DE1163406B - Antenna arrangement with adjustable bundling of the scanning beam - Google Patents
Antenna arrangement with adjustable bundling of the scanning beamInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. KL: HO4dBoarding school KL: HO4d
Deutsche Kl.: 21 a4-46/01 German class: 21 a4- 46/01
Nummer: i 163 406Number: i 163 406
Aktenzeichen: H 40064 IX d / 21 a4File number: H 40064 IX d / 21 a4
Anmeldetag: 28. Juli 1960 Filing date: July 28, 1960
Auslegetag: 20. Februar 1964Opened on: February 20, 1964
Die Erfindung bezieht sich auf Antennen zur Abstrahlung oder zum Empfang elektromagnetischer Energie.The invention relates to antennas for radiating or receiving electromagnetic Energy.
Es war früher üblich, in Radarsystemen Antennen zu verwenden, bei denen die Richtcharakteristik durch den Aufbau des Antennensystems bestimmt war, während die Richtung des Strahles durch die räumliche Lage des Antennensystems gegeben wurde. Um die benötigte Strahlbündelung zu erreichen, mußten die Antennensysteme ziemlich groß und umfangreich sein. Das hatte zur Folge, daß diese Antennensysteme eine beträchtliche Masse besaßen, wodurch sich Grenzen für die Geschwindigkeit ergaben, mit der sich ein derartiges Antennensystem bewegen läßt. Außerdem wirken große Kräfte auf ein solches Antennensystem, wenn es starkem Wind ausgesetzt ist.It used to be customary to use antennas in radar systems that had the directional characteristic was determined by the structure of the antenna system, while the direction of the beam was determined by the spatial location of the antenna system was given. To achieve the required beam bundling, the antenna systems had to be quite large and extensive. As a result, these antenna systems possessed considerable mass, which imposed limits on the speed, with which such an antenna system can be moved. In addition, great forces act on it Antenna system when exposed to strong wind.
Diese und andere Probleme wiegen besonders schwer bei Radarsystemen an Flugkörpern. Eine Teillösung der auftretenden Probleme besteht in der Unterbringung des Antennensystems im Innern einer am Flugkörper angebrachten, stromlinienförmigen Radarhaube. Wenn auch derartige Radarhauben mehr oder weniger durchlässig für elektromagnetische Strahlung sind, so können sie doch Verzerrungen des Radarstrahles hervorrufen. Außerdem ragen diese Radarhauben aus der Oberfläche des Flugkörpers heraus und erzeugen dann einen nicht erwünschten aerodynamischen Widerstand.These and other problems are particularly severe with missile radar systems. A partial solution The problem that arises is the placement of the antenna system inside a Streamlined radar hood attached to the missile. Even if such radar hoods are more or less permeable to electromagnetic radiation, they can distort the Cause radar beam. In addition, these radar hoods protrude from the surface of the missile out and then create undesirable aerodynamic drag.
Es ist auf vielerlei Weise versucht worden, Antennenanordnungen zu entwickeln, die sich mit der Außenfläche des Flugkörpers bündig anordnen lassen. Bei einer Ausführungsform derartiger, mit der Oberfläche bündig angeordneter Antennensysteme wird ein Hohlleitersystem verwendet, das eine Vielzahl von strahlenden Öffnungen enthält, die in der Oberfläche des Flugkörpers liegen. Dieser Antennentyp benötigt keine Radarhaube und erzeugt auch nicht den normalerweise von einer Antenne hervorgerufenen aerodynamischen Widerstand. Doch ist es bisher nicht gelungen, bei derartigen Antennen eine völlig befriedigende Beherrschung der Richtcharakteristik zu erreichen. Außerdem ist es außerordentlich schwierig, wenn nicht gar unmöglich, die Richtung des ausgesandten elektromagnetischen Strahlenbündels innerhalb eines hinreichend großen Raumwinkelbereiches zu variieren.A number of attempts have been made to develop antenna assemblies that deal with the Arrange the outer surface of the missile flush. In one embodiment of this type, with the surface Flush-mounted antenna systems use a waveguide system that has a variety of contains radiating openings which lie in the surface of the missile. This type of antenna is required does not have a radar hood and does not produce the aerodynamic one normally produced by an antenna Resistance. But so far it has not been possible to achieve a completely satisfactory one with antennas of this type To achieve mastery of the directional characteristic. In addition, it is extremely difficult if not impossible, the direction of the emitted electromagnetic beam within to vary a sufficiently large solid angle range.
Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der genannten Nachteile. Sie geht von einer Antennenanordnung mit einstellbarer Bündelung des Abtaststrahles unter Verwendung eines Hohlleiters aus, der die elektromagnetische Energie in zwei verschiedenen Wellenformen fortpflanzt und längs dessen Antennenanordnung mit einstellbarer Bündelung des AbtaststrahlesThe aim of the invention is to avoid the disadvantages mentioned. It is based on an antenna arrangement with adjustable focusing of the scanning beam using a waveguide that the electromagnetic energy propagates in two different waveforms and along it Antenna arrangement with adjustable focusing of the scanning beam
Anmelder:Applicant:
Hughes Aircraft Company, Culver City, Calif.Hughes Aircraft Company, Culver City, Calif.
(V. St. A.)(V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. G. EichenbergDr.-Ing. G. Eichenberg
und Dipl.-Ing. H. Sauerland, Patentanwälte,and Dipl.-Ing. H. Sauerland, patent attorneys,
Düsseldorf 10, Cecilienstr. 76Düsseldorf 10, Cecilienstr. 76
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Robert E. Plummer, North Hollywood, CaUf.Robert E. Plummer, North Hollywood, CaUf.
(V. St. A.)(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 2. November 1959V. St. v. America November 2, 1959
(Nr. 851 212)(No. 851 212)
Wand mehrere Abstrahier angebracht sind, die nur durch die eine Wellenform erregt werden, während durch die andere Wellenform keine elektromagnetische Energie über die Abstrahler in den Raum außerhalb des Hohlleiters übertragen wird. Erfindungsgemäß ist in einer derartigen Antennenanordnung jedem Abstrahler eine Koppel- und Steuervorrichtung zugeordnet, mittels deren die eine Wellenform in die andere mit gewünschter Intensität derart übergeführt wird, daß die elektromagnetische Energie über die einzelnen Abstrahler nach Belieben weder aus- noch eingekoppelt oder aber in steuerbarer Menge ausgestrahlt oder empfangen wird. Mittels einer so gestalteten Antennenanordnung kann auf elektronischem Wege ein gewünschter Winkelbereich mit hoher Geschwindigkeit abgetastet werden, wobei dieser Winkel-Wall several abstracters are attached, which are only excited by the one waveform while due to the other waveform there is no electromagnetic energy via the radiators in the room is transmitted outside the waveguide. According to the invention is in such an antenna arrangement each emitter is assigned a coupling and control device, by means of which the one waveform in the others is transferred with the desired intensity in such a way that the electromagnetic energy via the individual emitters are neither decoupled nor coupled in or emitted in a controllable amount at will or is received. By means of an antenna arrangement designed in this way, electronic Paths a desired angular range can be scanned at high speed, this angular
409 509/283409 509/283
In einer Seitenwand 30 des Hohlleiters 12 sind eine Anzahl öffnungen angebracht, die dazu dienen, die in der Wanderwelle enthaltene elektromagnetische Energie aus dem Innern des Hohlleiters 12 in den 5 Raum außerhalb des Hohlleiters 12 auszukoppeln. Diese Öffnungen können jede beliebige Form haben; in dem betrachteten Beispiel bestehen sie aus einer Reihe untereinander praktisch gleichgestalteter länglicher Schlitze von der Art des in F i g. 1 abgebildetenIn a side wall 30 of the waveguide 12, a number of openings are made, which are used to Electromagnetic energy contained in the traveling wave from the interior of the waveguide 12 into the 5 space outside the waveguide 12 to be decoupled. These openings can have any shape; In the example under consideration, they consist of a series of elongated ones that are practically identical to one another Slots of the type shown in FIG. 1 pictured
schneiden keinen der Schlitze, was zur Folge hat, daß die Schlitze unfähig sind, Energie aus der TE10-WeIIe aus dem Hohlleiter 12 hinaus nach außen zu koppeln. Dagegen induziert die elektromagnetische Energie, die sich im Hohlleiter als TE01-WeIIe fortpflanzt, in der Seitenwand 30 Ströme, welche die Schlitze anregen. Als Folge davon wird zumindest ein Teil der Energie, die an irgendeinem der Schlitze im TE01-do not intersect any of the slots, with the result that the slots are unable to couple energy from the TE 10 wave out of the waveguide 12 to the outside. In contrast, the electromagnetic energy, which propagates in the waveguide as TE 01 wave, induces currents in the side wall 30 which excite the slots. As a result, at least some of the energy dissipated in any of the slots in the TE 01 -
bereich durchaus ein Raumwinkelbereich sein kann. Daneben läßt sich auch die Charakteristik des Abtaststrahles auf elektronischem Wege steuern.area can definitely be a solid angle area. In addition, the characteristics of the scanning beam control electronically.
In der bevorzugten Ausführung der Erfindung hat der Hohlleiter rechtwinkeligen Querschnitt, und die Abstrahler werden durch eine Reihe von abstrahlenden Öffnungen in einer Wand dieses Hohlleiters dargestellt. Ferner besteht zweckmäßig die Koppel- und Steuervorrichtung für jeden einzelnen Abstrahler ausIn the preferred embodiment of the invention, the waveguide has a rectangular cross-section, and the Radiators are represented by a series of radiating openings in one wall of this waveguide. Furthermore, the coupling and control device expediently consists of each individual emitter
einer Einrichtung zur Drehung der Polarisationsebene io Schlitzes 32D. Diese Schlitze sind längs der Mittel-a device for rotating the plane of polarization io slot 32 D. These slots are along the central
der Welle, z. B. in an sich bekannter Weise aus linie der Seitenwand 30 angeordnet,the shaft, e.g. B. arranged in a manner known per se from the line of the side wall 30,
einem innerhalb des Hohlleiters angeordneten Ferrit- Die Schlitze sind verhältnismäßig schmal, habena ferrite arranged inside the waveguide. The slots are relatively narrow
kernundeinerdenFerritkernumschlingendenMagnet- jedoch Resonanzlänge, wobei sie sich mit ihrer län-core and a magnetic core wrapped around the ferrite core, but with a resonance length, whereby they
spule. geren Ausdehnung ganz oder annähernd parallel zur Weitere Maßnahmen zur zweckmäßigen Weiter- 15 Achse des Hohlleiters 12 erstrecken. Die von derkitchen sink. Geren expansion completely or approximately parallel to the Further measures for the expedient further 15 axis of the waveguide 12 extend. The one from the
bildung der erfindungsgemäß gestalteten Antennen- TE10-WeIIe in der Seitenwand 30 induzierten Ströme anordnung werden nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Dort zeigtFormation of the antenna designed according to the invention TE 10 -WeIIe in the side wall 30 induced currents arrangement are explained below with reference to some embodiments that are shown in the drawing. There shows
Fig. 1 eine teilweise geschnittene perspektivische 20 Darstellung eines Antennensystems, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt,1 shows a partially sectioned perspective 20 Illustration of an antenna system that represents an embodiment of the invention,
Fig. 2 ein Aufriß eines Antennensystems in gegen F i g. 1 abgewandelter Form undFig. 2 is an elevation of an antenna system in opposite direction F i g. 1 modified form and
Fig. 3 die perspektivische Darstellung eines Steuer- 35 Wellentyp vorhanden ist, durch diesen Schlitz hin-Fig. 3 is a perspective view of a control shaft type is present, through this slot back
systems für das Antennensystem nach Fig. 2. durch nach außen gekoppelt.systems for the antenna system according to FIG. 2. coupled through to the outside.
Eine Verkörperung der Erfindung stellt das in Um die einzelnen Kopplungsgrade zwischen denAn embodiment of the invention is the order of the individual degrees of coupling between the
Fig. 1 dargestellte Antennensystem 10 dar, das zur Schlitzen32 und der Wanderwelle im Hohlleiter 121 shows the antenna system 10, which is used for slots 32 and the traveling wave in the waveguide 12
Aussendung eines Strahles elektromagnetischer Ener- unabhängig voneinander steuern zu können, ist jeweils gie in den Raum dient. Das System besteht aus einer 30 eine das elektromagnetische Feld drehende Vorrich-To be able to control the emission of a beam of electromagnetic energy independently of each other is always gie in the room. The system consists of a device that rotates the electromagnetic field.
Anzahl von Hohlleitern, die so gestaltet sind, daß an tung 34 A bis 34 G vor jedem einzelnen Schlitz 32 an-Number of waveguides that are designed so that at device 34 A to 34 G in front of each individual slot 32
sie eine oder mehrere nicht abgebildete Quellen elek- geordnet, mittels deren das Feld der Wanderwellethey elek-ordered one or more sources not shown, by means of which the field of the traveling wave
tromagnetischerEnergie angeschlossen werden können. gedreht werden kann. Zusätzlich kann noch eine wei-tromagnetic energy can be connected. can be rotated. In addition, a further
Im gezeichneten Beispiel sind nur zwei praktisch tere Vorrichtung 34H zur Drehung des elektromagneidentische Hohlleiter 12 und 14 abgebildet. Es wird 35 tischen Feldes hinter dem letzten Schlitz 32 G ange-In the example shown, only two more practical devices 34 H for rotating the electromagnetic waveguide 12 and 14 are shown. There is a 35 table field behind the last 32 G slot.
sich jedoch aus der folgenden Beschreibung ergeben, ordnet werden.however, can be found in the following description.
daß statt dessen auch nur ein einziger Hohlleiter oder In dem zur Rede stehenden Beispiel wird für die aber auch eine größere Anzahl von Hohlleitern ver- Vorrichtungen zur Drehung des elektomagnetischen wendet werden können, wenn dies verlangt wird. Feldes der Faraday-Effekt nutzbar gemacht, auf Der erste Hohlleiter 12 ist vom sogenannten qua- 40 Grund dessen das Vorhandensein eines Ferritmatedratischen Typ, bei dem also die einzelnen Seiten- rials in Verbindung mit einem Magnetfeld zur Magnewände 24, 26, 28 und 30 gleiche Länge haben. Das tisierung dieses Ferritmaterials eine Drehung des hat zur Folge, daß der Hohlleiter 12 in der Lage ist, elektrischen Feldes um einen gewissen Winkel bemit gleicher Leichtigkeit Wanderwellen elektromagne- wirkt, während dieses sich durch das Ferritmaterial tischer Energie in zwei voneinander verschiedenen 45 fortpflanzt. Die Vorrichtungen zur Drehung des elek-Grundschwingungstypen fortzupflanzen. Zum Beispiel tromagnetischen Feldes 34 sind untereinander alle kann eine wandernde Energiewelle längs dem Hohl- praktisch gleich und enthalten die Spulen 36 A bis leiter als TE10-WeIIe oder als TE01-WeIIe oder in 36 H, die um den Außenmantel des Hohlleiters 12 beiden Wellenarten fortgepflanzt werden. Die elek- herumgewickelt sind. Ein Gleichstrom, der durch eine irischen Felder dieser beiden Grandschwingungstypen 50 dieser Spulen fließt, erzeugt demzufolge im Innern des sind in Fig. 1 durch die beiden PfeileE„ und Eb an- Hohlleiters 12 ein Magnetfeld. Außerdem befindet gedeutet. sich im Innern des Hohlleiters ein Ferritkern 38, der Der Eingang 16 des Hohlleiters 12 ist darauf ein- dort so angebracht ist, daß er dem Magnetfeld ausgerichtet, an einen Mikrowellenerzeuger gewünschter gesetzt ist. Dieser Kern 38 kann aus einem einzigen Frequenz angekoppelt zu werden, wodurch es möglich 55 Stück bestehen, das einen sich kontinuierlich über die wird, eine Wanderwelle, deren elektromagnetische Gesamtlänge des Hohlleiters 12 erstreckenden Zylin-Energie mit dieser Frequenz schwingt, längs dem der bildet. Wenn erforderlich oder wünschenswert, Hohlleiter 12 fortzupflanzen. Diese in Fig. 1 nicht kann man den Kern auch aus mehreren Ferritstücken abgebildete Quelle kann von beliebiger, herkömm- aufbauen, die jeweils eine der zugeordneten Magnetlicher Bauart sein. Sie sollte jedoch nach Möglichkeit 60 spule 36 entsprechende Länge haben und dabei jean den Hohlleiter 12 so angekoppelt sein, daß sie in weils in der Mitte dieser Spule 36 angeordnet sind, ihm eine Wanderwelle aufbaut, die sich in diesem Bei dieser letzteren Art der Anordnung erstreckt sich Hohlleiter 12 ausschließlich als TE10-WeIIe fortpflanzt. das Ferritmaterial nicht bis in die unmittelbare Nach-Das andere Ende 20 des Hohlleiters 12 ist mit barschaft der Schlitze 32, was zur Folge hat, daß die einem energieabsorbierenden Lastglied abgeschlossen. 65 Schlitze selbst vom Einfluß des magnetischen Feldes Dadurch wird alle Energie, die dieses Ende 20 er- isoliert sind. Stücke aus nichtferritischem Material reicht, dort absorbiert und nicht zurück in den Hohl- mit gleicher Dielektrizitätskonstante wie die Ferritleiter 12 geworfen. stücke können zwischen diesen dort, wo sich diethat, instead, only a single waveguide or I n the example under discussion can be but for which a larger number of waveguides comparable devices for rotating the elektomagnetischen applies, if required. The first waveguide 12 is of the so-called quasi-40 reason for the presence of a ferrite matric type, in which the individual side rials in connection with a magnetic field are identical to the magnet walls 24, 26, 28 and 30 Have length. The fact that this ferrite material rotates has the consequence that the waveguide 12 is able to electro-magnetically act on the electric field at a certain angle with equal ease, while traveling waves propagate through the ferrite material in two different energy levels. Propagate the devices for rotation of the fundamental elek type. For example, the tromagnetic field 34 can all be a wandering energy wave along the hollow and contain the coils 36 A to conductors as TE 10 wave or TE 01 wave or in 36 H around the outer jacket of the waveguide 12 both Wave types are propagated. Which are elec- trically wound around. A direct current flowing through an Irish field of these two major oscillation types 50 of these coils consequently generates a magnetic field inside the waveguide 12 shown in FIG. 1 by the two arrows E 1 and E b. It is also interpreted. Inside the waveguide there is a ferrite core 38, which is attached to the input 16 of the waveguide 12 in such a way that it is aligned with the magnetic field and placed on a microwave generator as desired. This core 38 can be coupled from a single frequency, which makes it possible to consist of 55 pieces that are continuous over the, a traveling wave, the electromagnetic length of the total electromagnetic length of the waveguide 12 extending cylinder energy oscillates at this frequency, along which the forms. If necessary or desirable to propagate waveguides 12. This source, which is not shown in FIG. 1, the core can also consist of several ferrite pieces, can be of any conventional construction, each of which is one of the associated magnetic design. However, you should if possible have 60 coil 36 corresponding length and jean the waveguide 12 be coupled so that they are arranged in Weil in the middle of this coil 36, builds him a traveling wave, which extends in this latter type of arrangement Waveguide 12 propagates exclusively as TE 10 wave. The other end 20 of the waveguide 12 is in contact with the slots 32, with the result that the one energy-absorbing load member is closed off. 65 slots themselves from the influence of the magnetic field This means that all energy that this end 20 is isolated from. Pieces of non-ferritic material are sufficient, absorbed there and not thrown back into the hollow conductor with the same dielectric constant as the ferrite conductor 12. pieces can be placed between these where the
Schlitze 32 befinden, angeordnet werden, damit unerwünschte Reflexion von Mikrowellenenergie innerhalb des Hohlleiters vermieden wird.Slots 32 are located to allow unwanted reflection of microwave energy within of the waveguide is avoided.
Läßt man einen Gleichstrom durch irgendeine der Spulen 36 A bis 36 H fließen, so wird dadurch ein magnetischer Fluß innerhalb des Hohlleiters 12 und im Ferritkern 38 erzeugt, der das Feld der Wanderwelle dahin beeinflußt, daß es um einen gewissen Winkel gedreht wird, während die Mikrowellengekehrter Polarität hat eine Rückdrehung des Feldes der Wanderwelle in den TE10-Zustand zur Folge. Die gesamte Energie der Wanderwelle, welche diejenigen Schlitze erreicht, die auf die in umgekehrter Richtung 5 stromdurchflossenen Spulen 36 E, 36 F bzw. 36 G folgen, befindet sich dann wieder in einem Schwingungszustand, durch den diese Schlitze nicht angeregt werden. Demzufolge tritt auch keine elektromagnetische Energie durch diese Schlitze aus dem Hohlleiter aus.If a direct current is allowed to flow through any of the coils 36 A to 36 H , a magnetic flux is generated within the waveguide 12 and in the ferrite core 38, which influences the field of the traveling wave in such a way that it is rotated through a certain angle while the Microwave reversed polarity results in a reverse rotation of the traveling wave field into the TE 10 state. The entire energy of the traveling wave, which reaches the slots that follow the coils 36 E, 36 F and 36 G through which current flows in the opposite direction 5, is then again in a state of oscillation which does not excite these slots. As a result, no electromagnetic energy emerges from the waveguide through these slots.
energie die Spule passiert. Richtung und Betrag dieser io Man kann also die Schlitze, die angeregt werden
Drehung sind dabei eine Funktion des Betrages und sollen, sowie die Größe dieser Anregung unabhängig
der Richtung des die Spule 36 durchfließenden voneinander durch die Größe der durch die einzelnen
Stroms. Während das Feld der Wanderwelle sich Spulen 36 A bis 36 G fließenden Ströme steuern. Die
dreht, neigt der Fortpflanzungszustand dieser Welle Spule 36 H kann man dazu benutzen, die Energie, die
dazu, vom TE10-Zustand in den TE01-Zustand über- 15 das Ende 20 des Hohlleiters 12 erreicht, wieder auszugehen
oder umgekehrt. Eine Drehung von genau
90° hat ein vollständiges Umwechseln des Fortpflanzungszustandes von dem einen in den anderen
Zustand zur Folge. Eine kleinere Drehung als 90°
hat dagegen zur Folge, daß sich eine Komponente zoenergy passes the coil. Direction and amount of this io. The slots that are excited rotation are a function of the amount and are intended, as well as the size of this excitation independent of the direction of the coil 36 flowing through each other by the size of the current through the individual. During the traveling wave field, coils 36 A to 36 G control currents flowing. The tends to rotate, the state of propagation of this wave coil 36 H can be used to start again with the energy required to go from the TE 10 state to the TE 01 state via the end 20 of the waveguide 12, or vice versa. A twist of exactly
90 ° has a complete change of the state of reproduction from one to the other
Condition. A rotation less than 90 °
has the consequence, however, that a component zo
schließlich in den TE10-Zustand zu versetzen. Für den Fall, daß irgendwelche Energie von diesem Ende des Hohlleiters reflektiert wird, ist man dann wenigstens sicher, daß sie die Schlitze nicht anregt.finally to put in the TE 10 state. In the event that any energy is reflected from this end of the waveguide, one is then at least certain that it does not excite the slots.
Würde man die Energie, die durch die Schlitze 32 austritt, einfach in den Raum ausstrahlen lassen, so würde sich die resultierende Strahlung zu einem Strahlenbündel vereinigen, wobei der Hohlleiter 12 als Antenne wirksam wäre. Die Richtung des Strah-If one were to simply let the energy exiting through the slots 32 radiate into the room, so the resulting radiation would combine to form a bundle of rays, the waveguide 12 would be effective as an antenna. The direction of the beam
der Wanderwelle im TE10-Zustand und eine andere im TE01-Zustand fortpflanzt.the traveling wave propagates in the TE 10 state and another in the TE 01 state.
Sorgt man dafür, daß die dem Hohlleiter 12 zugeführte Energie sich ausschließlich als TE10-WeIIe
fortpflanzt, so wird das elektrische Feld der Welle 25 lenbündels würde dabei durch verschiedene Faktoren
so orientiert sein, wie es in F i g. 1 durch den Pfeil Ea beeinflußt werden, unter anderem durch die Größe
angedeutet ist. Es wird dann also keine Kopplung der Schlitze und deren gegenseitigen Abstand, ferner
zwischen der sich längs dem Hohlleiter 12 fortpflan- durch die relative Phasenbeziehung der aus den einzenden
Wanderwelle und den Schlitzen 32 zu beob- zelnen Schlitzen austretenden Energie. Normalerweise
achten sein. Falls jedoch ein Gleichstrom von irgend- 30 wäre dabei die Richtung des Strahles in bezug auf
einer bestimmten Größe in einer der Spulen, etwa in den Hohlleiter fest, und zwar würde sie rechtwinklig
Spule 36 D fließt, so wird sich das Feld der Wander- zur Achse dieses Hohlleiters 12 verlaufen. Das
welle, während diese das Magnetfeld der Spule 36 D ganze Gebilde würde sich daher verhalten wie ein
passiert, um einen Betrag drehen, der kleiner ist als Zwischending zwischen einer Antennenanordnung für
90°. Hinter dieser stromdurchflossenen Spule 36D 35 Längsstrahlung und einer solchen für Querstrahlung,
erscheint daher die Wanderwelle dann mit zwei ge- Die Gestalt der Richtkennlinie des Strahlenbündels
trennten Komponenten, von denen die eine im TE10- wird durch die Zahl der angeregten Schlitze 32 und
Zustand, die andere dagegen im TE01-Zustand durch die relativen Amplituden der aus diesen Schiitschwingt.
Dadurch wird zumindest der erste auf die zen austretenden Strahlung bestimmt. Dementsprestromdurchflossene
Spule 36 D folgende Schlitz 32 D 4° chend hat eine Veränderung der Stromstärke der in
durch die sich im Hohlleiter 12 fortpflanzende Wan- den einzelnen Spulen 36 fließenden Ströme eine Verderwelle
angeregt, wobei zumindest ein Teilbetrag änderung der Form des Strahlenbündels zur Folge,
der im TE01-Zustand vorhandenen Energie aus dem Mit einem einzigen Hohlleiter, etwa dem Hohlleiter
Hohlleiter 12 nach außen gekoppelt wird. Dabei ist 12, wäre es möglich, eine Strahlbündelung oder Strahlder
Betrag der aus dem Schlitz 32 D austretenden 45 fokussierung in Ebenen zu erzielen, welche die Achse
Energie eine Funktion der Amplitude der sich im des Hohlleiters 12 und/oder die Schlitze 32 enthalten.
TE01-Zustand fortpflanzenden Komponente, wobei Obwohl es prinzipiell möglich wäre, die Schlitze
diese Amplitude wiederum eine Funktion der Strom- direkt in den Raum abstrahlen und damit die Funkstärke
in der Spule 36 D ist. tion eines Antennengebildes übernehmen zu lassen,It is ensured that the energy supplied to the waveguide 12 appears exclusively as a TE 10 wave
propagates, the electric field of the wave would be oriented by various factors as shown in FIG. 1 can be influenced by the arrow E a , is indicated, among other things, by the size. There is then no coupling of the slots and their mutual spacing, furthermore between the energy propagating along the waveguide 12 due to the relative phase relationship of the energy emerging from the individual traveling wave and the slots 32. Usually be careful. If, however, a direct current of any- 30 would be the direction of the beam with respect to a certain size in one of the coils, for example in the waveguide, it would flow at right angles to coil 36 D , then the field would become the wandering direction Axis of this waveguide 12 run. The wave, during this entire structure, the magnetic field of the coil 36 D would therefore behave like a happened, rotate by an amount which is smaller than the intermediate between an antenna arrangement for 90 °. Behind this current-carrying coil 36D 35 longitudinal radiation and one for transverse radiation, the traveling wave then appears with two components separated by the shape of the directional characteristic of the beam, one of which in the TE 10 - is determined by the number of excited slots 32 and state, the other, on the other hand, in the TE 01 state due to the relative amplitudes of the schiit oscillates from this. In this way, at least the first radiation emerging on the zen is determined. Coil 36 D through which the pre-current flows, following slot 32 D 4 ° accordingly, a change in the current strength of the currents flowing through the individual coils 36 propagating in the waveguide 12 excites a verder wave, with at least a partial change in the shape of the beam resulting in the energy present in the TE 01 state from the with a single waveguide, such as the waveguide, the waveguide 12 is coupled to the outside. It is 12, it would be possible to achieve a beam bundling or beam the amount of focusing 45 emerging from the slot 32 D in planes which contain the axis energy as a function of the amplitude of the waveguide 12 and / or the slots 32. 01 TE state propagating component, although it would be possible in principle, in turn, radiate the slots, this amplitude is a function of the current directly into the room, and thus the radio strength is 36 D in the coil. to take over an antenna structure,
Soll noch ein weiterer oder sollen nach weitere 50 hat es sich doch als besser herausgestellt, für jedenShould one more or should after another 50 it has turned out to be better for everyone
Schlitze im Anschluß an den Schlitz 32 D im gleichen einzelnen Schlitz 32 A bis 32 G noch einen Hilfshohl-Slots following the slot 32 D in the same individual slot 32 A to 32 G an auxiliary hollow
oder in einem anderen Maß als der Schlitz 32 D an- leiter 38 A bis 38 G zu verwenden. Die Hilfshohlleiteror in a different dimension than the slot 32 D to use guides 38 A to 38 G. The auxiliary waveguide
geregt werden, beispielsweise die Schlitze 32 E, 32 F sind sämtlich praktisch untereinander gleich, habenare excited, for example the slots 32 E, 32 F are all practically the same as one another
und/oder 32 G, so müssen die entsprechenden Spulen rechteckigen Querschnitt und eine verhältnismäßigand / or 32 G, the corresponding coils must have a rectangular cross-section and a proportionate
36E, 36 F und/oder 36 G ebenfalls von einem Gleich- 55 kurze Gesamtbaulänge. Jeder einzelne Hohlleiter 3836 E, 36 F and / or 36 G also of equal 55 short overall length. Each individual waveguide 38
strom durchflossen werden. Die Größe der entspre- ist starr mit dem Haupthohlleiter 12 verbunden, wo-electricity flows through it. The size of the corresponding is rigidly connected to the main waveguide 12, where-
chenden Ströme kann man dabei so wählen, daß sich bei das Ende eines jeden Hohlleiters 38 mit einemcorresponding currents can be chosen so that at the end of each waveguide 38 with a
jeweils eine solche Drehung des elektrischen Feldes der Schlitze 32 zusammenfällt. Die breiten Seiten dereach such rotation of the electric field of the slots 32 coincides. The broad sides of the
der Wanderwelle ergibt, daß die erzeugte Amplitude Hohlleiter 38 verlaufen parallel zu den Längsabmesder im TE01-Zustand schwingenden Komponente der 60 sungen der Schlitze 32, so daß die offenen Enden 42 A of the traveling wave shows that the generated amplitude waveguides 38 run parallel to the longitudinal dimensions of the components of the 60 sung of the slots 32, which oscillate in the TE 01 state, so that the open ends 42 A
Wanderwelle ausreicht, um den gewünschten Grad bis 42 G der Hohlleiter 38 eine gerade Reihe bilden.Traveling wave is sufficient to form a straight row to the desired degree up to 42 G of the waveguide 38.
der Anregung der Schlitze 32 E, 32 F und/oder32G
zu erzielen.the excitation of the slots 32 E, 32 F and / or 32G
to achieve.
Soll verhindert werden, daß einer der folgendenIs to prevent any of the following
Die gesamte Energie, die durch einen der Schlitze 32
aus dem Hohlleiter 12 austritt, wandert nunmehr
durch einen der Hilfshohlleiter 38 und wird von desAll of the energy passed through one of the slots 32
emerges from the waveguide 12, now migrates
through one of the auxiliary waveguides 38 and is of the
Schlitze 32 E, 32 F bzw. 32 G an die Wanderwelle an- 65 sen offenen Enden 42 in den Raum abgestrahlt,Slots 32 E, 32 F or 32 G on the traveling wave at 65 sen open ends 42 radiated into the room,
gekoppelt wird, so läßt man einen Strom von umge- Jeder einzelne Hilfshohlleiter 38 enthält einenis coupled, so one lets a current of vice versa. Each individual auxiliary waveguide 38 contains one
kehrter Polarität durch die entsprechenden Spulen Phasenschieber zur Steuerung der Phase der aus denReversed polarity by using the appropriate coil phase shifter to control the phase of the out of the coil
E, 36 F bzw. 36 G fließen. Ein solcher Strom um- Öffnungen 42 austretenden elektromagnetischenE, 36 F and 36 G flow respectively. Such a current around openings 42 escaping electromagnetic
Strahlung. Jeder dieser Phasenschieber enthält eine Spule 44 A bis 44 G, die um den Außenmantel des ihr zugeordneten Hilfshohlleiters herumgewickelt ist, sowie einen Ferritkern 46, der sich im Innern dieses Hohlleiters 38 befindet. Der Kern 46 kann entweder aus Ferritstreifen an der oberen und an der unteren breiten Wand des Hohlleiters 38 bestehen, wodurch sich eine negative Phasenverschiebung ergibt, oder aus einem Ferritstab in der Mitte des Hohlleiters 38,Radiation. Each of these phase shifters contains a coil 44 A to 44 G, which is wound around the outer jacket of the auxiliary waveguide assigned to it, as well as a ferrite core 46 which is located in the interior of this waveguide 38. The core 46 can either consist of ferrite strips on the upper and lower wide walls of the waveguide 38, which results in a negative phase shift, or of a ferrite rod in the middle of the waveguide 38,
Mitte des Hohlleiters 14 bestehen, sowie aus Spulen 54, die um die Außenwände des Hohlleiters 14 herumgelegt sind. Diese Spulen 54 und der Kern 52 bestimmen dann den Betrag der Energie, der aus dem 5 Hohlleiter 14 durch jeden einzelnen der Schlitze 48 ausgekoppelt werden kann.The center of the waveguide 14, as well as coils 54, which are placed around the outer walls of the waveguide 14 are. These coils 54 and the core 52 then determine the amount of energy from the 5 waveguide 14 can be coupled out through each of the slots 48.
Daneben sind getrennte Hilfshohlleiter 56 für jeden einzelnen Schlitz 48 vorgesehen. Diese Hilfshohlleiter 56 sehen praktisch ebenso aus wie die Hilfshohlleiter was eine positive Phasenverschiebung zur Folge hat. io 38 des ersten Hohlleiters 12, wobei ihre Enden eine Der Strom in einer der Spulen 44 erzeugt im Innern zweite Reihe von strahlenden öffnungen 58 bilden, des zugehörigen Ferritkerns und Hohlleiters ein die parallel zur ersten Reihe von öffnungen 42 vermagnetisches Gleichfeld. Da es sich bei den Hilfs- läuft. Jeder dieser Hilfshohlleiter 56 ist mit einer Vorhohlleitern 38 um Rechteckhohlleiter handelt, reicht richtung zur Phasenverschiebung ausgerüstet, die aus dieses Gleichfeld aus, die Phase jeder durch den 15 je einer um die Außenwände des Hohlleiters 56 herumgelegten Spule 60 und einem im Innern dieses Hohlleiters 56 angebrachten Ferritkern 62 besteht. Die durch die Spulen 60 fließenden Ströme bewirken eine Steuerung der Phasenbeziehungen der aus den 20 einzelnen öffnungen 58 ausgestrahlten Wellen untereinander. In addition, separate auxiliary waveguides 56 are provided for each individual slot 48. This auxiliary waveguide 56 practically look the same as the auxiliary waveguides, which results in a positive phase shift. io 38 of the first waveguide 12, with its ends a The current in one of the coils 44 generates a second row of radiating openings 58 inside, of the associated ferrite core and waveguide a parallel to the first row of openings 42 vermagnetic Constant field. Since the auxiliary runs. Each of these auxiliary waveguides 56 is provided with a pre-waveguide 38 is a rectangular waveguide, is equipped for the phase shift direction, which is sufficient this constant field off, the phase of each through the 15 each laid around the outer walls of the waveguide 56 Coil 60 and a ferrite core 62 mounted inside this waveguide 56. The currents flowing through the coils 60 control the phase relationships of the 20 individual openings 58 radiated waves among each other.
Um mit dem Antennengebilde 10 ein Gebiet mittels eines Strahles elektromagnetischer Energie abzutasten, führt man die in einer Mikrowellenquelle erzeugteIn order to scan an area with the antenna structure 10 by means of a beam of electromagnetic energy, one leads the generated in a microwave source
der Wanderwelle. Der Strom in diesen Spulen 36 be- 25 Energie den Eingangsenden 16 und 18 der Hohlleiter
stimmt deshalb das Maß der Strahlbündelung oder 12 und 14 zu. Die Energie pflanzt sich dann längs
Strahlfokussierung in Ebenen, welche die Öffnungen
42 enthalten. Es ist außerdem ohne weiteres einzusehen, daß eine Veränderung der Ströme, die in denthe traveling wave. The current in these coils 36 determines the energy at the input ends 16 and 18 of the waveguides, therefore, the degree of beam bundling or 12 and 14 is appropriate. The energy is then planted along the beam focusing in planes containing the openings
42 included. It is also readily understood that a change in the currents flowing into the
Hohlleiter 38 fortgepflanzten Energie zu steuern. Man kann also auf einfache Weise die Phase der einzelnen aus den verschiedenen Hohlleitern austretenden Wellen steuern, indem man einfach den Strom in den zugehörigen Spulen 44 entsprechend einstellt.Waveguide 38 to control propagated energy. So you can easily change the phase of each Control the waves emerging from the various waveguides by simply directing the current into the associated Coils 44 adjusts accordingly.
Eine Veränderung des durch die Spulen 36 der Vorrichtungen zur Drehung des elektromagnetischen Feldes fließenden Stromes steuert den Grad der Kopplung zwischen den Schlitzen 32 und der EnergieA change in the coil 36 of the devices for rotating the electromagnetic The field of flowing current controls the degree of coupling between the slots 32 and the energy
der Hohlleiter 12 und 14 in Form von TE10-Wellen fort. Die sich in dieser Wellenart ausbreitende Energie ist für die Erregung der Schlitze 32 und 48the waveguides 12 and 14 continue in the form of TE 10 waves. The energy that propagates in this type of wave is for the excitation of the slots 32 and 48
Vorrichtungen zur Phasenverschiebung fließen, die 30 unwirksam; es wird also demzufolge auch keine relativen Phasenlagen der aus den Öffnungen 42 aus- Energie aus den Wanderwellen durch die Schlitze ausDevices for phase shifting flow, the 30 ineffective; so it won't be relative phase positions of the out of the openings 42 from energy from the traveling waves through the slots
einem der beiden Hohlleiter 12 und 14 ausgekoppelt. Um die Abstrahlung eines Bündels elektromagnetischer Energie von dem Antennengebilde 10 zu beone of the two waveguides 12 and 14 decoupled. To the emission of a bundle of electromagnetic Energy from the antenna structure 10 to be
tretenden Wellen verändert und somit die Richtung des ausgesandten Strahlenbündels bestimmt.changing waves and thus determines the direction of the emitted beam.
Werden noch weitergehende SteuermöglichkeitenWill be even more extensive tax options
für die Strahlbündelung und die Strahlrichtung ver- 35 wirken, läßt man durch vorher gewählte Kombinalangt, so kann man noch weitere Hohlleiter, etwa den tionen der Spulen zur Drehung des elektromagnein Fig. 1 dargestellten Hohlleiter 14 vorsehen. Im tischen Feldes 36/1 bis 36G und 54Λ bis 54G begezeichneten Beispiel wurde nur ein einziger Zusatz- stimmte Ströme fließen. Wenn die Energie in den hohlleiter 14 abgebildet. Doch ist es klar, daß man Wanderwellen die Spulen und zugehörigen Ferritauch eine größere Anzahl derartiger Hohlleiter ver- 4° kerne passiert, dreht sich entsprechend der vorherwenden kann, falls eine noch vollständigere Steuerung gewählten Magnetisierung das elektrische Feld dieser der Strahlrichtung und der Strahlform erwünscht ist. Wanderwellen, und es entstehen überall dort, wo manfor the bundling of the rays and the direction of the rays, one allows the previously selected combination lengths, so you can add other waveguides, such as the functions of the coils for rotating the electromagnet Fig. 1 provide waveguide 14 shown. Marked in the table field 36/1 to 36G and 54Λ to 54G For example, only a single additional was voted currents to flow. When the energy in the Waveguide 14 shown. However, it is clear that traveling waves can also use the coils and associated ferrite If a larger number of such waveguide cores passes, it rotates according to the previous turn can, if an even more complete control chosen magnetization, the electric field of this the beam direction and the beam shape is desired. Traveling waves, and they arise wherever you go
Der Hohlleiter 14 ist praktisch ebenso aufgebaut die Anregung eines der Schlitze 32 oder 48 wünscht, wie der Hohlleiter 12. Er hat also wiederum quadra- Komponenten der sich ausbreitenden Energie, die im tische Form und kann daher elektromagnetische 45 TE01-Zustand schwingen. Das Verhältnis der AnEnergie sowohl im TE10- als auch im TE01-Zu- regungsintensitäten der Schlitze 32 im ersten Hohlstand fortpflanzen. Der Eingang 18 des Hohlleiters leiter 12 untereinander sowie das gegenseitige Ver-14 kann an dieselbe Mikrowellenenergiequelle ange- hältnis der Anregungsintensitäten der Schlitze 48 im schlossen werden wie der Eingang 16 des ersten Hohl- zweiten Hohlleiter 14 bestimmt das Maß der Strahlleiters 12. Die Energie wird so in den Hohlleiter 14 5° schärfung oder Bündelung in Ebenen, welche die eingespeist, daß sie sich in diesem als TE10-WeIIe Öffnungen 42 bzw. 58 enthalten. Das Verhältnis der ausbreitet. In der einen Seitenwand des Hohlleiters 14 Anregungsintensitäten der Schlitze 32 zu denen der befindet sich eine Reihe von Schlitzen 48, die prak- Schlitze 48 bestimmt dagegen die Größe der Strahltisch genauso gestaltet sind wie die Schlitze 32 im schärfung in Ebenen senkrecht zur Seitenwand 26. ersten Hohlleiter 12. Die Längsabmessungen dieser 55 Man kann also durch geeignete Steuerung der Ströme Schlitze 48 verlaufen parallel zu den Schlitzen 32 im in den Spulen 36 und 54 die aus den öffnungen 42 ersten Hohlleiter 12 und parallel zur Achse des zweiten Hohlleiters 14. Demzufolge werden die SchlitzeThe waveguide 14 is practically constructed in the same way the excitation of one of the slots 32 or 48 desires as the waveguide 12. It in turn has quadra components of the propagating energy in the form of tables and can therefore oscillate electromagnetic 45 TE 01 state. Propagate the ratio of the AnEnergie both in the TE 10 and in the TE 01 excitation intensities of the slots 32 in the first cavity. The input 18 of the waveguide 12 to each other and the mutual connection 14 can be connected to the same microwave energy source depending on the excitation intensities of the slots 48 as the input 16 of the first hollow second waveguide 14 determines the size of the beam guide 12. The energy is so in the waveguide 14 5 ° sharpening or bundling in planes which are fed in that they are contained in this as TE 10 -WeIIe openings 42 and 58, respectively. The ratio of the spreads. In one side wall of the waveguide 14 excitation intensities of the slots 32 to which there is a row of slots 48, the prak-slots 48, however, determine the size of the beam table are designed exactly as the slots 32 in the sharpening in planes perpendicular to the side wall 26th first Waveguide 12. The longitudinal dimensions of these 55. By suitable control of the currents, slots 48 can therefore run parallel to the slots 32 in the coils 36 and 54 which emerge from the openings 42 first waveguide 12 and parallel to the axis of the second waveguide 14. Accordingly, the Slots
48 von der als TE10-WeIIe innerhalb des Hohlleiters
14 ausbreitenden Energie nicht angeregt, wohl aber 60
von der Energie, die sich als TE01-WeIIe fortpflanzt.
Auch hier ist eine getrennte Vorrichtung 50 zur
Drehung des elektromagnetischen Feldes für jeden
der Schlitze 48 vorgesehen sowie eine weitere derartige Vorrichtung hinter dem letzten dieser Schlitze. 65 len so variieren, daß man auf diese Weise eine Steue-Diese
Vorrichtungen 50 können praktisch ebenso auf- rung der Strahlrichtung in Ebenen bewirkt, welche
gebaut sein wie die Vorrichtungen 34 für den ersten die öffnungen 42 enthalten. Außerdem kann man die
Hohlleiter 12, also aus einem Ferritkern 52 in der Ströme in den Spulen 60 so aufeinander abstimmen,48 of the TE 10 wave inside the waveguide
14 propagating energy is not stimulated, but 60
of the energy that propagates as TE 01 wave.
Here, too, is a separate device 50 for
Rotation of the electromagnetic field for everyone
of the slots 48 and another such device behind the last of these slots. These devices 50 can practically just as well be effectuating the beam direction in planes which are constructed like the devices 34 for the first one containing the openings 42. In addition, the waveguides 12, i.e. from a ferrite core 52 in the currents in the coils 60, can be coordinated with one another in such a way that
und 58 austretenden elektromagnetischen Wellen in einen Bleistiftstrahl oder in irgendeine sonstige gewünschte Strahlform kollimieren oder fokussieren.and 58 emanating electromagnetic waves into a pencil beam or any other desired Collimate or focus beam shape.
Die für das Antennengebilde 10 vorhandene Steuerungsvorrichtung kann daneben noch eine Änderung der Ströme in den phasenverschiebenden Spulen 44 und 60 bewirken. Man kann dadurch die Phasen der aus den öffnungen 42 A bis 42 G austretenden WeI-The control device available for the antenna structure 10 can also bring about a change in the currents in the phase-shifting coils 44 and 60. You can thereby the phases of the emerging from the openings 42 A to 42 G
daß sich eine Steuerung der Strahlrichtung in Ebenen ergibt, welche die Öffnungen 58 enthalten.that a control of the beam direction results in planes which contain the openings 58.
Außerdem lassen sich die Ströme in den Spulen 44 so auf die Ströme in den Spulen 60 abstimmen, daß man eine Steuerung der relativen Phasenverschiebungen zwischen den Wellen, die aus der einen Reihe von Öffnungen 42 austreten und den Wellen erhält, die aus der anderen Reihe von Öffnungen 58 austreten. Dadurch ergibt sich eine Steuerung der Strahlrichtung in Ebenen senkrecht zur Seitenwand 26.In addition, the currents in the coils 44 can be matched to the currents in the coils 60 that one has a control of the relative phase shifts between the waves resulting from a series of Openings 42 exit and receive the waves emerging from the other row of openings 58. This results in a control of the beam direction in planes perpendicular to the side wall 26.
Es ist also möglich, den Strahl zu fokussieren, indem man die Ströme in den Spulen 36 und 54 steuert sowie die Richtung des Strahles zu verändern, indem man die Ströme in den Spulen 44 und 60 steuert. Das hat zur Folge, daß man mit dem Strahl ein ganzes Gebiet mit rein elektronischen Mitteln abtasten kann, wodurch die Notwendigkeit, irgendwelche Teile des Antennengebildes mechanisch zu bewegen, entfällt.It is also possible to focus the beam by controlling the currents in coils 36 and 54 as well as changing the direction of the beam by controlling the currents in coils 44 and 60. That has the consequence that the beam can scan an entire area with purely electronic means, whereby the need to move any parts of the antenna structure mechanically is eliminated.
Um eine Steuerungsmöglichkeit für die einzelnen Spulen zu bekommen, kann man so vorgehen, daß man eine Stromquelle an eine Kommutatorvorrichtung anschließt, etwa an Schleifringe und Bürsten. Diese Vorrichtung übernimmt die Stromversorgung der Spulen zur Drehung des elektrischen Feldes in einem gewissen Abschnitt des Antennengebildes, wobei die Energie der Wanderwelle in diesem Abschnitt in die Hilfshohlleiter ausgekoppelt und von den offenen Enden derselben ausgestrahlt wird.In order to get a control option for the individual coils, one can proceed in such a way that a power source is connected to a commutator device such as slip rings and brushes. This device takes over the power supply of the coils to rotate the electric field in a certain section of the antenna structure, the energy of the traveling wave in this section is decoupled into the auxiliary waveguide and emitted from the open ends of the same.
Um die ausgestrahlte Energie zu kollimieren, kann man die Kommutatorvorrichtung auch noch zur Stromversorgung der phasenverschiebenden Vorrichtungen heranziehen, die sich an den Hilfshohlleitern befinden, um damit eine Phasenverschiebung der abgestrahlten Signale zu bekommen. Man kann so mit Hilfe der phasenverschiebenden Spulen den Neigungswinkel des ausgesandten Strahles steuern. Wünscht man eine schärfere Fokussierung, so kann man eine Anzahl der beschriebenen Gebilde verwenden.To collimate the emitted energy, can the commutator device is also used to supply power to the phase-shifting devices use, which are located on the auxiliary waveguides, in order to shift the phase of the emitted To get signals. You can adjust the angle of inclination with the help of the phase-shifting coils control of the emitted beam. If you want a sharper focus, you can do one Use the number of structures described.
Will man den elektromagnetischen Strahl einen größeren Raumbereich überstreichen lassen, so kann man dazu das in F i g. 2 und 3 dargestellte Antennengebilde verwenden. Bei dieser Ausführungsform besteht die Antenne aus einer Anzahl von Hohlleitern, die praktisch vollständige Kreise bilden und einer über dem anderen derart angeordnet sind, daß sie alle senkrecht auf der Achse des Antennengebildes stehen. Die Eingänge 104 der Hohlleiter befinden sich dabei in unmittelbarer Nähe der Ausgänge 106 und sind so angepaßt, daß sie von einem Hohlleiter 108 elektromagnetische Energie aufnehmen können, die dieser Hohlleiter 108 von einer Energiequelle heranbringt. If you want to let the electromagnetic beam sweep over a larger area, so can to do this in FIG. 2 and 3 use the antenna structure shown. In this embodiment there is the antenna from a number of waveguides that form practically complete circles and one are arranged above the other in such a way that they are all perpendicular to the axis of the antenna structure stand. The inputs 104 of the waveguides are located in the immediate vicinity of the outputs 106 and are adapted so that they can absorb electromagnetic energy from a waveguide 108, the this waveguide 108 brings it from an energy source.
Jeder der Hohlleiter 102 hat praktisch quadratischen Querschnitt, so daß sich in ihm eine Wanderwelle elektromagnetischer Energie in zwei verschiedenen Grundschwingungsformen ausbreiten kann, z. B. im TE10- und im TE01-Zustand.Each of the waveguides 102 has a practically square cross-section, so that a traveling wave of electromagnetic energy can propagate in it in two different fundamental waveforms, e.g. B. in TE 10 and TE 01 state.
Der Hohlleiter 108 ist an den Eingang 104 so angeschlossen, daß eine Wanderwelle elektromagnetischer Energie im Hohlleiter 102 ausschließlich als TE10-WeIIe erregt wird und sich auch nur in diesem Zustande ausbreitet. Der Ausgang 106 des Hohlleiters 102 ist mit einem nichtreflektierenden Lastglied abgeschlossen, das jede Energie absorbiert, die dieses Ende 106 erreicht.The waveguide 108 is connected to the input 104 in such a way that a traveling wave of electromagnetic energy is excited in the waveguide 102 exclusively as a TE 10 wave and only propagates in this state. The exit 106 of the waveguide 102 is terminated with a non-reflective load member that absorbs any energy that reaches that end 106.
Die äußeren zylinderförmigen Wände der Hohlleiter 102 weisen eine Anzahl Öffnungen auf, die geeignet sind, Energie aus einer Wanderwelle im Innern des Hohlleiters 102 nach außen auszukoppeln. Im vorliegenden Beispiel bestehen diese Öffnungen aus länglichen Schlitzen, die eine gewisse Resonanzlänge haben und deren Längsausdehnung sich in Richtung des Hohlleiterumfanges erstreckt.The outer cylindrical walls of the waveguides 102 have a number of openings which are suitable are to couple energy from a traveling wave inside the waveguide 102 to the outside. in the present example, these openings consist of elongated slots that have a certain resonance length have and their longitudinal extent extends in the direction of the waveguide circumference.
Infolge dieser Anordnung der Schlitze baut Energie, die im Hohlleiter 102 im TE10-Zustand vorhanden ist, keine Ströme auf, die zur Anregung dieser Schlitze führen können. Demzufolge wird auch keine Energie, ίο die sich in diesem TE10-Zustand ausbreitet, durch die Schlitze in den Außenraum des Hohlleiters 102 ausgekoppelt. As a result of this arrangement of the slots, energy that is present in the waveguide 102 in the TE 10 state does not build up any currents which can lead to the excitation of these slots. As a result, no energy, which propagates in this TE 10 state, is coupled out through the slots into the outer space of the waveguide 102.
Um den Grad der Kopplung zwischen den einzelnen Schlitzen und der Energie in der Wanderwelle für jeden Schlitz einzeln steuern zu können, ist kurz vor jedem einzelnen Schlitz eine Vorrichtung zur Drehung des elektromagnetischen Feldes angebracht. Diese Vorrichtungen zur Drehung des elektrischen Feldes sind praktisch ebenso aufgebaut wie die entsprechenden Vorrichtungen bei der oben besprochenen ersten Ausführungsform der Erfindung. Jede Vorrichtung zur Drehung des elektromagnetischen Feldes besteht unter anderem aus einer Spule 112, die außen um den Hohlleiter 102 herumgewickelt ist, und aus einem Ferritkern 114, der sich in der Mitte des Hohlleiters 102 befindet. Um der einfacheren Darstellung willen wurde in den Zeichnungen nur eine dieser Spulen 112 abgebildet; doch ist für jeden einzelnen Schlitz eine derartige Spule vorhanden. Der Ferritkern 114 kann ein praktisch nicht unterbrochener Ring aus Ferrit sein oder aber auch aus einer Anzahl einzelner Stücke bestehen, die zusammen mit den Spulen 112 angebracht sind, und einer Anzahl von nichtferritischen Stücken, die den Schlitzen zugeordnet sind.About the degree of coupling between the individual slots and the energy in the traveling wave To be able to control each slot individually, is a device for shortly before each individual slot Rotation of the electromagnetic field attached. These devices to rotate the electrical Field are practically constructed in the same way as the corresponding devices in the case of the one discussed above first embodiment of the invention. Any device for rotating the electromagnetic The field consists, among other things, of a coil 112, which is wound around the outside of the waveguide 102, and a ferrite core 114, which is located in the center of the waveguide 102. To the simpler one For the sake of illustration, only one of these coils 112 has been shown in the drawings; but is for everyone single slot such a coil is available. The ferrite core 114 can be practically uninterrupted Ring made of ferrite or consist of a number of individual pieces that come together with the coils 112 attached, and a number of non-ferrite pieces forming the slots assigned.
Der Strom in den Spulen 112 wird durch eine Steuervorrichtung 116 geregelt, die eine Stromquelle mit einer Anzahl getrennter Ausgänge 118,120,122, 124 und 126 enthält. Jeder Ausgang ist so eingerichtet, daß er einen Gleichstrom von bestimmter Größe liefert, der von gleicher Größe oder von anderer Größe sein kann als die von den anderen Ausgängen gelieferten Ströme. Die Ausgänge sind einzeln an je einen Schleifring 128, 130, 132, 134 und 136 angeschlossen. Diese Ringe stehen fest.The current in the coils 112 is regulated by a controller 116 which is a power source with a number of separate outputs 118, 120, 122, 124 and 126. Each exit is set up in such a way that that it supplies a direct current of a certain magnitude, that of the same magnitude or of a different magnitude Can be larger than the currents supplied by the other outputs. The outputs are individual connected to one slip ring 128, 130, 132, 134 and 136 each. These rings are fixed.
Ferner ist ein rotierender Kommutator vorhanden, der eine Anzahl von Segmenten 140 enthält, deren Anzahl der der Spulen 112 auf dem Hohlleiter 102 entspricht. Eine vorher ausgewählte Gruppe von Segmenten 140 ist bei 142 geerdet, während eine andere Gruppe mit Bürsten 144 in Verbindung steht, die auf den Schleifringen gleiten. Jede einzelne der Spulen 112 steht mit einer oder mehreren Bürsten 145 in Verbindung, die auf der Oberfläche des Kommutators 138 gleiten und der Reihe nach Kontakt mit den einzelnen Segmenten 140 bekommen. Dadurch werden, wenn der Kommutator 138 rotiert, die Spulen 112 der Reihe nach mit Strom versorgt, wobei die Ströme in den Spulen 112 eine vorgegebene Stärke haben, die sich aus den von den Ausgängen 118 bis 126 gelieferten Stromstärken ergibt.There is also a rotating commutator which includes a number of segments 140, whose Number of the coils 112 on the waveguide 102 corresponds. A pre-selected group of Segments 140 is grounded at 142 while another group is connected to brushes 144, that slide on the slip rings. Each one of the coils 112 stands with one or more brushes 145 in connection that slide on the surface of the commutator 138 and contact in turn get 140 with the individual segments. As a result, when the commutator 138 rotates, the Coils 112 are supplied with current in sequence, the currents in the coils 112 being a predetermined one Have strength that results from the currents supplied by the outputs 118 to 126.
Da die Ströme in den Spulen 112 den Energiebetrag bestimmen, der durch die Schlitze ausgekoppelt werden kann, wird bei rotierendem Kommutator die Energie der Reihe nach aus den einzelnen Schlitzen in einer solchen Weise ausgekoppelt, daß sich ein Strahl gleichbleibender Form ergibt, der um die Achse des Antennengebildes 100 rotiert. Die An-Since the currents in the coils 112 determine the amount of energy that can be coupled out through the slots, when the commutator is rotating the energy is successively coupled out of the individual slots in such a way that a beam of constant shape results which rotates around the axis of antenna structure 100. The arrival
409 509/293409 509/293
zahl der in jedem Hohlleiter 102 gleichzeitig angeregten Schlitze sowie die relativen Amplituden dieser Anregungen bestimmen das Maß der Fokussierung der Strahlung, wodurch eine Steuerung dieser Fokussierung ermöglicht wird.number of slots excited simultaneously in each waveguide 102 and their relative amplitudes Excitations determine the degree of focusing of the radiation, thereby controlling this focusing is made possible.
Daneben befindet sich außerhalb des Hohlleiters 102 noch für jeden Schlitz ein einzelner Hilfshohlleiter 146. Die inneren Enden dieser Hilfshohlleiter 146 sind so am Hohlleiter 102 befestigt, daß sie mit den Schlitzen zusammenfallen, wobei die gesamten Hilfshohlleiter 146 sich in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Hilfshohlleiter 146 führt man vorzugsweise mit rechteckigem Querschnitt aus, wobei die breiten Seiten dieser Hohlleiter parallel zur Längsachse dr Schlitze verlaufen. Die äußeren oder offenen Enden aller so angebrachten Hilfshöhlleiter bilden für jeden Hohlleiter 102 einen Kreis von strahlenden Öffnungen. Alle Energie, die aus einem Schlitz ausgekoppelt wird, tritt in einen der Hilfshohlleiter 146 ein und wandert durch diesen hindurch, bis sie von dessen offenem Ende abgestrahlt wird. Der Betrag der Energie, der aus irgendeinem gegebenen Schlitz ausgekoppelt wird und sich im zugehörigen Hilfshohlleiter fortpflanzt, ist natürlich eine Funktion des Stromes, der in derjenigen Spule 112 fließt, die unmittelbar vor dem in Frage kommenden Schlitz liegt.In addition, there is a single auxiliary waveguide for each slot outside of the waveguide 102 146. The inner ends of these auxiliary waveguides 146 are attached to the waveguide 102 that they are with the slots coincide, with the entire auxiliary waveguide 146 extending in the radial direction extend outside. The auxiliary waveguide 146 is preferably designed with a rectangular cross section, with the broad sides of these waveguides run parallel to the longitudinal axis of the slots. The outer or open ends of all so attached auxiliary waveguides form a circle of for each waveguide 102 radiant openings. All energy that is coupled out of a slot enters one of the auxiliary waveguides 146 and migrates through it until it radiates from its open end will. The amount of energy that is extracted from any given slot and resides in the associated auxiliary waveguide is of course a function of the current flowing in that coil 112 flows which is immediately before the slot in question.
Jeder einzelne Hilfshohlleiter ist mit einer unabhängigen Vorrichtung zur Phasenverschiebung ausgerüstet, die ähnlich aufgebaut ist wie die für die erste Ausführungsform der Erfindung. Diese Phasenverschiebungsvorrichtung enthält eine Spule 150 und einen Ferritkern 148. Man braucht zwar für jeden einzelnen Hilfshohlleiter 146 eine separate Spule 150 und einen separaten Kern 148; doch ist, um die Darstelung zu vereinfachen, nur ein Kern und eine Spule in F i g. 2 abgebildet. Die Spulen 150 stehen über Bürsten 154 mit einem Kommutator 152 in Verbindung, der ähnlich dem ersten Kommutator 138 aufgebaut oder sogar ein Teil desselben ist. Die Segmente des Kommutators 152 stehen wiederum mit einer Stromquelle in Verbindung, so daß die Spulen 150 der Reihe nach auf vorherbestimmte Weise von Strom durchflossen werden. Die Geschwindigkeit, mit der die Spulen 150 der Reihe nach angeregt werden, ist die gleiche, mit der die Spulen 112 angeregt werden. Auf diese Weise gelingt es mit Hilfe dieser Spulen 150 die Strahlrichtung der ausgesandten elektromagnetischen Wellen in Ebenen zu verändern, welche die Achse des Antennensystems 100 enthalten, und in Ebenen, welche senkrecht auf dieser Achse stehen.Each individual auxiliary waveguide is equipped with an independent device for phase shifting, which is constructed similarly to that for the first embodiment of the invention. This phase shifter contains a coil 150 and a ferrite core 148. A separate coil 150 is required for each individual auxiliary waveguide 146 and a separate core 148; however, in order to simplify the illustration, there is only one core and one coil in Fig. 2 pictured. The coils 150 are connected to a commutator 152 via brushes 154, which is constructed similarly to the first commutator 138 or even a part of it. The segments of the commutator 152 are in turn connected to a current source, so that the coils 150 are sequentially traversed by electricity in a predetermined manner. The speed, with which the coils 150 are excited one after the other is the same with which the coils 112 are excited will. In this way, with the help of these coils 150, the beam direction of the emitted succeeds to change electromagnetic waves in planes which contain the axis of the antenna system 100, and in planes which are perpendicular to this axis.
Die Arbeitsweise des Antennensystems 100 ist wie folgt: Durch den Hohlleiter 108 wird Energie zugeführt, die im Hohlleiter 102 Wanderwellen ausMikrowellenenergie erzeugt. Gleichzeitig rotieren die Kommutatoren mit einer Geschwindigkeit, die der gewünschten Abtastgeschwindigkeit für das abzutastende Gebiet entspricht. Dabei wird die elektromagnetische Energie durch die Schlitze hindurch in die Hilfshohlleiter gekoppelt. Von den Enden der Hilfshohlleiter aus wird die elektromagnetische Energie in den Raum abgestrahlt. Das Ganze geschieht in einer solchen Reihenfolge, daß der Strahl mit der gleichen Geschwindigkeit rotiert wie die Kommutatoren 138 und 152. Gleichzeitig werden durch die Spulen 150 die relativen Phasenlagen der verschiedenen Einzelstrahlungen verändert, wodurch der Gesamtstrahl veranlaßt wird, auch noch einen vorherbestimmten Winkelbereich in Ebenen zu durchfahren, welche die Achse des Antennensystems 100 enthalten.The mode of operation of the antenna system 100 is as follows: Energy is supplied through the waveguide 108, the traveling waves in the waveguide 102 from microwave energy generated. At the same time, the commutators rotate at a speed that the corresponds to the desired scanning speed for the area to be scanned. The electromagnetic energy is thereby passed through the slots in the auxiliary waveguide coupled. The electromagnetic energy is drawn from the ends of the auxiliary waveguide radiated into the room. The whole thing happens in such an order that the ray coincides with the rotates at the same speed as the commutators 138 and 152. At the same time, the Coils 150 changed the relative phase positions of the various individual radiations, whereby the The entire beam is caused to pass through a predetermined angular range in planes, which contain the axis of the antenna system 100.
Da die kleinen Kommutatoren 138 und 152 die einzigen beweglichen Teile sind, kann die Abtastgeschwindigkeit äußerst hoch gemacht werden, wobei es gleichwohl möglich ist, mit dem ausgesandten Energiestrahl ein ganzes vorgegebenes Gebiet abzutasten. Since the small commutators 138 and 152 are the only moving parts, the scanning speed can be made extremely high, although it is nevertheless possible to use the sent Energy beam to scan an entire predetermined area.
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