DE3420046C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus US-PS 35 73 831 ist eine Antenne in Mikrostreifenleitungstechnik für Annäherungszünder bekannt. Ein Generator ist mit den beiden Dipolarmen eines Dipols verbunden. Der Dipol selbst ist auf einer Substratoberseite in Mikrostreifenleitungstechnik aufgebracht. Spiegelbildlich ist auf der Substratunterseite eine durchgehend metallisierte Mikrostreifenleitung ausgebildet, deren Abmessung in etwa jener der Dipolarme entspricht.

Ferner ist in der DE-32 47 425 C2, die auf eine entsprechende ältere Anmeldung im Sinne des § 3, Absatz 2, Nr. 1 des Patentgesetzes von 1981 zurückgeht, eine Dipol-Antenne in Streifenleitungstechnik beschrieben, die eine Symmetrieranordnung sowie eine Speiseleitung auf beiden Substrathauptflächen aufweist. Die Dipolarme sind unter 90° abgeknickt. Im Bereich der abgeknickten Dipolarme sind Durchkontaktierungen ausgebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antennenanordnung im Mikrowellenbereich zu realisieren, die geeignet ist, für den rauhen Einsatz in elektronischen Annäherungs- und Abstandszündern und als Massenartikel kostengünstig herstellbar ist. Insbesondere soll sie zum Senden und/oder Empfangen als auch als Symmetriereinrichtung für Geschoßantennen dienen. Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, daß mittels einer solchen gekoppelten Antennenanordnung eine einfache gleichstromwegfreie Symmetrierungseinrichtung mit kleinem Bauvolumen realisierbar ist.

Insbesondere ist eine breitbandige Anpassung an den Systemwellenwiderstand mit kleinem Stehwellenverhältnis sehr leicht möglich unter gleichzeitiger Einsparung eines Trennkondensators.

Weiterhin können mit dieser Anordnung symmetrische Strahlungsdiagramme auch mit in der Nähe von 50 Ω liegenden Eingangswiderständen verwirklicht werden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In der zu den Ausführungsbeispielen gehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Grundprinzip der Antennenanordnung;

Fig. 2 kapazitiv mit einer Dipolantenne verkoppelte Monopolantenne;

Fig. 3 Stripline-Ausführung der Antennenanordnung für elektronische Annäherungs- und Abstandszünder;

ersubstrat-Vorderseite (TV)
b) Seitenansicht
c) Trägersubstrat-Rückseite (TR).

In Fig. 1 ist das Grundprinzip der Antennenanordnung 1 dargestellt. Zur asymmetrischen Speisung einer beispielsweise erdsymmetrischen Antenne 3 mittels einer beispielsweise koaxialen Leitung 4 wird in vorteilhafter Weise eine weitere benachbarte, durch das Medium K elektromagnetisch überkritisch mit der erdsymmetrischen Antenne 3 verkoppelte Antenne 2 verwendet. Zur Symmetrierung der Antenne 3 wird der Fußpunkt 6 der Antenne 3 mit dem auf Erdpotential liegenden Rückleiter 5 des Koaxialkabels galvanisch verbunden.

Nach Maßgabe des vorgegebenen Systemwellenwiderstandes, im Beispielsfall der Wellenwiderstand des Koaxialkabels 4, ist die Kopplung K zwischen den Antenne 2, 3 über die vorgegebenen die Eingangsimpedanz der Anordnung bestimmenden Impedanzwerte der einzelnen Antenne 2 und 3 so zu wählen, daß innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite im Betriebswellenlängenbereich die koaxiale Leitung 4 möglichst reflexionsfrei abgeschlossen ist.

Vorzugsweise sind deshalb die Antenne 2, 3 auf die gleichen Betriebswellenlängen abgestimmt. Zur Dimensionierungshilfe kann in vorteilhafter Weise die erfindungsgemäße Antennenanordnung durch die in der Praxis bestätigte gute Näherung elektrisch durch einen mit einem Parallelkreis (im wesentlichen durch die andere Antenne 3 verwirklicht) verkoppelten Serienresonanzkreis (im wesentlichen durch die Antenne 2 verwirklicht) beschrieben werden. Aus den Kreisdaten und der elektromagnetischen Kopplung läßt sich dann entsprechend der Berechnung von beispielsweise mehrkreisigen Filtern die Eingangsimpedanzwerte der Anordnung ermitteln. Um die relative Bandbreite, innerhalb der ein reflexionsfreier Leitungsabschluß möglich ist, zu erhöhen, ist vorzugsweise die Kopplung überkritisch zu wählen und eine möglichst parallele Lage der Antennenleiter der Antenne zueinander sowie bei vorgegebener Kopplung einen möglichst minimalen Antennenfußpunktabstand anzustreben.

Fig. 2 zeigt in vorteilhafter Weise eine Monopolantenne 8, die zur asymmetrischen Einspeisung einer auf einer beispielsweise koaxialen Leitung geführten Welle dient und die kapazitiv mit einer Dipolantenne 9 über das Dielektrikum 7 verkoppelt ist. In vorteilhafter Weise wird durch die gleichstromwegfreie Einspeisung ein Kondensator eingespart.

Die Eingangsimpedanz der Antennenanordnung setzt sich zusammen aus den von der Kopplung K abhängigen wirksamen Impedanzen der Monopol- und Dipolantenne.

Durch Vergießen dieser Antennenanordnung ist eine beschleunigungsfeste kleine Ausführungsform fertigungstechnisch leicht realisierbar.

Die dielektrischen Eigenschaften des Gußmaterials und die Lage bzw. Anordnung der Antennen zueinander 8, 9, insbesondere der gegenseitige Abstand, bestimmen die elektromagnetische Kopplung und damit auch das Eingangsimpedanzverhalten der Antennenanordnung 1. Zur Symmetrierung der Dipolantenne 9 werden ihre Fußpunktenden 11a und 11b galvanisch miteinander und in vorteilhafter Weise direkt mit dem Rückleiter 5 der Koaxialleitung 4 über ein Leiterstück 12 verbunden.

Eine spezielle vorteilhafte beispielsweise im GHz-Bereich arbeitende Ausführungsform für den Einsatz in elektronischen Annäherungs- oder Abstandszündern zeigt Fig. 3. Dort sind die Schenkel der Dipol- und Monopolantenne in einem von der Form des Zündergehäuses abhängigen vorgegebenen Abstand d zu dem Antennenfußpunkt hin abgewinkelt. Die Schenkel T1, T2 der Dipolantenne 14 liegen hierbei rotationssymmetrisch zum Zündergehäuse in einer gemeinsamen Ebene.

Vorzugsweise sind die Antennen in Streifenleitungstechnik ausgeführt. Beispielsweise ist der Streifenleiter der Monopolantenne 13 auf der Vorderseite TV eines dielektrischen Trägersubstrats 15 aufgebracht und der Streifenleiter der Dipolantenne 14 auf der planparallelen Rückseite TR des Trägersubstrats.

Die asymmetrische Einspeisung erfolgt vorzugsweise über einen im Vergleich zum Monopolschenkel schmalen parallel zur und nahe bei der Zündergehäuseachse A liegenden Leiterstreifen L1.

Vorzugsweise sind die Fußpunktenden 11 der Dipolantenne 14 galvanisch miteinander und über einen Leiterstreifen L2 mit dem auf Erdpotential liegenden Rückleiter 5 der Einspeiseleitung 4 verbunden.

Diese "Zwangssymmetrierung" der Dipolantenne 14 führt in vorteilhafter Weise zu einer Schleifenbildung des Eingangswiderstandes Z_In der Antennenanrodung. In der Praxis erwies es sich als Vorteil entsprechend große Leiterabstände, d.h. möglichst großer Abstand der abgewinkelten Schenkel der Dipolantenne 14, zu wählen, um hiermit Eingangswiderstände Z_In in der Nähe von 50 Ω realisieren zu können.

Für breitbandige Anwendungen ist es weiterhin von Vorteil, insbesondere dann, wenn innerhalb von ≦λτ als 10% relativer Bandbreite der Eingangswiderstand im wesentlichen konstant und das Stehwellenverhältnis ≦ωτ 1,5 bleiben soll, die Betriebswellenlängen der Dipolantenne und der Monopolantenne gleich zu wählen, d.h. die elektrischen Längen der Schenkel λ/4-lang zu wählen sowie die kapazitive Kopplung zwischen Monopol- und Dipolantenne überkritisch, also ≦λτ 50% auszulegen. Zum Erreichen eines im wesentlichen symmetrischen Strahlungsdiagramms - horizontal wie auch vertikal - zur Zündergehäuselängsachse A ist die Antennenanordnung gemäß Fig. 3 in das Gehäuse zu integrieren. Hierbei ist in vorteilhafter Weise der Abstand der Antennenfußpunkte 10, 11 von Monopol- und Dipolantenne minimal zu halten und den Schenkel T3 der Monopolantenne derart anzuordnen, daß die durch den Monopolschenkel aufgespannte Ebene parallel zu der durch die beiden Schenkel T1, T2 der Dipolantenne aufgespannten Ebene liegt. Der Abstand der Antennenfußpunkte 10, 11 entspricht dann der Dicke d₀ des Dielektrikums, das im wesentlichen die kapazitive Kopplung verursacht.

Ein weiterer Vorteil dieser zur Zündergehäuseachse A symmetrisch aufgebauten Antennenanordnung 1 liegt in dem Erreichen eines geschoßunabhängigen Strahlungsdiagramms vorzugsweise durch den "zwangssymmetrierten" Antennenfußpunkt 11 der Dipolantenne 14, der in der Zündergehäuseachse A liegt. Der weitere Einbau von zusätzlichen Transformations- und Filterelementen ist in vorteilhafter Weise möglich zwischen Antennenfußpunkt und Ort der Einspeisung der leitungsgeführten Welle, z. B. in Form von diskreten Bauelementen oder auch durch entsprechende aus der Leitungstheorie bekannte Dimensionierung des Leiterstreifens L1.

Eine Feinabstimmung der Betriebsfrequenz auf die Sollfrequenz, der Eingangsimpedanz Z_In auf den Systemwellenwiderstand und der kapazitiven Kopplung zwischen Monopol- und Dipolantenne ist in vorteilhafter Weise durch Ausdünnung oder Verkürzung der Leiterstreifen der Antennen möglich. Ebenso ist die Abstrahlleistung der Dipolantenne 14 beispielsweise durch Abstandsvergrößerung der abgewinkelten Schenkel oder Ausdünnen des Leiterstreifens L2 möglich.

Die Lage der Ortskurve der Eingangsimpedanz Z_In der Antennenanordnung (beispielsweise in der Smith-Diagramm- Darstellung) läßt sich durch entsprechende Änderung der Dimensionierung (Länge, Breite) und der gegenseitigen Abstände der Leiterstreifen der Antennen verändern und damit auf vorgegebene Impedanzsollwerte anpassen.

Claims (11)

1. Antennenanordnung für den Einsatz in Geschossen insbesondere für elektronische im Mikrowellenbereich arbeitende Annäherungs- oder Abstandszünder, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antennenanordnung (1) mindestens zwei elektromagnetisch miteinander über ein Koppelmedium (K) verkoppelte Antenne (2, 3) enthält,
daß die eine Antenne (2) zum einen zur asymmetrischen Einspeisung einer auf einer Leitung (4) geführten elektromagnetischen Welle und zum anderen mit der anderen Antenne (3) zum Abstrahlen und/oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen dient und
daß der Rückleiter (5) der Leitung (4) zur Symmetrierung der anderen Antenne (3) mit den Fußpunktenden des Fußpunktes (6) der anderen Antenne (3) galvanisch verbunden ist.

2. Antennenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenleiter der Antennen (2, 3) parallel zueinander liegen und daß die Antennen (2, 3) durch ein Dielektrikum (7) nach Maßgabe der elektromagnetischen Kopplung getrennt sind.

3. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen (2, 3) im wesentlichen kapazitiv miteinander gekoppelt sind.

4. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen (2, 3) überkritisch miteinander gekoppelt sind.

5. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Antenne in Form einer Monopolantenne (8), die andere Antenne (3) in Form einer Dipolantenne (9) ausgebildet ist,
daß die Monopolantenne (8) über ein Dielektrikum (7) mit der Dipolantenne (9) kapazitiv über ein Dielektrikum (7) gekoppelt ist und
daß der Fußpunkt (10) der Monopolantenne (8) zur Einspeisung der leitungsgeführten elektromagnetischen Welle (W) dient und die Fußpunktenden (11a, 11b) der Dipolantenne (9) durch ein Leiterstück (12) galvanisch miteinander und mit dem Rückleiter (5) der Leitung (4) verbunden sind.

6. Antennenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schenkel der Monopolantenne (8) und die zwei Dipolschenkel der Dipolantenne (9) in einem für beide Antennen (8, 9) gleichen Abstand (d) zu den dazugehörigen Antennenfußpunkten (10, 11) hin abgewinkelt sind.

7. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenanordnungen in Leiterplatten- oder Streifenleitungstechnik aufgebaut sind,
daß auf der Vorderseite eines dielektrischen Trägersubstrats (15) die Monopolantenne (13) und auf der planparallelen Rückseite des Trägersubstrats (15) die Dipolantenne (14) in Form einer leitenden Schicht aufgebracht ist.

8. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die abgewinkelten Teile (T1, T2) der Dipolantenne (14) rotationssymmetrisch zur Längsachse (A) eines Geschosses auf der Trägersubstratrückseite (TR) und der eine abgewinkelte Schenkel (T3) der Monopolantenne (13) auf der Trägersubstratvorderseite (TV) direkt gegenüberliegend zu einem der abgewinkelten Teile (T1 oder T2) der Dipolantenne angeordnet sind,
daß die Einspeisung (E) der elektromagnetischen Welle über einen gegenüber dem abgewinkelten Monopolschenkel schmalen, nahe bei und parallel zur Geschoßlängsachse (A) liegenden Leiterstreifen (L1) asymmetrisch erfolgt und
daß der Dipolantennenfußpunkt (11) über einen breiten nahe bei der und parallel zu der Geschoßlängsachse liegenden Leiterstreifen (L2) mit dem Rückleiter (5) der Einspeiseleitung (4) verbunden ist.

9. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Maßgabe der Betriebswellenlänge λ die elektrische Länge der Schenkel der Dipolantenne (14) und die der Monopolantenne (13) λ/4-lang gewählt sind.

10. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Antennenfußpunkte (10, 11) von Monopol- und Dipolantenne minimal ist und der Schenkel der Monopolantenne (T3) in einer Ebene parallel zu den beiden Schenkeln (T1, T2) der Dipolantenne (14) liegt.

11. Antennenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Antennenfußpunkt (10) der einen Antenneneinheit (2) bzw. der Monopolantenne (13) und Einspeisungsort (E) der leitungsgeführten Welle (W) Transformations- und Filterelemente wirksam sind.