[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine in einer metallischen Oberfläche versenkte Ringschlitzantenne,
die einen Durchmesser von etwa einer halben Betriebswellenlänge aufweist und mittels
einer Koaxialleitung gespeist ist.
[0002] Aus dem Buch P.Honold: "Sekundär-Radar", Siemens AG. Berlin und München, 1971, Seiten
38-40 ist eine derartige, mit der metallischen Flugzeugaußenhaut bündige und über
ein Koaxialkabel gespeiste Ringschlitzantenne bekannt. Es handelt sich hierbei um
eine Schmalbandantenne mit Rundstrahlcharakter.
[0003] Eine moderne Freund-Feind-Kennung verlangt jedoch für den Transponder an Bord von
schnellen Luftfahrzeugen nicht vorstehende Antennen mit Rundstrahlcharakter, die
für verschiedene Frequenzbereiche empfangs- und/oder sendebereit sind. Vorstehende
Breitband- bzw. Mehrbandantennen, für die es bekannte Ausführungen gibt, sind für
schnelle Luftfahrzeuge, z.B. für Überschallflugzeuge, wegen des zu hohen Luftwiderstands
nicht geeignet.
[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, unter Anwendung des bekannten Prinzips der versenkt
in eine metallische Oberfläche eingebauten Ringschlitzantenne eine Mehrband-Rundstrahlantenne
für versenkten Einbau insbesondere in Flugzeugoberflächen zu schaffen.
[0005] Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Ringschlitzantenne der eingangs genannten
Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Koaxialleitung an eine in
der Rotationssymmetrieachse liegende, jedoch gegenüber der metallischen Oberfläche
zurückgesetzt angeordnete Verzweigungsstelle herangeführt ist, von der aus mehrere
sternförmig abgehende und zunächst etwa parallel zur metallischen Oberfläche verlaufende
Koaxialleitungsstücke an den als Graben ausgebildeten Ringschlitz geführt sind und
als Ganzes etwa die Form eines Korbes aufweisen, und daß in den sich aufgrund der
zurückgesetzten Anordnung der Verzweigungsstelle ergebenden Korbinnenraum im Mittelbereich
dieser ersten Ringschlitzantenne noch eine oder mehr derartige grabenförmige und in
gleicher Weise wie diese erste Ringschlitzantenne jeweils über eine Koaxialleitung,
eine Verzweigungsstelle und Koaxialleitungsstücke gespeiste Ringschlitzantennen konzentrisch
angeordnet sind, die somit aufgrund ihres geringeren Durchmessers für höhere Frequenzbänder
ausgelegt sind als die für das niedrigste Frequenzband bemessene äußere Ringschlitzantenne
und die ebenfalls in ihrem Korbinnenraum Raum für die Ringschlitzantennen der jeweils
höheren Frequenzbänder aufweisen. Je nach Frequenzverhältnis können mehrere, z.B.
drei bis vier Ringschlitzantennen für einzelne Frequenzbänder konzentrisch untergebracht
werden.
[0006] Oberhalb eines Frequenzbereiches von etwa 7 bis 8 GHz, in welchem der Durchmesser
eines einem solchen Frequenzbereich zugeordneten Ringschlitzes kleiner als zwanzig
Millimeter werden würde, kann die Anregung des Ringschlitzes über die Koaxialkabelstücke
problematisch werden. Für dieses höchste Frequenzband ist es deswegen zweckmäßig,
in der Rotationssymmetrieachse einen zentralen Unipol, d.h. einen Halbwellen-Dipol,
vorzusehen, der als verlängerter Innenleiter einer speisenden Koaxialleitung über
einer in der Mitte vertieften, nach außen in Richtung zur metallischen Oberfläche
ansteigenden und mit dem Außenleiter der speisenden Koaxialleitung verbundenen Grundplatte
steht, durch die in einer zentralen Bohrung der Innenleiter durchgeführt ist und die
zugleich den von der Innenwand des grabenförmigen Ringschlitzes der innersten Ringschlitzantenne
umgrenzten Bereich der metallischen Oberfläche darstellt.
[0007] In vorteilhafter Weise werden die Koaxialleitungen und die Koaxialleitungsstücke
aus der für alle Antennen gemeinsamen Rotationssymmetrieachse mittels koaxialer Kabelwinkelstecker
an den Anschlüssen bzw. Verzweigungsstellen weggeführt.
[0008] Die als Gräben ausgebildeten Ringschlitze und auch der Raum um und über dem zentralen
Unipol lassen sich durch Radomplatten aus verlustarmen dielektrischen Material abdecken.
Diese Radomplatten können z.B. in einer Sandwich-Bauweise ausgeführt sein.
[0009] In vorteilhafter Weise ist die Zahl der jeweils an den grabenförmigen Ringschlitz
einer Ringschlitzantenne symmetrisch sternförmig herangeführten Koaxialleitungen gerade
und beträgt mindestens vier. Die Innenleiter dieser Koaxialleitungen sind dann zweckmäßig
entlang des grabenförmigen Ringschlitzes abwechselnd mit der Außenwand und der Innenwand
dieses Ringschlitzes elektrisch verbunden.
[0010] Handelt es sich um eine horizontal verlaufende metallische Oberfläche, in welcher
die Ringschlitze eingebracht sind, so ist die Polarisation der Ringschlitzantennen
und auch des zentralen Unipols vertikal.
[0011] Gegenüber einer Breitband-Ausführung, bei der alle Frequenzbänder durch eine einzige
Antenne abgedeckt werden, bietet eine nach der Erfindung aufgebaute Mehrband-Ringschlitzantenne
den Vorteil, daß eine Aufteilung für die Sender oder Empfänger der Einzelbänder keine
aufwendigen Frequenzweichen und Filter benötigt. Zur Trennung von Sende- und Empfangswegen
sind lediglich Sende-/Empfangsschalter oder Zirkulatoren notwendig.
[0012] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in zwei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht einer für drei Frequenzbänder vorgesehenen Antenne
nach der Erfindung, und
Fig. 2 eine Draufsicht auf diese Antenne.
[0013] Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Antenne handelt es sich um eine Transponder-Antenne,
die in die metallische Oberfläche eines Flugzeugs versenkt ist und aus zwei konzentrischen
Ringschlitzantennen sowie einem zentralen Unipol besteht. Das dargestellte Ausführungsbeispiel
einer Antenne nach der Erfindung ist somit eine Dreiband-Rundstrahlantenne, die in
die Flugzeugaußenhaut versenkt ist. Die Durchmesser der beiden konzentrischen Ringschlitzantennen
beträgt jeweils etwa eine halbe mittlere Betriebswellenlänge, wobei die äußere Ringschlitzantenne
für das tiefste Frequenzband mit einer Mittenfrequenz f1, die innere Ringschlitzantenne
für ein Frequenzband mit der mittleren Frequenz f2 und der zentrale Unipol für das
höchste Frequenzband mit der mittleren Frequenz f3 vorgesehen ist.
[0014] Eine Koaxialleitung 2 ist an eine in der Rotationssymmetrieachse 3 der Antenne liegende,
jedoch gegenüber der metallischen Oberfläche 1 zurückgesetzt angeordnete Verzweigungsstelle
4 herangeführt. Von dieser Verzweigungsstelle 4 gehen acht Koaxialleitungsstücke 5,6
sternförmig und zunächst etwa parallel zur metallischen Oberfläche 1 ab. Sie sind
dann abgewinkelt und werden an einen grabenförmigen Ringschlitz 7 geführt. Die Innenleiter
22,23 dieser acht Koaxialleitungsstücke 5,6 sind an vier Stellen mit der Außenwand
27 des grabenförmigen Ringschlitzes 7 und an vier Stellen mit der Innenwand 26 des
Ringschlitzes 7 verbunden. In Fig. 1 sind von den acht als Ganzes etwa die Form eines
Korbes aufweisenden Koaxialleitungsstücken lediglich zwei Koaxialleitungsstücke 5
und 6 sichtbar, deren Innenleiter 22 bzw. 23 mit zwei Stellen der Innenwand 27 des
grabenförmigen Ringschlitzes 7 verbunden sind. Die Koaxialleitungsstücke des "Korbbodens"
könnten auch durch Streifenleitungen auf einer gemeinsamen Trägerplatte ersetzt werden.
Aufgrund der einen etwa einen Korb ergebenden Führung der acht Koaxialleitungsstücke
5,6 und der zurückgesetzten Anordnung der Verzweigungsstelle 4 ergibt sich im Mittelbereich
dieser Ringschlitzantenne Raum, um in konzentrischer Weise noch eine zweite Ringschlitzantenne
sowie einen Unipol 13 unterzubringen. Die zweite Ringschlitzantenne, die für das höhere
Frequenzband mit der mittleren Frequenz f2 dimensioniert ist, besteht aus einem ebenfalls
grabenförmigen Ringschlitz 12, der gleichermaßen wie bei der äußeren Ringschlitzantenne
über eine Koaxialleitung 8, eine in der Rotationssymmetrieachse 3 liegende Verzweigungsstelle
9 und über acht davon sternförmig abgehende Koaxialleitungsstücke gespeist wird, von
denen lediglich die beiden Koaxialleitungsstücke 10 und 11 dargestellt sind. Auch
bei dieser Ringschlitzantenne sind die Innenleiter der Koaxialleitungsstücke rund
um den grabenförmigen Ringschlitz 12 abwechselnd mit der Außenwand 28 und der Innenwand
19 des grabenförmigen Ringschlitzes 12 verbunden. In Fig.1 sind lediglich zwei Stellen
erkennbar, an denen die Innenleiter 24,25 mit der Außenwand 28 des Ringschlitzes
12 verbunden sind. Für den obersten Frequenzbereich mit der mittleren Frequenz f3
wird ein Unipol 13 verwendet, der in der Rotationssymmetrieachse 3 liegt und als verlängerter
Innenleiter 18 einer speisenden Koaxialleitung 14 über einer in ihrer Mitte mit einer
Vertiefung 16 versehenen, nach außen in Richtung zur metallischen Oberfläche 1 ansteigenden
Grundplatte 15 steht. Dieser Grundplatte 15 ist mit dem Außenleiter der speisenden
Koaxialleitung 14 elektrisch verbunden. Die Grundplatte 14 bildet zugleich den von
der Innenwand 19 des grabenförmigen Ringschlitzes 12 der inneren Ringschlitzantenne
umgrenzten Bereich der metallischen Oberfläche 1. Die Koaxialleitungen 2,8 und 14
sowie die Koaxialleitungsstücke 5,6,10,11 sind aus der für alle Antennen gemeinsamen
Rotationssymmetrieachse 3 mittels koaxialer Kabelwinkelstecker an den Anschlüssen
bzw. Verzweigungsstellen 4 und 9 weggeführt.
[0015] Die grabenförmig ausgebildeten Ringschlitze 7 und 12 sowie der Raum um den zentralen
Unipol 13 und über diesem sind durch zwei Radomplatten 20,21 aus verlustarmem dielektrischen
Material abgedeckt, das gegebenenfalls in Sandwich-Bauweise ausgeführt werden kann.
1. In einer metallischen Oberfläche versenkte Ringschlitzantenne, die einen Durchmesser
von etwa einer halben Betriebswellenlänge aufweist und mittels einer Koaxialleitung
gespeist ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialleitung (2) an eine in der Rotationssymmetrieachse (3) liegende,
jedoch gegenüber der metallischen Oberfläche (1) zurückgesetzt angeordnete Verzweigungsstelle
(4) herangeführt ist, von der aus mehrere sternförmig abgehende und zunächst etwa
parallel zur metallischen Oberfläche verlaufende Koaxialleitungsstücke (5,6) an den
als Graben ausgebildeten Ringschlitz (7) geführt sind und als Ganzes etwa die Form
eines Korbes aufweisen, und daß in den sich aufgrund der zurückgesetzten Anordnung
der Verzweigungsstelle ergebenden Korbinnenraum im Mittelbereich dieser ersten Ringschlitzantenne
noch eine oder mehr derartige grabenförmige und in gleicher Weise wie diese erste
Ringschlitzantenne jeweils über eine Koaxialleitung (8), eine Verzweigungsstelle (9)
und Koaxialleitungsstücke (10,11) gespeiste Ringschlitzantennen konzentrisch angeordnet
sind, die somit aufgrund ihres geringeren Durchmessers für höhere Frequenzbänder (f2)
ausgelegt sind als die für das niedrigste Frequenzband (f1) bemessene äußere Ringschlitzantenne
und die ebenfalls in ihrem Korbinnenraum Raum für die Ringschlitzantennen der jeweils
höheren Frequenzbänder aufweisen.
2. Ringschlitzantenne nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß für das höchste Frequenzband (f3) in der Rotationssymmetrieachse (3) ein zentraler
Unipol (13), d.h. ein Halbwellen-Dipol vorgesehen ist, der als verlängerter Innenleiter
(18) einer speisenden Koaxialleitung (14) über einer in der Mitte mit einer Vertiefung
(16) versehenen, nach außen in Richtung zur metallischen Oberfläche (1) ansteigenden
und mit dem Außenleiter der speisenden Koaxialleitung (14) elektrisch verbundenen
Grund platte (15) steht, durch die in einer zentralen Bohrung (17) der Innenleiter
(18) durchgeführt ist und die zugleich den von der Innenwand (19) des grabenförmigen
Ringschlitzes (12) der innersten Ringschlitzantenne umgrenzten Bereich der metallischen
Oberfläche (1) darstellt.
3. Ringschlitzantenne nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialleitungen (2,8,14) und die Koaxialleitungsstücke (5,6,10,11) aus
der für alle Antennen gemeinsamen Rotationssymmetrieachse (3) mittels koaxialer Kabelwinkelstecker
an den Anschlüssen bzw. Verzweigungsstellen (4,9) weggeführt sind.
4. Ringschlitzantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die grabenförmig ausgebildeten Ringschlitze durch Radomplatten (20,21) aus
verlustarmem dielektrischen Material abgedeckt sind.
5. Ringschlitzantenne nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß auch der Raum um den zentralen Unipol (13) und darüber durch eine Radomplatte
(20) aus verlustarmem dielektrischen Material mit abgedeckt ist.
6. Ringschlitzantenne nach Anspruch 4 und 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Radomplatte für den innersten Ringschlitz und die Radomplatte zur Abdeckung
des Raums um und über dem zentralen Unipol (13) zu einer einzigen zentralen Radomplatte
(20) zusammengefaßt sind.
7. Ringschlitzantenne nach den Ansprüchen 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Radomplatten (20,21) in Sandwichbauweise ausgeführt sind.
8. Ringschlitzantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der jeweils an den grabenförmigen Ringschlitz (7,12) einer Ringschlitzantenne
symmetrisch sternförmig herangeführten Koaxialleitungsstücke (5,6,10,11) gerade ist
und mindestens vier beträgt, und daß die Innenleiter (22 bis 25) dieser Koaxialleitungsstücke
entlang des jeweiligen grabenförmigen Ringschlitzes abwechselnd mit der Außenwand
(27,28) und der Innenwand (26,19) des jeweiligen Ringschlitzes elektrisch verbunden
sind.
9. Ringschlitzantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialleitungsstücke, die sich jeweils über den "Boden" eines Korbes erstrecken,
durch Streifenleitungen auf einer gemeinsamen Trägerplatte ersetzt sind.
10. Ringschlitzantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch die Verwendung als Flugzeugtransponderantenne, deren metallische Oberfläche
(1) und Radomplatten (20,21) mit der Außenhaut des Flugzeugs identisch bzw. bündig
sind.