EP1263086A2 - Slot antenna - Google Patents
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- H01Q21/0037—Particular feeding systems linear waveguide fed arrays
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Definitions
- the invention relates to a slot radiator element according to claim 1.
- Slot radiator elements as they are often used as an antenna in high-frequency technology are comprised of a waveguide extending in a longitudinal direction with at least one slot for radiating a part of a guided in the waveguide electromagnetic wave.
- a slot radiator is e.g. out DE-GM 1 959 159 known.
- this represents a first cross-connected Capacitance C1 on the waveguide.
- the object of the invention is to provide an improved slot radiator element.
- Negative and positive capacities can be explained with the help of field theory. So the coupling agent in the area of the slot represents a positive capacitance the effect of the coupling agents as field distortion can be predominantly explain the electrical field of the line. This leads to an increase in Field energy around the coupling agent, e.g. a pen around. In a line diagram this effect can be represented as a capacity. Because the concentration of the electrical Field is increased, the capacity is positive.
- the web on the broad side of the waveguide opposite the slot is in one Equivalent circuit diagram can also be represented as a capacity.
- the web is reduced, which is a decrease field energy.
- the capacity therefore has a negative value.
- the means for excitation the radiation of the waveguide shaft by a side arranged next to the slot Pen formed from a conductive material.
- the pin is preferably at the level of the longitudinal direction of the waveguide Arranged in the middle of the slot.
- the step-shaped depression has a rectangular cross section with a length D and a height H parallel and / or perpendicular to the longitudinal direction of the web.
- the step-shaped depression and the slot are advantageous with regard to the longitudinal direction of the waveguide arranged in the middle of each other.
- the width B of the web is advantageously greater than the width b of the slot.
- the waveguide 1a and 1b show sections of slit beam element in the form of a rectangular ridge waveguide with two broad sides 4, 9 and two narrow sides 7, 8.
- the waveguide 1 On its one (First) broadside 4, the waveguide 1 is provided with a slot 2, which is in Longitudinal direction of the waveguide 1 extends.
- the slot 2 is used to emit a Part of an electromagnetic wave guided in the waveguide.
- the length of the Slot 2 is half the wavelength in the illustrated embodiment ⁇ / 2 of the working frequency, i.e. the resonance frequency of the slot radiator element.
- the first broad side 4 of the rectangular waveguide is another (Second) broadside 9, on the inside of which the slot 2 is opposite web 3 also extending in the longitudinal direction of the waveguide 1 is provided is.
- a pin 5 made of an electrically conductive material is arranged, by what means to excite the radiation of the waveguide wave from the Slot 2 are formed.
- the pin 5 causes an asymmetrical distortion of the field distribution in the waveguide in the area of the slot, making it the waveguide shaft is allowed to emerge from the slot 2 for radiation. Without such means for Excitation of the radiation would be a rectangular ridge waveguide of the type shown, where both the slot 2 and the web 3 run in the middle of the waveguide, do not blast.
- the pin 5 forms the means for exciting the radiation of the waveguide wave from the slot 2, a capacitance C 1 , which is connected in parallel to a series resonance circuit LCR representing the slot 2.
- the capacitance C 1 means that this series resonant circuit LCR is loaded with a capacitive reactance.
- a step-shaped depression 6 is formed on the web 3 in the region of the slot 2.
- this step-shaped depression 6 represents a second cross-connected capacitance C 2 , which at least partially compensates for the first cross-connected capacitance C 1 represented by the pin 5.
- the stepped depression 6 has a rectangular shape with a length D and a height H. Seen transversely to the longitudinal direction of the waveguide 1, the stepped depression 6, the width of which corresponds to that of the web 3, also has a rectangular cross section.
- the step-shaped depression 6 thus has a resulting negative capacitance which is just opposite to the (positive) capacitance of the means, ie the pin 5, for stimulating the radiation from the slot 2.
- the pin 5 forming the means for radiation from the slot 2 is relative to the
- the longitudinal direction of the waveguide 1 is arranged centrally on the slot 2.
- the web 3 has seen rectangular to the longitudinal direction of the waveguide 1, a rectangular cross section, the width B of the web 3, and thus also that of the step-shaped recess 6, is greater than the width b of the slot 2.
- the one next to the slot 2 The center of pin 5 is approximately above the lateral boundary of the web 3.
- the step-shaped recess 6 is with respect to the longitudinal direction of the Waveguide 1 arranged centrally on the slot 2.
- the resulting effect of the combined arrangement of the radiation means the waveguide shaft forming pin 5 and that formed by the recess 6 Step form consists in an excitation of the radiation of the waveguide wave from the Slot 2 without loading the circuit with a capacitive reactance.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Schlitzstrahlerelement nach dem Anspruch 1.The invention relates to a slot radiator element according to
Schlitzstrahlerelemente, wie sie in der Hochfrequenztechnik als Antenne häufig verwendet werden, umfassen einen sich in einer Längsrichtung erstreckenden Hohlleiter mit mindestens einem Schlitz zur Abstrahlung eines Teils einer in dem Hohlleiter geführten elektromagnetischen Welle. Im Bereich des Schlitzes ist oft ein aus einem leitfähigen Material bestehender Stift als Mittel zur Anregung der Abstrahlung der Hohlleiterwelle aus dem Schlitz vorgesehen. Ein solcher Schlitzstrahler ist z.B. aus DE-GM 1 959 159 bekannt. Im Ersatzschaltbild repräsentiert dieser eine erste quergeschaltete Kapazität C1 am Hohlleiter.Slot radiator elements, as they are often used as an antenna in high-frequency technology are comprised of a waveguide extending in a longitudinal direction with at least one slot for radiating a part of a guided in the waveguide electromagnetic wave. In the area of the slot there is often one out of one conductive material existing pen as a means of stimulating the radiation of the Waveguide shaft provided from the slot. Such a slot radiator is e.g. out DE-GM 1 959 159 known. In the equivalent circuit diagram, this represents a first cross-connected Capacitance C1 on the waveguide.
Aus DE 33 10 531 A1 sind aber auch Schlitzstrahlerelemente bekannt, bei denen der Hohlleiter häufig mit einem sich innen an der dem Schlitz gegenüberliegenden Wand in Längsrichtung des Hohlleiters erstreckenden Steg versehen ist.From DE 33 10 531 A1 slot radiator elements are also known, in which the Waveguide often with a wall on the inside opposite the slot is provided in the longitudinal direction of the waveguide web.
Im besonderen Fall eines symmetrisch aufgebauten Rechteck- Steghohlleiters, bei dem sowohl ein sich in Längsrichtung des Hohlleiters erstreckender Schlitz als auch der Steg bezüglich der Querausdehnung des Hohlleiters mittig angeordnet sind, ist der besagte aus einem leitfähigen Material bestehende Stift ein notwendiges Mittel zur Anregung der Abstrahlung der Hohlleiterwelle aus dem Schlitz. Das Wirkungsprinzip besteht in einer unsymmetrischen Verzerrung der Feldverteilung in dem Hohlleiter unter dem Schlitz. Die Schlitz-Stift-Kombination wirkt im Ersatzschaltbild wie ein quergeschalteter Kondensator parallel zu einem Serienresonanzkreis. Zur Kompensation kann in der Hohlleitertechnik eine induktive Blende eingesetzt werden. In the special case of a symmetrical rectangular waveguide, at which both a slot extending in the longitudinal direction of the waveguide and the web is arranged centrally with respect to the transverse extension of the waveguide said pen made of a conductive material is a necessary means to excite the radiation of the waveguide shaft from the slot. The principle of action consists in an asymmetrical distortion of the field distribution in the Waveguide under the slot. The slot-pin combination works in the equivalent circuit diagram like a cross-connected capacitor in parallel with a series resonance circuit. to Compensation, an inductive diaphragm can be used in waveguide technology.
Deren Realisierung ist jedoch in der Praxis schwierig und sie bewirkt darüberhinaus selbst eine auf die Anregung der Abstrahlung rückwirkende Feldverzerrung.However, their implementation is difficult in practice and it also has an effect even a field distortion retroactive to the excitation of the radiation.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Schlitzstrahlerelement zu schaffen.The object of the invention is to provide an improved slot radiator element.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schlitzstrahlerelement gemäß den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen
Schlitzstrahlerelements sind Gegenstand von Unteransprüchen.The object is achieved by a slot radiator element according to the
Features of
Erfindungsgemäß umfaßt das Schlitzstrahlerelement in Form eines rechteckigen Hohlleiters:
- mindestens einen in der Mitte der einen Breitseite befindlichen Schlitz,
- einen in der Mitte der Innenoberfläche der anderen Breitseite angeordneten rechteckigen Steg, wobei der Schlitz und der Steg sich jeweils entlang der Längsrichtung des Hohlleiters erstrecken,
- im Bereich des Schlitzes angeordnete Kopplungsmittel, insbesondere einen Stift, welche den Schlitz zur Abstrahlung elektromagnetischer Energie anregen,
- auf der dem Schlitz zugewandten Oberfläche des Stegs ausgeführten Kompensationsmittel, welche die durch die Kopplungsmittel verursachte Fehlanpassung des Hohlleiters an den, den Hohlleiter mit elektromagnetischer Energie speisenden Generator kompensieren, wobei die Kompensationsmittel derart ausgeführt sind, dass der Steg im Bereich des Schlitzes eine stufenförmige Vertiefung aufweist.
- at least one slot in the middle of one broadside,
- a rectangular web arranged in the middle of the inner surface of the other broad side, the slot and the web each extending along the longitudinal direction of the waveguide,
- Coupling means arranged in the area of the slot, in particular a pin, which excite the slot to emit electromagnetic energy,
- on the surface of the web facing the slot compensating means which compensate for the mismatch of the waveguide caused by the coupling means to the generator feeding the waveguide with electromagnetic energy, the compensating means being designed such that the web has a step-shaped depression in the area of the slot ,
Vorzugsweise stellt in einem Leitungsersatzschaltbild, in dem der Schlitz des Hohlleiters als Serienresonanzkreis dargestellt ist, die stufenförmige Vertiefung eine zu dem Serienresonanzkreis parallel geschaltete negative Kapazität dar.Preferably represents in a line equivalent circuit diagram in which the slot of the waveguide is shown as a series resonance circuit, the step-shaped depression negative capacitance connected in parallel to the series resonant circuit.
Negative und positive Kapazität lassen sich mit Hilfe der Feldtheorie erklären. So stellt das Kopplungsmittel im Bereich des Schlitzes eine positive Kapazität dar. Feldtheoretisch läßt sich die Wirkung der Kopplungsmittel als Feldverzerrung, vorwiegend des elektrischen Feldes der Leitung erklären. Dabei kommt es zu einer Erhöhung der Feldenergie um das Kopplungsmittel, z.B. ein Stift herum. In einem Leitungsschaltbild kann diese Wirkung als Kapazität dargestellt werden. Da die Konzentration des elektrischen Feldes vergrößert wird, ist die Kapazität positiv.Negative and positive capacities can be explained with the help of field theory. So the coupling agent in the area of the slot represents a positive capacitance the effect of the coupling agents as field distortion can be predominantly explain the electrical field of the line. This leads to an increase in Field energy around the coupling agent, e.g. a pen around. In a line diagram this effect can be represented as a capacity. Because the concentration of the electrical Field is increased, the capacity is positive.
Der Steg auf der dem Schlitz gegenüberliegenden Breitseite des Hohlleiters ist in einem Ersatzschaltbild ebenfalls als Kapazität darstellbar. Durch die erfindungsgemäße stufenförmige Vertiefung des Steges wird der Steg verkleinert, was eine Erniedrigung der Feldenergie bewirkt. Die Kapazität besitzt somit einen negativen Wert.The web on the broad side of the waveguide opposite the slot is in one Equivalent circuit diagram can also be represented as a capacity. By the invention step-shaped depression of the web, the web is reduced, which is a decrease field energy. The capacity therefore has a negative value.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Mittel zur Anregung der Abstrahlung der Hohlleiterwelle durch einen seitlich neben dem Schlitz angeordneten Stift aus einem leitfähigen Material gebildet.According to a preferred embodiment of the invention, the means for excitation the radiation of the waveguide shaft by a side arranged next to the slot Pen formed from a conductive material.
Vorzugsweise ist der Stift bezüglich der Längsrichtung des Hohlleiters in Höhe der Mitte des Schlitzes angeordnet.The pin is preferably at the level of the longitudinal direction of the waveguide Arranged in the middle of the slot.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die stufenförmige Vertiefung einen rechteckigen Querschnitt mit einer Länge D und einer Höhe H parallel und/oder senkrecht zur Längsrichtung des Steges auf. Die Länge D und die Länge H der stufenförmigen Vertiefung sind vorteilhaft derart gewählt, dass C1 + C2 = 0 gilt, wobei C1 die in einem Leitungsersatzschaltbild als Kapazität C1 darzustellenden Kopplungsmittel und C2 die in einem Leitungsersatzschaltbild als negative Kapazität C2 darzustellenden stufenförmigen Vertiefung in dem Steg ist.In a preferred embodiment, the step-shaped depression has a rectangular cross section with a length D and a height H parallel and / or perpendicular to the longitudinal direction of the web. The length D and the length H of the step-shaped recess are advantageously chosen such that C 1 + C 2 = 0, where C 1 is the coupling means to be shown in a line equivalent circuit diagram as capacitance C 1 and C 2 is the negative capacitance C 2 in a line equivalent circuit diagram to be displayed step-shaped depression in the web.
Die stufenförmige Vertiefung und der Schlitz sind vorteilhaft bezüglich der Längsrichtung des Hohlleiters mittig zueinander angeordnet.The step-shaped depression and the slot are advantageous with regard to the longitudinal direction of the waveguide arranged in the middle of each other.
Die Breite B des Steges ist vorteilhaft größer als die Breite b des Schlitzes.The width B of the web is advantageously greater than the width b of the slot.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1a
- in perspektivischer Seitenansicht einen Ausschnitt eines Schlitzstrahlerelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- Fig. 1b
- eine Draufsicht des in Fig. 1a gezeigten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schlitzstrahlerelements; und
- Fig. 2
- ein Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Schlitzstrahlerelements nach den Fig. 1a und 1b.
- Fig. 1a
- a perspective side view of a section of a slot radiator element according to an embodiment of the invention;
- Fig. 1b
- a plan view of the embodiment of the slot radiator element according to the invention shown in Fig. 1a; and
- Fig. 2
- an equivalent circuit diagram of the slot radiator element of the invention according to FIGS. 1a and 1b.
Fig. 1a und 1b zeigen ausschnittsweise Schlitzstrahlelement in Form eines Rechteck-Steghohlleiters
mit zwei Breitseiten 4, 9 sowie zwei Schmalseiten 7, 8. An seiner einen
(ersten) Breitseite 4 ist der Hohlleiter 1 mit einem Schlitz 2 versehen, der sich in
Längsrichtung des Hohlleiters 1 erstreckt. Der Schlitz 2 dient zur Abstrahlung eines
Teils einer in dem Hohlleiter geführten elektromagnetischen Welle. Die Länge des
Schlitzes 2 beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die halbe Wellenlänge
λ/2 der Arbeitsfrequenz, d.h. der Resonanzfrequenz des Schlitzstrahlerelements. Der
ersten Breitseite 4 des Rechteckhohlleiters gegenüberliegend befindet sich eine andere
(zweite) Breitseite 9, an deren Innenseite dem Schlitz 2 gegenüberliegend ein
sich ebenfalls in Längsrichtung des Hohlleiters 1 erstreckender Steg 3 vorgesehen
ist. Im Bereich des Schlitzes 2, nämlich in Längsrichtung des Hohlleiters 1 betrachtet
in dessen Mitte, ist ein Stift 5 aus einem elektrisch leitfähigen Material angeordnet,
durch welchen Mittel zur Anregung der Abstrahlung der Hohlleiterwelle aus dem
Schlitz 2 gebildet sind. Der Stift 5 bewirkt eine unsymmetrische Verzerrung der Feldverteilung
in dem Hohlleiter im Bereich des Schlitzes, wodurch es der Hohlleiterwelle
gestattet wird, aus dem Schlitz 2 zur Abstrahlung auszutreten. Ohne solche Mittel zur
Anregung der Abstrahlung würde ein Rechteck-Steghohlleiter der dargestellten Art,
bei dem sowohl der Schlitz 2 als auch der Steg 3 in der Hohlleiter-Mitte verlaufen,
nicht abstrahlen.1a and 1b show sections of slit beam element in the form of a rectangular ridge waveguide
with two
Bezugnehmend auf Fig. 2, bildet der Stift 5, bzw. allgemein gesprochen, die Mittel zur
Anregung der Abstrahlung der Hohlleiterwelle aus dem Schlitz 2, eine Kapazität C1,
welche einem den Schlitz 2 repräsentierenden Serienresonanzkreis LCR parallel geschaltet
ist. Die Kapazität C1 bedeutet eine Belastung dieses Serienresonanzkreises
LCR mit einem kapazitiven Blindwiderstand.With reference to FIG. 2, the
Wiederum zurückkehrend zu Fig. 1a und 1b ist an dem Steg 3 im Bereich des Schlitzes
2 eine stufenförmige Vertiefung 6 ausgebildet. Diese stufenförmige Vertiefung 6
repräsentiert für die sich in dem Hohlleiter 1 ausbreitende Welle eine zweite quergeschaltete
Kapazität C2, welche die durch den Stift 5 repräsentierte erste quergeschaltete
Kapazität C1 zumindest teilweise kompensiert. Die stufenförmige Vertiefung
6 hat von der Seite gesehen eine rechteckige Form mit einer Länge D und einer Höhe
H. Quer zur Längsrichtung des Hohlleiters 1 gesehen hat die stufenförmige Vertiefung
6, deren Breite der des Steges 3 entspricht, einen ebenfalls rechteckigen
Querschnitt. Die Länge D und die Höhe H der stufenförmigen Vertiefung 6 sind so
gewählt, daß sich die Kapazität C1 der Mittel zur Anregung zur Abstrahlung aus dem
Schlitz 2, also des leitenden Stiftes 5, und die Kapazität C2 der stufenförmigen Vertiefung
6 gerade aufheben, also gilt C1 + C2 = 0. Die stufenförmige Vertiefung 6 hat
somit eine resultierende negative Kapazität, welche der (positiven) Kapazität der
Mittel, d.h. des Stiftes 5, zur Anregung der Abstrahlung aus dem Schlitz 2 gerade
entgegengerichtet ist.Returning to FIGS. 1a and 1b, a step-shaped
Der die Mittel zur Abstrahlung aus dem Schlitz 2 bildende Stift 5 ist bezüglich der
Längsrichtung des Hohlleiters 1 mittig an dem Schlitz 2 angeordnet. Der Steg 3 hat
quer zur Längsrichtung des Hohlleiters 1 gesehen einen rechteckigen Querschnitt,
wobei die Breite B des Steges 3, und damit auch die der stufenförmigen Vertiefung 6,
größer als die Breite b des Schlitzes 2 ist. Der seitlich neben dem Schlitz 2 angeordnete
Stift 5 befindet sich mit seiner Mitte ungefähr über der seitlichen Begrenzung
des Steges 3. Die stufenförmige Vertiefung 6 ist bezüglich der Längsrichtung des
Hohlleiters 1 mittig an dem Schlitz 2 angeordnet.The
Die resultierende Wirkung der kombinierten Anordnung des die Mittel zur Abstrahlung
der Hohlleiterwelle bildenden Stiftes 5 und der durch die Vertiefung 6 gebildeten
Stufenform besteht in einer Anregung der Abstrahlung der Hohlleiterwelle aus dem
Schlitz 2 ohne eine Belastung der Schaltung mit einem kapazitiven Blindwiderstand.The resulting effect of the combined arrangement of the radiation means
the waveguide
Claims (9)
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