DE1226171B - Antenne aus einer mit einer Erregungsleitung gekoppelten strahlenden Leitung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIq

Deutsche Kl.: 21 a4 - 46/04

Nummer: 1226171

Aktenzeichen: C 25934IX d/21 a4

Anmeldetag: 9. Januar 1962

Auslegetag: 6. Oktober 1966

. Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne, bestehend aus einer gespeisten, nicht strahlenden Erregungsleitung und einer mit dieser gekoppelten und parallel zu dieser liegenden strahlenden Leitung, wobei die beiden Leitungen im wesentlichen den gleichen Ausbreitungskoeffizienten aufweisen und wenigstens ein leitendes Teil gemeinsam haben, und die Erregungsleitung aus einer leitenden Platte und einem parallel zu dieser Platte in unmittelbarer Nähe liegenden leitenden Draht besteht.

Bei einer bekannten Antenne dieser Art ist die strahlende Leitung eine Drahtwendel, die den leitenden Draht der Erregungsleitung umgibt. Eine solche Antenne kann wegen des Durchmessers der Wendel nicht beliebig flach gebaut werden. Auch ist es schwierig, der Wendel eine gute mechanische Festigkeit und eine aerodynamisch günstige Form zu erteilen. Diese bekannte Antenne ist daher für Anwendungsfälle, bei denen es auf diese Eigenschaften ankommt, nicht gut geeignet. Dies gilt vor allem für den Fall, daß die Antenne an der Außenseite eines schnellen Flugkörpers anzubringen ist.

Die geschilderten Nachteile werden durch eine einem älteren Vorschlag entsprechende Antenne bereits weitgehend beseitigt. Die Erregungsleitung dieser Antenne besteht aus einer leitenden Innenplatte und zwei in der gleichen Ebene in Abständen davon angeordneten leitenden Außenplatten, und die Strahlungsleitung wird durch dielektrische Schichten gebildet, die auf die beiden Außenplatten aufgebracht sind. Dieser ältere Vorschlag ergibt einen sehr flachen Aufbau und eine gute mechanische Festigkeit, da die Antenne nur aus unmittelbar aufeinanderliegenden Platten und Schichten besteht. Die Antenne hat jedoch infolge einiger Abstufungen keinen völlig glatten Aufbau, was die aerodynamischen Eigenschaften eines schnellen Flugkörpers beeinträchtigen würde.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Antenne der eingangs angegebenen Art, deren äußere Struktur völlig glatt ist.

Nach der Erfindung wird dies bei einer Antenne der eingangs angegebenen Art dadurch erreicht, daß die strahlende Leitung aus der leitenden Platte und einer parallel dazu hegenden dielektrischen Platte besteht, die so angeordnet ist, daß der Draht zwischen den beiden Platten liegt.

Die Außenfläche der erfindungsgemäßen Antenne wird durch die Außenfläche der dielektrischen Platte gebildet, die völlig glatt ist. Die Antenne kann daher in die Außenwand eines schnellen Flugkörpers so eingelassen werden, daß dessen aerodynamische Form vollkommen erhalten bleibt. Außerdem sind die Antenne aus einer mit einer Erregungsleitung
gekoppelten strahlenden Leitung

Anmelder:

Compagnie Generale de Telegraphic Sans FiI,

Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,

Patentanwälte,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Erich Spitz, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 23. Januar 1961 (850436)

Wärmeeigenschaften auf der ganzen Außenfläche gleich, so daß bei einer Erhitzung, beispielsweise beim Wiedereintauchen des Flugkörpers in die Atmosphäre, keine Probleme auf Grund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der Teile bestehen. Für die dielektrische Platte kann ein hitzebeständiges Material gewählt werden, das zugleich als Wärmeschild dient.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Antenne besteht darin, daß das elektromagnetische Feld sehr nahe bei dem leitenden Draht konzentriert ist. Es spielt daher keine Rolle, ob die leitenden und dielektrischen Platten völlig eben oder gekrümmt sind, vorausgesetzt, daß der Krümmungsradius wenigstens in der Nähe des Drahtes größer als die Wellenlänge ist. Die Antenne kann daher ohne weiteres an die gekrümmte Außenform eines Flugkörpers angepaßt werden.

Diese Eigenschaft ermöglicht auch eine besonders einfache Bildung von Antennensystemen mit mehreren Antennen. Eine Anordnung aus vier Antennen, wie sie beispielsweise für Monopuls-Radargeräte benötigt wird, kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung

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3 4

der Erfindung dadurch gebildet werden, daß die Phasenmaß /S₂ kann folgendermaßen geschrieben

Drähte der vier Antennen ,auf den Ecken eines Quadrats werden:

liegen, daß die leitenden Platten der vier Antennen Γ 1 1

derart ineinander übergehen, daß sie einen Um- ßi = ßo U + —P* u²

drehungskörper bilden, und daß die dielektrischen s . L 2 J

Platten der vier Antennen derart ineinander über- ^mt

gehen, daß sie einen zweiten,.zum ersten koaxialen _{u =}

Umdrehungskörper bilden. . λ

Ausführungsbeispiele, der Erfindung sind in der

Zeichnung dargestellt. Darin zeigt io worin u ein Koeffizient ist, der von der Dicke e der

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer nach dielektrischen Platte 2 abhängt, während für ρ gilt:
der Erfindung ausgeführten Antenne,

F i g. 2 einen Schnitt durch die Erregungsleitung _ e"¹

der Antenne von F i g. 1, ^ ~ ε '

F i g. 3 einen Längsschnitt durch die Antenne von 15

F i g. 1, wenn ε die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen

F i g. 4 eine perspektivische Darstellung eines Platte 2 ist.

Monopuls-Antennerisystems mit vier Antennen nach Die über die Erregungsleitung laufende Energie wird

der Erfindung, . ■ . durch die Kopplung zwischen den beiden Leitungen

F i g. 5 und 6 Strahlungsdiagramme der Antennen 20 auf die strahlende Leitung übertragen. Die strahlende nach F i g. 4, in den verschiedenen Strahlungs- Leitung erzeugt dann ein Feld mit folgender Kennebenen, funktion:

..Fig. 7 einen - Längsschnitt durch ein Antennen- _*_ _y_

system, das eine linear oder eine zirkulär polarisierte / (χ, y, z) = A sin cz ■ e ^£i · e ¹^ ^J
Welle abstrahlen kann, und 25

Fig. 8.„ein-Diagramm zur Erläuterung der Wir- die für χ>λ gültig ist, wobei c der Kopplungs-

kungsweise der Anordnung von F i g. 7. koeffizient der beiden Leitungen ist, der von m und η

F i g. 1 zeigt eine metallische Platte 1, eine parallel sowie von den Werten L₁ und L₂ abhängt. Diese

zur Platte 1 angeordnete dielektrische Platte 2 und Werte L₁ und L₂ sind Ausbreitungsparameter für die

einen leitenden Draht 3, der zwischen der Platte 1 ₃₀ Oberflächenwelle, die entlang der dielektrischen Platte

und der-Platte 2 parallel zu diesen Teilen liegt. läuft, wenn keine Kopplung zwischen den beiden

Es werden folgende Bezeichnungen eingeführt: Leitungen besteht. Die Kopplung hat zur Folge, daß

die Energie etwa nach dem Prinzip der gekoppelten

xyz ein rechtwinkliges Bezugskoordinatensystem, _{Pendel beim} Fortschreiten in der Richtung der dessen Ursprung der Mittelpunkt des Quer- _{35 z}_Achse von der Erregungsleitung auf die Strahlungsschnittes am Ende des Drahtes 3 ist, wobei die _{leitung und dann wieder von dieser zurück} übertragen z-Achse parallel zu dem Draht 3 Hegt und die _{wird- Die erste} vollständige Energieübertragung findet x-Achse senkrecht zu den Platten 1 und 2 steht; _{bei der} f_oi_genden Länge / der beiden Leitungen statt:

h die. Dicke der Antenne ohne die metallische

Platte; 40 / = —. (2)

2 c e die Dicke der, dielektrischen Platte;

m der Abstand der Achse des Drahtes 3 von der Der Parameter L₁ bestimmt im wesentlichen die

Platte 1; Halbwertsbreite des abgestrahlten Bündels in der

η der Durchmesser des Drahtes 3. « xz-Ebene und der Parameter L₂ dessen Halbwertsbreite

in der jz-Ebene. Diese Halbwertbreiten sind nämlich

Diese Anordnung bildet zwei miteinander gekoppelte durch die folgenden Winkel gekennzeichnet:

Leitungen, nämlich eine strahlende Leitung, die durch χ

eine nichtstrahlende Erregungsleitung erregt wird. Die A Θ₁ = ,

Erregungsleitung (F i g. 2) besteht aus der metallischen 5° ^L₁

Platte 1 und dem Draht 3. Diese Leitung ist einer -, w

Zweidrahtleitung 3-3' gleichwertig, in welcher 3' das Δ Θ₂ = .

Spiegelbild des Drahtes 3 in bezug auf die Platte 1 π£₂

ist. Die Kraftlinien des elektrischen Feldes sind

Kreisbögen, welche durch die Achsen der Drähte 3 55 Die Richtung der maximalen Strahlung liegt nicht

und 3' gehen. genau in der Richtung der z-Achse, wenn ß₂ nicht

Der größte Teil der elektromagnetischen Energie ist gleich ß₀ ist.

zwischen dem Draht 3 und der Platte 1 konzentriert. Wie zuvor erläutert wurde, ist
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Energie auf

dieser Leitung entspricht der Ausbreitungsgeschwin- _{fi ß} „ F₁ 1 _{2 2}1 /vn

digkeit der Wellen in Luft. ft-ftl+-i« W

Die strahlende Leitung wird durch die metallische ^₁

Platte 1 und die dielektrische Platte 2 gebildet. In ihr ε — 1

herrscht eine Hohlleiterwelle des H-Feldtyps, deren ρ = ,

Magnetfeld eine Komponente in der Ausbreitungs- 65 ^ε

richtung hat. Der Ausbreitungskoeffizient dieser Welle

Jiat ein Phasenmaß ß₂, das im wesentlichen gleich wenn ε die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen

dem Ausbreitungskoeffizienten /S₀ in Luft ist. Dieses Platte ist.

Claims (7)

1. 5 6

   Wenn ε groß ist, gilt: - gerichtet,und ihre Enden liegen auf den Ecken eines

   Quadrats. Die Ausbreitungsrichtung ζ entspricht der

   iZL ^ ι Zylinderachse.

   ^ε Ein dielektrischer Füllstoff mit einer Dielektrizitäts-

   5 konstanten in der Nähe des Wertes 1 kann zwischen

   Die Strahlungsrichtung ist gegeben durch dem Körper 10 und der Hülse 20 angeordnet werden.

   ₁ " Λ2 -Die Antennen, die von den Drähten 31 und 32 und

   _C0SQ — fl. pn ι L„2_M2^; ι _ _r_ den entsprechenden Abschnitten des metallischen

   ß₂ 2 2 Körpers 10 und der dielektrischen Hülse 20 gebildet

   ίο sind, strahlen in der yz-Ebene von Fig. 4, während

   wobei Θ der Winkel ist, den die Hauptstrahlungs- die von den Drähten 33, 34 und den entsprechenden

   richtung mit der z-Achse einschließt. Abschnitten des Körpers 10 und der dielektrischen

   Daraus folgt: Hülse 20 gebildeten Antennen in der xz-Ebene

   strahlen. In F i g. 5 und 6 sind die Strahlungsdia-

   Θ ss pu; Θ° «a 360° ρ — *5 gramme der verschiedenen Antennen in diesen beiden

   λ Ebenen als Funktion des Winkels Θ_χ bzw. Θ_υ in bezug

   Für auf die z-Achse dargestellt, wobei die Winkel Θ_χ bzw.

   λ Θ_ν auf der Abszisse eines rechtwinkligen Koordinaten-

   P ~ *■> ^e ~ ~7Z ■ systems aufgetragen sind.

   20 Die Drähte 31 bis 34 sind in an sich bekannter Weise

   ergibt sich so angeschlossen, daß sie die für das Monopuls-

   0 = 9°. verfahren erforderlichen Summen- und Differenz-

   signale liefern.

   Da ß₂ etwas größer als ß₀ ist, wird die Länge /, Unter Verwendung der beschriebenen Antenne kann

   nach welcher die Energie von der Erregungsleitung 25 auch eine Anordnung gebildet werden, die eine

   vollständig auf die strahlende Leitung übertragen zirkularpolarisierte Welle abstrahlt. Sie gleicht der

   ist, sehr groß, weil dann der Kopplungskoeffizient c Anordnung von F i g. 4 mit dem Unterschied, daß

   in der Gleichung (2) klein ist. Da man eine so lange die metallischen Platten und die dielektrischen Platten

   Antenne in der Praxis nicht bauen kann, muß ein Teile von Kegelmänteln sind und daß die Drähte

   Teil der in die Erregungsleitung eingespeisten Hoch- 30 parallel zu den Mantellinien der Kegel liegen,

   frequenzenergie in einem reflexionsfreien Abschluß F i g. 7 zeigt einen Längsschnitt durch eine solche

   vernichtet werden, obgleich dies eine Verschlechterung Anordnung.

   des Wirkungsgrades zur Folge hat. Die Drähte 31 und 32 liegen in der Zeichenebene

   Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel wurde von F i g. 7 in dem kegelförmigen Teil, der die Nase

   eine Antenne mit der Länge / = 10 λ gebaut. Man 35 des Flugkörpers 10 bildet. In entsprechender Weise

   erhielt Θ = 10° für eine Gesamtdicke der Antenne von sind zwei Drähte 33 und 34 in einer senkrecht zur

   , _{n Λ c} . Zeichenebene stehenden, die z-Achse enthaltende

   Ebene angeordnet.

   In F i g. 3 ist dargestellt, wie die Anordnung Der Scheitelwinkel des Kegels ist so bemessen, daß

   gespeist werden kann. 40 diese vier Antennen ihre maximale Strahlung in der

   Der Außenleiter 6 einer Koaxialleitung 7 ist mit der Richtung der z-Achse haben. Die Drähte 31 und 32

   Platte 1 verlötet, während der Innenleiter 5 an den bzw. 33 und 34 werden jeweils gleichphasig gespeist.

   Draht 3 angelötet ist. Ein Übergang 8 zwischen dem Sie senden jeweils eine linear polarisierte Welle aus,

   Innenleiter5 und dem Draht 3 verhindert jede Re- deren Polarisationsrichtungen im rechten Winkel

   flexion und erübrigt einen Transformator zum 45 zueinander in der zugehörigen Ebene liegen.

   Übergang von der symmetrischen zur asymmetrischen F i g. 8 zeigt, daß das resultierende Feld linear

   Leitung. polarisiert ist, wenn die Gruppe 31, 32 gleichphasig

   Die Erregungsleitung 1, 3 endet in einem reflexions- mit der Gruppe 33, 34 gespeist wird,
   freien Abschluß 9. Falls die beiden Gruppen mit einer gegenseitigen Die Tatsache, daß das elektromagnetische Feld sehr 5° Phasenverschiebung von 90° gespeist werden, ist das nahe bei dem leitenden Draht konzentriert ist, er- Feld zirkulär polarisiert,
   möglicht die Verwendung von leitenden und dielektrischen Platten mit zylindrischer Oberfläche, vor- Patentansprüche:
   ausgesetzt, daß der Krümmungsradius dieser Oberfläche wenigstens in der Nähe des leitenden Drahtes 55 1. Antenne, bestehend aus einer gespeisten, nicht größer als die Wellenlänge ist. strahlenden Erregungsleitung und einer mit dieser F i g. 4 zeigt eine Anordnung von vier Antennen gekoppelten und parallel zu dieser liegenden der zuvor beschriebenen Art, die an einem Flugkörper strahlenden Leitung, wobei die beiden Leitungen angebracht sind und für ein Monopuls-Radargerät im wesentlichen den gleichen Ausbreitungskoeffibestimmt sind. 60 zienten aufweisen und wenigstens ein leitendes Die vier metallischen Platten der Antennen werden Teil gemeinsam haben, und die Erregungsleitung durch Abschnitte des zylindrischen Körpers 10 des aus einer leitenden Platte und einem parallel zu Flugkörpers gebildet, und die vier dielektrischen dieser Platte in unmittelbarer Nähe liegenden Platten dieser Antennen sind zu einer zylindrischen Draht besteht, dadurch gekennzeich-Hülse20 aus dielektrischem Material zusammen- 65 net, daß die strahlende Leitung aus der leitenden gefügt, welche den Körper 10 koaxial umgibt. Die Platte und einer parallel dazu liegenden dielektrivier Drähte 31, 32, 33, 34 der Antennen sind parallel sehen Platte besteht, die so angeordnet ist, daß der zu den Mantellinien des zylindrischen Körpers 10 Draht zwischen den beiden Platten liegt.
2. 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Platten eben sind und daß die Erregungsleitung durch ein Koaxialkabel gespeist wird, dessen Außenleiter mit der leitenden Platte und dessen Innenleiter mit dem Draht verbunden sind.
3. 3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter des Koaxialkabels über ein Impedanzanpassungsglied mit dem Draht verbunden ist.
4. 4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Platten quer zur Ausbreitungsrichtung gekrümmt sind und der Krümmungsradius wenigstens in der Nähe des leitenden Drahtes groß gegen die Betriebswellenlänge ist.
5. 5. Anordnung aus vier Antennen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte der vier Antennen auf den Ecken eines Quadrats

   liegen, daß die leitenden Platten der vier Antennen derart ineinander übergehen, daß sie einen Umdrehungskörper bilden, und daß die dielektrischen Platten der vier Antennen derart ineinander übergehen, daß sie einen zweiten, zum ersten koaxialen Umdrehungskörper bilden.
6. 6. Antennenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umdrehungskörper Zylinder sind.
7. 7. Antennenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umdrehungskörper Kegelstümpfe mit gleichem Scheitelwinkel sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 961 444;
   deutsche Auslegeschrift Nr. 1 051 919.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen