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Flächenstrahler zur Ausstrahlung und zum Empfang elektromagnetischer
Wellen mehrerer weit auseinanderliegender Frequenzbänder
Bei Richtfunkstrecken besteht neuerdings die Aufgabe, über eine Antenne bzw. über einen Umlenkspiegel mehrere weit auseinanderliegende Frequenzbänder, z. B. die Frequenzbänder 2, 4 und 6 GHz, zu schicken. Die Bündelung einer Richtantenne kann mit Rücksicht auf die Ausbreitungsbedingungen und die mechanischen Schwankungen des Antennenträgers nicht beliebig scharf gemacht werden. Als untere allerdings nicht sehr scharfe Grenze für die Halbwertsbreite der Strahlungscharakteristik wird im allgemeinen ein mittlerer Wert von 20 angenommen. Die Bündelung eines Flächenstrahlers ist nun umso schärfer, je grösser seine Dimensionen, gemessen in Wellenlängen, sind.
Die Bündelung einer gegebenen Antenne nimmt also mit steigender Frequenz zu bzw. die Halbwertsbreite ab. Vorausgesetzt Ist dabei, dass sich die Belegung der Fläche nicht wesentlich ändert. Ist z. B. ein Umlenkspiegel so dimensioniert, dass seine Strahlungscharakteristik bei 2 GHz etwa die noch zulässige Grösse der Halbwertsbreite von 20 besitzt, so wird diese bei 4 GHz nur noch 10 und bei 6 GHz nur noch 0, 60 betragen, d. h. dass bei den höheren Frequenzbändern die Bündelung dieser Antenne weit über das zulässige Mass hinausgeht.
Gemäss dem Stammpatent ist bei einem Flächenstrahler zur Ausstrahlung und zum Empfang elektromagnetischer Wellen mehrerer weit auseinanderliegender Frequenzbänder, bei welchem die Phase der Aperturbelegung des Flächenstrahlers. eine Frequenzabhängigkeit aufweist, die Grösse der Aperturdes Flächenstrahlers so gewählt, dass bei der tiefsten Betriebsfrequenz bei konphaser Belegung die Breite der Hauptkeule etwa den zulässigen Minimalwert hat, und die maximale Phasenabweichung am Rande der Apertur gegenüber der Mitte bei der Höchstbetriebsfrequenz so gewählt ist, dass die Breite der Hauptkeule die zulässige Minimalbreite nicht unterschreitet.
Gemäss einem Ausführungsbeispiel eines solchen Flächenstrahlers wird die Phasenabweichung durch Stufenform des Reflektors erreicht. Ein solches Beispiel zeigt Fig. l an Hand eines rhombischen Umlenkspiegels. Der obere Teil der Figur zeigt den Spiegel von vorn und der untere Teil von oben. Die rhombische Apertur 1 ist für die tiefste Frequenz der Wellenlänge A optimal ausgelegt, d. h. in der Breitenausdehnung ist der Spiegel so gröss gewählt, dass die gerade noch zulässige Bündelung erreicht wird. Damit nun bei der doppelten Frequenz der Wellenlänge X, diese maximal zulässige Bündelung nicht überschritten wird, sind die Enden des Spiegels um den Betrag h =)"/, vorgezogen, so dass bei der Wellenlänge XZ Auslöschung auftritt.
Die effektive Grösse des Spiegels für die Wellenlänge X, ist also durch den Raum zwischen den beiden abgewinkelten Endteilen gegeben, abzüglich einer Fläche, die gleich der der beiden Endteile ist. Dabei kann der Abstand zwischen den beiden abgewinkelten Teilen des Spiegels gerade so bemessen werden, dass auch für X die noch eben zulässige Bündelung auftritt. Für die tiefen Fre- quenzen (X.) bleiben die Endzipfel 2 und der entsprechende Anteil der Fläche 1 praktisch unwirksam, da
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Gemäss der Erfindung wird nun vorgeschlagen, die abgestuften Teile auf ihrer Oberfläche derart mit Reppen zu versehen, dass diese für die tiefe Frequenz (val) wirksam sind, während sie für die hohe Frequenz (X) unwirksam sind.
Vorteilhaft ist es, zusätzlich die Polarisation der elektromagnetischen Wellen der beiden zu über-
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tragenden Bänder um 900 verschieden zu machen. z. B. für 2 GHz horizontale Polarisation und für 4 GHz vertikale Polarisation zu wählen.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der rhombische Spiegel 1 ist nach seinen Enden zu mit von oben nach unten verlaufenden Rippen versehen, die einen gegenseitigen Abstand von #1/4 und eine Höhe h von"2/4 haben, wobei 2 die kürzere Welle bedeutet. Die Polarisationsrichtung der Welle X, ist vertikal, während X, horizontal polarisiert ist.
Da der Abstand der Rippen 1/4 ist, kann die längere Welle xi nicht in den abgestuften Teil eindringen, d. h. die längere Welle A1 wird so reflektiert, als ob die Spiegelfläche durch die Rippenoberkante weiterginge. Die Stufe ist praktisch völlig unwirksam.
Die kürzere Welle \ dagegen dringt voll in den gestuften mit Rippen versehenen Teil des Spiegels ein. Auf diese Weise ergibt sich zwischen dem abgestuften Teil des Spiegels und dem nicht abgestuften
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; erschiedergibt sich eine Verbreiterung der Charakteristik.
Es ist nicht unbedingt notwendig, die Polarisationsrichtung für die kürzere Welle X, horizontal zu
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durch die Rippen gebildeten Schicht liegt, so dass die Welle bis auf den Boden dringt, und somit der zur Auslöschung erforderliche Gangunterschied entsteht.
Ist dagegen für \ horizontale Polarisation erforderlich, so muss man auf den Endteilen die Rippen nicht wie in Fig. 2 vertikal, sondern horizontal anbringen. Der Abstand der Rippen muss dabei wieder so gewählt sein, dass X1 nicht eindringen kann.
Die erfindungsgemässe Ausbildung eines Flächenstrahlers für zwei Frequenzbänder hat vor allem den Vorteil, dass praktisch keine Energie bei der langen Welle X, verlorengeht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Flächenstrahler zur Ausstrahlung und zum Empfang elektromagnetischer Wellen mehrerer weit auseinanderliegender Frequenzbänder, bei welchem die Phase der Aperturbelegung des Flächenstrahlers eine Frequenzabhängigkeit aufweist, wobei die Phasenabweichung durch Stufenform des Reflektors erreicht ist, nach Patent Nr. 214982, dadurch gekennzeichnet, dass die Endteile derart mit Rippen versehen sind, dass diese für die längere Welle () L) wirksam, während sie für die kürzere Welle (\) unwirksam sind.