F i g. 2 die Konfiguration des elektrischen Feldes der Erregungsleitung,F i g. 2 the configuration of the electric field of the excitation line,

F i g. 3,4 und 5 die Einrichtungen zur Speisung der Erregungsleitung,F i g. 3, 4 and 5 the devices for feeding the excitation line,

F i g. 6 eine schematische Endansicht der strahlenden Leitung,F i g. 6 is a schematic end view of the radiating conduit;

F i g. 7 eine die Konfiguration des elektrischen Feldes der Strahlungsleitung erläuternde Darstellung,F i g. 7 is a diagram explaining the configuration of the electric field of the radiation line;

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. F i g. 8 shows an embodiment of the invention and FIG. 9 and 10 are a sectional view and a perspective view Representation of a further embodiment of the invention.

709 589/143709 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.F i g. 1 shows the excitation line 1, which is formed by a rotary cylinder which is slit along two generatrices which are symmetrical to the axis of the rotary cylinder.

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.The parts AC and BD of the rotary cylinder are connected to alternating voltage of opposite phase, and for this purpose an alternating voltage source, which is shown schematically by the generator G , is provided.

Der Durchmesser des Rotationszylinders liegt in der Größenordnung eines Drittels der verwendeten Wellenlänge.The diameter of the rotating cylinder is on the order of a third of that used Wavelength.

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. The width of the gap AB and CD determines the coupling between the excitation line and the radiating line. At the same time, the width of the gap determines the impedance properties of the excitation line 1.

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 größerThe width of the gap is not critical, but in all cases it is much smaller than the wavelength λ and can, for example, be of the order of magnitude of - if the length is much greater

macht, beispielsweise in der Größenordnung von 10 λ festlegt.makes, for example, on the order of 10 λ .

Das im Innern des Rohres wie im Außenbereich auftretende Feld ist das Feld einer TEM-Welle (L-Welle).The field occurring inside the pipe as well as outside is the field of a TEM wave (L-wave).

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.In particular, the electric field has the same shape as the static field of two conductors ~ ÄC and B ~ D, which are at different potentials.

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.The electric field in columns AB and CD is very large. It is in phase at points on the column that are in the same cross-sections.

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.The excitation line is symmetrical about a plane passing through the gaps. It has a relatively high wave resistance. It is therefore much more advantageous to connect this line to a to connect a symmetrical double line instead of a coaxial line.

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.In Fig. 2 shows the configuration of the electric field of the excitation line. The middle, downwardly directed large arrow symbolically represents the instantaneous phase position of the energy supplied by the generator G. The field excited with this phase position in columns AB and CD is indicated by arrows.

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.In one embodiment, the feeding symmetrical double line is connected to an extension of the excitation line, specifically in a plane which diametrically passes through the excitation line and which runs perpendicular to the plane of the slots. F i g. 3 shows a sectional view of this arrangement. The two wires M and N run perpendicular to the plane of the drawing.

F i g. 4 zeigt den Anschluß der Drähte M und N an den Rotationszylinder in perspektivischer Darstellung. F i g. 4 shows the connection of the wires M and N to the rotary cylinder in a perspective view.

Die Erregungsleitung 1 ist mit den Drähten M und N über zwei Abschnitte 3 und 4 verbunden, die ausgeschnittene Teile des Rotationszylinders 1 sind.The excitation line 1 is connected to the wires M and N through two sections 3 and 4 which are cut-out parts of the rotary cylinder 1.

F i g. 5 zeigt die gleiche Anordnung im Grundriß.F i g. 5 shows the same arrangement in plan.

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.The F i g. Figure 6 shows a schematic end view of the radiating conduit. The radiating line 2 is as formed cylindrical sleeve, the inner surface of which is metallized.

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.This radiating line is to be excited in such a way that it radiates at the end. For this purpose, such a wave type is to be stimulated on it that the electric fields in points X and X ' (FIG. 7) lying on one and the same diameter of any cross-section are in phase. A coupling between the excitation line 1 and the radiating line 2 must also be set such that the surface wave guided by the cylindrical sleeve of the radiating line 2 has a speed which is essentially the same as the speed of the TEM wave of the excitation line 1.

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.Only the wave type HE ₁₁ , the electric field lines of which are shown in FIG. 7 are shown schematically by the arrows, corresponds to these conditions. In the illustration in FIG. 7, the HE ₁₁ wave runs along a sleeve-shaped dielectric 5. The direction of propagation of the wave is perpendicular to the plane of the drawing. It can be shown that the speed ν of the HE ₁₁ wave differs from the speed of the TEM wave in the excitation line, which is equal to the speed of light, only by additive terms with e ² , where e is the thickness of the dielectric of the sleeve.

Um zufriedenstellende Ergebnisse zu erzielen, kannIn order to achieve satisfactory results, can

für e ein Wert in der Größenordnung von -^- vorgesehen sein.a value in the order of magnitude of - ^ - can be provided for e.

F i g. 8 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung.F i g. 8 shows a first embodiment of the invention.

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 " The rotation cylinder of the excitation line formed from the two half-cylinders AC and BD has an outer diameter which is equal to the inner diameter of the sleeve of the radiating line 2. These half cylinders are drawn into the sleeve. If the fields E in the columns AB and CD, as stated above, have the same phase position, the waveform HE _{11 is} excited in the radiating line 2. Since the ultra-high frequency energy is still concentrated in these gaps, the coupling is quite excellent. The coupling depends on the width of the gap. This is of the order of 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.The F i g. 9 shows a further embodiment of the invention in cross section, and FIG. 10 shows the same embodiment in perspective.

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. The excitation line 1 is formed by a metallic deposit on the inner surface of the sleeve of the radiating line 2. Two places without metallization form the two columns AB and CD.

Die Dicke e der Hülse beträgt etwa ^ . The thickness e of the sleeve is about ^.

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.The wires M and N (Fig. 10) are soldered to the metallized surfaces. These wires can be arranged in recesses provided in the dielectric sleeve. The sleeve can be in the form of a solid tube.

Claims

Patent claims:

1. Antenna for ultra-high frequency, consisting of a surface wave leading and at one end radiating line (radiation line), which through one over their entire Length distributed coupling excited by a parallel, non-radiating excitation line which is fed via a feed line from an ultra-high frequency source, both of which Lines are designed so that they waves with

lead substantially the same phase velocity and have such a length that approximately transfer all of the energy fed into the excitation line to the radiation line is characterized in that the excitation line is formed from a metallic hollow rotary cylinder which is passed through two continuous slits in two parallel and symmetrical to its central axis and narrow compared to the operating wavelength is divided from each other isolated half-cylinders, which are fed with opposite phase and that the radiation line consists of the cylinder and a sleeve made of dielectric Material.

2. Antenna according to claim 1, characterized in that the two half-cylinders of the excitation line at the end facing the feed line in progressively tapering parts run out, which with the feed line, the one symmetrical double line is connected.

3. Antenna according to claim 2, characterized in that the excitation line by a Metallization is formed, which is applied to the inner surface of the sleeve of dielectric material is.

1 sheet of drawings

709 589/143 5.67 ® Bundesdruckerei Berlin709 589/143 5.67 ® Bundesdruckerei Berlin