DE2115727A1

DE2115727A1 - Turnstile antenna

Info

Publication number: DE2115727A1
Application number: DE19712115727
Authority: DE
Inventors: Herwig 88-71 Schnuttenbach; Uhlmann Manfred 7900 Ulm. HOIp 1-10 Hartenberger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-03-31
Filing date: 1971-03-31
Publication date: 1972-10-12

Description

" D r e h k r e e u z a n t e n n e " Die Erfindung betrifft eine Drehkreuzantenne mit zwei rechtwinklig gekreuzten und ven einem zentralen Speisepunkt mit 90° Phasenverschiebung gespeisten benachbarten ihrer Dipol-Systeme, die vorzugsweise in der Technik gedruckter Schaltungen aufgebaut ist. Diese Antenne ist für Senden und/oder Empfangen benutzbar und besonders vorteilhaft in einer Radarbake einsetzbar1 die beispielsweise in Form einer schwimmenden Boje rundstrahlend ihren Standort für Radargeräte funktechnisch markiert. Der Aufbau und die Eigenschaften einer typischen Drehkreuzantenne sind beispielsweise in der Zeitschrift "electronies", April 1936, von Brown unter dem Titel "The turnstile-antenna" beschrieben. The invention relates to a Turnstile antenna with two crossed at right angles and one central feed point with 90 ° phase shift fed neighboring of their dipole systems, which are preferably is constructed in the technology of printed circuits. This antenna is for broadcast and / or receiving can be used and can be used particularly advantageously in a radar beacon1 which, for example, in the form of a floating buoy, radiate their location radio-marked for radars. The structure and characteristics of a typical Turnstile antennas are for example in the magazine "electronies", April 1936, described by Brown under the title "The turnstile-antenna".

Mit einer Drehkreuzantenne ist in Annäherung ein kugelförmiges Richtdiagramm erzeugbar, wodurch sie u. a. beispielsweise auch in Telemetrie- und Fernsteuer-Systemen an Bord von künstlichen Erd-Satelliten vorteilhaft einsetzbar ist.With a turnstile antenna there is an approximation of a spherical directional diagram producible, whereby they inter alia. for example also in telemetry and remote control systems can be used advantageously on board artificial earth satellites.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bekannten Drehkreuzantenne. Sie besteht aus den Dipolsystemen mit den Elementen 1 und 1a einerseits sowie 2 und 2a andererseits. Eine zweiadrige Speiseleitung 3 ist mit den Speisepunkten der Elemente 1 und 1a direkt und mit denjenigen der Elemente 2 und 2a über eine 90°-Umwegleitung 4 verbunden, wobei letztere allerdings auch durch einen 90° Phasenschieber anderer Art ersetzbar ist. Es müssen bekanntlich bei einer Drehkreuzantenne mit zwei zueinander orthogonal gerichteten Dipelsystemen nämlich deren Speisepunkte mit einer gegenseitigen Phasendifferenz von 900 angeregt werden.Fig. 1 shows an embodiment of a known turnstile antenna. It consists of the dipole systems with elements 1 and 1a on the one hand and 2 and 2a on the other hand. A two-wire feed line 3 is connected to the feed points of the Elements 1 and 1a directly and with those of elements 2 and 2a via a 90 ° bypass 4, although the latter is also connected to another by a 90 ° phase shifter Type is replaceable. As is well known, with a turnstile antenna with two to each other orthogonally directed dipel systems namely their feeding points with a mutual Phase difference of 900 are excited.

Zum Vermeiden dieser Umwegleitung bzw, dieses Phasenschiebers ist beispielsweise durch die Fig, 14- 35 (e) und (f) auf Seite 426 das Buches "Antennes" von Kraus ein Vorschlag von Srown und Epsteln bekannt, der in einem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 gezeigt ist und aus der Einfügung von entsprechenden induktiven Serien-Reaktanz 5 bzw. 5a in die Elemente eines der Dipolsysteme besteht.To avoid this detour or, this phase shifter is for example by fig. 14-35 (e) and (f) on page 426 of the book "Antennes" von Kraus known a proposal by Srown and Epsteln, which in one embodiment shown in Fig. 2 and from the insertion of corresponding inductive Series reactance 5 or 5a consists of the elements of one of the dipole systems.

Die Erfindung geht von einer solchen Drehkreuzantenne nach Art der in Fig. 1 und 2 gezeigten aus, die aus annähernd zweidimensionalen Antennen-Elementen beispielsweise in der an sich bekannten Technit gedruckter Schaltungen herstellbar ist.The invention is based on such a turnstile antenna of the type 1 and 2, which consist of approximately two-dimensional antenna elements for example, can be produced in the known technique of printed circuits is.

3ei einer derartigen Drehkreuzantenne besteht die Erfindung darin, daß die erforderliche Phasenverschiebung zwischen den benachberten Dipolsystemen durch Wahl unterschiedlicher Längen der 244 pole erzielt ist.With such a turnstile antenna, the invention consists in that the required phase shift between the neighboring dipole systems is achieved by choosing different lengths of the 244 poles.

Anhand der Fig. 3 bis 5 werden im folgenden Ausführungsbei spiele der Erfindung naher beschrieben. Diese Ausführungs beispiele sind vorteilhaft verwendbar in einer sogenannten Radarlaterne, die eine Radarbake darstellt und eine Antenne benötigt, die im Asimut eine möglichst gleichmäßige Rundstrahlung erzeugt, während das Elevationsstrahlungsdingramm eine vorgegebene Bündelung aufweist mit einer Diagramm-Maximum unter einem relativ kleinen Erhebungswinkel gegen die Horizontale, Mit den Ausführungsbeispielen der Erfindung nach Fig. 3 bis 5 sind horizontal polarisierte Wellen sendbar und empfangbar. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung nach Fig. 3 bis 5 zeichnen sich bei möglichst exakter anpassung an die Strahlungscharakteristik durch besonders leichtes Gewicht und einfachen konstruktiven Aufbau aus. Bei Verwendung dieser Antenne in einer Hadarlaterne, die im Seewasser zum Einsatz kommt, muß der Strahl er mit einem an sich bekamten und nicht gezeigten Radom umgeben werden.3 to 5 are in the following Ausführungsbei games the invention described in more detail. These execution examples can be used advantageously in a so-called radar lantern, which is a radar beacon and an antenna needed, which generates the most uniform possible omnidirectional radiation in the Asimut, while the elevation radiation dingram has a predetermined concentration with a diagram maximum at a relatively small elevation angle to the horizontal, with the exemplary embodiments the invention 3 to 5 are horizontally polarized waves sendable and receivable. The exemplary embodiments of the invention according to FIGS. 3 to 5 are characterized by the most exact adaptation possible to the radiation characteristics particularly light weight and simple structural design. Using this antenna in a Hadar lantern, which is used in lake water, must be the Beam he will be surrounded with a radome that is inherent and not shown.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 3 besteht die mit 1 bezeichnete, , horizontal angeordnete und in der Technik gedruckter Schaltungen ausgebildete Drehkreuzantenne nach der Erfindung beispielsweise aug den in Fig. 4 oder 5 gezeigten Drehkreuzentennen. Im Unterschied zum Stand der Technik, der beispielsweise anhand der Fig. 1 und 2 erläntert ist, ist die Drehkreuzantenne nach der Erfindung durch unterschiedliche Dipollängen ausgezeichnet, deren besonders vorteilhafte Abmessungen fUr die gezeigten Ausführungsbeispiele in den Fig. 4 und 5 eingetragen sind. Hieraus i6t ersichtlich daß es zweckmäßig ist, den Enden des einen Dipolsystems der Drehkreuzantenne ach der Erfindung einen gegenseitigen Abstand von etwa 0,7 # zu geben, wobei # die Betriebswellenlänge bedeutet.In the embodiment of the invention according to FIG. 3, there is with 1 designated, horizontally arranged and in the art of printed circuits trained turnstile antenna according to the invention, for example, from the in Fig. 4 or 5 turnstile ducks shown. In contrast to the prior art, the is explained for example with reference to FIGS. 1 and 2, the turnstile antenna is according to of the invention distinguished by different dipole lengths, their special advantageous dimensions for the exemplary embodiments shown in FIGS. 4 and 5 are registered. From this it can be seen that it is expedient to cut the ends of the a dipole system of the turnstile antenna after the invention a mutual distance about 0.7 #, where # means the operating wavelength.

In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 4 und 5 beträgt dieser gegenseitige Abstand 0,725 # Der gegenseitige Abstand der Enden des hierzu orthogonal angeordneten Dipolsystens ist etwa 0,3 #, im geseigten Ausführungsbeispiel der Erfindung 0,315 .In the embodiment of the invention according to FIGS. 4 and 5 is this mutual distance 0.725 # The mutual distance between the ends of this orthogonally arranged dipole system is about 0.3 #, in the sloped embodiment of the invention 0.315.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung von demjenigen behannten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im Prinzip durch eine Verkümmerung zweier gegenüberliegender Dipole des einen Dipolststems im Vergleich szu den Dipolen des hierzu orthogonal ausgerichteten Dipolsystems ; diese Verkümmerung ist beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 5 derart, daß die Dipole als solche gar nicht mehr erkennbar sind, sondern daß ihre Speiseleitungen entsprechend feformt sind.As can be seen from FIG. 4, this exemplary embodiment differs of the invention from that hindered embodiment of FIG. 1 in principle by a stunting of two opposite dipoles of the one dipole star compared to the dipoles of the dipole system, which is orthogonally aligned to this; this stunting is such in the embodiment of the invention according to FIG. that the dipoles are no longer recognizable as such, but that their feed lines are shaped accordingly.

Die Speisung der Drehkreuzantenne nach der Erfindung erfolgt im gezeigten Beispielsfall über ein Koaxialkabel 2, das mit dem zentralen Speisepunkt der Drehkreuzantenne über ein an sich bekanntes Symmetrierglied 3a, 3b verbunden ist.The turnstile antenna according to the invention is fed in as shown Example case via a coaxial cable 2, which is connected to the central feed point of the turnstile antenna is connected via a known balun 3a, 3b.

Diese Teile 3a, 3b des Symmotriergliedes sind mit den entsprechenden Teilen 4a bis 5e der Drehkreuzantennen nach Fig. 4 oder 5 verbunden, beispielsweise verlötet2 und speisen die Drehkreuzantenne in Phasenquadratur derart, daß die beidem jeweils gleich lang gegenüberliegenden Dipole bzw. Dipol-Verkürmerungen phasengleich gespeist werden, während benachbarte Strahler die erforderliche Phasendifferenz von 90° besitzen.These parts 3a, 3b of the Symmotrier member are with the corresponding Parts 4a to 5e of the turnstile antennas according to Fig. 4 or 5 connected, for example soldered2 and feed the turnstile antenna in phase quadrature in such a way that both each of the same length opposing dipoles or dipole shortenings are in phase are fed, while neighboring radiators the required phase difference of 90 °.

Um in der Vertikalebene gegebenenfalls ein Strahlungsmaximum zu erhalten, das beispielsweise mit der Horizontalebeme einen Winkel von 10° einschließt, wird zwwckmäßigerweise eine leitende Grundfläche 3 und vorteilhafterweise zusätzlich über der Drehkreuzantenne eine weitere Reflektorfläche 6 verwendet, die die von der leitenden Grundfläche erzeugte Vertikalstrahlungscharakterist ik, die ein Maximum bei einen Klevationswinkel von 90° hat, in die horisomtale Richtung umlenkt. Durch Abkmicken der leitenden Grundfläche 3 in einem vorgegebenen Abstand vom Zentrum entsprechend beispielsweise 0,63 # um einen Winkel α ist hierbei der gewünschte Erhebungswinkel des Maximums der Elevationscharakteristik fein vorwählbar.In order to obtain a radiation maximum in the vertical plane, if necessary, which, for example, includes an angle of 10 ° with the Horizontalebeme A conductive base 3 and advantageously additionally A further reflector surface 6 is used above the turnstile antenna, which is that of the conductive base area generated vertical radiation characteristics ik that a maximum at a klevation angle of 90 °, deflects in the horisomtal direction. By Pitching off the conductive base 3 at a predetermined distance from the center corresponding to, for example, 0.63 # at an angle α is the desired one Elevation angle of the maximum of the elevation characteristic can be finely pre-selected.

Der Abstand des oberen Teils der leitenden Grundfläche 3 von der Drehkreuzantenne ist beispielsweise zu etwa 0,25 # gewählt, während der Abstand der weiteren Reflektorfläche 4 von der Drehkreuzantenne 1 vorzugsweise 0,6 # beträgt.The distance of the upper part of the conductive base 3 from the turnstile antenna is selected to be about 0.25 #, for example, while the distance the further reflector surface 4 from the turnstile antenna 1 is preferably 0.6 #.

Es ist, wie sich praktisch erwiesen hat, vorteilhaft, den Radius der weiteren Reflektorfläche 4 zu etwa 1,10 # und den unteren Radius der abgekenickten leitenden Grundfläche zu etwa 2,36 Ä zu wählen.As has been found in practice, it is advantageous to use the radius of the another reflector area 4 to about 1.10 # and the lower radius of the bent conductive base area to be about 2.36 Å.

Zur Verbesserung der Fehlanpassung ist es zweckmäßig, im Abstand von etwa 0,02 # über dem oberen Teil der leitenden Grundfläche 3 eine Kapazität in Form eines Ringes vorzusehen, der in Fig, 3 mit 6 bezeichnet ist.In order to improve the mismatch, it is useful to place at a distance of a capacitance in the form of about 0.02 # above the top of the conductive base 3 to provide a ring, which is denoted by 6 in FIG.

Bei Einsatz des Ausführungsbeispiels der Erfindung nach Fig. 3 innerhalb eines Radons kann die weitere Reflektorfläche 4 vorteilhaft am Radom befestigt werden, ansonsten ist es möglich, beispielsweise Glasfaserstäbe als Träger der Reflektorfläche 4 zwischen derselben und der leitenden Grundfläche bzw. der Drehkreuzantenne vorzusehen.When using the embodiment of the invention according to FIG. 3 within of a radon, the further reflector surface 4 can advantageously be attached to the radome, otherwise it is possible, for example, to use fiberglass rods as a carrier for the reflector surface 4 to be provided between the same and the conductive base or the turnstile antenna.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Realisierung in der Technik godruckter Schaltungen beschränkt, sondern kann auch in herkomicher Technik realisiert werden, insbesondere bei sehr hohen Arbeitsfrequenzen ist die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 5 gegenüber derjenigen nach Fig. 4 vorteilhafter im Hinblick darauf, daß die kreisringförmigen Elemente 5a und 5b durch ihre breite Ausbildung leichter mit den Elementen 3a und 3b des Symmetriergliedes als die kreisringenförmigen schmaleren Teile 4a und 4b (Fig. 4) verbunden werden können. Die Arbeitsfrequenz einer Antenne nach der Erfindung liegt beispielsweise nämlich bei 9,45 GHz, was relativ kurze und schmale Dipole und damit störungsfrei schwer lötbare Einzelteile der Drehkreuzantenne nach der Erfindung bedingt.Of course, the invention is not based on the implementation in the technology of printed circuits is limited, but can also can be implemented using conventional technology, especially at very high working frequencies is the embodiment of the invention according to FIG. 5 compared to that according to FIG. 4 more advantageous in that the annular elements 5a and 5b due to their broad design easier with the elements 3a and 3b of the balun than the annular narrower parts 4a and 4b (Fig. 4) are connected can. The working frequency of an antenna according to the invention is for example namely at 9.45 GHz, which is relatively short and narrow dipoles and therefore interference-free Difficult to solder items of the turnstile antenna according to the invention.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Turnstile barrel with two crossed at right angles and one by one central feed point with 90 ° phase shift fed neighboring dipole systems, preferably in the technology of printed circuits, d u r c h e k e n n z e i c hn e t that the required phase shift between the neighboring Dipole systems is achieved by choosing different lengths of the dipoles.

2. Turnstile antenna according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the ends of one dipole system are spaced apart from one another by about 0.7 # (# - operating wavelength), while the ends of the are perpendicular to it running Dpolsystems are about 0.3 # from each other ontfornt.

3. Drchkreuzantenne according to claim 1 or 2, characterized by their order in a radome.

4. Turnstile antenna according to one of claims 1 to 3, characterized that under the turnstile antenna in parallel alignment to the antenna plane one conductive base is arranged.

5. Turnstile antenna according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t that the conductive base surface at a predetermined distance around the center the turnstile antenna is kinked down in such a way that the shape of the conductive Base area equal to that of a truncated pyramid mantle or - preferably - one Is truncated cone, with the center of the turnstile antenna in the I> yramidOn-egel main axis is arranged.

6. Turnstile antenna according to claim 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t that the angle between the horizontal and the bent part of the conductive base depending on the desired elevation angle of the directed vertical radiation characteristics of the antenna is selected.

7. Turnstile antenna according to one of claims 5 or 6, characterized in that that the predetermined distance is chosen to be approximately equal to 2/3 #.

8. Turnstile antenna according to one of claims 4 to 7, characterized in that that the horizontal dimensions of the conductive base area or its projection in the horizontal plane approximately equal to 5 # s4nd selected.

one of the 9th turnstile antenna according to claims 1 to 8, characterized in that that above the cross antenna in parallel alignment to the antenna hub a reflector surface is arranged.

10. Drehkre @ zantenne according to claim 9, characterized in that the distance between the reflector surface and the rotating antenna is selected to be approximately 0.6 #.

11. Turnstile antenna according to claim 9 or 10, d a d u r c h g ek e It is noted that the herizontal dimensions of the reflector surface are approximately 2.2 # are selected

12. Turnstile antenna according to one of claims 1 to 11, characterized by using them in a radar beacon.