DE3215323C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Antennenanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist aus der GB 16 01 441 bekannt. Diese besteht aus einem plattenförmigen ebenen Substrat aus einem di­ elektrischen Material, z. B. Keramik, auf dessen einer Hauptflä­ che zwei elektrisch voneinander isolierte Metallflächen aufge­ bracht sind. Diese bilden eine Schlitzleitung und sind symmetrisch zur Längsachse des Schlitzes angeordnet, wobei der Schlitz an einem Ende, dem Speisepunkt, eine kleinere Breite besitzt als an dem davon abgewandten Ende. Die Breite des Schlitzes erwei­ tert sich stetig, z. B. gemäß einer Exponentialfunktion. Mit einer derartigen Anordnung ist eine Breitbandigkeit (Verhält­ nis der oberen Frequenzgrenze zur unteren Frequenzgrenze) von un­ gefähr 6 erreichbar.

Aus der US 38 36 976 ist eine breitbandige Phased-Array-An­ tenne bekannt, die aus Paaren von zueinander senkrecht angeord­ neten Strahlungselementen besteht. Jedes Strahlungselement be­ steht aus einem plattenförmigen dielektrischen Substrat, auf dem einseitig zwei Metallflächen, die einen sich erweiternden Schlitz bilden, angeordnet sind. Der Schlitz ist stufenförmig ausgebildet. Senkrecht zu den Paaren ist eine weitere Metall­ platte angeordnet.

Mit einer solchen Antenne ist eine Breitbandigkeit von ungefähr 2 erreichbar.

Aus der DE-AS 11 01 535 ist eine Antenne bekannt für die Be­ reiche der Lang-, Mittel- und Kurzwellen. Es handelt sich da­ bei um eine Breitband-Richtstrahlantenne aus zwei symmetrisch angeordneten Schenkeln, die als leitende Flächen variabler Breite ausgebildet sind, deren Ebenen, die zueinander geneigt sind, senkrecht zu der durch die Eingangsklemmen gehenden An­ tennenebene steht und in Richtung zum offenen Antennenende nach außen abgeknickt sind; dabei sind die Antennenschenkel gekrümm­ te Flächen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund, eine gattungsgemäße Antennenanordnung, die für den Dezimeter-, Zentimeter- und/oder Millimeterwellenbereich geeignet ist, dahingehend zu verbessern, daß eine wesentlich größere Breitbandigkeit (Verhältnis der obe­ ren Bandgrenze zu der unteren Bandgrenze) erreichbar ist und daß eine einfache Herstellung möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Antennenanordnung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen und/oder Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine mechanisch kompakte und robuste Anordnung möglich ist, mit welcher sich eine gute Unterdrückung von Nebenzipfeln erreichen läßt.

Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 eine Vorderansicht eines ergänzten Ausführungsbei­ spiels und

Fig. 3 einen zugehörigen Längsschnitt entlang der Linie A-B.

Fig. 4 stellt einen modifizierten Schnitt entsprechend Fig. 3 dar und

Fig. 5 eine zugehörige Ansicht X.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Aus­ führungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt ein plattenförmiges Substrat 1 aus einem Träger­ material, das eine relative Dielektrizitätskonstante von mehr als eins aufweist. Die damit hergestellte Antenne wird an einem Ende gespeist über ein Symmetrierglied 2 zum Übergang von einer nicht gezeigten, unsymmetrischen Koaxialleitung auf die symme­ trisch gestaltete Antenne. Das Symmetrierglied 2 weist dazu einen Innenleiter 3 und einen Außenleiter 4 auf. Das Substrat 1 ist auf der Vorderseite (erste Hauptfläche) und Rückseite (zweite Hauptfläche) teilweise mit flächigen Leitern 5, 6 versehen, beispielsweise beschichtet. Es sind symmetrisch zu einer x/y-Ebene, die durch die Hauptstrahlungsrichtung x verläuft, einerseits zwei Leiter 5 und andererseits zwei Leiter 6 vorgesehen. Lediglich an der Speisestelle sind jeweils die beiden Leiter 5 und die beiden Leiter 6 untereinander leitend verbunden durch Brücken 7, welche die ganze Höhe 8 jeweils eines Leiters einnehmen. Die Leiterränder sind mit 5 a, 6 a, 5 b und 6 b bezeichnet. Der Abstand beispielsweise zwischen den Leiterrändern 5 b und 6 b in einer Richtung z eines rechtwinkligen Koordinatenkreuzes x, y, z folgt einem exponentiellen Gesetz in Abhängigkeit von der Unabhängigen x, die ihren Nullpunkt in der Ebene der Brücke 7 hat.

Statt der bezüglich der x/y-Ebene symmetrischen Anordnung ist auch eine unsymmetrische möglich, wobei dann in der x/y-Ebene ein elektrisch leitendes Gegengewicht liegt.

Die gezeigte Antenne bildet eine Art Horn-Antenne, die leicht in Stripline-Technik herstellbar ist und bei breit­ bandiger Anpassung beispielsweise für einen Frequenzbe­ reich von 0,3 bis 40 GHz geeignet ist. Obwohl sich bereits ohne zusätzliche Mittel eine gute Unterdrückung von Neben­ zipfeln ergibt, kann diese Unterdrückung noch verbessert werden durch die Anwendung eines Absorbertopfes.

Fig. 2 zeigt ein entsprechendes Beispiel in Vorderansicht mit Bezugszeichen entsprechend Fig. 1. Ein hohler kreis­ zylindrischer Topf 9 weist auf seinen Innenwandungen Absorptionsmaterial 10 auf.

Wie aus dem Schnitt A-B in Fig. 3 ersichtlich ist, kann auch um das Symmetrierglied 2 mit seinem Koaxialanschluß 11 herum ein zusätzlicher Absorbertopf 12 mit Absorptions­ material 13 vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel in einem Schnitt entsprechend Fig. 3 mit entsprechenden Bezugszeichen. Wesentlicher Unterschied dabei ist, daß als Symmetrierglied 2 eine gebogene Leitung 14 verwendet ist, um Raum zu sparen. Sie ist umgeben von Absorptionsmaterial 15 und einem Gehäuse 16.

Fig. 5 zeigt eine Ansicht X zu Fig. 4, wobei das Symme­ trierglied 2 durchscheinend gezeichnet ist. Daraus ergeben sich weitere konstruktive Einzelheiten von selbst. Diese Antenne, die ungefähr im Maßstab 1 : 1 gezeigt ist, eignet sich für den Frequenzbereich von 1 bis 26 GHz. Als Träger­ material für das Substrat 1 ist beispielsweise ein Material mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von ungefähr 2,3 geeignet. Die Leiter 5 und 6 können als Kupferschicht mit einer Dicke von 35 µm auf das Substrat 1 aufgebracht werden, das selbst beispielsweise ungefähr 1,6 mm dick sein kann.

Mit einer solchen Antenne können Bandbreiten von 100 : 1 und mehr erreicht werden. Da die obere und untere Fre­ quenzgrenze unabhängig voneinander sind, ist die Band­ breite nur von der Feinheit der Ausbildung des Speise­ punktes und von der größten Abmessung der Öffnung des Hornes, also dem größten Abstand beispielsweise zwischen den Leitern 5 b und 6 b abhängig.

Den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Kombination aus zwei der beschriebenen Einzel-Antennen zeigt Fig. 6. Sie besteht aus einer Antenne 17 (mit Bezugs­ zeichen entsprechend Fig. 1) für vertikale Polarisation und einer identisch aufgebauten Antenne 18 (mit einem Apostroph hinter sonst gleichem Bezugszeichen) für horizontale Polarisation.

Das dielektrische Trägermaterial jeder Antenne (z. B. RT-Duroid) trägt beidseitig je eine Metallisierung als Leiter 6 bzw. 6′ für den Anschluß des Innenleiters und als Leiter 5 bzw. 5′ für den Anschluß des Außenleiters. Zu­ sammengehörige Paare von beidseitigen Metallisierungen sind jeweils durch metallische Brücken 7 bzw. 7′ mit­ einander verbunden.

Dieser Aufbau zeichnet sich durch seine Symmetrie aus (im Gegensatz zu bekannten einseitig metallisierten Slot- Line-Antennen) und ergibt auf diese Weise sehr gute Ent­ kopplungen zwischen der vertikal und horizontal polari­ sierten Antenne 17 bzw. 18.

Die minimale Schlitzweite wird durch die Dicke der dielektrischen Substrate 1 bzw. 1′ bestimmt und legt auf diese Weise die maximale obere Grenzfrequenz der Antennen fest. Die untere Grenzfrequenz wird durch die maximalen Aperturflächen bestimmt. Die Ankopplung dieser kreuz­ polarisierten Slot-Line-Antennenkombination an eine Koaxialleitung erfolgt mit einem Symmetrierglied je Antenne. Realisierbar sind Antennenkombinationen, die den gesamten Frequenzbereich von 1 bis 40 GHz abdecken.

Zur Verbesserung der Richtstrahlcharakteristik der An­ tennenkombination kann auch diese, wie die Ausführungsbei­ spiele nach den Fig. 2 bis 5, in einem Antennengehäuse untergebracht werden, dessen Innenwände mit Mikrowellen- Absorptionsmaterial ausgekleidet sind. Dadurch werden unerwünschte Nebenzipfel in der Richtstrahlcharakteristik stark reduziert.

Claims (7)

1. Antennenanordnung mit wenigstens einer Schlitzleiterstruktur in Mikro­ streifenleitertechnik, bestehend aus

• - wenigstens einem plattenförmigen ebenen Stubstrat aus dielektrischem Material, mit einer ersten und zweiten Hauptfläche,
• - zwei flächenhaften, metallischen Leitern, die elektrisch isoliert voneinander auf der ersten Hauptfläche des Substrats angeordnet sind und deren einander zugewandte Leiterränder eine Schlitzleiterstruktur mit einer entlang der Hauptstrahlrich­ tung entsprechend einem exponentiellen Gesetz sich stetig ver­ größernden Schlitzbreite bilden und
• - einem Symmetrierglied, das anschließend an die schmalste Stelle der Schlitzleiterstruktur angebracht ist und das eine elektri­ sche Anpassung der Schlitzleiterstruktur an eine Speiseleitung ermöglicht,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß auf der zweiten Hauptfläche des Substrats (1) eine weitere, iden­ tisch mit derjenigen auf der ersten Hauptfläche ausgebildete Schlitzleiterstruktur deckungsgleich angeordnet ist, und
• - daß die jeweiligen Leiter (5, 6) der Schlitzleiterstrukturen, welche durch das Substrat voneinander elektrisch getrennt sind, an der Substratseite, an der sich das Symmetrierglied (2) be­ findet, durch Brücken (7), welche die ganze Höhe (8) der Lei­ ter (5, 6) einnehmen, elektrisch leitend miteinander verbunden sind.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) mit den darauf befindlichen Leitern (5, 6, 7) und dem daran befindlichen Symmetrierglied (2) in einem kreiszylindrischen Topf (9), der auf seinen Innenwandungen Ab­ sorptionsmaterial (10) aufweist, angeordnet ist, und daß die Öffnung des Topfes (9) in Hauptstrahlrichtung (x) weist (Fig. 2, 3).

3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Symmetrierglied (2) bogenförmig zur Hauptstrahlrichtung (x) hin ausge­ bildet ist (Fig. 4, 5).

4. Antennenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Substrate (1, 1′) mit den darauf befindlichen Leitern (5, 6, 7, 5′, 6′, 7′) kreuzför­ mig verdreht zueinander angeordnet sind und dabei wenigstens zwei Einzelantennen mit einer gemeinsamen Hauptstrahlrichtung (x) bilden und daß die Substrate (1, 1′) in Hauptstrahlrichtung (x) mechanisch versatzfrei ausgerichtet sind.

5. Antennenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Substrate (1, 1′) einen Winkel von ungefähr 90° gebildet ist.

6. Antennenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelantennen bei einer mittleren Be­ triebsfrequenz mit einem elektrischen Phasenversatz gespeist sind, welcher dem geometrischen Winkel zwischen den Substraten (1, 1′) entspricht.