Schlitzantenne

Schlitzgruppenantenne aus einem Schiffsradar

Eine Schlitzantenne ist eine spezielle Art von Antenne, die einem für den Antennenbau ungewöhnlichen Prinzip folgt: Gewöhnlich werden Antennen so konstruiert, dass eine metallische Struktur im Raum von Luft (als Nichtleiter) umgeben ist und so die Wellen abstrahlt. Der Schlitzstrahler hingegen ist eine Unterbrechung einer metallischen Struktur (z. B. einer Metallplatte, eines Hohlleiters usw.), die für die Abstrahlung von Wellen sorgt. Oft folgt diese Unterbrechung dem Prinzip des Dipols, kann aber auch theoretisch jede andere Geometrie besitzen. Die Schlitzantenne wurde 1951 von Heinrich Bosse bei der Firma C. Lorenz zum Patent angemeldet.^[1]

Aufbau

Ein Dipol besteht aus einem Leiter in einem Dielektrikum, in der Regel ist dies Luft. Im Umkehrfall kann man die Form dieses Leiters auch als Negativ in einen Flächenleiter einschneiden. In der Feldgeometrie vertauschen sich dabei H-Feld und E-Feld: Während die Stabantenne einen elektrischen Dipol realisiert, strahlt eine Schlitzantenne gleicher Geometrie als magnetischer Dipol. Da im Fernfeld die beiden Felder proportional zueinander sind, ergibt sich das gleiche Antennendiagramm. Am Speisepunkt vertauschen sich Strom und Spannung; für die Strahlungswiderstände ${\displaystyle Z_{1}}$ und ${\displaystyle Z_{2}}$ komplementärer Antennen gilt (auch abseits der Resonanz):

${\displaystyle Z_{1}Z_{2}={\frac {Z_{0}^{2}}{4}}}$

Darin ist ${\displaystyle Z_{0}}$ der Wellenwiderstand des Vakuums.

Anwendungen

Hohlleiter-Schlitzantenne für 2,4 GHz im H₁₀-Mode

Man verwendet Schlitzantennen vor allem für hohe Frequenzen, üblicherweise über 1 GHz. Die Einspeisepunkte und Bedingungen entsprechen denen normaler Dipolantennen. So sind Schlitzantennen im Flugzeugbau besonders geeignet, weil sie nicht über die Außenhülle eines Flugzeugs hinausragen. Im Bereich von Radaranlagen, insbesondere bei Schiffen, werden Schlitzantennen direkt als rotierende Einheit ausgeführt. Der horizontal und drehbar gelagerte Hohlleiter weist dabei mehrere Schlitze auf, deren Abstand und Größe von der Frequenz und der zu erzielenden Richtwirkung der Antennen abhängen. In dieser Bauform nennt man die Antenne Schlitzgruppenantenne, welche zu der Gruppe der Richtantennen zählt. Der Antennengewinn ist zwar geringer als bei einer Parabolantenne, dafür ist die Herstellung einer Schlitzgruppenantenne preiswerter.

Bei Schlitzgruppenantennen werden mehrere Schlitze von einem Wellenleiter gespeist, in dessen Wand sie eingefräst sind. Jeder einzelne Schlitz stellt dabei einen Strahler dar, durch Überlagerung der abgestrahlten Wellen im Außenbereich kommt es zu der Richtwirkung. Schlitze im Abstand der halben Wellenlänge im Hohlleiter ergeben senkrechte Abstrahlung des Arrays. Rechts im Bild ist eine Antenne für 2,4 GHz zu sehen. Bei einer Freiraumwellenlänge von gut 12 cm erreicht eine Antenne mit 16 Elementen eine strahlende Länge von etwa 1,5 m. Der Antennengewinn von einem Array mit 16 Strahlern beträgt 12 bis 14 dBd. Die Schlitze müssen so weit aus der Mitte (wo sie wirkungslos wären) versetzt angebracht werden, dass sie aus dem sich im Hohlleiter ausbreitenden Feld einen angemessenen Anteil auskoppeln.

Siehe auch

• Ringschlitzantenne

Literatur

• Alois Krischke: Rothammels Antennenbuch. 11. Auflage, Franckh-Kosmos-Verlags-GmbH, Stuttgart 1995, ISBN 3-440-07018-2
• Heinrich Bosse: Theoretische und experimentelle Untersuchung der Rohrschlitz-Antenne. Dissertation, TU Braunschweig, 1951

Einzelnachweise

1. ↑ Patent DE894573: Schlitzantenne. Angemeldet am 23. August 1951, veröffentlicht am 26. Oktober 1953, Anmelder: C. Lorenz AG, Erfinder: Heinrich Bosse.‌