<Desc/Clms Page number 1>
Flächenstrahler zur Ausstrahlung und zum Empfang elektromagnetischer Wellen mehrerer weit auseinanderliegender Frequenzbänder
Im Stammpatent ist ein Flächenstrahler zur Ausstrahlung und zum Empfang elektromagnetischer Wellen mehrerer weit auseinanderliegender Frequenzbänder beschrieben, bei welchem die Phase der Aperturbelegung des Flächenstrahlers eine Frequenzabhängigkeit aufweist. Die Grösse der Apertur dieses Flächenstrahlers ist 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 ist so gewählt, dass die Breite der Hauptkeule die zulässige Minimalbreite nicht unterschreitet.
Insbesondere ist im Stammpatent (vgl. auch Anspruch 6 desselben) eine Richtantenne beschrieben, bei welcher die Phasenabweichung in der Apertur durch Stufen oder Knicke am Reflektor und/oder durch stufenförmige oder keilförmige Vorsätze aus phasenverzögemdem oder phasenbeschleunigendem Material erzeugt ist.
Die Erfindung besteht nun darin, dass bei einem Flächenstrahler zur Ausstrahlung und zum Empfang elektromagnetischer Wellen mehrerer weit auseinanderliegender Frequenzbänder nach dem Patent Nr. 214982, bei welchem die Phasenabweichung in der Apertur durch einen Knick am Reflektor erzeugt ist (Winkelspiegel), der Knickwinkel durch eine der nachfolgenden Beziehungen bestimmt ist : a) rechteckförmiger Winkelspiegel :
EMI1.1
b) rhombischer Winkelspiegel :
EMI1.2
wenn a= senkrecht zur Knicklinie verlaufende Seitenkante des rechteckförmigen Winkelspiegels, c = senkrecht zur Knicklinie verlaufende Diagonale des rhombischen Winkelspiegels, y = Einfallswinkel in einer durch a bzw. c gehenden Einfallsebene, die senkrecht auf der Aper- tur steht und
X= Wellenlänge.
* l. Zusatzpatent Nr. 221589.
<Desc/Clms Page number 2>
In den Zeichnungsfiguren bedeutet a die senkrecht zur Knicklinie verlaufende Seitenkante des recht- eckigen Winkelspiegels (Fig. 1), c die senkrecht zur Knicklinie verlaufende Diagonale des rhombischen Winkelspiegels (Fig. 3), y den Einfallswinkel einer durch a bzw. c gehenden Einfallsebene, die senkrecht auf der Apertur steht, X die Wellenlänge, 6 den Abstrahlwinkel.
Fig. 1 zeigt eine einfache Form eines rechteckigen Winkelspiegels.
In der Fig. 2 ist das Strahlungsdiagramm für die Einfallsebene im Bereich der Hauptkeule eines rhom- bischen Winkelspiegels für verschiedene Knickwinkel dargestellt (c = 12, 8 m, À = 7, 5 cm, y =-600).
Bei einem Winkelspiegel hängt die Verformung des Diagramms gegenüber dem Diagramm des ebenen
Spiegels neben dem Knickwinkel auch von der Spiegelgrösse, der Spiegelform, der Wellenlänge und dem
Einfallswinkel der auftreffenden Strahlung ab. Als Beispiel seien folgende Fälle angeführt :
Rechteckiger Winkelspiegel :
EMI2.1
= 5, 07 m \= 7, 5cm y= 0 Die Erfindung liefert nun eine allgemeine, d. h. unabhängig von Spiegelgrösse, Wellenlänge und Einfallswinkel mit guter Näherung geltende Gesetzmässigkeit für die Ausgestaltung des Flächenstrahlers bei gewünschter Verformung der Hauptkeule.
Zu der Dimensionierung gemäss den obigen Formeln a und b gelangt man, wenn bei der theoreti- schen Betrachtung ein geeigneterKnickparameter fürSpiegel, deren Dimensionen gross gegen die Wellenlänge sind, eingeführt wird.
Ohne Kenntnis eines solchen Knickparameters müsste für jeden Einzelfall mit Hilfe einer recht aufwendigen Theorie numerisch das Optimum von 0 durch Einsetzen verschiedener Knickwinkel gesucht werden.
Beim rhombischen Spiegel z. B. muss die Feldstärke in Abhängigkeit vom Abstrahlwinkel 6 in der senkrecht zur Apertur durch die Diagonale c verlaufenden Einfallsebene für eine unter dem Winkel y in dieser Ebene einfallenden Welle errechnet werden aus nachfolgender Gleichung (1).
EMI2.2
<Desc/Clms Page number 3>
Das Hauptmaximum dieses Ausdrucks liegt bei einem Abstrahlwinkel # # - γ, so dass für klei- ne Knickwinkel die vor den einzelnen Summanden stehenden Faktoren cos (6 ) cos (y ) 2 cos y (2) werden. Im Bereich der Hauptkeule ändern sich diese"Vorfaktoren"bei grossen Spiegeln (scharfe Haupt- keule) mit dem Knickwinkel nur wenig im Vergleich zu den andern Ausdrücken, so dass die in geschweif- tenKlammem stehenden Ausdrücke die Verformung der Hauptkeule in erster Linie bestimmen.
Für die Um- gebung des hauptmaximums (d. h. 5 -y) kann man nun die Ausdrücke in den geschweiften Klammern folgendermassen umformen :
EMI3.1
Bei den rechteckigen Winkelspiegeln ist für die Berechnung des Strahlungsdiagramms ein ähnlich auf-
EMI3.2
EMI3.3
EMI3.4
vor allem die Grösse von cos (y ) in erster Linie nur den Winkelmassstab und nicht die Form des Diagramms bestimmt. Die durch einen bestimmten Winkel bzw. den betreffenden Wert von #v bewirkte Diagrammverformung ist daher in guter Näherung proportional c cos y bzw. cos y, d. h. der Abmes- sung des Spiegels, umgekehrt proportional der Wellenlänge und proportional cos y.
Die Verformung der Hauptkeule ist also umso grösser, je grösser der Knickwinkel und die Spiegelabmessung und je kleiner die Wellenlänge und der Einfallswinkel sind. Oder umgekehrt : Für eine bestimmte Verformung muss man den Knickwinkel umso kleiner machen, je grösser die Spiegelabmessung bzw. je kleiner die Wellenlänge und der Einfallswinkel sind.
Dieses A v hat nun für eine bestimmte Spiegelform (quadratisch oder rhombisch) unabhängig von den Spiegeldimensionen (a oder c), der Wellenlänge X und dem Einfallswinkel y mit praktisch genügender Genauigkeit den gleichen Optimalwert, u. zw. :
Bei dem rechteckigen Spiegel :
EMI3.5
bei dem rhombischen Spiegel :
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
Der rhombische Spiegel ist dabei dem rechteckigen vorzuziehen. Da durch die Knickung der Oberfläche die Nebenmaxima gegenüber dem ebenen Spiegel anwachsen, ist dieser unerwünschte Effekt, bei dem der db-Wert der Nebenmaxima doppelt so gross ist wie beim rechteckigen (l. Nebenmaximum 26 db gegenüber 13 db), beim rhombischen Spiegel praktisch weniger von Nachteil.
Vor allem aber wird beim rhombischen Spiegel eine "ebene" Kuppe der Hauptkeule erzielt, während beim rechteckigen Spiegel auch im Optimalfall eine Mindestwelligkeit von zirka 2 bis 3 db bleibt.
Nun nimmt aber mit zunehmendem Knickwinkel die Flächenausnutzung ab. Da man anderseits mit einem Knickwinkel, der etwas unter dem optimalen liegt, auch schon einen genügenden Verformungeffekt erzielt (wenn auch dabei nicht die maximale Flachheit der Kuppe erreicht wird), wird es im Ein-
EMI4.2
unter Umständen zweckmässigfür die optimale Verformung massgebende ist, und dabei eine stärkere Welligkeit in der Kuppe der Haupt- keule in Kauf zu nehmen. Anderseits könnte es bei grossen Spiegeln oder bei sehr grossem Abstand der oberen von der unteren Betriebsfrequenz notwendig sein, über das Optimum von hinauszugehen, um die notwendige Verbreiterung der Hauptkeule zu erreichen.
Ob man im Einzelfall wirklich immer genau das Optimum von einstellt, hängt dabei von den Be- triebsumständen wie den zu erwartendenSchwankungen desAntennenträgers, den Änderungen des'Einfalls- und Ausfallswinkels in der Troposphäre und auch von dem Abstand der Betriebsfrequenzen ab. Die o. a.
Werte für Av sind daher nur als Richtwerte für die Dimensionierung von Winkelspiegeln aufzufassen.
Der letzte der in der Tabelle angeführten Fälle sei als Ausführungsbeispiel an dem Diagramm gemäss
Fig. 3 näher erläutert : Mit Rücksicht auf die Schwankungen des Ausbreitungsweges der elektromagneti- schen Wellen in der Troposphäre und wegen der Schwankungen der Antennenträger ist die Bündelung und damit der Gewinn der Antennen begrenzt. Es wird im allgemeinen eine minimale Halbwertsbreite der
Hauptkeule von etwa 2 , höchstens aber von l, 5 als zulässig erachtet. Mit einer Diagonale c = 12, 80 m
EMI4.3
gegen ist bei einer geknickten Oberfläche mit einem Knickwinkel vor ! 0, 480 bei 4000 MHz nicht mehr die zu schmale Halbwertsbreite von 0, 850, sondern eine solche von 2, 90 vorhanden.
Ausserdem ist der mittlere Teil der Hauptkeule fast eben und liefert daher in einem Bereich von zirka 1 ein nahezu winkelunabhängiges Diagramm.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.