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Verfahren zur Messung von Antennendiagrammen Bekanntlich müssen bei
Messungen von Antennendiagrammen die Einflüsse der Umgebung, besonders auch des
Bodens, soweit wie möglich ausgeschaltet werden. Zu diesem Zweck werden eine Sendeantenne
und eine Empfangsantenne, deren Diagramm ermittelt werden soll, je auf einen möglichst
hohen Turm mit günstigen Reflexionseigenschaften (Vermeidung von Metallteilen) angeordnet.
Die Empfangsantenne ist auf eine mit Gradeinteilungen versehene Drehbühne montiert,
die es gestattet, die Korrelation zwischen einem bestimmten Raumwinkel und der zugehörigen
Empfangsfeldstärkeanzeige sicherzustellen.
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Meist wird eine Sinuswelle abgestrahlt, so daß der Sender für eine
hochkonstante Strahlungsleistung, der Empfänger für eine hochlineare Anzeige (bzw.
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Registrierung) der Empfangsfeldstärke gebaut sein muß.
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Den höchsten Aufwand bei einem solchen Antennenmeßplatz bedingt das
erforderliche Gelände.
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Es darf im Rahmen der Meßgenauigkeit der Anlage keine Hindernisse
(Gebäude, Geländewellen, Wälder usw.) enthalten, welche das Diagramm verfälschen
würden. Fremdeinstrahlungen im Meß-Frequenzbereich müssen ausgeschlossen sein. Die
Reflexionseigenschaften des Bodens (Rauhigkeitsfaktor) müssen entweder so gut sein,
daß diese Einflüsse außer Betracht bleiben können, oder es muß durch zusätzliche
Maßnahmen (Gitter oder Blenden in Streckenmitte) dafür gesorgt werden, daß sie vernachlässigbar
klein bleiben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren stellt sich die Aufgabe, die durch
das Gelände bedingten Nachteile zu vermeiden und unter entsprechend höherem Aufwand
auf der Geräteseite die Fehler eines schlechten, beispielsweise mit unerwünschten
Reflektoren (Gebäuden) versehenen Antennenmeßplatzes zu eliminieren.
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Das Verfahren geht dabei von einer Umkehrung der bekannten Prinzipien
der Zielradartechnik aus.
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Erfindungsgemäß wird die zu messende Antenne im periodischen Wechsel
zur Aussendung und zum Empfang von hochfrequenten Impulsen verwandt und die Strahlung
gemessen, die von einer in ihrer geometrischen Abmessung und ihrem Abstand von der
Antenne bekannten Sonde reflektiert wird, während unerwünschte Reflexionen an anderen,
in geringerer oder größerer Entfernung als die der Sonde von der Antenne befindlichen
Gegenständen in an sich bekannter Weise durch ein Laufzeitglied und ein Stromtor
am Empfängereingang eliminiert werden.
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Von dem bekannten Zielradarverfahren unterscheidet sich das erfindungsgemäße
Verfahren.dem-
nach einmal durch die andere Aufgabenstellung und zum anderen durch
die sich hieraus ergebenden Möglichkeiten der Markierung, Tastung und Modulation
der als »Ziel« anzusprechenden Sonde sowie durch die Möglichkeit der Auslöschung
eines ganzen Raumwinkels durch Zusatz- oder Hilfssonden, wie im nachfolgenden noch
beschrieben wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird anschließend ausführlicher erläutert.
Entsprechend dem Reziprozitätstheorem nach Rayleigh-Helmholtz-C a r 5 0 n werden
Sende- und Empfangsantenne dadurch vereinigt, daß unter Verwendung von Schaltmitteln
mit entsprechend kleiner Zeitkonstante laufend von Senden auf Empfang und umgekehrt
umgeschaltet wird.
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Hierbei wird eine Mikrowellenschwingung in kurzen Impulsen abgestrahlt
und empfangen. Die kürzeste Impulsdauer ergibt sich aus der Bandbreite der Gesamtanlage
(Schwingungskreis, Primärstrahler und Reflektor). Zur Erfassung der verschiedenen
Raumwinkel werden »Sonden« verwendet, welche normalerweise aus passiven Reflektoren
geeigneter Form und Größe bestehen, wobei die geometrische Abmessung dieser Sonden
und ihr Abstand von der Antenne mit hoher Genauigkeit den bedeckten Raumwinkel definieren.
Die Kombination eines scharf definierenden Laufzeitgliedes und eines Stromtores
vor dem Empfängereingang beschränken die erfaßte Reflexionsleistung auf die der
Sonde bzw. der Sonden. Alle anderen reflektierenden Gegenstände, welche näher oder
weiter entfernt sind als die Sonde, werden in ihrer Reflexionsstrahlung nicht erfaßt,
da beim Eintreffen dieser unerwünschten Rückstrahlungen der Empfängereingang geschlossen
ist. Da durch die Dauer des Primärimpulses und durch die endlichen Öffnungs- und
Schließungszeiten des Stromtores eine gewisse Streubreite um die am
Laufzeitglied
eingestellte Verzögerungszeit auftritt, kann auch die Reflexion an unerwünschten
Gegenständen erfaßt werden, welche kurz vor oder hinter der Sonde liegen. In weiterer
Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher zur Eliminierung derartiger
Effekte die erwünschte Sondenrückstrahlung markiert. Eine derartige Kennzeichnung
oder Markierung kann dadurch erfolgen, daß die Sonde in bezug auf Größe der Projektionsfläche
und/ oder Abstand von der Antenne mechanisch verändert wird.
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Es kann so ein beispielsweise künstlicher Dopplereffekt durch eine
mechanische Vibration der Sonde erzielt werden. Bei Verwendung einer äquidistanten
Pulsreihe kann durch Zu- oder Abschalten der »Markierung« der Leistungsanteil der
Sondenreflexion bestimmt werden.
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Eine andere zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, daß die Reflexionseigenschaft der Sonde elektrisch und/oder magnetisch
getastet wird, wobei Materialien verwendet werden, welche unter Anlegung eines elektrischen
und/oder magnetischen Gleichfeldes ihre Dielektrizitäts- und/oder Permeabilitätseigenschaften
verändern.
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Zum Aufbau dieser Sonde können beispielsweise Materialien verwendet
werden, deren Dielektrizitätskonstante und/oder deren Permeabilität feldstärkeabhängig
sind (beispielsweise Bariumtitanat oder verschiedene Ferrite). Durch Anlegen einer
kleinen Gleichspannungs-Steuerspannung oder einer entsprechenden magnetischen Gleichspannung
können Reflexionsfaktor oder Phase (und damit Lage) der Sonde durch Tastung sprungweise
verändert werden.
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Eine solche Tastung ist in der reflektierten Pulsreihe deutlich zu
erkennen, so daß eine Trennung des Leistungsanteils von einer »parasitären« Rückstrahlung
an unerwünschten Gegenständen möglich ist.
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Durch Verwendung ähnlicher Prinzipien kann die Sonde zu einem »Modulator«
nach Amplitude, Frequenz und Phase ausgebaut werden. Durch Verwendung geeigneter
Parameter (Modulationsfaktor, Frequenz- oder Phasenhub u. a.) gelingt es, die Erkennbarkeit
und quantitative Erfaßbarkeit der gewünschten Sonden-Reflexion gegenüber parasitären
Reflexionen zu einem Bestwert zu machen.
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Während in allen geschilderten Fällen die Sonde einen rein passiven
Reflektor darstellte, kann sie vorteilhaft teilweise oder ganz zu einem aktiven
Strahler umgestaltet werden, wobei eine entsprechende Speiseleitung (Koaxialleitung,
Oberflächenleitung, Hohlrohrleitung) erforderlich wird. Betrag und Phase gegenüber
dem Primärimpuls können beliebig eingestellt werden, wobei eine »negative« Laufzeit
leicht dadurch zu realisieren ist, daß der Pulsgenerator unmittelbar auf die aktiv/passive
Sonde arbeitet, während die Hauptantenne über ein entsprechendes Laufzeitglied verbunden
ist.
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Eine solche aktive Sonde bietet eine Rückstrahlung, die sich zusammensetzt
aus der passiven Reflexionsstrahiung an ihrer geometrischen Rückstrahlfläche und
aus einem Anteil, der sich aus dem Primärimpuls (mit entsprechender Zeitverschiebung)
ergibt.
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Durch entsprechende Einstellung des aktiven Anteils nach Betrag und
Phase gelingt es, unerwünschte Reflektoren, die noch innerhalb des Laufzeitbereiches
liegen,
vollständig auszuschalten. Man verwendet eine derartig aktiv/passive Sonde nicht
als Meßsonde, sondern zur »Verdunkelung« eines sonst gestörten Raumwinkels.
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Durch die Kombination mehrerer derartiger Abschattungs-Hilfssonden«
gelingt es, einen nichtidealen Antennenmeßplatz auch dann vom Einfluß störender
Hindernisse zu befreien, wenn diese innerhalb des Laufzeitbereiches liegen, d. h.
die reflektierten Impulse dieser Hindernisse trotz Verwendung eines Laufzeitgliedes
und eines Stromtores am Empfängereingang am Eintritt in den Empfänger nicht gehindert
werden können.
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Ein einfaches Ausführungsbeispiel des Gegenstandes nach der Erfindung
ist aus den F i g. 1 und 2 zu entnehmen.
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In Fig. 1 wird durch die Entfernung der Meßsonde von der Antenne
(Laufzeit dz) die Verzögerungszeit 2 Ar der Verzögerungsleitung definiert.
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F i g. 2 zeigt ein Schaltungsbeispiel. Im Brennpunkt eines großen
Mikrowellen-Antennenreflektors (oder eines entsprechenden Modells) 1 liegt ein auf
die entsprechende Mikrowellenfrequenz abgestimmter Hohlraumresonator 2 mit angebautem
Hornstrahler, welcher aus einem Pulsgenerator über eine magnetische Ankoppelschleife3
gespeist wird. Der Pulsgenerator nach dem Schaltungsbeispiel in F i g. 2 besteht
aus einer Funkenstrecke 4 mit Dämpfungsflüssigkeit, einem Schalter 5 (für einmaligen
oder periodischen Kontakt), einem Speicherkondensator 6, welcher aus einem Ladegerät
7, bestehend aus Übertrager, Gleichrichter, Ladekondensator und Vorwiderstand gespeist
wird.
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Ein Primärimpuls wird über einen Dämpfungswiderstand 8 einem Anzeigeoszillographen
9 zugeführt. Der Dämpfungswiderstand 8 wird so eingestellt, daß die Höhe des angezeigten
Primärimpulses auf eine Eichmarke einspielt.
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Der Primärimpuls wird über ein Laufzeitglied 10 einem Stromtor 11
zugeführt. Das Stromtor besteht aus einem Höchstfrequenz-Leitungsstück (beispielsweise
einem Hohlleiterstück), in welchem ein Ferrit so angeordnet ist, daß sich eine hohe
Durchgangsdämpfung ergibt. Erst bei Anlegen der hohen Gleichspannung des Primärimpulses
an das Stromtor wird die Vormagnetisierung des Ferrits so geändert, daß die Durchgangsdämpfung
auf einen kleinen Betrag absinkt, das Stromtor mithin durchlässig wird.
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Das Eintreffen des an der Meßsonde reflektierten Primärimpulses fällt
also zusammen mit der Öffnung des Stromtores. Der Sekundärimpuls wird über ein Dämpfungsglied
12 einem Mikrowellenverstärker 13 und dann dem Anzeigeoszillographen 9 mit entsprechender
Zeitauslenkung zugeführt. Der Dämpfungswiderstand 12 dient zur Einstellung des verstärkten
Sekundärimpulses auf die Höhe des Primärimpulses.
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Jedoch sind auch zahlreiche andere Möglichkeiten zur quantitativen
Erfassung der Reflexionsleistung denkbar und realisierbar. Passiv/aktive Hilfssonden
(Abschattungssonden) werden mit Hilfe einer (in F i g. 2 nicht gezeichneten) Dämpfungsphasendreh-und
Speiseeinrichtung so eingestellt, daß der Sekundärimpuls, d. h. die aus dem entsprechenden
Raumwinkel stammende Strahlung zu Null wird.