DE1124565B

DE1124565B - Vorrichtung zur Aufnahme von Wellen, insbesondere von Hochfrequenz- oder Ultraschallwellen

Info

Publication number: DE1124565B
Application number: DEB47350A
Authority: DE
Inventors: David Wilbur Young Jun; Aqueduct Van Nuys
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1957-01-22
Filing date: 1958-01-03
Publication date: 1962-03-01
Also published as: FR1190188A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

B 47350 rXd/21a⁴

ANMELDETAG: 3. J A N U A R 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 1. MÄRZ 1962

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Aufnahme von Wellen, insbesondere von Hochfrequenz- oder Ultraschallwellen, bei der zwei Raumwellenumsetzer derart im gegenseitigen Abstand angeordnet sind, daß aus der empfangenen Welle zwei elektrische Schwingungen gebildet werden, deren gegenseitiger Phasenwinkel zueinander der azimutalen Richtung der empfangenen Welle entspricht.

Bekannte derartige Vorrichtungen weisen an jedem der beiden, mit gegenseitigem Abstand angeordneten Raumwellenumsetzern einen hornartigen Ansatz auf, der die Wellen aufnimmt und einem Wellenleiter zuführt. Die vorderen Öffnungen der hornartigen Ansätze befinden sich in einer Ebene, so daß bei einem in senkrechter Richtung zu dieser Ebene ankommenden Wellenzug die von den hornartigen Ansätzen aufgenommenen beiden Wellen bzw. nach deren Umsetzen die daraus erzeugten elektrischen Schwingungen in Phase sind. Kommt der Wellenzug aus einer Richtung, die von der Senkrechten zur Hornebene abweicht, so trifft er auf einen der hornartigen Ansätze früher und erzeugt somit zwei elektrische Schwingungen in den beiden Umsetzern, die sich um einen bestimmten Phasenwinkel unterscheiden. Dieser Phasenwinkel hängt vom gegenseitigen Abstand der beiden hornartigen Ansätze, vom Einfallwinkel des Wellenzuges und von dessen Wellenlänge ab. Ist der Abstand der hornartigen Absätze und die Wellenlänge bekannt, so kann aus dem Phasenwinkel zwischen den beiden elektrischen Schwingungen der Einfallwinkel des Wellenzuges bestimmt werden. Wenn jedoch die Wellenlänge im Vergleich zum Abstand der hornartigen Ansätze kurz ist, ergibt eine kleine Änderung des Einfallwinkels eine große Änderung des Phasenwinkels zwischen den beiden elektrischen Schwingungen.

Diese Erscheinung ist insoweit erwünscht, als sie eine hohe Richtungsempfindlichkeit erreichen läßt. Der Phasenwinkel durchläuft jedoch in diesem Fall innerhalb eines kleinen Änderungsbereiches des Einfallwinkels einen 360° übersteigenden Betrag. Da jedoch Phasenwinkel von 360° und Vielfache davon nicht von einem Phasenwinkel von 0° unterschieden werden können, so ergibt sich als großer Nachteil, daß aus dem Phasenwinkel zwischen den beiden elektrischen Schwingungen nicht eindeutig auf den Einfallwinkel des Wellenzuges geschlossen werden kann. Diese Erscheinung ist nicht von der Verwendung der hornartigen Ansätze abhängig, sondern tritt immer bei zwei nebeneinander angeordneten Raumwellenumsetzern auf.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Aufnahme von Wellen,
insbesondere von Hochfrequenzoder Ultraschallwellen

Anmelder:

The Bendix Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. K₁-A. Brose, Patentanwalt,
Pullach bei München, Wiener Str. 1/2

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 22. Januar 1957 (Nr. 635 480)

David Wilbur Young jun.,

Aqueduct Van Nuys, Calif. (V. St. Α.),

ist als Erfinder genannt worden

Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der unter Beibehaltung einer hohen Richtungsempfindlichkeit eine eindeutige Abhängigkeit des Phasenwinkels zwischen den beiden elektrischen Schwingungen von der Richtung des eintreffenden Wellenzuges gegeben ist. Dabei soll sich dieser Phasenwinkel mit zunehmender Winkelabweichung des einfallenden Wellenzuges von der Senkrechten zur Hörnerebene bis zu einem bestimmten, innerhalb des eindeutigen Bereiches liegenden Wert ändern, und es soll dieser Wert bei weiter zunehmender Winkelabweichung des Wellenzuges im wesentlichen konstant bleiben.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine direkt vor den beiden Raumwellenumsetzern angeordnete gemeinsame, trichterförmig die Wellenumsetzer umgebende Abschirmung erreicht, die alle Raunrwellen abschneidet, die einen bestimmten Wert des Einfallwinkels überschreiten.

Wellen, die mit größerem Einfallswinkel ankommen, können zwar durch Refraktion um die Kanten der Abschirmung zu den Raumwellenumsetzern ge-

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langen, treffen jedoch dort mit dem bestimmten Eine entsprechend Fig. 1 ausgeführte Vorrichtung Grenzwert des Einfallwinkels auf, so daß der Phasen- wies folgende Abmessungen auf: winkel zwischen den elektrischen Schwingungen kon- Senkrechte Höhe der Wellenleiter 3,5 cm stant bleibt. Die durch Refraktion zu den Raum- „. ,. _, .. , „_{r 1t} weUenumsetzern gelangenden Wellen können kleinere 5 Waagerechte Breite der Wellen-Amplituden aufweisen wie die direkt auftreffenden. ^leiter · · ·" /p cm

was jedoch unwesentlich ist, da nur der Phasenwinkel Länge der Wellenleiter etwa 8,0 cm

zur Richtungsbestimmung herangezogen wird. Axiale Länge des Trichters 10,0 cm

Erfindungsgemäß kann die Vorrichtung so ausge- Breite des Trichters am vorderen

führt werden, daß die beiden Umwandler zwei WeI- io Ende 17 5 cm

lenleiter mit offenem Vorderende in der Frontalebene · Höhe des Trichters am vorderen

aufweisen. ... Ende 7,5cm

Vorzugsweise kann die Abschirmung einen einzigen sich verbreiternden metallischen Trichter aufwei- In einem Versuch wurde diese Vorrichtung mit sen, der sich vor der Frontalebene erstreckt und der 15 HF-Wellen von 3000 Megaherz (10 cm Wellenlänge) einstückig mit der Außenwand des Wellenleiters aus- unter verschiedenen Einfallswinkeln zur Mittelebene geführt sein kann. 15 geprüft, wobei der Phasenwinkel zwischen den

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung von den Sonden 1Oe und Ue erzeugten Potentialen

kann die Abschirmung an ihrem Umfang eine metal- gemessen wurden. Die Ergebnisse sind in Fig. 3 auf-

lische, beide Umwandler umgebende Wandung auf- 20 getragen.

weisen, die sich vor und außerhalb der Frontalebene Man bemerkt, daß der Phasenwinkel zwischen

erstreckt, wobei ein wellenabsorbierendes Material den Ausgangspotentialen der Sonden für Einfalls-

an der Innenfläche der metallischen Wandung auf- winkel von 0 bis etwa 15° (O₁) praktisch linear von

gebracht sein kann. 0 bis etwa 85° ansteigt, bis zu einem Einfallswinkel

Weitere Einzelheiten der Erfindung können der 25 von 30° (<9₂) etwas langsamer auf ein Maximum von

folgenden Beschreibung eines für HF-Wellen be- etwa 110° anwächst und von da an im wesentlichen

stimmten Ausführungsbeispieles entnommen werden, konstant bleibt, auch wenn der Einfallswinkel weiter

wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. zunimmt. Obgleich die Fig. 3 nur einen Bereich des

In den Zeichnungen zeigt Einf allwinkels bis 70° wiedergibt, so wächst doch

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen, schematisch dar- 30 auch bei allen höheren Winkern der Phasenwinkel

gestellten HF-Umsetzer im waagerechten Schnitt, nicht weiter an.

Fig. 2 eine vordere Stirnansicht des Umsetzers Da somit die Veränderung des Phasenwinkels

nach Fig. 1, von 0° bis zum Grenzwert nur dann eintreten kann,

Fig. 3 ein Diagramm der elektrischen Eigenschaf- wenn sich die empfangenen Wellen innerhalb des ten der in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Vor- 35 Einfallwinkels Θ₂ (beiderseits der Mittelebene) berichtung und finden, ist keine Mehrdeutigkeit vorhanden.

Fig. 4 eine abgeänderte Ausführungsform der Vor- Im Vergleich dazu würde bei bekannten, ähnlich

richtung nach Fig. 1. der Fig. 1 jedoch ohne das Horn 14 ausgeführten An-

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen HF-Umsetzer, der Ordnungen die Phasendifferenz kontinuierlich bis zu

aus zwei nebeneinanderliegenden Wellenleitern 10 40 einem Maximum von 270 elektrischen Graden zu-

und 11 besteht, die eine gemeinsame Seitenwand 12 nehmen, wenn sich der Richtungswinkel um 90°

und getrennte Seiten 10a, 10δ, 10c und lla, Ub, ändert. Da ein Phasenmeßgerät einen Phasenwinkel

lic aufweisen. Die Wellenleiter sind mit einer mini- im Bereich von 0 bis 90° in gleicher Weise anzeigt

malen wirksamen Länge und geschlossener Rückseite wie in dem Bereich von 90 bis 180°, so ist eine

10α¹ bzw. ltd und den üblichen Sonden 1Oe und He 45 Mehrdeutigkeit vorhanden,

dargestellt. Diese Sonden durchragen die Wände 10 α Die Erfindung erlaubt, Mehrdeutigkeiten zu ver- und 11a und dienen dazu, HF-Wellen in elektrische meiden, und zwar ohne Verminderung des hohen Schwingungen umzuwandeln, und umgekehrt. Diese Auflösevermögens, d. h. innerhalb des nutzbaren Bebis hierher beschriebene Bauart der Umsetzer ist be- reiches von 0 bis 0₂° (Fig- 3) bewirkt eine kleine kannt und stellt nur eine der vielen Ausführungsfor- 50 Änderung des Richtungswinkels eine große Änderung men dar, wie sie für die Zwecke der Erfindung ver- des Phasenwinkels. Es war zwar bisher möglich, Mehrwendet werden können. Hierzu ist es nur erforder- deutigkeiten dadurch zu vermeiden, indem man zwei lieh, daß die für den Empfang der Wellen wirksamen Raumwellenumsetzer mit einem wirksamen Abstand Elemente der Umsetzer in einer gemeinsamen Fron- von weniger als ein Viertel der empfangenen Wellentalebene liegen, wie es in Fig. 1 durch die Ebene 13 55 länge nebeneinander anordnete. Bei diesem Fall erangedeutet ist, welche die offenen Vorderseiten der gab sich bei einem Richtungswinkel von 90° ein Wellenleiter 10 und 11 veranschaulicht. geringerer Phasenwinkel als 90 elektrische Grade,

Die Erfindung besteht darin, zwei Raumwellen- während man der Fig. 3 entnehmen kann, daß sich

Umsetzer beliebiger Konstruktion mit einer Ab- der Phasenwinkel in einem Richtungswinkelbereich

schirmvorrichtung zu vereinigen, die verhindert, daß 60 von 16° um 90° ändert. Die vorliegende Erfindung

Raumwellen direkt auf die Umsetzer auftreffen, falls schaltet daher Mehrdeutigkeiten aus, ohne das Auf-

ihr Einfallswinkel einen gewünschten Wert über- löseverniögen zu vermindern,

schreitet. Nach dem Beispiel der Fig. 1 besteht die Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin,

Abschirmung aus einem vierseitigen, sich erweitern- daß der maximale Phasenwinkel auf den nutzbaren

den Metalltrichter 14, der aus einem Stück mit den 65 Bereich einer damit verbundenen Phasenmeßein-

Außenseiten der beiden Wellenleiter 10 und 11 be- richtung begrenzt werden kann. Dies ist insofern

steht und sich nach vorn über die Frontalebene 13 wichtig, da beim Bau solcher Phasenmeßeinrich-

hinaus erstreckt. tungen Schwierigkeiten auftreten, die 90° über-

steigende Phasenwinkel ohne Mehrdeutigkeit anzeigen sollen.

Bei der vorliegenden Anordnung wird ein weiteres Anwachsen des Phasenwinkels über einen bestimmten Wert, der einem Grenzwert des Richtungswinkels entspricht, dadurch erreicht, daß Raumwellen mit einem größeren Einfallswinkel den Umsetzer durch Refraktion um die Vorderkante des Hornes 14 erreichen, so daß ab diesem Grenzwinkel ihre Richtung konstant bleibt. Der Grenzwert kann durch Änderung der Länge und der öffnung des Hornes 14 verändert werden. Das Auflösevermögen kann durch Änderung des Abstandes zwischen den Umsetzern verändert werden. Der Abstand der Umsetzer ist natürlich durch ihre Abmessungen begrenzt, sie können jedoch auch zur Erzielung eines höheren Auflösevermögens mit Abstand angeordnet sein und brauchen nicht miteinander in Berührung zu stehen.

Sind die Umsetzer als Wellenleiter ausgebildet, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist, so können gewünschte Änderungen in den Eigenschaften in einigen Fällen dadurch erzielt werden, daß kleine Änderungen in der Länge der gemeinsamen Wandung 12 vorgenommen werden.

Eine Verbesserung kann manchmal durch eine zweite Abschirmung erreicht werden. So zeigt die Fig. 4 eine Vorrichtung gemäß Fig. 1, die in einer Kappe 16 angeordnet ist, welche aus einer einstückigen Hülle 17 aus nichtleitendem Material mit geringen Verlusten und aus einer leitenden Abschirmwandung 18 besteht, die mit einer Vorderkante 18 a vor der Vorderebene der Umsetzer endigt, so daß mit großem Richtungswinkel eintreffende HF-Wellen die Umsetzer nur durch Refraktion um die Kante 18 a erreichen können. Es kann sich als günstig erweisen, bei einer Abschirmung nach Art der Abschirmwandung 18, die sich nach hinten und mit seitlichem Abstand zu den Umsetzern erstreckt, an deren Innenfläche ein wellenabsorbierendes Material 19 vorzusehen, das eine Reflexion verhindert.

Es ist klar, daß die Erfindung auch nur mit einer Abschirmung nach Art der Abschirmwand 18 ausgeführt werden kann, ohne daß ein hornartiger Abschirmtrichter 14 vorhanden ist, wenn auch letzterer am wirksamsten ist. Das Wesen der Erfindung besteht auf jeden Fall darin, mehrere Umsetzer mit einer gemeinsamen Abschirmung zu verbinden, die den Einfallswinkel begrenzt, mit den Wellen direkt auf die Umsetzer treffen können.

Obwohl zur näheren Erläuterung der Erfindung eine bestimmte Ausführungsform veranschaulicht und beschrieben wurde, ergeben sich für den Fachmann naheliegende, geänderte Ausführungsformen. Die Erfindung soll daher nicht auf die dargestellten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zur Aufnahme von Wellen, insbesondere von Hochfrequenz- oder Ultraschallwellen, bei der zwei Raumwellenumsetzer derart im gegenseitigen Abstand angeordnet sind, daß aus der empfangenen Welle zwei elektrische Schwingungen gebildet werden, deren gegenseitiger Phasenwinkel zueinander der azimutalen Richtung der empfangenen Welle entspricht, gekennzeichnet durch eine direkt vor den beiden Raumwellenumsetzern angeordnete gemeinsame, trichterförmig die Wellenumsetzer umgebende, alle mit einem einen bestimmten Wert überschreitenden Einfallswinkel eintreffenden Raumwellen abschneidende Abschirmung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Umwandler zwei Wellenleiter mit offenem Vorderende in der Frontalebene aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung einen einzigen sich verbreiternden metallischen Trichter aufweist, der sich vor der Frontalebene erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalltrichter aus einem Stück der Außenwände der Wellenleiter besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung an ihrem Umfang eine metallische, beide Umwandler umgebende Wandung aufweist, die sich vor und außerhalb der Frontalebene erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein wellenabsorbierendes Material an der Innenfläche der metallischen Wandung aufgebracht ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 628 814.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen