DE1293257B

DE1293257B - Oberflaechenwellenantenne mit einem Reflektor und einer Reflektorflaeche

Info

Publication number: DE1293257B
Application number: DE1965E0028673
Authority: DE
Original assignee: EHRENSPECK
Current assignee: EHRENSPECK
Priority date: 1959-05-11
Filing date: 1965-02-11
Publication date: 1969-04-24

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Weiter- Fällen von üblichen Oberflächenwellenstrukturen ist

bildung einer Oberflächenwellenantenne nach Patent das Energieniveau (Energiedichte) schon bei einem

1167 920. Abstand von etwa 0,75 bis 1 Wellenlängen von der

Bei diesen Antennen ist entweder an demjenigen Strukturachse um 20 db abgesunken. Man kann da-Antennenende, an dem die Energie abgestrahlt wird, 5 her sagen, daß praktisch die ganze Energie von E₁ dem Reflektor benachbart ein Speiseelement und am in einem Wellenkanal von 1,5 bis 2 Wellenlängen gegenüberliegenden Antennenende eine Reflektor- Durchmesser enthalten ist. Deshalb ist für die Refläche angeordnet, welche die auftretende Ober- flexion von E₁ eine Reflektorfläche dieser Größe ausflächenwelle reflektiert, so daß diese die Antenne ein reichend. Jede weitere Vergrößerung der Reflektorzweites Mal in Gegenrichtung durchläuft, oder es ist io fläche über einen Durchmesser von 1,5 bis 2 Wellenan demjenigen Antennenende, an dem die Energie längen hinaus hat praktisch keinen Einfluß mehr auf abgestrahlt wird, ein Reflektor und am gegenüber- den Beitrag von E₁ zum Strahlungsdiagramm der Anliegenden Ende, an welchem die Einspeisung erfolgt, tenne. Auf der anderen Seite aber bewirkt jede weieine Reflektorfläche angeordnet, so daß die Ober- tere Vergrößerung der Reflektorfläche eine Erfassung flächenwelle die Antenne zunächst in Richtung gegen 15 von mehr Energie der vom Speiseelement direkt abden ersterwähnten Reflektor durchläuft, von diesem gestrahlten Feldanteile E₂, die nach ihrer Reflexion zum Teil gegen die Reflektorfläche reflektiert und in Richtung zur virtuellen Apertur den Beitrag von von dieser neuerdings in Richtung gegen das Ab- E₂ zum Strahlungsdiagramm vergrößert. Berücksichstrahlende der Antenne reflektiert wird. tigt man den .Phasenwinkel zwischen E₁ und E₂, dann

Antennen dieser Art sind bekannt (Proc. IRE, 20 erkennt man, daß der Gewinn der Antenne zuerst

Januar 1960, S. 109, 110). mit der Vergrößerung der Reflektorfläche schnell

Der Gewinn einer solchen bekannten Oberflächen- ansteigt, bis er ein Maximum erreicht, und zwar Wellenantenne ist hauptsächlich eine Funktion der dann, wenn E₁ und E₂ in Phase sind, daß der Ge-Antennenlänge und der Größe der ebenen Reflektor- winn bei weiterem Vergrößern der Reflektorfläche fläche, vorausgesetzt, daß die Direktoren, das Speise- 25 dann zu einem Minimum abfällt, das dann auftritt, element und der Reflektor für ihre optimale Länge wenn E₁ und E₂ um 180° in der Phase verschoben eingestellt sind. Allerdings kann der Gewinn solcher sind, daß er dann bei weiterem Vergrößern der ReAntennen nicht beliebig durch Vergrößerung der flektorfläche zu einem zweiten Maximum ansteigt Abmessungen der Reflektorfläche erhöht werden. usw. Allerdings sind das zweite und alle weiteren Vielmehr gibt es eine optimale Größe für die Re- 30 Maxima für praktische Anwendungen nicht allzu flektorfläche, und jede weitere Vergrößerung über wichtig, da dann die Dimensionen der Reflektordiese Größe hinaus führt wieder zu einer Verkleine- fläche unnötig groß geworden sind. Wichtig ist aber rung des Gewinnes. Dieses Verhalten ist durch die die Tatsache, daß eine Vergrößerung der Reflektor-Tatsache verursacht; daß das von der virtuellen fläche, was oft für die Erzielung geringstmöglicher Apertur ausgestrahlte elektromagnetische Feld die 35 Rückwärtsstrahlung wünschenswert sein könnte, den Vektorsumme zweier Komponenten E₁ und E₂ dar- Antennengewinn auch verkleinern kann, stellt, deren Amplitude und Phase eine Funktion der Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Oberflächen-Größe der Reflektorfläche sind. Hierbei ist E₁ das Wellenantenne nach dem Hauptpatent derart weiter-FeId der Oberflächenwelle, die von dem Speiseele- zubilden und zu verbessern, daß bei vorgegebener ment aus entlang der Struktur mit einer Phasen- 40 Größe der Reflektorfläche maximaler Gewinn erzielt geschwindigkeit kleiner als der des Lichtes in Rieh- werden kann.

rung zur Reflektorfläche läuft, wo sie nach Auftref- Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Oberf en mit ebener Phasenfront in Richtung der virtuellen flächenantenne der eingangs erwähnten Art erfin-Apertur zurückreflektiert wird, und E₂ der Teil des dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Reflektorfläche Feldes, der vom Speiseelement direkt in Richtung 45 aus einem in der Umgebung der Mittelachse der zur Reflektorfläche ausgestrahlt wird, ohne an die Antenne liegenden inneren Teilreflektor besteht, der Oberflächenwellenstruktur gebunden zu sein, und in seiner Größe im wesentlichen der Ausdehnung von hier ebenfalls in Richtung zur virtuellen Apertur des Oberflächenwellenkanals entspricht, und aus reflektiert wird. Höchstgewinn wird erzielt, wenn E₁ einem zweiten, aus mindestens einem reflektierenden und E₂ in der virtuellen Apertur in Phase, nied- 50 Teil bestehenden äußeren Teilreflektor, dessen als rigster Gewinn, wenn sie um 180° phasenverschoben Reflektor wirksamer Teil in größerem Abstand von sind. der Mittelachse der Antenne als der innere Teil-Wenn eine übliche Oberflächenwellenstruktur einer reflektor so angeordnet ist, daß die an ihm refleksolchen Antenne für optimale Wirkung durch geeig- tierte, vom Speiseelement direkt herrührende Strahnete Wahl von Länge und Abstand der Elemente 55 lung sich;im Fernfeld mit der von der Oberflächen- und der Antennenlänge eingestellt wird, läuft die welle herrührenden Strahlung angenähert phasenvon FeIdE₁ herrührende Oberflächenwelle in einer gleich zusammensetzt.

Art virtuellem Wellenkanal. Dieser hat einen an- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfinnähernd kreisförmigen Querschnitt, innerhalb dessen dungsgemäßen Oberflächenwellenantenne ergeben die Energie stark konzentriert um die Längsachse ist 60 sich aus den Unteransprüchen, und angenähert exponentiell in der Richtung quer Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Rezur Längsachse nach außen hin abnimmt. Der Be- flektorfläche wird eine wesentliche Verbesserung sogriff der virtuellen Apertur und des Wellenkanals wohl hinsichtlich des Gewinns als auch hinsichtlich sind eingehend in der USA.-Patentschrift 3 096 520 der Unterdrückung von Seitenzipfeln und Rückbesprochen, wobei gemäß Definition die virtuelle 65 wärtsstrahlung im Antennendiagramm erzielt. Dieses Apertur am Ende einer Antenne die gesamte Energie Ziel läßt sich auf verschiedenen Wegen erreichen, vom Maximum (in der Längsachse) bis zu dem um die sämtlich auf einer Phaseneinstellung der Komdb niedrigeren Energieniveau enthält. In vielen ponenten E₁ und E₂ in der virtuellen Apertur nach

erfolgter Reflexion von E₁ und E₂ am Reflektor beruhen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Die F i g. 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen für die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Reflektorfläche.

Die in den Figuren dargestellten Oberflächenwellenantennen bestehen jeweils aus einer Reflektorfläche M, einem Reflektor R und einem diesem benachbarten Speiseelement F. Zwischen Reflektorfläche M und Speiseelement F sind Direktoren D angeordnet. Die virtuelle Apertur V ist schematisch angedeutet.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht die Reflektorfläche M aus zwei Teilen, nämlich einem ebenen kreisförmigen Mittelteil S und einer äußeren RingflächeP, die einen Winkel« mit dem Mittelteil 5 bildet. Die Ringfläche P kann im radialen Querschnitt aus geradlinigen, kreisförmigen oder parabolischen Kurvenstücken bestehen. Der Mittelteil S dehnt sich bis zu den Grenzen der virtuellen Apertur V aus. Die Ringfläche P sollte für beste Wirksamkeit unter einem solchen Winkel gegen S geneigt sein, daß E₂ in einer Richtung parallel zur Antennenlängsachse zur virtuellen Apertur hin reflektiert wird. Wenn die Länge der Antenne vergrößert wird, müssen auch die Abmessungen von S und P vergrößert werden.

Eine andere Ausbildung der Reflektorfläche ist in F i g. 2 gezeigt. Hier sind an Stelle eines einzelnen Reflektors M zwei getrennte ebene Teilreflektoren T₁ und T₂ verwendet. T₁ sollte wieder die Größe der virtuellen Apertur und T₂ ungefähr 2- bis 3mal die Größe des Teilreflektors T₁ haben. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Komponenten E₁ und E₂ nach ihrer Reflexion am Teilreflektor T₁ und Teilreflektor T₂ durch Änderung des Abstandes d zwischen Teilreflektor T₁ und Teilreflektor T₂ in einfächer Weise für maximalen Gewinn in axialer Richtung der Antenne eingestellt werden können. In ähnlicher Weise können auch mehr als zwei Teilreflektoren verwendet und für Höchstgewinn der Antenne eingestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Teilreflektor T₂ auch ein flacher Ring sein, dessen innerer Durchmesser gleich dem äußeren Durchmesser des Teilreflektors T₁ ist. Dabei kann der Teilreflektor T₂ sowohl hinter als auch vor dem Teilreflektor T₁ angeordnet werden. Im letzteren Fall hat das Strahlungsdiagramm kleinere Seitenzipfel als im ersten. Die Teilreflektoren T₁ und T₂ können durch Abstandshalter aus Metall oder Kunststoff fest oder einstellbar miteinander verbunden sein.

Eine weitere Ausführungsform, bei der die Teilreflektoren T₁ und T₂ zu einem einzigen abgestuften Reflektor U vereinigt sind, ist in F i g. 3 gezeigt. Dieser kreisförmige Reflektor hat die Form eines flachen Topfes, dessen Boden der Teilreflektor T₁ bildet, mit Seitenwänden der Höhe h und einem Ringrand mit einem Außendurchmesser von der Größe des Teilreflektors T₂. Der Reflektor U kann auch in einer umgekehrt zu der in F i g. 3 gezeigten Stellung verwendet werden.

Zur Erzielung extrem niedriger Rückwärtsstrahlung können alle die beschriebenen Reflektorformen mit einem Rand von ungefähr ¹U Wellenlänge Breite versehen sein, der die Reflektorfläche umgibt und mit dieser so verbunden ist, daß er senkrecht zur Reflexionsebene steht oder mit ihr einen Winkel <x bildet, wie in F i g. 1 gezeigt ist. Alle Reflektoren können aus Metallblech hergestellt sein oder aus in kleinem Abstand voneinander angeordneten Stäben, aus konzentrischen Ringen oder aus Drahtgeflecht gefertigt sein.

Ferner wurde gefunden, daß Antennen mit einer Reflektorkombination gemäß F i g. 4, bestehend aus einem ebenen Mittelteil T₁ und zwei konzentrischen Metallringen C₁ und C₂, ähnliche Strahlungsdiagramme wie Antennen mit Reflektorflächen gemäß F i g. 1 bis 3 haben. Für eine kreisförmige Reflektorkombination werden beispielsweise beste Ergebnisse erzielt, wenn der Metallring C₁ mit ungefähr dem gleichen Durchmesser wie der Teilreflektor T₁, in einem Abstand von ungefähr 0,25 Wellenlänge vor dem Teilreflektor T₁ angeordnet ist und wenn der Metallring C₂ derartig in seinem Abstand vom Teilreflektor T₁ veränderbar ist, daß er für bestes Arbeiten der Antenne eingestellt werden kann.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Reflektorfläche kann selbstverständlich in gleicher Weise auch bei einer solchen Oberflächenwellenantenne angewendet werden, wie sie in F i g. 4 der Patentschrift des Hauptpatents gezeigt ist, bei der Reflektor R und Reflektorfläche M in ihrer Lage in bezug auf das Speiseelement F vertauscht sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Oberflächenwellenantenne, bei der an demjenigen Antennenende, an dem die Energie abgestrahlt wird, einem Reflektor benachbart ein Speiseelement und am gegenüberliegenden Antennenende eine Reflektorfläche angeordnet ist, welche die auftretende Oberflächenwelle reflektiert, so daß diese die Antenne ein zweites Mal in Gegenrichtung durchläuft, nach Patent 1167920, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorfläche aus einem in der Umgebung der Mittelachse der Antenne liegenden inneren Teilreflektor besteht, der in seiner Größe im wesentlichen der Ausdehnung des Oberflächenwellenkanals entspricht, und aus einem zweiten, aus mindestens einem reflektierenden Teil bestehenden äußeren Teilreflektor, dessen als Reflektor wirksamer Teil in größerem Abstand von der Mittelachse der Antenne als der innere Teilreflektor so angeordnet ist, daß die an ihm reflektierte vom Speiseelement direkt herrührende Strahlung sich im Fernfeld mit der von der Oberflächenwelle herrührenden Strahlung angenähert phasengleich zusammensetzt.

2. Oberflächenwellenantenne, bei der an demjenigen Antennenende, an dem die Energie abgestrahlt wird, ein Reflektor und am gegenüberliegenden Ende, an welchem die Einspeisung erfolgt, eine Reflektorfläche angeordnet ist, so daß die Oberflächenwelle die Antenne zunächst in Richtung gegen den ersterwähnten Reflektor durchläuft, von diesem zum Teil gegen die Reflektorfläche reflektiert und von dieser neuerdings in Richtung gegen das Abstrahlende der Antenne reflektiert wird, nach Patent 1167 920, dadurch

gekennzeichnet, daß die Reflektorachse aus einem in der Umgebung der Mittelachse der Antenne liegenden inneren Teikeflektor besteht, der in seiner Größe im wesentlichen der Ausdehnung des Oberflächenwellenkanals entspricht, und aus einem zweiten, aus mindestens einem reflektierenden Teil bestehenden äußeren Teikeflektor, dessen als Reflektor wkksamer Teil in größerem Abstand von der Mittelachse der Antenne als der innere Teikeflektor so angeordnet ist, daß die an ihm reflektierte, vom Speiseelement dkekt herrührende Strahlung sich im Fernfeld mit der von der Oberflächenwelle herrührenden Strahlung angenähert phasengleich zusammensetzt.

3. Oberflächenwellenantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilreflektor in seiner Lage verstellbar ist.

4. Oberfläehenwellenantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teikeflektor eine Ringfläche ist, deren Fläche mit dem inneren Teikeflektor einen Winkel bildet.

5. Oberflächenwellenantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teikeflektor in einem Abstand hinter dem inneren Teikeflektor angeordnet ist.

6. Oberflächenwellenantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilreflektor eine Ringfläche ist, deren Fläche dem inneren Teikeflektor parallel ist und vor oder hinter dem inneren Teikeflektor angeordnet ist.

7. Oberflächenwellenantenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilreflektor mit dem inneren Teikeflektor durch eine senkrecht zu beiden Teilreflektoren stehende Fläche verbunden ist.

8. Oberflächenwellenantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilreflektor an seiner äußeren Umfangslinie mit einer Randringfläche versehen ist, die mit dem inneren Teilreflektor einen Winkel bildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen