DE1011013B

DE1011013B - Antenna for microwaves with electrically swiveling, sharply bundled directional characteristic

Info

Publication number: DE1011013B
Application number: DEM25129A
Authority: DE
Inventors: Pierre Marie
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-11-19
Filing date: 1954-11-09
Publication date: 1957-06-27
Also published as: FR1094934A; US2869124A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne für Mikrowellen, mittels welcher eine scharf gebündelte Richtcharakteristik unter dem Einfluß eines elektrischen Stromes geschwenkt werden kann.The invention relates to an antenna for microwaves, by means of which a sharply bundled directional characteristic can be pivoted under the influence of an electric current.

Es sind Richtantennen bekannt, die aus mehreren Dipolen bestehen und bei denen man die Richtcharakteristik durch Phasenänderung der einzelnen Antennenströme schwenken kann. Diese Antennen geben aber keinen sehr scharf gebündelten Richtstrahl, und das Prinzip der Phasenänderung erfordert immer mehrere getrennte Antennenelemente. Diese Nachteile können durch die erfindungsgemäße Antenne vermieden werden, die einen scharf gebündelten Strahl, der z. B. durch ein Horn erzeugt wird, einer veränderlichen Brechung unterzieht. Die Antenne gemäß der Erfindung umfaßt eine Richtstrahlvorrichtung, die bei Fehlen eines Einflusses des elektrischen Steuerstromes eine fest ausgerichtete, scharf gebündelte Richtcharakteristik erzeugt, und eine Umlenkoder Schwenkvorrichtung, die aus einem Brechungskörper oder Keil aus einem dielektrischen Stoff besteht, dessen Permeabilität und damit Brechungsindex durch ein angelegtes Magnetfeld veränderbar ist.Directional antennas are known which consist of several dipoles and in which the directional characteristic is one can pivot by changing the phase of the individual antenna currents. But these antennas give not a very sharply bundled directional beam, and the principle of phase change always requires several separate antenna elements. These disadvantages can be avoided by the antenna according to the invention, which have a sharply focused beam that z. B. is generated by a horn, subject to a variable refraction. The antenna according to the invention comprises a directional beam device which, in the absence of an influence of the electrical control current generates a firmly aligned, sharply bundled directional characteristic, and a deflector Pivoting device consisting of a refractive body or wedge made of a dielectric material, whose permeability and thus refractive index can be changed by an applied magnetic field.

Bekanntlich erfährt ein Ultrakurzwellen-Richtstrahl beim Durchqueren der Trennfläche zweier dielektrischer Medien verschiedenen Brechungsindexes eine Brechung, genauso wie Lichtwellen an der Trennfläche von Luft und Glas.As is known, an ultra-short wave directional beam experiences when crossing the interface of two dielectric Media with different refractive indices cause a refraction, just like light waves at the interface of air and glass.

Mann kann also durch einen dielektrischen Keil Ultrakurzwellen ablenken. Nun ist aber der Brechungsindex eines dielektrischen Stoffes gleich dem Wert η = ]/ε·μ, wobei ε die Dielektrizitätskonstante und μ die Permeabilität des Werkstoffes bedeuten. Man kennt in der Technik dielektrische Stoffe, deren Permeabilität sich in Gegenwart eines Magnetfeldes ändert. Als solche Stoffe kann man z. B. die Ferrite nennen, die aus gesinterten Mischoxyden von Eisen und anderen Metallen wie Mangan, Nickel oder Zink bestehen.So you can use a dielectric wedge to deflect ultra-short waves. Now, however, the refractive index of a dielectric material is equal to the value η =] / ε · μ, where ε is the dielectric constant and μ is the permeability of the material. In technology, dielectric materials are known, the permeability of which changes in the presence of a magnetic field. As such substances you can, for. B. call the ferrites, which consist of sintered mixed oxides of iron and other metals such as manganese, nickel or zinc.

Wenn man also einen Ultrakurzwellenstrahl durch einen Keil aus einem solchen Stoffe ablenkt und diesen Keil ζ. B. mit Hilfe eines Elektromagneten mit einem variablen Magnetfeld aufmagnetisiert, so erhält man eine variable Ablenkung, d. h. eine Schwenkung des Richtstrahles, wobei jedem Werte der erzeugten Feldstärke eine bestimmte Ausrichtung des Richtstrahles entspricht, so daß man mit Hilfe einer geeigneten Stromform eine beliebige Schwenkbewegung innerhalb gewisser Grenzen erhalten kann.So if you deflect an ultra-short wave beam through a wedge made of such a substance and this wedge ζ. B. magnetized with the help of an electromagnet with a variable magnetic field, one obtains a variable Distraction, d. H. a pivoting of the directional beam, with each value of the generated field strength a certain Alignment of the directional beam corresponds, so that you can with the help of a suitable current shape any Can get pivoting movement within certain limits.

Der Brechungsindex der Ferrite ist ziemlich hoch; so hat man_z. B. mit ε = 20 und μ = 200 den Wert
η = ]/ε · μ f=» 63, und man kann auch ziemlich große Änderungen bewirken. Man kann also schon mit dünnen Keilen eine merkliche Schwenkung bewirken.The refractive index of ferrites is quite high; so man_z. B. with ε = 20 and μ = 200 the value
η =] / ε · μ f = »63, and quite large changes can also be made. So you can already cause a noticeable swing with thin wedges.

Man kann den Ablenkungskeil am Ausgang einer Richtantenne, z. B. einer Hornantenne oder einer Antenne für Mikrowellen mit elektrischYou can use the whipstock at the exit of a directional antenna, e.g. B. a horn antenna or one Antenna for microwaves with electric

schwenkbarer, scharf gebündelterpivotable, sharply focused

RichtcharakteristikDirectional characteristic

Anmelder:
Pierre Marie, ParisApplicant:
Pierre Marie, Paris

Vertreter: Dr. M. Eule, Patentanwalt,
München 13, Kurfürstenplatz 2Representative: Dr. M. Eule, patent attorney,
Munich 13, Kurfürstenplatz 2

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 19. November 1953Claimed priority:
France 19 November 1953

Pierre Marie, Paris,
ist als Erfinder genannt wordenPierre Marie, Paris,
has been named as the inventor

dielektrischen Antenne, im Bereich der Richtcharakteristik anordnen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das besonders als Radarantenne an Bord von Flugzeugen geeignet ist, hat man dagegen den Strahlungskörper und den Brechungskörper innig miteinander verbunden.dielectric antenna, in the area of the directional characteristic. In a preferred embodiment, which is particularly useful as a radar antenna on board Is suitable for aircraft, on the other hand, the radiating body and the refractive body are intimate with one another tied together.

Die Erfindung wird an Hand zweier Ausführungsbeispiele in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.The invention is explained in more detail on the basis of two exemplary embodiments in the following description with reference to the drawings.
Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the invention.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung längs der Linie 22-22 der Fig. 3;FIG. 2 shows a section through another embodiment of the invention along line 22-22 of FIG Fig. 3;

Fig. 3 stellt einen Schnitt der Antenne gemäß der Fig. 2 längs der Linie 33-33 dar;Fig. 3 shows a section of the antenna according to Fig. 2 along the line 33-33;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt der Antenne gemäß der Fig. 2 längs der Linie 44-44.FIG. 4 shows a section of the antenna according to FIG. 2 along the line 44-44.

Gemäß Fig. 1 erzeugt eine Richtantenne A eine scharf gebündelte Richtcharakteristik mit einer festen mittleren Richtung R, die ein Brechungsorgan in Form eines Keiles oder Prismas K durchquert, das aus einem dielektrischen Stoffe besteht, dessen Permeabilität, also auch dessen Brechungsindex durch ein induziertes Magnetfeld veränderbar ist. Mittels eines Elektromagneten EM kann man im Keile K ein variables Magnetfeld induzieren. Wenn das Magnetfeld von Null auf ein Maximum anwächst, so wird die mittlere Richtung der durch den Brechungskörper abgelenkten Richtcharakteristik von R' nach R" geschwenkt, da die von dem Keile K hervor-According to Fig. 1, a directional antenna A generates a sharply bundled directional characteristic with a fixed central direction R, which crosses a refractive organ in the form of a wedge or prism K , which consists of a dielectric material, the permeability, i.e. also the refractive index, can be changed by an induced magnetic field is. A variable magnetic field can be induced in the wedge K by means of an electromagnet EM. When the magnetic field increases from zero to a maximum, the mean direction of the beam deflected by the refractive body directivity of R 'to R "is pivoted, as the hervor- of the wedges K

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gerufene Ablenkung von dem Werte des kontinuierlich veränderlichen Brechungsindexes abhängt. Man kann also eine Schwenkung der Richtcharakteristik durch eine entsprechende Änderung des Stromes in dem Elektromagneten EM hervorrufen. -called deflection depends on the value of the continuously variable refractive index. So you can cause a swiveling of the directional characteristic by a corresponding change in the current in the electromagnet EM . -

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antenne, in der die Ablenkungsvorrichtung (Brechungskörper) innig mit der Strahlungsvorrichtung der Antenne verbunden ist und die sich besonders als Radarantenne an Bord von Flugzeugen eignet.2, 3 and 4 show a preferred embodiment of the antenna according to the invention, in which the deflection device (Refractive body) is intimately connected to the radiation device of the antenna and which is particularly suitable as a radar antenna on board aircraft.

Die Antenne ist beispielsweise unter dem Flügel eines Flugzeuges angeordnet, von welchem das Blech 1 dessen untere Oberfläche bildet. Eine Aussparung 2 ist in diesem Blech für die Aufnahme der Antenne vorgesehen, und diese ist am Flügel mittels Schrauben 3 befestigt. Eine Energiezuleitung 4, dargestellt in der Form eines rechteckigen Hohlleiters, verbindet eine Ultrakurzwellen-Sender-Empfänger-Einheit 5 mit der Antenne. Diese Zuleitung ist' durch ein sektorartiges Horn 6 verlängert, welches zwei parallele Seitenflächen 7 und 8 und zwei auseinanderlaufende Seitenflächen 9 und 10 aufweist.The antenna is arranged, for example, under the wing of an aircraft, of which the sheet metal 1 is forms lower surface. A recess 2 is provided in this sheet for the reception of the antenna, and this is attached to the wing by means of screws 3. A power supply line 4, shown in the form of a rectangular waveguide, connects an ultra-short wave transmitter-receiver unit 5 with the antenna. This supply line is' extended by a sector-like horn 6, which has two parallel side surfaces 7 and 8 and two diverging side surfaces 9 and 10.

Eine dünne Schicht 11 dielektrischen Stoffes bedeckt die Metallplattenfläche 7. Diese Schicht ist mit der Außenluft durch ihre Oberfläche 12 in Berührung und nimmt in ihrer Stärke entsprechend der Plattenseite 7 ab. Auf der anderen Seite geht sie in das Horn 6 über.A thin layer 11 of dielectric material covers the metal plate surface 7. This layer is with the Outside air through its surface 12 in contact and decreases in strength corresponding to the plate side 7 from. On the other side, it goes over into the horn 6.

Infolge der abnehmenden Dicke der dielektrischen Schicht 11 hat das durch das Horn ausgestrahlte Bündel eine zu der Plattenfläche 7 parallele Richtung 13. Demzufolge ist das Feld der ausgestrahlten Welle umso schwächer, je weiter man sich auf der Oberfläche 12 (gemäß Fig. 2) von rechts nach links bewegt, und die Ausbreitungsrichtung in den freien Raum neigt gleichzeitig dazu, mit der Richtung der Plattenfläche 7 einen gegen NnII strebenden Winkel zu bilden.As a result of the decreasing thickness of the dielectric layer 11, the beam emitted by the horn has a direction 13 parallel to the plate surface 7. Accordingly, the field of the radiated wave is the same weaker, the further one moves on the surface 12 (according to FIG. 2) from right to left, and the direction of propagation in the free space tends at the same time to contradict the direction of the plate surface 7 NnII aspiring angle to form.

Der in das Horn übergehende Endbereich der dielektrischen Platte 11 ist an seiner dem Horn gegenüberliegenden inneren Seite durch eine Hyperbel 14 begrenzt; einer ihrer Brennpunkte deckt sich mit der Hornspitze. Diese Anordnung hat den Zweck, die zylindrischen Wellen, welche sich ohne die dielektrische Platte in dem Horn ausbreiten würden, in ebene Wellen umzuformen. Eine Ferritplatte 15, welche der wesentliche Bestandteil der erfindungsgemäßen Antenne ist und die Ablenkungs- oder Schwenkvorrichtung bildet, ist in dem Horn 6 zentral zur Platte 7 angeordnet. Sie hat im Schnitt gemäß Fig. 3 die Form eines langgestreckten Trapezes, dessen Höhe senkrecht zur Hornsymmetrieachse steht. Ein magnetisches Feld wird in die Platte 15 parallel zu deren Höhe mittels des durch die Stromquelle 17 erregten Elektromagneten 16 induziert.The end region of the dielectric plate 11 which merges into the horn is at its opposite end to the horn inner side bounded by a hyperbola 14; one of its focal points coincides with the horn tip. This arrangement has the purpose of the cylindrical shafts, which are without the dielectric plate in the Horn would spread, transform into plane waves. A ferrite plate 15, which is the essential component of the antenna according to the invention and forming the deflection or pivoting device is in the Horn 6 arranged centrally to plate 7. In the section according to FIG. 3, it has the shape of an elongated one Trapezoid, the height of which is perpendicular to the axis of symmetry of the horn. A magnetic field is created in the plate 15 induced parallel to its height by means of the electromagnet 16 excited by the power source 17.

Die vom Horn 6 ausgehenden ebenen Wellen werden durch die Platte 15 abgelenkt, wobei die Richtung 13 der ausgesandten Welle in der Ebene der Fig. 3 verbleibt und der Ablenkungswinkel mit dem Magnetfeld, d. h. mit dem Strom der Stromquelle 17, sich ändert. Wenn der Strom sinusförmig ist, wechselt die Richtung 13 des Wellenbündels sinusförmig zwischen den beiden, dem Maximum und Minimum des sinusförmigen Stromes entsprechenden Lagen 13' und 13". Wenn der Strom rechteckige Wellenform mit gleichen Maxima und Minima wie im vorhergehenden Falle aufweist, wechselt die Richtung 13 des Bündels ruckartig von der Lage 13' in die Lage 13".The plane waves emanating from the horn 6 are deflected by the plate 15, the direction 13 of the emitted wave remains in the plane of FIG. 3 and the angle of deflection with the magnetic field, i.e. H. with the current of the power source 17, changes. If the current is sinusoidal, the direction 13 of the changes Wave bundle sinusoidal between the two, corresponding to the maximum and minimum of the sinusoidal current Layers 13 'and 13 ". If the current is rectangular waveform with equal maxima and minima as in the previous case, the direction 13 of the bundle changes abruptly from the position 13 ' in position 13 ".

Claims

PATENT KITCHEN:

1. Antenna for microwaves with electrically pivotable, sharply bundled directional characteristic, characterized in that the directional characteristic generated in fixed alignment (i?) Crosses a refractive body (K) made of dielectric material, the permeability and thus the refractive index can be changed by an applied magnetic field .

2. Antenna according to claim 1, characterized in that the poles of an electromagnet (EM) are applied to both ends of the refractive body, the current of which is variable.

3. Antenna according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation device is a a metal plate (7) covered by a layer (11) of a dielectric material as a continuation of a Has radiator horn, along which the electric waves propagate, and that the refractive body in the form of a layer (15) directly on the plate (7) is embedded in the dielectric material (11).

4. Antenna according to claim 3, characterized in that the layer (15) in section the shape an isosceles triangle and in plan on the plate (7) the shape of an isosceles Trapezoid with a small angle formed by its non-parallel sides and to the antenna axis vertical contour line, and that at this layer parallel to the contour line the variable Magnetic field is applied.

5. Antenna according to claim 3 or 4, characterized in that that the directional characteristic in the plane parallel to the metal plate (7) by a sector-like plane Horn is bundled, the upper spreading side surface (7) of which merges into the radiation plate, while the dielectric layer (11) covering this plate (7) with cylinder hyperbolic delimitation protrudes into the inside of the horn.

1 sheet of drawings