DE1293253B

DE1293253B - Leaky wave antenna for microwaves with swiveling directional characteristic

Info

Publication number: DE1293253B
Application number: DE1963P0033066
Authority: DE
Inventors: Buchta; Dipl-Ing Dr Gerhard
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1963-11-26
Filing date: 1963-11-26
Publication date: 1969-04-24

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leckwellenantenne für Mikrowellen mit schwenkbarer Richtcharakteristik, mit einem eine Hiö Welle führenden Rechteckhohlleiter, in dem parallel zur Hohlleiterlängsachse ein länglicher Ferritkörper angeordnet ist, der in einem zur Schwenkung der Richtcharakteristik steuerbarem, senkrecht zur Hohlleiterlängsachse gerichteten Magnetfeld liegt, bei der weiterhin das steuerbare Magnetfeld senkrecht zur Schmalseite des Hohlleiters gerichtet ist, der Ferritkörper wenigstens angenähert rechteckigen Querschnitt besitzt und an der Wandung des Hohlleiters anliegt, nach Patentanmeldung P 12 85 024.7-35.The invention relates to a leaky wave antenna for microwaves with swiveling directional characteristic, with a rectangular waveguide leading a Hiö wave, in which an elongated ferrite body is arranged parallel to the longitudinal axis of the waveguide is, which is in a controllable for pivoting the directional characteristic, perpendicular to the waveguide longitudinal axis is directed magnetic field, in which the controllable Magnetic field is directed perpendicular to the narrow side of the waveguide, the ferrite body has at least approximately rectangular cross-section and on the wall of the waveguide according to patent application P 12 85 024.7-35.

In der Hauptpatentanmeldung ist eine Anordnung mit einer Lage des Ferritkörpers gezeigt, die eine nicht reziproke Antenne ergibt. Diese Anordnung kann in manchen Fällen nachteilig sein, und es ist daher Aufgabe der Erfindung, unter gleichzeitiger Beibehaltung der Vorteile der Anordnung nach der Hauptpatentanmeldung eine reziproke Antenne zu schaffen.In the main patent application is an arrangement with a position of Ferrite body shown, which gives a non-reciprocal antenna. This arrangement can be disadvantageous in some cases, and it is therefore the object of the invention while maintaining the advantages of the arrangement according to the main patent application to create a reciprocal antenna.

Zu diesem Zweck wird bei einer Leckwellenantenne der eingangs genannten Art nach der Erfindung der Ferritkörper mit seiner Breitseite an der Schmalseite des Hohlleiters aufliegend angeordnet. Durch diese Lage des Ferritkörpers ergibt sich eine reziproke Antenne.For this purpose, in the case of a leaky wave antenna, the aforementioned Kind after the invention of the ferrite body with its broad side on the narrow side of the waveguide arranged lying on top. This position of the ferrite body results a reciprocal antenna.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Schlitze der Leckwellenantenne asymmetrisch zur Hohlleiterachse angeordnet sein. Auch kann ein derartiger Ferritkörper verwendet werden, daß die Hohlleiterwellenlänge mit steigender Magnetisierung des Ferritkörpers anwächst. Es kann dann die Breite des Hohlleiters, der den Ferritkörper enthält, derart gewählt werden, daß die Wellenlänge in diesem Abschnitt bei unmagnetisiertem Ferritkörper etwas größer als die Wellenlänge im freien Raum ist.In a further embodiment of the invention, the slots of the leaky wave antenna be arranged asymmetrically to the waveguide axis. Such a ferrite body can also be used be used that the waveguide wavelength with increasing magnetization of the Ferrite body grows. It can then be the width of the waveguide that contains the ferrite body contains, be chosen such that the wavelength in this section is unmagnetized Ferrite body is slightly larger than the wavelength in free space.

Andererseits kann nach der Erfindung ein derartiger Ferritkörper verwendet werden, daß die Hohlleiterwellenlänge mit steigender Magnetisierung des Ferritkörpers abnimmt. Es kann dann die Breite des Hohlleiterabschnittes, der den Ferritkörper enthält, derart gewählt werden, daß die Wellenlänge in diesem Abschnitt bei unmagnetisiertem Ferritkörper wesentlich größer als die Wellenlänge im freien Raum ist.On the other hand, such a ferrite body can be used according to the invention be that the waveguide wavelength with increasing magnetization of the ferrite body decreases. It can then be the width of the waveguide section that contains the ferrite body contains, be chosen such that the wavelength in this section is unmagnetized Ferrite body is much larger than the wavelength in free space.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch einen rechteckigen Hohlleiter mit einem Ferritkörper und mit Angabe der Richtung des magnetischen Feldes nach der Erfindung, F i g. 2 eine Gesamtanordnung einer Leckwellenantenne nach der Erfindung.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is described in more detail below. It shows F i g. 1 shows a cross section through a rectangular waveguide with a ferrite body and indicating the direction of the magnetic field according to the invention, FIG. 2 shows an overall arrangement of a Leaky wave antenna according to the invention.

In einer Antennenanordnung erstreckt sich, wie die F i g. 1 und 2 zeigen, in einem mit Schlitzen 2 versehenen Hohlleiter 1 ein Ferritkörper F axial und liegt an der Schmalseite 1' des Hohlleiters 1 an. Der Ferritkörper kann zur besseren Anpassung an beiden Enden spitz zulaufen. Der Ferritkörper F ist derart magnetisiert, daß das Magnetfeld Hd, senkrecht auf der Longitudinalkomponente und parallel zur Querkomponente des magnetischen Feldes der hochfrequenten H"- Welle steht. Diese Anordnung zeigt in einem weiten Bereich reziprokes Verhalten, d. h., unabhängig von der Ausbreitungsrichtung der Welle und der Richtung des äußeren Feldes Hd, kommt die gleiche Phasenverschiebung zustande. Im allgemeinen ist die Phasenschiebung positiv, d. h., die Wellenlänge in dem Hohlleiterabschnitt, der den Ferritkörper F enthält, nimmt mit steigender Feldstärke des äußeren Magnetfeldes ab. Diese Änderung der Hohlleiterwellenlänge auf magnetischem Wege wird in einfacher Weise zur Schwenkung der Charakteristik ausgenutzt.In an antenna arrangement, as shown in FIG. 1 and 2 show, in a waveguide 1 provided with slots 2, a ferrite body F axially and lies against the narrow side 1 'of the waveguide 1. The ferrite body can be used to taper to a better fit at both ends. The ferrite body F is such magnetized that the magnetic field Hd, perpendicular to the longitudinal component and parallel to the transverse component of the magnetic field of the high-frequency H "wave stands. This arrangement shows reciprocal behavior in a wide range, i.e. H., regardless of the direction of propagation of the wave and the direction of the external field Hd, the same phase shift occurs. In general, the phase shift positive, d. that is, the wavelength in the waveguide section containing the ferrite body F contains, decreases with increasing field strength of the external magnetic field. This change the waveguide wavelength magnetically becomes easy to pivot exploited the characteristic.

Die Wellenlänge in einem leeren Normhohlleiter ist immer größer als die Wellenlänge im freien Raum. Wird nun in den Hohlleiter ein unmagnetisierter Ferritkörper F- eingebracht, so kann die Wellenlänge in diesem Abschnitt wesentlich kleiner als die im freien Raum infolge der hohen Dielektrizitätskonstante des Ferritkörpers sein. Die Wellenlänge in einem rechteckigen Hohlleiter hängt mit der Dimension seiner Breitseite zusammen. Bei geeigneter Reduzierung der Breite des Normhohlleiters, der den unmagnetisierten Ferritkörper enthält, erhält man im Hohlleiter eine Wellenlänge, die viel größer ist als die im freien Raum. Der Abstrahlwinkel O ist proportional dem Arkuskosinus des Verhältnisses Wellenlänge im freien Raum zur Wellenlänge im Hohlleiter. Im vorliegenden Fall ist dieses Verhältnis klein gegen Eins, der Abstrahlwinkel (Winkel zwischen Hohlleiterachse und Hauptkeule) nahezu 90°; die Antenne verhält sich fast wie ein Querstrahler.The wavelength in an empty standard waveguide is always greater than the wavelength in free space. If there is now a non-magnetized one in the waveguide Ferrite body F- introduced, the wavelength in this section can be significant smaller than that in free space due to the high dielectric constant of the ferrite body be. The wavelength in a rectangular waveguide depends on the dimension of its Broadside together. With a suitable reduction in the width of the standard waveguide, which contains the unmagnetized ferrite body, a wavelength is obtained in the waveguide which is much larger than that in free space. The radiation angle O is proportional the arccosine of the ratio of the wavelength in free space to the wavelength in Waveguide. In the present case, this ratio is small compared to one, the radiation angle (Angle between waveguide axis and main lobe) almost 90 °; the antenna behaves almost like a cross beam.

Bei steigender Magnetisierung des Ferrits nimmt die Wellenlänge im Hohlleiter ab, das Verhältnis der Wellenlängen wächst an, und somit wird der Abstrahlwinkel kleiner. Das Richtdiagramm wird geschwenkt, die Antenne wird nahezu zum Längsstrahler (F i g. 2).As the magnetization of the ferrite increases, the wavelength im decreases Waveguide decreases, the ratio of the wavelengths increases, and thus the radiation angle smaller. The directional diagram is swiveled, the antenna almost becomes a longitudinal radiator (Fig. 2).

Untersuchungen an der reziproken Phasenschieberkonfiguration haben ergeben, daß in Abhängigkeit von den Ferritkörperabmessungen, der Frequenz und dem Ferritwerkstoff auch eine negative Phasenschiebung möglich ist. Hierbei wächst die Hohlleiterwellenlänge mit steigender Magnetisierung des Ferrits an.Have investigations on the reciprocal phase shifter configuration show that depending on the ferrite body dimensions, the frequency and the Ferrite material also a negative phase shift is possible. Here the Waveguide wavelength increases with increasing magnetization of the ferrite.

Auch in diesem Fall läßt sich eine Antenne konstruieren. Dabei ist die Breite des Hohlleiters 1, der den unmagnetisierten Ferritkörper enthält, derart zu wählen, daß die Wellenlänge in diesem Abschnitt etwas größer ist als die Wellenlänge im freien Raum. Dabei wird das Verhältnis der Wellenlängen fast Eins, der Abstrahlwinkel 0 nahezu Null, und die Antenne verhält sich fast wie ein Längsstrahler. Bei steigender Magnetisierung des Ferritkörpers wird in diesem Fall die Wellenlänge in dem Hohlleiterabschnitt größer, das Wellenlängenverhältnis kleiner und der Abstrahlwinkel 0 größer. Die Antenne wird fast zum Querstrahler.In this case too, an antenna can be constructed. The width of the waveguide 1, which contains the unmagnetized ferrite body, is to be selected such that the wavelength in this section is somewhat greater than the wavelength in free space. The ratio of the wavelengths is almost one, the angle of radiation 0 is almost zero, and the antenna behaves almost like a longitudinal radiator. In this case, with increasing magnetization of the ferrite body, the wavelength in the waveguide section becomes larger, the wavelength ratio smaller and the radiation angle 0 larger. The antenna almost becomes a transverse antenna.

Als Abstrahlelemente können periodisch angeordnete Schlitze 2 auf der Hohlleiterbreitseite gewählt werden. Der Abstand der Schlitze ist klein gegen die Wellenlänge im freien Raum, die Länge der Schlitze kleiner als die halbe Wellenlänge (»nonresonant slots«).Periodically arranged slots 2 can be used as radiating elements the waveguide broadside can be selected. The distance between the slots is small against the wavelength in free space, the length of the slots less than half the wavelength ("Nonresonant slots").

Die Reziprozität der Antenne kann durch die Schlitze gestört werden, da diese eine zusätzliche Impedanz bilden und, da sie nur auf der einen Breitseite angebracht sind, die Symmetrie der Anordnung verletzen. Dieser Einfluß kann dadurch kompensiert werden, daß die Schlitze asymmetrisch bezüglich der Hohlleiterachse angebracht werden.The reciprocity of the antenna can be disturbed by the slots, because these form an additional impedance and because they are only on one broad side are attached, violate the symmetry of the arrangement. This influence can thereby be compensated that the slots are asymmetrical with respect to the waveguide axis be attached.

Claims

Claims: 1. Leaky wave antenna for microwaves with a swiveling directional characteristic, with a rectangular waveguide leading a Hiö wave, in which an elongated ferrite body is arranged parallel to the longitudinal axis of the waveguide, which lies in a magnetic field that can be controlled to swivel the directional characteristic and is directed perpendicular to the longitudinal axis of the waveguide, in which the controllable magnetic field is directed perpendicular to the narrow side of the waveguide, the ferrite body has at least approximately rectangular cross-section and rests against the wall of the waveguide, according to patent application P 12 85 024.7-35, dadurchgekennzei chnet that the ferrite body (F) with its broad side on the narrow side ( 1 ') of the waveguide (1) is arranged lying on top.

2. Leaky wave antenna according to claim 1, characterized in that the slots (2) of the leaky wave antenna are arranged asymmetrically to the waveguide axis.

3. Leaky wave antenna after a of the preceding claims, characterized in that such a ferrite body (F) is used that the waveguide wavelength with increasing magnetization of the Ferrite body (F) grows.

4. leaky wave antenna according to claim 3, characterized in that that the width of the waveguide (1) containing the ferrite body (F) is selected in such a way is that the wavelength in this section with unmagnetized ferrite body is somewhat is greater than the wavelength in free space.

5. leaky wave antenna according to claim 1 or 2, characterized in that such a ferrite body (F) is used becomes that the waveguide wavelength with increasing magnetization of the ferrite body (F) decreases.

6. leaky wave antenna according to claim 5, characterized in that the The width of the waveguide (1) containing the ferrite body (F) is selected such that that the wavelength in this section is essential if the ferrite body is not magnetized is greater than the wavelength in free space.