DE1095330B

DE1095330B - Slot antenna

Info

Publication number: DE1095330B
Application number: DEE18071A
Authority: DE
Inventors: Frederick John Henry Charman
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1958-08-06
Filing date: 1959-08-05
Publication date: 1960-12-22
Also published as: GB929871A; US3056130A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Manchmal liegt das Problem vor, eine Antenne auf einem Fahrzeug oder einem Mast anbringen zu müssen. Der verfügbare Platz für die Antenne ist dann klein, da die Antenne nicht über die Oberfläche des Fahrzeuges hinausragen darf. Der allgemeine Näherungsweg für die Lösung eines solchen Problems ist die Verwendung einer Schlitzantenne, aber auch für eine solche Antenne kann ungenügender innerer Raum vorhanden sein, um einen Viertelwellenresonanzhohlraum vorzusehen, der dazu notwendig ist, um Strahlung ins Innere des Fahrzeuges zu vermeiden.Sometimes there is the problem of having to mount an antenna on a vehicle or on a mast. The available space for the antenna is then small because the antenna is not above the surface of the vehicle may protrude. The general approximation for solving such a problem is to use a slot antenna, but there may also be insufficient internal space for such an antenna be to provide a quarter wave resonant cavity, which is necessary to carry radiation into the interior of the vehicle.

Zweck der Erfindung ist es nun, die angeführte Schwierigkeit zu beseitigen und gleichzeitig eine Antenne mit Breitbandcharakteristik vorzusehen.The purpose of the invention is now to eliminate the difficulty mentioned and at the same time a Provide antenna with broadband characteristics.

Gemäß der Erfindung wird eine Schlitzantenne mit einem in der Wahl eines Resonanzhohlraumes eingelassenen Schlitz vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Resonanzhohlraum eine kleinere Ausdehnung aufweist, als sie für die Resonanz bei einer gewünschten Frequenz erforderlich wäre, daß Mittel zur Erzielung einer kapazitiven Belastung vorgesehen sind und daß diese Mittel derart bemessen sind, daß sie den Hohlraum bei der gewünschten Frequenz in Resonanz bringen. Die kapazitive Belastung wird vorzugsweise mit Hilfe einer Längswand erreicht, und sie vermindert die effektive Phasengeschwindigkeit für die Energie im Hohlraum, so daß das Abstimmen des Hohlraumes auf Resonanz bei dem gewünschten Frequenzband dadurch erreicht werden kann, daß man die kapazitive Belastung wählt, die erforderlich ist, um eine angemessene Phasengeschwindigkeit zu erzielen. Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher erklärt werden.According to the invention, a slot antenna is recessed with one in the choice of a resonance cavity Proposed slot, which is characterized in that the resonance cavity is a smaller one Has expansion than would be required for resonance at a desired frequency that means are provided to achieve a capacitive load and that these means are dimensioned such that they resonate the cavity at the desired frequency. The capacitive loading is preferred achieved with the help of a longitudinal wall, and it reduces the effective phase velocity for the Energy in the cavity so that the tuning of the cavity to resonate at the desired frequency band can be achieved by choosing the capacitive loading that is required to to achieve a reasonable phase velocity. The invention is to be described in more detail with reference to the drawings be explained.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schlitzantenne, während Fig. 2 eine Draufsicht auf diese Antenne darstellt. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Antenne wird vermittels eines Hohlraumes in einem Teil der äußeren Verkleidung 1 des Fahrzeuges gebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Hohlraum ungefähr 10 cm breit, hat die Tiefe von etwa 2,5 cm und ist ungefähr 46 cm lang. Der Hohlraum verhält sich wie ein Wellenleiter und ist durch die Wirkung der Wand 2 wie ein zusammengefalteter Hohlraum geformt, so daß der Hohlraum in einem gewünschten Frequenzband zur Resonanz gebracht werden kann. Die Wand 2 umfaßt eine Platte 2 A, die sich über die ganze Länge von einem Ende des Hohlraumes bis zu seinem anderen Ende erstreckt und die sich seitlich von einer Seite bis nahezu halbwegs zur anderen Seite ausdehnt. Sie umfaßt darüber hinaus einen Steg 25, der sich von der Platte 2 A bis nahezu auf den Boden des Hohlraumes erstreckt. In der Nähe des Bodens ist der Steg 2 B mit einem Flansch 2 C versehen. Zwischen dem Boden des SchlitzantenneFig. 1 shows a section through an embodiment of a slot antenna according to the invention, while Fig. 2 shows a plan view of this antenna. The antenna shown in Figs. 1 and 2 is formed by means of a cavity in a part of the outer panel 1 of the vehicle. In the present exemplary embodiment, the cavity is approximately 10 cm wide, has a depth of approximately 2.5 cm and is approximately 46 cm long. The cavity behaves like a waveguide and is shaped like a folded cavity by the action of the wall 2, so that the cavity can be made to resonate in a desired frequency band. The wall 2 comprises a plate 2 A, which extends over the entire length from one end of the cavity up to its other end and extending almost halfway extends laterally from one side to the other side. It also includes a web 25 which extends from the plate 2A to almost the bottom of the cavity. The web 2 B is provided with a flange 2 C near the bottom. Between the bottom of the slot antenna

Anmelder:Applicant:

Electric & Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Großbritannien)Electric & Musical Industries Limited,
Hayes, Middlesex (Great Britain)

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttmger Chaussee 76Representative: Dr.-Ing. B. Johannesson, patent attorney,
Hanover, Göttmger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 6. August 1958 und 21. Juli 1959Claimed priority:
Great Britain 6 August 1958 and 21 July 1959

Frederick John Henry Charman,Frederick John Henry Charman,

Stoke Poges, Buckinghamshire (Großbritannien),Stoke Poges, Buckinghamshire (UK),

ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor

Hohlraumes und dem Flansch ist dielektrisches Material 2 D eingebracht. In manchen Fällen kann das dielektrische Material 2 D auch weggelassen werden. Durch die Wirkung der Wand 2 hat der Hohlraum die Form eines Hohlraumes, der um eine Längsachse gefaltet ist. Die Wand erzeugt eine kapazitive Belastung, die dazu ausreicht, um den Hohlraum bei einer gewünschten Frequenz im Arbeitsband zur Resonanz zu bringen. Die Länge des Hohlraumes (in der Fig. 2 die vertikale Abmessung) ist nur ein Bruchteil von der, die für eine Viertelwellenresonanz bei der Frequenz mit der Phasengeschwindigkeit, die bei Nichtvorhandensein der kapazitiven Belastung vorherrschen würde, erforderlich wäre. Der Hohlraum ist in der Zeichnung derart dargestellt, daß er mit einem rechtwinkligen Prisma übereinstimmt, aber er kann in der Praxis abgerundet werden, um mit der Oberfläche des Fahrzeuges, auf der es aufgebaut ist, übereinzustimmen. So kann er z. B. um eine Achse senkrecht zu der Ebene des Steges 2 A abgerundet sein, wobei das Teil 1 z. B. eine Ringform aufweist. Der Schlitz, welcher das Strahlungselement der Antenne bildet, ist durch den Rand IA des Hohlraumes und durch die Kante Iß der Wand begrenzt, und er erstreckt sich über die ganze Länge des Hohlraumes, um eine maximale Leitwertbelastung auf dem Hohlraum zu ergeben. Der Parallelwiderstand eines Halbwellenschlitzes, der in den Halbraum strahlt, ist 1000 Ohm. Der dargestellte Schlitz, der nahezu 3 A/4 lang ist, sieht eine Belastung Dielectric material 2 D is introduced into the cavity and the flange. In some cases, the dielectric material may 2 D be omitted. As a result of the action of the wall 2, the cavity has the shape of a cavity which is folded around a longitudinal axis. The wall creates a capacitive load sufficient to resonate the cavity at a desired frequency in the working band. The length of the cavity (the vertical dimension in Fig. 2) is only a fraction of that which would be required for a quarter wave resonance at the frequency with the phase velocity which would prevail in the absence of the capacitive loading. The cavity is shown in the drawing to conform to a right-angled prism, but in practice it can be rounded to conform to the surface of the vehicle on which it is built. So he can z. B. be rounded about an axis perpendicular to the plane of the web 2 A , the part 1 z. B. has a ring shape. The slot which forms the radiating element of the antenna is delimited by the edge IA of the cavity and by the edge Iß of the wall, and it extends over the entire length of the cavity in order to give a maximum conductance load on the cavity. The parallel resistance of a half-wave slot that radiates into the half-space is 1000 ohms. The illustrated slot, which is nearly 3 ¼ long, sees a load

009 679/369009 679/369

von ungefähr 500 Ohm vor und eine kapazitive, Last, die bei der Abstimmung des Hohlraumes in &e.cfuiung gestellt wird. Jedoch ist der charakteristische Ärbeitsscheinwiderstand des Hohlraumes niedriger als dieser Wert, und die Bandbreite der Antenne würde für viele Verwendungszwecke allzu sehr eingeschränkt sein. Um die Bandbreite zu vergrößern, ist ein linearer Leiter oder Stab 3 in den Schlitz eingebracht. Seine Lage ist derart gewählt, daß er das elektrische Feld über den Schlitz beeinflußt und einen Transformator mit einem Wicklungsverhältnis V₁ZV₂ darstellt. Die Größen von V₁ und V₂ sind in der Fig. 2 angedeutet. Der lineare Leiter 3 wirkt wie eine Energieleitung in Reihe mit der Speiseleitung, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine koaxiale Leitung 7 ausgebildet ist. Die Länge des Leiters 3 ist derart gewählt, daß er einen induktiven Scheinwiderstand vorsieht. Es ist eine Reihenkapazität an dem Speisepunkt der Anordnung hinzugefügt, die z. B. durch leitfähige Schichten 5 und 6 gebildet wird. Die erstere der beiden ao Schichten ist an der unteren Oberfläche des dielektrischen Fensters 4, welches den Schlitz schließt, angebracht und mit dem Innenleiter der Speiseleitung 7 der Antenne verbunden. Die leitende Schicht 6 ist im dielektrischen Fenster 4 eingebettet und mit dem Leiter 3 verbunden.of about 500 ohms in front and a capacitive load, which is placed in & e.cfuiung when tuning the cavity. However, the characteristic impedance of the cavity is less than this value and the bandwidth of the antenna would be overly limited for many uses. To increase the bandwidth, a linear conductor or rod 3 is inserted into the slot. Its position is chosen in such a way that it influences the electric field via the slot and represents a transformer with a winding ratio V ₁ ZV ₂ . The sizes of V ₁ and V ₂ are indicated in FIG. The linear conductor 3 acts like a power line in series with the feed line, which in the present exemplary embodiment is designed as a coaxial line 7. The length of the conductor 3 is chosen such that it provides an inductive impedance. A series capacitance is added at the feeding point of the arrangement, e.g. B. is formed by conductive layers 5 and 6. The former of the two ao layers is attached to the lower surface of the dielectric window 4, which closes the slot, and is connected to the inner conductor of the feed line 7 of the antenna. The conductive layer 6 is embedded in the dielectric window 4 and connected to the conductor 3.

Die äquivalente Schaltung der Antenne ist in der Fig. 3 dargestellt, und wie man sieht, stellt sie ein halbes Bandpaßfilter mit konstantem k dar; die Schaltung umfaßt einen Serienresonanzkreis 8, einen Parallelresonanzkreis 9 und einen Scheinleitwert 10. Die Kapazität 11 des Serienresonanzkreises wird im wesentlichen durch die leitfähigen Schichten 5 und 6 eingeführt, und die Induktivität 12 wird im wesentlichen durch den Leiter 3 vorgesehen. Der Parallelresonanzkreis 9 wird im wesentlichen durch den Hohlraum dargestellt, und der Reihen- und der Parallelresonanzkreis sind praktisch dadurch miteinander gekoppelt, daß der Serienresonanzkreis an einem Zwischenpunkt im kapazitiven Arm des Parallelresonanzkreisen angeschaltet ist. Der, Anschaltungspunkt ist durch die Lage des Leiters 3 im Schlitz bestimmt. Der Scheinleitwert 10 wird durch den Schlitz vorgesehen, wobei die Blindkomponente dieses Scheinleitwertes, wie bereits gesagt, bei der Abstimmung des Hohlraumes in Rechnung gestellt wird.The equivalent circuit of the antenna is shown in Figure 3, and as can be seen, it is a half-bandpass filter with constant k ; the circuit comprises a series resonance circuit 8, a parallel resonance circuit 9 and an admittance 10. The parallel resonance circuit 9 is essentially represented by the cavity, and the series and parallel resonance circuits are practically coupled to one another in that the series resonance circuit is connected at an intermediate point in the capacitive arm of the parallel resonance circuit. The connection point is determined by the position of the conductor 3 in the slot. The admittance 10 is provided through the slot, the reactive component of this admittance, as already said, being taken into account when tuning the cavity.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist der, daß das Volumen, das für den Hohlraum notwendig ist, verkleinert wird. Außerdem erlaubt die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Schlitzes, der beträchtlich langer als eine halbe Wellenlänge ist, und erlaubt damit eine starke Strahlungsbelastung und eine vergrößerte Bandbreite.A major advantage of the invention is that the volume that is necessary for the cavity, is reduced. In addition, the present invention allows the use of a slot that is considerable is longer than half a wavelength, and thus allows a strong radiation exposure and a increased bandwidth.

In manchen Fällen kann eine kleine variable Kapazität, die in der Zeichnung nicht eingezeichnet ist, zwischen dem Flansch 2 C und dem Boden des Hohlraumes zum Zwecke der praktischen Einstellung der Resonanzfrequenz vorgesehen sein. Es kan auch mehr als eine der in der Zeichnung dargestellten Antenne auf einem einzelnen Fahrzeug vorgesehen sein. Zum Beispiel können zwei derartige Antennen, die einander gegenüber angebracht sind und die längs der Oberfläche eines Zylinders ausgebildet sind, vorgesehen sein. Dieser Zylinder ist z. B. in einem Ring, welcher einen Teil des Fahrzeuges darstellt, eingebaut.In some cases, a small variable capacity, which is not shown in the drawing, between the flange 2 C and the bottom of the cavity for the purpose of quick adjustment of the resonance frequency can be provided. More than one of the antennas shown in the drawing can also be provided on a single vehicle. For example, two such antennas mounted opposite each other and formed along the surface of a cylinder may be provided. This cylinder is z. B. installed in a ring which is part of the vehicle.

Die Erfindung ist nicht auf der Verwendung von Antennen auf Fahrzeugen begrenzt; sie kann auch für Rundfunkantennen im UHF- und VHF-Gebiet verwendet werden. Bei derartigen Verwendungszwecken ist die Erfindung insbesondere dort vorteilhaft, wo es erwünscht ist, die Antenne auf Masten von relativ kleinem Durchmesser vorzusehen. Die Schlitze liegen, wenn Horizontalpolarisation erwünscht ist, vertikal, und sie sind Umfangskreise, wenn Vertikalpolarisation erwünscht ist. In den Fig. 4 und 5 sind zwei Antennen 13 und 14 gemäß der Erfindung auf sich gegenüberliegenden Seiten eines Mastes vorgesehen. Die Maste sind in einem Horizontalschnitt dargestellt und die Schlitze sind vertikal, so daß die Antennen mit horizontaler Polarisation arbeiten. Die Antennen sind beide etwa wie in den Fig. 1 und 2 aufgebaut. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind die beiden Antennen 13 und 14 derart angeordnet, daß sie phasengleich strahlen, während im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 die beiden Antennen 13 und 14 derart angeordnet sind, daß sie in Gegenphase strahlen. Die gegenphasige Strahlung wird in einfacher Weise dadurch erreicht, daß man eine Antenne mit der Unterseife nach oben kehrt bezüglich der anderen Antenne. In beiden Fällen sind gleich lange Speiseleitungen 15 und 16, die von einem gemeinsamen Speisepunkt 17 ausgehen, zu den beiden Antennen vorgesehen.The invention is not limited to the use of antennas on vehicles; she can also for Broadcast antennas can be used in the UHF and VHF area. For such uses The invention is particularly advantageous where it is desired to mount the antenna on masts from relative to provide a small diameter. If horizontal polarization is desired, the slits are vertical, and they are circumferential circles when vertical polarization is desired. In Figs. 4 and 5 there are two antennas 13 and 14 according to the invention are provided on opposite sides of a mast. the Masts are shown in a horizontal section and the slots are vertical so that the antennas with horizontal polarization work. The antennas are both constructed roughly as in FIGS. in the In the embodiment of FIG. 4, the two antennas 13 and 14 are arranged in such a way that they are in phase radiate, while in the embodiment of FIG. 5, the two antennas 13 and 14 are arranged in this way are that they radiate in opposite phase. The anti-phase radiation is thereby in a simple manner achieves that one antenna turns upside down with respect to the other antenna. In Both cases are feed lines 15 and 16 of the same length, which come from a common feed point 17 go out to the two antennas provided.

Claims

Patent claims:

1. Slot antenna with a Schlrfz embedded in the wall of a Resorianzhohlraumes, thereby characterized in that the resonance cavity has a smaller dimension than it for the Resonance at a desired frequency would require that means to achieve a capacitive Load are provided and that these means are dimensioned such that they the cavity resonate at the desired frequency.

2. slot antenna according to claim 1, characterized in that the means for achieving a capacitive load are designed as a wall with longitudinal expansion.

3. Slot antenna according to claim 1 or 2, characterized in that 'the slot is substantially extends over the full length of the cavity.

4. Slot antenna according to one of the speech 1 to 3, characterized in that a capacitive reactance is provided that this with is connected to a conductor which is introduced into the slot for feeding in energy, and that this conductor is dimensioned and inserted in the slot in such a way that it has an inductance represents.

5. Slot antenna according to one of claims 1 to 4, characterized in that the wall extends extends in length from one end of the cavity to its other end and that it is designed such that it brings about the effect of a cavity folded about a longitudinal axis.

6. Antenna arrangement with a plurality of slot antennas according to claim 5, characterized in that that one antenna is placed upside down with respect to the other antenna is such that it radiates in phase opposition with respect to the other antenna.

1 sheet of drawings

1 009 679/369 12.601 009 679/369 12.60