DE2803900A1

DE2803900A1 - Mikrowellenantenne

Info

Publication number: DE2803900A1
Application number: DE19782803900
Authority: DE
Inventors: John Charles Williams
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-02-11
Filing date: 1978-01-30
Publication date: 1978-08-17
Also published as: CH627304A5; US4173019A; GB1529541A; CA1099014A; IT1092583B; IT7820067A0; JPS6028444B2; AU3307378A; SE7801436L; JPS5399750A; BE863819A; FR2380648A1; AU509943B2; FR2380648B1; NL7801314A; SE439562B

Description

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ttlj/JüNG/'GK «, Π. 1.1973

"Mikrowellenantenne"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikrowellenantenne mit einer Platte aus dielektrischem Material mit einer unteren und einer oberen Fläche mit einer auf der oberen Fläche angeordneten Konfiguration aus leitenden Antennenelementen und mit einer Anzahl mit diesen Elementen verbundener Speiseleitungen, sowie mit einer parallel zu und über die ganze untere Fläche angeordneten leitenden Platte. Die leitende Platte wird meistens als "Basisfläche" bezeichnet, obschon sie nicht flach zu sein braucht und die Antenne kann als "Mikrostreifen'¹-Antenne beschrieben werden.

Eine- derartige Antenne bin i et eine Vielznhl von AnwendungsJTiüäJ ichkc-itcn in der Mikrowellentechnik. Da der Abstand des Bodtuiliiiters von den Elementen und

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den Speiseleitungen meistens viel kleiner ist als die anderen Abmessungen der Antenne eignet sich die Antenne durchaus für Anwendungsbereiche, bei denen eine geringe Dicke erwünscht bzw. wesentlich ist; sich daraus ergebende weitere Vorteile können das geringe Gewicht und die solide Konstruktion sein. Auf diese Weise kann sich die Antenne zum Gebrauch in der Luft- bzw. Raumfahrt eignen. Ausserdem kann die Antenne ziemlich preisgünstig hergestellt werden und aus diesem Grunde zum Gebrauch bei beispielsweise Dopplerradar für. den zivilen Gebrauch bei Eindringeralarnisystemen und Verkehrsampelregelsystemen und im allgemeinen als Detektoren einer relativen Bewegung benutzt werden.

Die Antenne kann auch in Funkinterferometerri und Transpondern verwendet werden, beispielsweise zum Leiten bzw. Orten von Flugzeugen oder zum Orten von Fahrzeugen.

Mehrere Formen von Mikrostreifenantennen sind bekannt. In einer Form, die yon J.R. James und G.J. Wilson bei der 5· Europäischen Mikrowellenkonferenz 1975 ("New Design Techniques for Microstrip Antenne Arrays", Seiten 102-106 der Conference Proceedings) beschrieben worden ist, haben die Antennenelemente eine Länge von je etwa einer halben Mikrostreifenwellenlänge (λ, ) , sind an nur

2^ einem Ende offen und mit dem anderen Ende mit einer Speiseleitung verbunden, die senkrecht auf den Elementen steht. Eine lineare Anordnung besteht aus 9 Elementen, die längs einer geraden, offenen Mikrostreifonspeiselei-

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tung in Abständen von Λ angeordnet sind (damit eine

Gleichheit der Phasenerzeugung erhalten wird), wobei sich das erste Element unmittelbar am (offenen) Ende der Leitung befindet, so dass die Elemente im wesentlichen die Leitung an verschiedenen Stellen belasten, die eine hohe Impedanz aufweisen. James und Wilson melden, dass Versuche gezeigt haben, dass der Strahlungswiderstand eines Elementes auf der Breite w gründet (wobei der Widerstand bei einer abnehmenden Breite zunimmt) und dass dadurch, wenn das Element die Speiseleitung nicht nennenswert belastet, das Aendern der Breite w ein Mxttel ist um die Leistung, die von dem Element ausgestrahlt wird, zu regeln.

Mit Hilfe der Dolph-Chebyshev-Methode ist es möglich, die relativen Breiten der Elemente der Reihe zu berechnen, damit die Aenderung längs der Reihe in den relativen Beträgen der Leistung, die von den Elementen ausgestrahlt wird (untenstehend als Leistungsbelichtung bezeichnet), ein Strahlungsmuster erzeugt, das einen bestimmten Seitenzipfelpegel aufweist; das mittl-ei'e Element der Reihe hat die grösste Breite und die Breiten der äusseren Elemente (für, theoretisch, einen Seitenzipf elpegel von -2k dB und eine Strahlbreite von 8,5°) betragen um "/0^ weniger. Die Längen der Elemente sind Funktionen zweiter Ordnung der Breite, die mit Hilfe von T.E.M.-Beziehungen berechnet worden sind und werden dann weiter auf Streuungseffekte korrigiei't. Eine derart konstruierte Reihe, die auf IO GHz arbeitet, bat entsprechend

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den Angaben, einen H-Ebene-Seitenzipfelpegel von -20 dB und eine Breite von 100 MHz.

Eine entsprechende 9 x- 9-Elemente enthaltende zweidimensional Konfiguration besteht aus 9 parallelen linearen Reihen, die alle mit nur einem Ende mit einer Hauptspeiseleitung verbunden sind in Abständen entsprechend Λ voneinander. Die Hauptspeiseleitung steht senkrecht auf den Speiseleitungen der linearen Reihe und liegt daher parallel zu den Elementen, so dass fluchtende Elemente auch in einem Abstand entsprechend A- voneinander liegen. Die Breite der Elemente jeder linearen Reihe variiert längs der Reihe in denselben obengenannten Verhältnissen; Damit "Leistungsbelichtung" parallel zu der Hauptspeiseleitung erhalten wird, werden die Breiten der Mittenelemente der 9 linearen Reihen in denselben Verhältnissen geändert, so dass das mittlere Element der ganzen Reihe das breiteste ist. Für eine derart konstruierte zweidimensionale Konfiguration wird ein Seitenzipfelpegel in der H-Ebene von -I7 dB erwähnt; in der E-Ebene ist der Pegel des Seitenzipfels nur -lh dB und zwar, wie oben genannt, wegen der Tatsache, dass die Speisung zu jeder linearen Reihe von der Belastung abhängig ist, die die lineare Reihe für die Hauptspeiseleitung bildet. Die Belastung der Hauptspeiseleitung kann dadurch verringert und die Seitenzlpfelpegel verbessert werden (beispielsweise bis -20 dB), dass die Breite der Elemente verhäj tnisniässig verkleinert wird aber dann muss die Bandbreite, die bereits sehr schmal ist, noch

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weiter verringert werden. Ausserclein wird eine praktische Grenze gestellt durch die Tatsache, dass die Elemente zu dünn werden um noch genau gebildet werden zu können. Es sei an dieser Stelle bemerkt, dass in dieser zweidimensionalen Konfiguration das mittlere, breiteste Element k,7 mm breit ist, während die schmälsten äusseren Elemente nur 9$ dieser Breite aufweisen.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine Mikrowellenantenne der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der eine befriedigende Leistung erzielt und relativ leicht entworfen und hergestellt werden kann, ohne dass es notwendig ist, Elemente verschiedener Breiten oder Längen in der Konfiguration zu verwenden und die dadurch relativ preisgünstig ist.

Die erfindungsgemässe Mikrowellenantenne weist dazu das Kennzeichen auf, dass die Elemente derart angeordnet sind und durch die Speiseleitung derart gespeist werden, dass die Mikrowellenantenne ein linear polarisiertes Strahlungsdiagramm hat und dass mindestens zwei der Elemente durch eine erste Speiseleitung miteinander verbunden sind, die über nahezu die ganze Länge mit der Polarisationsrichtung des Strahlungsdiagramms einen Winkel einschliesst ungleich η TT/2 (mit η = 0, 1, 2 usw. ) . Ein Vorteil einer erfindungsgemässen Antenne xst, dass eine Speiseleitung (die selbst zum Strahlen neigt, wenn sie mit Mikrowellenenergie gespeist wird) und die einen Winkel ungleich η Ti/2 mit der Polarisationsrichtung einschliesst, das H- oder E-Ebene-Strahlungs-

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muster der Antenne weniger stören wird als eine vergleichbare Speiseleitung, die senkrecht auf oder parallel zu der Polarisationsrichtung liegt; Kreuzpolarisation kann auch verringert werden.

Ausserdem werden in einer bekannten Konfiguration parallele oder praktisch fluchtende Elemente in vorher bestimmten Abständen in mindestens einer Richtung angeordnet, weil eine oder mehrere Speiseleitungen der Konfiguration senkrecht auf und/oder paralel zu dieser Richtung liegen und weil die relative Phase der ausgestrahlten Signale der Elemente abhängig von dem elektrischen Abstand voneinander über eine Speiseleitung vorher durch die gewünschte Richtung(en) des (der) Hauptzipfels bzw. -zipfel der Antenne bestimmt wird; um beispielsweise gleichphasige Erregung der Elemente für eine in einer Ebene angeordnete Konfiguration mit einem in der Breite stehenden Hauptzipfel (d.h. senkrecht zur Ebene der Konfiguration) zu erhalten, müssen die Elemente im allgemeinen in Abständen untereinander entsprechend λ angebracht werden (oder entsprechend einem ganzen Vielfachen desselben). Dadurch bestimmt die Anzahl Elemente in der genannten einen Richtung die Strahlbreite in der Ebene dieser Richtung, da diese Anzahl die wirksame Oeffnung der Konfiguration in der genannten einen Richtung bestimmt. In einer erfindungsgemässen Antenne kann jedoch der Abstand der Elemente untereinander und dadurch dd ο Antt'jjnenöf fnung in der genannten einen Richtung geändert werden, ohne dass die relative Phase der

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von den Elementen ausgestrahlten Signale oder ihre Anzahl geändert wird, nur durch Anederung der Form und/oder des Neigungswinkels der Speiseleitung(en). Auf diese Weise kann die Strahlbreite geändert werden ohne die allgemeine Form der Antenne zu ändern, was dem Entwerfer der Antenne einen zusätzlichen Freiheitsgrad gibt.

Die erste Speiseleitung kann unmittelbar

zwischen den zwei Elementen angebracht werden. Auf diese Weise wird ein besonders einfache Anordnung gebildet, die sich im allgemeinen für eine in der Breite angeordnete Konfiguration eignet.

Mindestens ein dx^lttes Element und die erste Speiseleitung können durch eine zweite Speiseleitung miteinander verbunden werden, welche letztere Speiselei-15« tung über praktisch die volle Länge zwischen dem dritten Element und der ersten Speiseleitung in einem Winkel gegenüber der Polarisationsrichtung angeordnet ist, der gegenüber dem Winkel zwischen der ersten Speiseleitung und der Polarisationsrichtung um diese Polarisationsrichtung gespiegelt ist. Die zweite Speiseleitung kann dabei unmittelbar zwischen dem dritten Element und der ersten Leitung angebracht werden.

Dies bildet eine nützliche Basiseinheit für eine Reihe verschiedener Antennen nach der Erfindung; Diese kann beispielsweise dazu verwendet werden, die drei Elemente gleichphasig anzuregen und gewünschtonfall«. sie mit gleichen Leistungen zu speisen.

Obenstehend \vird unter "unmittelbar zwischen

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zwei Elementen oder zwischen einem Element und einer anderen Speiseleitung angebracht" verstanden, dass d.i e eine Speiseleitung praktisch der kürzeste Weg zwischen den Punkten ist, an denen die zwei Elemente oder das Element und die andere Speiseleitung mit der einen Leitung verbunden sind. Wenn die Konfiguration beispielsweise in einer Ebene liegt, ist daher die eine Speiseleitung (oder mindestens derjenige Teil derselben zwischen den zwei Elementen oder zwischen dem Element und der anderen Speiseleitung wenn eine Leitung sich bis jenseits des einen oder der beiden genannten Verbindungspunkte erstreckt) nahezu geradlinig.

Vo in dieser· Patentschrift auf die relative Phase der von den Elementen ausgestrahlten Signale, zum Erzeugen bzw. Speisen von Leistung zu einem oder mehreren Elementen oder auf eine andere Art und Weise explizit oder implizit auf die Verwendung der Antenne zur Uebertragung verwiesen wird, soll darunten verstanden werden, dass die Antenne im allgemeinen ebensogut für Empfang verwendet werden kann, wofür gleichlautende Ausdrücke benutzt werden können.

Die Antenne kann vier oder mehr Elemente enthalten, die parallel zu den Speiseleitungen angeschlossen sind. Auf diese Weise können mehrere Elementen an eine einzige Speiseleitung angeschlossen und eine gleichinässig ablaufende Leistung über die Leitung erhalten werden.

Die Elemente können längJich sein, sich in cUiv gemeinsamen Uichtung erstrecken und mit je einem Ende

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an eine Speiseleitung angeschlossen v/erden; eine derartige Reihe eignet sich insbesondere für eine Antenne, die eine ziemlich enge Strahlbreite in mindestens einer Ebene hat. Die Elemente können mit je einem Ende mit der Speiseleitung verbunden werden und sich alle in derselben Richtung von diesem Ende aus erstrecken; eine derartige Anordnung eignet sich für eine Antenne, in der die Elemente parallel angeschlossen sind und beispielsweise in bestimmten Abständen längs der Speiseleitung angeordnet werden und zwar in jeweiligen Abständen entsprechend einer ¥ellenlänge (oder entsprechend einem ganzen Vielfachen derselben) damit eine gleichphasige Erregung erhalten wird. Jede der zwei letztgenannten Anordnungen eignet sich für eine Antenne, die zum Ausstrahlen bzw. Empfangen elektromagnetischer Signale mit nur einer gemeinsamen Polarisationsrichtung angepasst ist.

Die Antenne enthält eine Anzahl Speiseleitungen, die sich nicht kreuzen und die mit der genannten gemeinsamen Richtung einen gleichen ¥inkel einschliessen. Diese Antenne eignet sich für eine zweidimensionale Konfiguration (obschon eine derartige Konfiguration nicht in nur einer Ebene zu liegen braucht).

Alle Speiseleitungen sind mit einem gemeinsamen Speisepunkt zum Speisen von Mikrowellenenergie zu oder von allen Elementen verbunden. Dies kann die Verbindung der Antenne mit anderen Mik.rowellenschaltungon vereinfachen.

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Jedes Element kann über eine einfache Speiseleitungsstrecke mit dem gemeinsamen Punkt verbunden werden. Dies kann den Entwurf der Antenne vereinfachen und eine potentielle Ursache einer schmalen Bandbreite verraeijden.

Ein Paar Speiseleitungen, die mit der gemeinsamen Richtung in gegenseitig entgegengesetzten Richtungen einen Winkel einschliessen, können miteinander verbunden werden oder sich in dem gemeinsamen Punkt tat— sächlich kreuzen. Dadurch ist es möglich, eine allmählich ablaufende Leistung zu erhalten in jeder der zwei nicht parallelen Richtungen und dadurch eignet sich dies für eine zentral gespeiste Konfiguration.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemässen Antenne, die eine Konfiguration aus 12 χ 12 Elementen enthält;

P„ Fig. 2 eine teilweise Seitenansicht eines Teils

der Antenne nach Fig. 1,

Fig. 3 und h polare Diagramme, die die Verstärkung in dB darstellen,

Fig. 5a, und 5Jb ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Antenne.

"*" Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Antenne mit einer Reihe von 4x6 Elementen,

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Fig. 7 ein Aus.führuiigsbeispiel einer erfindungsgemässen Antenne mit einer Reihe von 2x6 Elementen,

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines
weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Antenne.

In Fig. 1 und 2 enthält eine erfindungsgemässe Antenne eine ebene Platte 1 aus dielektrischem Material mit einer unteren und einer oberen Fläche, die auf der oberen Fläche (die in Fig. 1 dargestellte Fläche) eine Konfiguration aus leitenden Antennenelementen, wie 2,
sowie eine Anzahl gerader Speiseleitungen, wie 3» enthält, an die die Elemente parallel angeschlossen sind. Auf der unteren Fläche der Platte 1 befindet sich eine leitende Platte 4, die als Bodenplatte bezeichnet wird.

Alle Speiseleitungen und dadurch alle Antennenelemente sind mit einem gemeinsamen Punkt 5 auf der Platte verbunden. Ein Miniatur-Koaxialverbindungselement 6 ist auf
der unteren Fläche der Platte 1 befestigt, wobei der
äussere Leiter des Verbindungselementes mit der Boden— platte k und der innere Leiter durch ein Loch in der
Platte 1 mit dem Speisepunkt 5 verbunden ist, so dass
Mikrowellenenergie den Elementen zugeführt bzw. denselben entnommen werden kann.

Die Antennenelemente 2 sind in in regelmässigeii Abständen voneinander liegenden parallelen Reihen angeordnet, sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Richtung. Die Elemente sind mit je einem Ende mit einer Speiseleitung verbunden, die sich von diesem

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Ende xn derselben Richtung und in demselben Sinn erstreckt und weisen dadurch ein gemeinsames Strahlungsdiagramm mit einer linearen Polarxsationsrichtung auf (bei der Konfiguration nach Fig. 1 und bei einem vertikai polarisierten Strahlungsdiagramm). Die Elemente sind derselben Grössenordnung und nahezu rechteckig, wobei das Ende jedes Elementes, das mit einer Speiseleitung verbunden ist, die Form eines kleinen gleichschenkligen Dreiecks hat, dessen Basis die Breite -dieses Elementes bildet. Die Speiseleitungen 3 sind alle gleich breit und haben dadurch dieselbe charakteristische Impedanz. Diese Impedanz ist wesentlich höher als die charakteristische Impedanz der liebertragungsleitung, die durch jede der Antennen gebildet wird d.h., wenn ihre Strahlung vernachlässigt wird.

Eine erste Speiseleitung 7» die einen ¥inkel ungleich nj^/2 (mit n = O, 1, 2, 3, ···) mit der gemeinsamen Polarxsationsrichtung einschliesst, erstreckt sich diagonal über die Konfiguration etwa von der linken oberen Ecke zu der rechten unteren Ecke. Alle anderen Speiseleitungen bilden eine Gruppe untereinander paralleler Leitungen wie 8, die einen Winkel ungleich njt/2 (mit η = O, 1, 2, 3» ···) mit der gemeinsamen Polarisationsrichtung einschliesst, welcher Winkel gegenüber dieser Richtung gespiegelt ist und dadurch die erste Leitung 7 kreuzt. Diese Gruppe urni'asst eine zweite Leitung 9, die etwa von der linken unteren Ecke zu der rechten oberen Ecke über die Konfiguration geht und die Leitung 7 im

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gemeinsamen Speisepunkt 5 kreuzt»

In diesem Ausführungsbeispiel ist jedes Element mit dem gemeinsamen Punkt 5 über eine einfache Strecke übex- die Speiseleitungen verbunden.' Die Elemente liegen elektrisch in einem Abstand entsprechend einer Wellenlänge voneinander, d.h., dass sie in einem Abstand von einer Mikrowellenlänge (\ ) voneinander liegen, längs einer Speiseleitung oder zwei einander kreuzender Speiseleitungen, wobei der Abstand bei der zentralen Frequenz des Betriebsbandes der Antenne gemessen wird. Die Gruppe paralleler Speiseleitungen 8 kreuzt die Speiseleitung in regelmässigen Abständen von λ /2» wobei jeweils ein Element an jeweils der zweiten Kreuzung an der Linie 7 angeordnet ist. Wenn Mikrowellenenergie bei der genamiten Frequenz dem Speisepunkt 5 geliefert wird, werden die Elemente gleichphasig erregt und die Antenne erzeugt .einen Hauptzipfel, der senkrecht auf der Ebene der Konfiguration steht.

Es ist ersichtlich, dass eine Basiseinheit dieses Ausführungsbeispiels ein Paar Antennenelemente enthält, die unmittelbar durch eine Speiseleitung miteinander verbunden werden, welche Leitung mit der gemeinsamen Polarisationsrichtung einen Winkel ungleich nlf/2 (mit η = 0, 1, 2, 3) einschliesst und eine andere Speiseleitung, die unmittelbar von einem Punkt auf der erstgenannten Leitung, wobei der Punkt in einigen Fällen etwa halbwegs zwischen den zwei Elementen liegt, zu einem dritten Element läuft und die einen Winkel mit der

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Polarisationsrichtung einschliesst, die um diese Richtung gespiegelt ist. Ausserdem verbindet jede der Leitungen 8 ein oder mehrere Paare Elemente mit der Leitung J (und im Falle der Leitung 9 unmittelbar mit dem gemeinsamen Punkt), wobei die zwei Elemente jedes Paares an einander gegenüberliegenden Seiten der Leitung 7 liegen und wobei ihre Anschlusspunkte an die betreffende Leitung 8 im gleichen Abstand vom Schnittpunkt dieser Leitung mit der Leitung 7 liegen. An den Stellen, wo zwei oder mehrere Elernentepaare mit der Leitung 8 verbunden werden (wie dies für jede der Leitungen der Fall ist mit Ausnahme der zwei, die am weitesten voneinander liegen), bilden die Elemente auf jeder Seite der Leitung 7 eine Reihe mit allmählich zunehmenden Abständen von der Leitung 7; dasselbe gilt für die Elemente die unmittelbar mit der Leitung 7 verbunden sind für ihren Abstand von den gemeinsamen Punkt 5· Die Figur zeigt, dass jede horizontale Reihe und jede vertikale Reihe ein einziges Element enthält, das durch die Leitung 9 mit dem gemeinsamen Punkt 5 verbunden ist und dass dasselbe für die Leitung 7 gilt.

Bei näherer Betrachtung der Antenne dürfte es einleuchten, dass es, da alle Elemente und alle Speise— leitungen dieselben respektiven Impedanzen aufweisen, eine weitgehende Symmetrie um jede der Speiseleitungen und 9 gibt sowohl was das phasengleiche Anregen der Elemente in bezug auf den gemeinsamen Speisepunkt als auch was die relativen Energiemengen anbelangt, die von den

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Elementen ausgestrahlt werden. Weil jedoch die Leitung nur aus dem Speisepunkt denjenigen Elementen Energie liefert, die unmittelbar daran angeschlossen sind, während alle anderen Elemente der Konfiguration aus der Leitung gespeist werden und zwar entweder unmittelbar oder über eine der anderen Leitungen der Leitungen 8, wird von einem Element an der Leitung 9 mehl" Energie ausgestrahlt als von einem Element, das sich nicht an dieser Leitung sondern in demselben Abstand von dem Speisepunkt 5 befindet; dieser Effekt wird grosser je nachdem der Abstand von dem Speisepunkfc zunimmt. Diese Asymmetrie hat sich als nützlich erwiesen um mindestens einem Teil der Elemente, die relativ weit von dem Speisepunkt liegen, ausreichende Energie zu liefern.

Mit der Anordnung der Speiseleitungen, die in diesem Ausführungsbeispiel benutzt wird, werden die jeweiligen Anschlusspunkte an die Speiseleitungen der Ele_ mente, die in elektrisch gleichen Abständen längs der Speiseleitungsstrecke vom gemeinsamen Punkt 5 liegen, auf zwei Leitungspaaren angebracht, die sich parallel zu den E- bzw. H-Ebenen der Antenne erstrecken, wobei die zwei Leitungen jedes Paares in demselben Abstand und an einander gegenüberliegenden Seiten des gemeinsamen Punktes liegen; da in diesen; Ausführungsbeispiel die Konfiguration eben ist, bilden die Leitungen ein Rechteck, das um den gemeinsamen Punkt zentriert ist, wobei Elemente mit allmählich zunehmendem grosserem Abstand von dem gemeinsamen Punkt ihren Anschlusspunkt an die Speiselei-

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tungen auf jeweiligen Rechtecken allmählich zunehmender Abmessungen haben. Auf diese Weise liegen die Anschlusspunkte der mittleren vier Elemente an den Ecken des kleii. sten Vierecks, wobei die Winkel KjZ von dem Punkt 5 entfernt sind; die Anschlusspuiikte der unmittelbar um diesen Punkt liegenden zwölf Elemente liegen auf einem Rechteck, dessen Winkel in einem Abstand 3 λ ./2 von dem Punkt 5 liegen; die Anschlusspunkte der folgenden achtzehn umgebenden Elemente liegen auf einem Rechteck, dessen Winkel 5 λ/2 von dem Punkt 5 liegen usw. Durch diese Symmetrie um den gemeinsamen Speisepunkt steht der Hauptzipfel unbedingterweise nahezu senkrecht auf der Ebene der Konfiguration, unabhängig von der Frequenz innerha" der Betriebsbandbreite.

Durch eine angemessene Annäherung bzw. Messung desjenigen Teils der Energie, der für ein Element einer Speiseleitung verfügbar ist und von diesem Element auch wirklich ausgestrahlt wird, lässt sich die relative Energiemenge, die von den Elementen der ganzen Konfiguration ausgestrahlt wird, berechnen, wenn dem gemeinsamen Speisepunkt Energie zugeführ»t wird. Wenn die gesamte von jeder horizontalen Reihe von Elementen ausgestrahlte 'Energie berechnet wird, wird sich zeigen, das? weiligen Gesamtmengen allmählich von ein^r jedes der mittleren Paare benachb^
gemeinsame Punkt 5 in öen
Minima für die zwei am we α ..
Reihen (d.h. die höchsten und die

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allmählich sinken, wobei das allmähliche Sinken der Leisiung symmetrisch ist. Ein entsprechendes Resultat wird dadurch erhalten, dass die Gesamtenergie, die von den Elementen jeder vertikalen Reihe ausgestrahlt wird, bestimmt wird, wobei das Maximum für jedes der zentralen Paare benachbarter Reihen auftritt, zwischen denen sich der Punkt 5 befindet. Dieses Verfahren kann als imaginäre Verteilung der Oberfläche der Platte 1 betrachtet werden, über die sich die Konfiguration erstreckt, und zwar eine Verteilung in eine Gruppe paralleler Streifen gleicher Breite, im einen Fall horizontale Streifen, die je eine horizontale Reihe von Elementen enthalten und im anderen Fall vertikale Reihen, die je eine vertikale Reihe von Elementen enthalten, wobei die Streifen in beiden Fällen um die Elemente zentriert sind, die sich darin befinden. Die relativen Gesamtenergiemengen für die Streifen einer Gruppe sind auf diese Weise ein Mass für die Ausstrahlung pro Breiteneinheit der Konfiguration—und ~~ eine Anzeige der allmählichen Abnahme der Leistung über die vertikalen und horizontalen Oeffnungen der Antenne.

Jn dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 und 2 wurde die Antenne auf einer Platte von etwa 19 cm χ 21 cm . aus "polyguide" mit einer Nennstärke entsprechend etwa 0,15 cm, mit einer dxelektrischeii Konstante 2,3 und beidseitig verkupfert, hergestellt. Die Länge jeder der Antennenelemeute betrug etwa 1 cm, was die elektrische Länge auf gerade etwas weniger als eine halbe Wellenlänge bei der Mittelbandbetriebsfrequenz entsprechend 10,5

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brachte. Die Breite jedes Elementes betrug etwa 0,3 cm. Die Breite der Speiseleitungen betrug etwa O,O4 cm, was eine charakteristische Impedanz von etwa I50 Ohm ergibt (also etwa entsprechend einer 50 Ohm.-Koaxialleitung an dem gemeinsamen Speisepunkt); Mikrostreifenübertragungsleitungen derselben Breite wie die der Antennenelemente (und auf demselben Substrat) würden eine charakteristische Impedanz von etwa 6O Ohm aufweisen. Die Ε-Ebene- und H-Ebene-polare Diagramme, die mit dieser Antenne gemessen wurden^ werden annähernd in den Figuren 3 und h dargestellt. Die Verstärkung betrug etwa 22-g- dB; die Strahlbreiten (bis -3 dB Punkte) waren etwa 9i° bzw. 10° und
die "Welligkeit" (weniger als 1 dB Spitze-zu-Spitze), die an den Seiten des Hauptzipfels bei etwa -I5 dB in der E-Ebene und bei etwa -I7 dB ^und -22 dB in der H-Ebene auftraten, ausser betracht gelassen, waren die maximalen
Sextenzipfelpegel besser als -21 dB bzw. -25 dB. Diese
Resultate erweisen sich als günstig im Vergleich zu denen aus IEE Journal on Microwave, Optics and Acoustics,

Heft 1, Nr. 5 (September '77) von James und ¥ilson,

Seiten 165-174 und von James und Hall Seiten 175-181,
die für die obengenannten bekannten 9*-9 Elemente-Mikroantenne (die auch auf I/I6-Z0II "Polyguide" hergestellt worden war); zum Vergleich dürfte Folgendes dienen:

(i) um die bekannte Antenne für den Betrieb

auf derselben Frequenz wie das obenstehend beschriebene erfindungsgemässe Ausführungsbeispiel gross genug zu
machen würde dies eine dielektrische Platte mit densel-

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ben Abmessungen wie die des Ausführungsbeispiels erfordern , sogar wenn diese Platte weniger Elemente enthalten würde, da die horizontalen und vertikalen Reihen von Elementen in Abständen untereinander entsprechend λ. angebracht werden, während die im Ausführungsbeispiel dichter beieinander liegen;

(ii) das Entwerfen des Ausführungsbeispiels nach der Erfindung erfordert viel weniger Rechenarbeit. Es stellte sich heraus, dass die Kreuzpolarisation des konstruierten Ausführungsbeispiels niedriger war als -25 dB. Dies ist eineäusserst zufriedenstellende Note, insbesondere für eine Mikrostreifenantenne; laut J.W. Greiser (Microwave J., J_9_, Nr. 10, Seite 47, Oktober 1976) war ein relativ hoher Kreuzpolarisationspegel bei Mikrostreifenantennen ein Problem, in manchen Fällen zur Höhe von -8 bis -10 dB.

Die Erfindung kann daher eine Mikrowellenantenne schaffen, die gedrängt ist, die eine zufriedenstellende Leistung hat und sich relativ leicht und schnell entwerfen lässt. Ausserdem kann, wie untenstehend noch erwähnt, die Antenne relativ preisgünstig sein.

Es gibt zwei Gründe für die günstige Leistung des obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels:

(a) der relativ geringe Beitrag an den E-Ebene- und H-Ebene-polaren Diagrammen der Speiseleitungen, teilweise infolge des Winkels, den sie mit der Polarisationsrichtujig der Antenne einscldiessen; dieser Effekt ist natürlich besonders gross, wenn die Speiseleitungen hohe

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Impedanzen haben, wie in dem obenstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel; und

(b) die bessere Annäherung an eine gev/ünschte Belichtung durch eine allmähliche Abnahme der Leistung über eine Antennenöffnung mit einer vorbestimmten Grosse, die durch eine gx^össere Anzahl von Elementen in der Oeffnung als bei der bekannten erhalten wird. Das allmähliche Abnehmen der Leistung mit den diskreten Antennentelementen ist eine schrittweise Annäherung einer gleichmässigen Kurve j dieser Effekt lässt sich am deutlichsten beobachten, wenn die Anzahl Elemente in der Oeffnung nicht sehr gross ist.

Antennen, die eine Konfiguration von Elementen aufweisen in der Form nach Fig. 1, die gleiche Anzahlen horizontaler und vertikaler Reihen von Elementen und entsprechende Speiseleituiigsmuster haben, werden mit Konfigurationen verschiedener Abmessungen zwischen 2x2 Elementen und 2hx2h Elementen zum Betrieb bei verschiedenen Frequenzen im Bereich von °-1^ GHz konstruiert.

Antennen nach der Erfindung können unter Verwendung verkupferter dielektrischer Platten auf einfache Weise hergestellt werden; für den Fall, dass der Erdleiter unmittelbar auf der unteren oder oberen Fläche der Platte angeordnet ist, kann eine beidseitig verkupferte Platte verwendet werden. Die Konfiguration von Antennenoleinentcn und SpeIseleitungen kann aus der Kupfer— Schicht auf einer FleieLie durch herkömmliche photoJitho— graphische und Aet?techniken erhalten werden, wobei eine

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Schicht lichtempfindlichen Materials auf der Kupferschicht durch eine Maske mit dem gewünschten schlussendlichen Leitermuster hindurch belichtet wird. Es stellte sich heraus, dass es möglich war, Antennen herzustellen in der Form nach Fig. 1, aber mit verschiedenen Anzahlen von Elementen und die sich für den Betrieb bei verschiedenen Frequenzen eignen, aus nur einer einzigen "Mutter"-Maske. Diese Muttermaske, die eine Konfiguration von 2k χ 2k Elementen darstellt, kann zum Herstellen einer Hilfsniaske verwendet werden, aus der die gewünschte Antenne hergestellt wird. Für Konfigurationen kleiner als 2k χ 24 Elementen werden Teile der Muttermaske abgedeckt um die Hilfsmaske herzustellen; um die Betriebsfrequenz zu ändern, wird die optische Vergrösserung auf geeignete Weise während der Herstellung der Hilfsmaske nachgeregelt. Obschon die Leistung von Antennen, die mit dieser Methode hergestellt werden, im allgemeinen nicht in allen Hinsichten so gut sind wie bei genauen einzelnen Entwürfen erreicht werden könnte, wird diese dennoch für eine Anzahl von Anwendungsbereichen ausreichen und es liegt auf der Hand, dass die Entwurfs- und Herstellungskosten niedriger sein werden, insbesondere für geringe Stückzahlen einer grossen Menge verschiedener Antennen.

Ausser "polyguide" können mehrere andere dielektrische Materialien für die dielektrische Platte verwendet werden. Eine Anzahl zufriedenstellender Antennen sind beispielsweise auf "ClMCLAD", einer verkupferteil polymerischen Esterplatte hergestellt worden, die an be-

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liebigen Stellen mit Glasfiterinatten verstärkt ist und von Cincinatti Milacron geliefert wird; es wurde eine O,16 cm starke Platte, Typ MB (dielektrische Konstante etwa 3,8) verwendet. Dieses Schichtmaterial ist insbesondere für Printplatten im Rundfunk- und Fernsehbereich gemeint; es weist den Nachteil auf, dass das Material einen höheren dielektrischen Verlust hat als beispielsweise "polyguide", was zu einer geringeren Verstärkung führt, aber es bietet den Vorteil, dass es äusserst preisgünstig ist und dadurch vorteilhaft für Anwendungsbereiche, in denen geringe Kosten erwünscht sind und eine einigermassen geringere Verstärkung akzeptierbar ist, wie in Doppler-Radar-Eindringlingsalarmsystemen mit einer beschränkten Reichweite. Es liegt auf der Hand,

1-5 dass die Verringerung in der Verstärkung (im Vergleich zu einem Dielektrikum mit einem geringeren Verlustfaktor) dazu neigt, zuzunehmen, je nachdem die Abmessung der Konfiguration und dadurch die Länge der Speiseleitungen grosser wird; so war beispielsweise der Unterschied in der Verstärkung zwischen Antennen (mit derselben Anzahl von Elementen) mit einer Verstärkung von etwa I5 dB und mit "polyguide" und "CIMCLAD" etwa 1 dB.

Es stellte sich heraus, dass die Elemente in den Antennen der in Fig. 1 dargestellten Form eine grosse Bandbreite haben. Elemente, die alle dieselbe L3nge von etwa 1 cm hatten, wurde beispielsweise in Antennen verwendet, die auf etwa O₁16 cm starkem "polyguide"-Material hergestellt worden waren und bei verschiedenen

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Frequenzen im Bereich von 9-1 - 10,7 GIIz betrieben wurden.; obschon sich bessere Resultate erzielen liessen wenn geringfügige Aenderungen in der Länge vorgesehen worden wären, stellte es sich heraus, dass mit dieser einzigen Länge eine nützliche Leistung erzielbar war.

Dieser einfache Entwurf ist im Vergleich zu der obengenannten bekannten 9 x 9-Elemente-Mikrostreifenantenne mit Elementen verschiedener Breiten wieder günstig, wodurch zwei Korrekturen pro Elementlänge jeder dex- Breiten angebracht werden müsste.

Die Bandbreite (in Termen von Verstärkung, beispielsweise zwischen -1 dB Punkten) von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung hängt im wesentlichen von der Aenderung als Funktion der Frequenz der relativen Phasenerzeugung der Elemente der Konfiguration ab. Für eine Spezialform der Belichtungsfunktion mit einer allmählichen Abnahme der Leistung wird die Bandbreite auf diese Weise dazu neigen abzunehmen, wenn der Umfang der Konfiguration zunimmt.

Als Beispiel werden die Verstärkung und das Stehwellenverhältnis für drei Antennenkonstruktionen der allgemeinen Form, wie diese in Fig. 1 und 2 dargestellt ist,·gemessen und in der untenstehenden Tafel dargestellt. Von den drei Antennen die durch A, B und C bezeichnet werden, werden A und B auf etwa 0,16 cm starkem "poly— guide" und C auf 1/16 Zoll "CTMCLAD"-Material angebracht. Die Grosse der Konfigurationen betrug: A: h x. h Elemente; B: 8 χ 8 Elemente; C: 10 χ 10 Elemente.

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TABELLE.

	Frequenzen (GHz)	Verstärkung (dB)	Stehwellenvernältnis !
	8.82.	15	1.7
	8.92	16	1.5
	8.9ο	15i	1.38
A	9.02	15*	1 .28
	9-09	16	1.38
	9. 12	16	1.5
	9. 14	16	1.7
	10.60	19	i.4o
	10.70	20£	1.30
B	10.80 10.97	20-£ 21	1.22 1.30
	11 .02	20	1.38
	1 1 .04	19 -	1.60
	12.35	17*	1.38
	12.40	19	1.32
	12.45	191	1.28
C	12.50 12.55	19* 19*	1.30 1.26
	12.6ο	19*	1.28
	12.65	19*	1.32
	12.70	18	-

Da für eine beliebige Dicke und für beliebige Typen des dielektrischen Materials zwischen der Koni'xgu-

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ration der Elemente und dem Erdleiter der Strahlungswiderstand eines Elementes von einer oder mehreren der Abmessungen abhängig ist (beispielsxveise im Falle eines rechteckigen Elementes, das an nur einem Ende gespeist wird, abhängig, von der Breite) kann die allmählich abnehmende Leistung über eine Konfiguration mit einer festen Anzahl von Elementen in festen Lagen und mit einem festen allgemeinen Speiseleitungsmuster dadurch geändert werden, dass mehrere Elemente der Konfiguration mit verschiedenen Breiten hergestellt werden. Dies wurde jedoch nicht für eines der Ausführungsbeispiele für notwendig gehalten, da befriedigende Resultate erhalten wurden mit Konfigurationen, in denen die jeweilen Elemente alle gleich gross waren. Damit jedoch dieselbe Form der allmählich abnehmenden Leistung über die Konfiguration mit verschiedenen Abmessungen (aber mit demselben Speiseleitungenmuster) erhalten wird, wird es im allgemeinen notwendig sein, die Breite der Elemente zu verringern, je nachdem die Gesamtanzahl Elemente zunimmt, weil sonst beispielsweise eine unzureichende Leistungsmenge von den Elementen ausgestrahlt werden würde, die relativ weit von dem Speisepunkt liegen.

Die allmählich abnehmende Leistung könnte auch durch Aenderung der charakteristischen Impedanzen der Speiseleitungen geregelt werden; eine Antenne kann beispielsweise Speiseleitungen mit verschiedenen charakteristischen Impedanzen haben. Zum Erhalten einer optimalen Leistung, was beispielsweise das Stehwellenverhält-

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2&03900

nis für die ganze Konfiguration anbelangt, kann es notwendig sein, die Impedanz(en) der Speiseleitungen entsprechend u.a. der Anzahl Elemente festzulegen.

Obschon die Antenne aus Fig. 1 und 2 praktisch gleiche vertikale und horizontale Oeffnungen hat und daher praktisch gleiche Ε-Ebene- und H-Ebene-Strahlbreiten, ist es möglich, Konfigurationen herzustellen, die wesentlich verschiedene Ε-Ebene- und H-Ebene-Strahlbreiten schaffen, ohne dass es notwendig ist, die Anzahl Reihen oder die Anzahl Elemente zu ändern sondern nur dadurch, dass der Winkel zwischen den Speiseleitungen und der Polarisationsriehtung geändert wird, wobei zugleich der Abstand zwischen den horizontalen und vertüalen Reihen geändert vird. Ein Beispiel davon wird in Fig. 5a und 5b auf schematische Weise gegeben, die beide regelmässige Konfigurationen von kxk Elementen zeigen, die dasselbe allgemeine Speiseleitungenmuster haben wie die Konfiguration aus Fig. 1. In der Konfiguration nach Fig. $a sind die Oeffnungen etwa gleich; in der Konfiguration nach Fig. 5b ist die vertikale Oeffnung etwa 1^- mal der horizontalen Oeffnung, was zu einer geringeren Strahlbreite in der E-Ebene als in der H-Ebene führt. Es dürfte einleuchten, dass der Bereich, in dem die Neigungswinkel geändert werden können, durch geometrische und technische Faktoren beschränkt wird; die Speiseleitungen dürfen beispielsweise die Dipole nicht berühren bzw. alzusehr in deren Nähe liegen mit Ausnahme derjenigen Dipole, denen sie Energie zuführen bzw. von denen sie Energie bekommen.

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AussQrdem verringert die orthogonale Oeffmmg je nachdem eine Oeffnung grosser wird im Falle eines festen allgemeinen Speiseleitungenmusters und einer festen Anzahl Elemente, die über feste Abstände voneinander längs der Speiseleitungen angeordnet sind. Trotzdem schafft dieses Kennzeichen der Erfindung ein wesentliches zusätzliches Ausmass an Freiheit für den Antennenentwerfer. So wurden beispielsweise zwei Antennen konstruiert, die 4x4 bzw. 6x6 Elemente enthalten mit Strahlbreiten von 26° χ 30° und 24° χ 19° (Ε-Ebene χ H-Ebene).

Es ist nicht notwendig, dass eine erfindungsgemässe Antenne, die beispielsweise eine regelmässige Konfiguration von Elementen enthält, die in orthogonalen Reihen angeordnet sind, eine gleiche Anzahl Reihen in den orthogonalen Richtungen hat. Wenn man beispielsweise ein bestimmtes Speiseleitungsmuster mit einem bestimmten Winkel in bezug auf die gemeinsame Polarisationsriclitung zu verwenden wünscht, oder bestimmte Strahlbreiten in der E- und Η-Ebene wünscht, die mehr abweichen als auf einfache Weise erhalten werden kann, wenn nur ein geeigneter Winkel für die Speiseleitungen in bezug auf die gemeinsame Richtung gewählt wird, können verschiedene Anzahlen von Reihen in den zwei Richtungen verwendet werden. Als Beispiel zeigen die Fig. 6 und 7 Konfigurationen mit 5x4 Elementen bzw. 6x2 Elementen, wobei abweichende Aenderungen des Speiseleitungsnmsters aus Fig. 1 in den zwei Reihen verwendet \v^rex-den. Die Anordnung nach Fig. 6 braucht nur eine Anpassung des Speiseleitungsmusters aus

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ΡΉΒ.3Ρ.567 13. -.'WB

Fig. 1 in zwei einander diagonal gegenüberliegenden Ecken der Konfiguration und wird für besonders geeignet gehalten für Konfigurationen, in denen die zwei Anzahlen von Reihen nicht stark voneinander abweichen und wobei die Gesamtanzahl Elemente nicht klein ist. Andererseits ist die Anordnung aus Fig. 7 geeignet, wenn deutlich verschiedene Ε-Ebene und H-Ebene-Strahlbreiten erforderlich sind (beispielsweise in Funkinterferometern): die symmetrische Anordnung der Speiseleitungen in diesem Ausführungsbeispiel wird als wünschenswert betrachtet um den Elementen in jeder horizontalen Reihe gleiche Leistungsmengen zuzuführen .

Es ist nicht notwendig, dass eine Konfiguration von Elementen parallele Reihen enthält, in denen die Anzahl Elemente in jeder Reihe dieselbe ist. Die Anordnung aus Fig. 1 kann beispielsweise geändert werden um eine Anordnung von etwa dreieckiger Form zu schaffen, indem Teile der Leitung 7 und alle Leitungen 8 (zusammen mit den zugeordneten Elementen), die zur rechten Seite und unterhalb der Leitung 9 liegen, fortgelassen werden. Andere mögliche Aenderungen, unter denen andere Dreieckanordnungen, die durch Fortlassen eines Teils der Anordnung aus Fig. 1 gebildet werden können, liegen auf der Hand.

. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die Elemente beispielsweise in Reihen angeordnet worden, die in rege!massigem Abstand voneinander liegen, braucht nicht eine gerade Anzahl Reihen zu enthalten. Bei einem

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Speiseleitungsmuster, das dem aus Fig. 1 entspricht, können beispielsweise ungerade Anzahlen horizontaler und vertikaler Reihen sein, wobei die vier Elemente, die dem gemeinsamen Speisepunkt am nächsten liegen, dort in einem Abstand Λ (lieber als A /Ζ) davon entfernt sind. Es kann erwünscht sein, dasjenige Element fortzulassen, das dann unmittelbar bei dem gemeinsamen Punkt gespeist werden könnte, wenn seine Aufnahme zu einer zu hohen Strahlung aus diesem Gebiet führen könnte, dies in bezug auf die Strahlung der anderen Elemente der Konfiguration und dadurch in einer unerwünschten Form allmählich abnehmender Leistung. Es ist unwahrscheinlich, dass das Portlassen dieses mittleren Elementes, wenigstens in relativ grossen Konfigurationen, einen deutlichen beeinträchtigenden Effekt haben würde.

Die Elemente brauchen nicht in in regelnlässigen Abständen voneinander liegenden parallelen Reihen angeordnet zu werden. Es kann beispielsweise erwünscht sein, einen unregelmässigen Abstand der Elemente untereinander zu haben (mit einer zugeordneten relativen Phasierung) um eine besondere Form eines polaren Diagramms zu erhalten (was beispielsweise die Form des Hauptzipfels oder die Pegel der Seitenzipfel anbelangt).

Antennenelemente, die gleichphasig erregt werden müssen, brauchen nicht längs einer Speiseleitung in Abständen entsprechend A voneinander (oder entsprechend

ganzen Vielfachen derselben) angebracht zu werden. Beispielsweise in den Fällen, wo die Elemente eine läng-

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liehe Form haben, sich in der gemeinsamen Polarisationsrichtung erstrecken und je an nur einem Ende mit der Speiseleitung verbunden sind, können sie in Abständen entsprechend λ· /2 (oder einem ungeraden Vielfachen derselben) untereinander angeordnet werden, wobei sich aufeinanderfolgende Elemente wechselweise in entgegengesetztem Sinne von der Leitung in der gemeinsamen Richtung erstrecken. Eine entsprechende Anordnung mit Abständen untereinander anders als λ- /2 könnte für nicht gleichphasige Erregung benutzt werden. Die Antennenelemente brauchen nicht nahezu rechteckig zu sein sondern können beispielsweise ellipsenförmig sein.

Es ist nicht notwendig, dass die Antennenelemente parallel angeordnet werden. Stattdessen, dass nur ein Punkt auf einem Element mit nur einer oder mehreren Speiseleitungen verbunden ist, kann ein Reihenanschluss von beispielsweise rechteckigen Elementen mit zwei Speiseleitungen benutzt werden, die mit gegenüberliegenden Enden eines Elementes verbunden sind.

Es dürfte einleuchten, dass die Verwendung von Speiseleitungen in der Mikrowellenantenne, die mit der gemeinsamen Polarisationsrichtung einen Winkel ungleich ητς/2 (mit η = O, 1, 2, 3) (obschon nicht ausschliesslich) für eine "zentral gespeiste" Konfiguration geeignet ist; diese Konfiguration ist im allgemeinen erwünscht aber in bekannten Mikrostreifenantennen kann es schwer oder unbequem sein, sie zu erhalten. Wie obenstehend erwähnt, führt die Symmetrie einer zentral gespeisten Konfiguration

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wie diese in Fig. 1 dargestellt ist, zu einem Hauptzipfel, der unbedingterweise für die Konfiguration normal ist. Um eine "schiefe" Konfiguration zu erhalten, d.h. eine Konfiguration, in der der Hauptzipfel gegenüber der Normalen auf der dielektrischen Ebene schief steht, ist es notwendig, eine Speiseleitungsanordnung zu benutzen, die derart ist, dass die Elemente nicht gleichphasig erregt

werden und dass es eine zunehmende effektive Phasenänderung gibt (d.h., wo dies möglich ist, ganze Vielfache von λ ausser Betracht gelassen) in mindestens einer Richtung über die ganze Konfiguration. Eine Art und Weise dies zu erreichen ist eine Konfiguration, die mindestens teilweise "endgespeist" ist. In der obengenannten Konfiguration mit dreieckigem Umfang, die etwa die halbeKonfiguration aus Fig. 1 umfasst, würde beispielsweise die Anordnung der parallelen Speiseleitungen in einem derartigen Abstand, dass sie die anderen Speiseleitungen mit Zwischenräumen, die nicht gleich \ /3 sind, kreuzen, die Ursache davon sein, dass der Hauptzipfel sich schief an dieser einen Leitung erstrecken würde. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Elemente durch nur eine oder mehrere Seiten der Konfiguration durch sich gegenseitig nicht kreuzende Leitungen gespeist werden. Die Elemente brauchen nicht mit einem gemeinsamen Speisepunkt auf der dielektrischen Platte verbunden zu sein; in der letztgenannten Anordnung beispielsweise können Speiseleitungen im Betrieb mit Mikrowellenenergie über ein entfernbares Randverbiridungselement gespeist werden.

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2^03800

Eine andere Art und Weise einen schiefen Haupt-zipfel zu erhalten ist die Verwendung einer zentral gespeisten Konfiguration, wobei die Elemente in Reihen angeordnet werden, die in regelmässigem Abstand voneinander liegen, wobei die Speiseleitungen derart angeordnet sind, dass der effektive elektrische Abstand zwischen den Elementen über die Konfiguration sich ändert. Fig. 8 zeigt auf schematische Weise eine flache Konfiguration mit hx.h Elementen, die fünf Werte von effektiven elektrischen Längen von Teilen derjenigen Speiseleitung, die durch bis einschliesslich 14 bezeichnet werden, zwischen zwei benachbarten Elementen oder zwischen einem Element und einer benachbarten Kreuzung von Speiseleitungen verwendet. Dadurch, dass die nachfolgenden Werte:

10	: A_g/2 -	Sl E
1 1 :	V²
12:	V^{2 +}	SX ε
13:	^Λ, -	61 ε
14:	'V ⁺	Sl ε

für die Längen der Teile verwendet werden, werden die jeweiligen Elemente in jeder vertikalen Reihe gleicher Phase sein, aber zwischen zwei aufeinanderfolgenden vertikalen Reihen wird es einen Phasenunterschied entsprechend O X σ g^efr^enJ ^so dass der Hauptzipfel gegenüber der Normalen 5 in der Η-Ebene schräg steht (wie auf der rechten Seite dargestellt, wenn Oh positiv ist). Das Erhalten der

erforderlichen Längen der Speiseleitungsteile wird natürlich dazu führen, dass mindestens die Mehrheit der

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Speiseleitungsteile nicht unmittelbar zwischen benachbarten Elementen oder zwischen dem Element und einer anderen Speiseleitung sich erstrecken.

Strahlsteuerung kann dadurch erhalten werden, dass in die Speiseleitungen regelbare Phasenänderungsmittel aufgenommen werden, wie pin-Dioden. Die Konfiguration aus Fig. 8 kann beispielsweise in jedem der Speiseleitungsteile _1_0, VZ^, _1_3 und _1_4 einen Phasendreher enthalten um eine Phasendrehung entsprechend Sh, zu erzeugen und die Längen der Teile 10-I^ können (d.h. wenn die Phasendreher unwirksam sind) wie folgt sein:

10:	V² - '
11:	V²
12:	V²
13:
*1:**

Venn nur die Phasendreher in den Teilen 12 und 14 wirksam sind, wird der Hauptzipfel in der H-Ebene, wie obenstehend erwähnt, schief stehen und nur wenn die Phasen— dreher in den Teilen 10 und 13 im Betrieb sind, steht der Hauptzipfel in bezug auf die Ebene der Konfiguration normal. Im Hinblick auf die obenstehende relativ grosse Bandbreite geeigneter einzelner Antennenelemente kann die Richtung des Hauptzipfels einer schiefen Konfiguration auch dadurch geändert werden, dass die Betriebsfrequenz innerhalb der Bandbreite der Elemente geändert wird.

Dex- Erdleiter einer erfindungsgemässen Antenne braucht nicht unmittelbar auf der gegenüberliegenden

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Seite der dielektrischen Platte gebildet bzw. vorhanden zu sein; die Konfiguration braucht auch nicht flach zu sein. Eine starre gekrümmte dielektrische Platte kann beispielsweise auch verwendet werden oder die Konfiguration von Antennenelementen und von Speiseleitungen kann auf einer Oberfläche einer biegsamen dielektrischen Platte gebildet werden, die danach auf einer starren leitenden Oberfläche (eben oder gekrümmt) befestigt werden kann, die j.di Betrieb als Erdleiter (Bodenplatte) wirksam ist.

Ein anderes Dielektrikum als das der Platte kann .zwischen der Konfiguration und den Speiseleitungen und dem Erdleiter vorhanden sein. Eine starre dielektrische Platte, die die Konfiguration und die Speiselei— tungen trägt, kann beispielsweise selbst unterstützt werden, damit sie durch einen Luftspalt von dem Erdleiter getrennt ist. Eine derartige Anordnung kann für Antennen nützlich sein, die mit relativ niedrigen Mikrowellenfrequenzen arbeiten um die erforderliche Menge festen dielektrischen Materials zu verringern.

Es hat sich herausgestellt, dass es erwünscht ist, den Abstand zwischen den Elementen der Konfiguration und dem Erdleiter nicht zu klein zu machen, denn dies könnte zu einer schlechten Verstärkung und/oder einer sehr geringen Bandbreite führen. Bequemlichkeitshalber kann dieser Abstand in Termen des elektrischen Abstandes ausgedrückt werden, d.h. der Abstand in Terraen von Wellenlängen /V der elektromagnetischen Strahlung bei der Be-

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trlebsfrequenz, die von einem Element der Konfiguration zum Erdleiter geht, wobei V. gleich \, /../£, ist, wo A, die Wellenlänge des freien Raumes und £ die dielektrische Konstante des dielektrischen Mediums zwischen dem EIement und dem Erdleiter bei dieser Frequenz ist, wobei £ ein räumlicher Mittelwert ist wenn zwei oder mehrere verschiedene dielektrische Materialien verwendet werden, beispielsweise wenn es zwischem dem Erdleiter und der dielektrischen Platte einen Luftspalt gibt, wobei die Platte die Elemente unterstützt. Versuche geben den Eindruck, dass eine geeignete untere Grenze für den elektrischen Abstand etwa 0,05 λ_Η beträgt. In den obengenannten Ausführungsbeispielen, die auf einer etwa O,16 cm starken "Polyguide" und einer etwa 0,16 cm starken "CIMCLAD"-Platte konstruiert wurden, betrug der elektrische Abstand etwa 0,08 λ bzw. 0,11 A,,.

Es stellte sich heraus, dass es auch erwünscht ist, dass der elektrische Abstand untereinander nicht zu gross ist. Es wurde beispielsweise ein Versuch gemacht mit einer Antenne nach der Erfindung, die bei 3 GHz betrieben werden konnte und wobei ein Faserglasmaterial verwendet wurde mit einer dielektrischen Konstante entsprechend 4,8 als einziges Dielektrikum zwischen der Konfiguration und dem Erdleiter. Die Stärke des Dielektrikums wurde in Schritten von etwa O,16 cm von 0,16 cm bis etwa 1,1 cm Stärke vergrössert; es wurde gefunden, dass die Verstärkung bei Dicken von 0,64 bis 0,80 cm am gross ten war, was einem Wert 0,12 λ bzw. 0,15 /V, entsprach.

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Leerse it

Claims

PHP.. Ί2.5Ο7

13.1. ]'J

PATENTANSPRÜCHE:

1 .J Eine Mikrowellenantenne mit einer Platte aus dielektrischem Material mit einer unteren und oberen Fläche mit einer auf der oberen Fläche angeordneten Konfiguration aus leitenden Antennenelementen und mit einer Anzahl mit diesen Elementen verbundener Speiseleitungen sowie einer parallel zu und über die ganze untere Fläche angeordneten leitenden Platte, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente derart angeordnet sind und durch Speiseleitungen gespeist werden, dass die Mikrowellenantenne ein linear polarisiertes Strahlungsdiagramm hat und dass mindestens zwei der Elemente durch eine erste Speiseleitung miteinander verbunden werden, die über nahezu die ganze Länge zwischen den genannten zwei Elementen einen Winkel ungleich nft/2 (mit η = O, 1, 2, ...) mit der Polarisationsrichtung des Strahlungsdiagramms einschiiesst.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Speiseleitung sich unmittelbar zwischen den zwei Elementen erstreckt.
3· Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drittes Element und die erste Speiseleitung miteinander verbunden sind und zwar durch eine zweite Speiseleitung, die sich über nahezu die ganze Länge zwischen dem dritten Element und der ersten Speiseleitung in einem Winkel ungleich n'Jj/2 (mit n=O, 1, 2, ·..) gegenüber der Polarisationsrichtung
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2003900erstreckt, die gegenüber dem Winkel zwischen der ersten Speiseleitung und der Polarisationsrichtung um diese Polarisationsrichtung gespiegelt ist.
h. Antenne nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Speiseleitung sich unmittelbar zwischen den dritten Element und der ersten Leitung erstreckt.
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