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Hohlleiter-Schlitzantenne für Mikrowellen mit elektrisch schwenkbarem
Ri chtdiagramm I . Die Erfindung bezieht sich auf eine Hohlleiter-Schlitzantenne
für Mikrowellen mit elektrisch sc41wenkbarem Richtdiagramm, bestehend aus einem
Rechteckhohlleiter, der in mindestens einer Wandung einer Reihe strahlender Öffnungen
oder mindestens einen entlang seiner Längsausdehnung kontinuierlich strehlendenLängsschlitz
enthält und mit Mitteln zur Änderung der Wellen länge der in ihm geführten Hohlleiterwelle
versehen ist.
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.. # Hohlleiterschlitzantennen für Nfikrowellen mit .elektrisch
schwenkbaren Richtdiagrammen, bestehend aus einem Rechteckhohlleiter, in dem die
Phasengeschwindigkeit geändert wird, sind aus »Nachrichtentechnische Zeitschrift«,
1960, H. 12, S.-573/574, bekannt. Es ist dort angegeben, daß die Phasengeschwindigkeit
dadurch geändert werden kann, daß ein dielektrischer Körper oder ein - Ferrit
in dem Hohlleiter angeordnet wird. Eine Anordnung mit einem Ferrit ist in »Proe.
of -the IRE«, November 1957, S. 1516/1517, gezeigt. Der Ferrit kann bei den
gezeigten Anordnungen mit einer steuerbaren Spule zur Einstellung seiner Magnetisierung
umgeben sein (S. 1516, F i g. 15).
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Bei diesen bekannten Ferritanordnungen ist aber ein großer und schwerer
Elektromagnet erforderlich, ,der eine erhebliche elektrische Leistung sowohl bei
Änderung als auch bei Aufrechterhaltung der erforderlichen Magnetisierung benötigt.
Wegen der großen Jnduktivität der Wicklung des Elektromagneten sowie wegen der in
der Hohlleiterwandung, auftretenden Wirbelströme sind sehr schnelle Änderungen der
Magnetisierung und damit des Richtdiagramms- der Antenne nicht möglich. Weiterhin
ist infolge der Hysterese des Kernes des Elektromagneten bzw. des Ferritstabes keine
eindeutige Zuordnung von magne-' tischem Steuerfeld zur Lage des Richtdiagramms
der .Antenne möglich. Außerdem weisen Ferrite bei großen HF-Leistungen hohe Verluste
durch Spinwellen auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Hohlleiterschlitzantenne
zur elektrischen Schwenkung des Richtdiagramms eine Anordnung mit einem Körper zu
schaffen, der nur eine geringe Leistung zur Änderung und/oder Aufrechterhaltung
des Richtdiagramms benötigt, der weiterhin eine schnelle Schwenkung des Richtdiagramms
erlaubt, der keine Hysterese und auch keine hohen Verluste bei großen HF-Leistungen
aufweist und außerdem einfach und gut kühlbar ,anzuordnen ist.
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Die Erfindung schlägt zur Lösung dieser Aufgabe vor, daß bei einer
Hohlleiter-Schlitzantenne für Mikrowellen mit elektrisch schwenkbarem Richtdiagramm
der eingangs genannten Art die Nfittel zur Änderung der Wellenlänge der Hohlleiterwelle
in wenigstens einer Ferroelektrikumplatte bestehen, die einen oder mehrere durch
die Hohlleiterwandströme erregte, in der Hohlleiterwand angebrachte Schlitze (Steuerschlitze)
von außen abdeckt und deren Dielektrizitätskonstante durch eine einstellbare, über
eine mit der Ferroelektrikumplatte verbundene, gegen den Hohlleiter isolierte Elektrode
angelegte Spannung steuerbar ist, und daß die Elektrode derart angeordnet ist, daß
eine unerwünschte Abstrahlung durch die Steuerschlitze verhindert ist.
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Diese gesteuerten Schlitze können auch gleichzeitig als Strahler dienen.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann für eine Homeiter-Schlitzantenne,
bei der die strahlenden Öffnungen mindestens in einer der beiden breiten Wände des
Rechteckhohlleiters angebracht sind, mindestens in einer der beiden schmalen Wände
als Steuerschlitz ein Längsschlitz angebracht sein.
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Ferner können für eine Hohlleiter-Schlitzantenne, bei der ein strahlender
Längsschlitz mindestens in einer der beiden schmalen Wände des Recheckhohlleiters
angebracht ist, mindestens in einer der beiden breiten Wände als Steuerschlitze
Querschlitze angebracht sein.
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Auch kann mindestens in einer schmalen Wand des Rechteckhohlleiters
ein breiter, durch eine Ferroelektrikumplatte abgedeckterLängsschlitz angebracht
sein, der durch einen vom Hohlleiter isolierten Längssteg in zwei schmälere Längsschlitze
unterteilt ist, die als strahlende Schlitze und zugleich als Steuerschlitze dienen,
wobei der Längssteg als Elektrode verwendet ist.
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Dabei können die Ferroelektrikumplatten aus einem Werkstoff bestehen,
der als Einkristall in gewachsener oder aufgedampfter. Form hergestellt ist.
Die
Vorteile der Erfiiidung bestehen unter anderem darin, daß an Stelle des Elektromagneten
nur zwei dünne Elektroden benötigt werden, die der Erzeugung des elektrischen Feldes
dienen, das die Änderung der Dielektrizitätskonstanten des Ferroelektrikums bewirkt.
Zur Aufrechterhaltung ' des elektrischen Feldes im Ferroelektrikum ist praktisch
keine elektrische Leistung notwendig. Die in diesem elektrischen Steuerfeld gespeicherte
Energie ist wesentlich kleiner als die bei vergleichbaren Ferritanordnungen in dem
dort benötigten magnetischen Feld gespeicherte Feldenergie. Da das steuernde
Feld
nur ein elektrisches ist, es ferner nur sehr geringe Streuung aufweist,
treten keine störenden Wirbelströme auf. Daher lassen sich sehr schnelle Änderungen
des Richtdiagramms der Antenne vornehmen. Das elektrische Steuerfeld zeigt keine
Hysterese, ebensowenig das Ferroelektrikum bei geeigneter Werkstoffauswahl.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Rechteck-Hohlleiter
mit einem gesteuerten und einem abstrahlenden Längsschlitz, F i g. 2 einen
Rechteck-Hohlleiter mit gesteuerten Querschlitzen in den beiden Breitseiten und
einem abstrahlenden Längsschlitz in einer Schmalseite, F i g. 3 einen Rechteck-Hohlleiter
mit einem gesteuerten Doppelschlitz, aus dem auch die Abstrahlung erfolgt.
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Bei der Hohlleiter-Schlitzantenne nach F i g. 1 be-
findet sich
in der Schmalseite 1 eines Hohlleiters 2 ein Längsschlitz 3. Dieser
Schlitz 3 strahlt Hochfrequenzenergie in den freien Raum ab, wobei die Hauptstrahlungsrichturig
von der Hohlleiter-Wellenlänge bestimmt wird. In de# zweiten Hohlleiter-Schmalseite
l' ist ein weiterer Längsschlitz 4 angebracht. Dieser Schlitz 4 unterbricht
den Wand-Ouerstrorn I.. Am Schlitz 4 steht nun ein elektrisches Wechselfeld
E, an, dessen Größe unter anderem von der Schlitzbreite w abhängt. Der Schlitz
4 ist durch ein Plättchen 5 aus ferroelektrischem Material abgedeckt, das
dadurch in den Stromkreis der WandströmeI,7 eingefügt ist. Die Dielektrizitätskonstante
dieses ferroelektrischen Plättchens 5 steuert die Phasenlage des Wandstroms
I, und damit die Wellenlänge im Hohlleiter, was die Schwenkung des Strahlungsdiagramms
bewirkt. Das steuernde elektrische Feld im Ferroelektrikum 5 wird durch Anlegen
einer Spannung U zwischen der Steuerelektrode 6 und dem geerdeten
- Hohlleiter 2 erzeugt. Die Steuerelektrode 6
deckt den mit der Ferroelektrikumplatte
5 belegten Schlitz 4 ab und verhindert die Energieabstrahlung durch den Schlitz
4. An Stelle des Schlitzes 4 kann auch eine Reihe äquidistauter Löcher vorgesehen
werden.
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F i g. 2 zeigt eine weitere Antenne nach dem genannten Prinzip,
bei der, wie in F i g. 1, die die Hohlleiterwellenlänge steuernden Schlitze
von dem die Hochfrequenz abstrahlenden getrennt sind. Inder Schmalseite
1 des Hohlleiters 2 ist der der Energieabstrahlung dienende Längsschlitz
3 vorgesehen. In den beiden Breitseiten 7 und 7' des Hohlleiters
2 befinden sich die Querschlitze 8, 8*, 8** . . ., die voneinander
den Abstand a haben. Diese Querschlitze unterbrechen den Wand-Längsstrom Il. Das
an einem Schlitz 8 anstehende elektrische Wechselfeld hängt von den Schlitzabmessungen
und dem Abstand a ab. Die Schlitze 8, 8* ... Sind durch die Plättchen.
5
und 5' aus ferroelektrischem Material abgedeckt, so daß das Ferroelektrikum
in den Stromkreis der Wandströme 11 eingefügt ist. Das steuernde Feld wird durch
eine Spannung U zwischen den Steuerelektioden 6 und 6' einerseits
und dem geordneten Hohlleiter 2 andererseits erzeugt. Die Steuerelektroden
6
und 6' verhindern zugleich eine Abstrahlung von Hochfrequenzenergie
durch die Schlitze 8, 8* ... in den freien Raum.
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F i g. 3 zeigt eine Weiterentwicklung der Antenne nach Fig.
1. Steuernder und abstrahlender Schlitz sind hier miteinander vereinigt.
In die Schmalseite 1
eines HohReiters 2 ist ein breiter Schlitz
3 eingefräst. Dieser Schlitz 3 wird durch den als Steuerelektrode
dienenden Steg 6 in die zwei Längsschlitze 3' und Y' unterteilt. Dieses
Schlitzpaar3' und Y' ist durch ein Plättchen 5 aus ferroelektrischem Material
abgedeckt; Die Steuerspannung U wird zwischen der Steuer-; elektrode
6 und dem geerdeten Hohlleiter 2 angelegt.