DE1441013A1

DE1441013A1 - Antenne fuer Hochfrequenzwellen

Info

Publication number: DE1441013A1
Application number: DE19621441013
Authority: DE
Inventors: Serge Drabovitch
Original assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Current assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Priority date: 1961-03-01
Filing date: 1962-02-27
Publication date: 1969-02-06
Also published as: FR1290275A; GB1002140A; DE1441013B2

Description

DIETRICH UWINSKY U 41013 MTtNTANWALT

Tebfan 11199

München,den 27οFebruar 1962 V*

Compagnie Pranoaiae Thoneon-Houston, Paria Till*» 173» Boulevard Hausernenn (Frankreich)

"Antenne für Hochfrequenzwellen"

Französische Priorität vom 1« März 1961 aus der französischen Patentanmeldung Kr. 854 223

Die Erfindung betrifft ein allgemeines Verfahren zur Bestimmung der Charakteristiken einer Antenne, deren Strahlungsdiagramm oder -diagramme vorausgesetzt werden» sowie die Anwendung dieses Verfahrene zur Schaffung von Richtantennen für Hochfrequenzen* insbesondere von Antennen mit statischer Winkeldiskriminierung·

Die Berechnung oder Bestimmung der Daten einer Antenne, deren Strahlungsdiagramm man voraussetzt, bringt eine gewisse Anzahl von Problemen, die nur gelöst werden können, wenn das Diagramm eine einfache Form besitzt. Dies ist jedoch nicht mehr mßglioh, wenn das Diagramm der Antenne eine zusammengesetzte Form besitzt, die genau berücksichtigt werden muß. Dies ist der Fall bei Antennen zur statischen finkeldiskriminierung, die entsprechend einem Diagramm Bit einem Keulensystem mit gerader Symmetrie

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(Summendiagramin) aussenden, während beim Empfang das kompliziertere Diagramm durch Überlagerung erhalten wird» und «war

a) aus dem vorerwähnten Keulensystem and

b) einen Keuleneystern mit ungerader Symmetrie (Differenzdlagramat),

wobei diese Systeme in aufeinander senkrechten, die Richtaohse enthaltenden Ebenen enthalten sind·

Biese Systeme nüssen einer gewissen Anzahl von Bedingungen genügent 1. Maximale Verstärkung in der Richtung der Symmetrieachse

Jeder dieser Keulen.

2· Seitliche Keulen so klein wie möglich. 3· Sie Kurven in den beiden genannten Ebenen, die die Abhängigkeit der Amplitude des von der Antenne abgestrahlten leides von der Winkelabweichung der betrachteten Richtung gegenüber der Pellrichtung wiedergeben, besitzen folgende Eigenschaftent

s) Sie. laufen duroh den mit der Peilrichtung zusammenfallenden Ursprung«

b) Si· sind in Mähe des Ursprungs in dem Intervall zwischen den Maxima linear.

diesen Bedingungen su genügen* ist es nloht allein notwendig, dl· Fora jtd·· dieser Diagramm· sorgfältig zu bestimmen, sondern ebenfall· nötig, es für die Systeme der geraden und ungeraden Keulen unabhängig su aachsn.

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Me derseit üblichen Antennen ait etatiecber finkeldiskrlminierung erfüllen dleee Bedingung der 0sabtitä6iekeit der beiden Keuleneveteme nicht. Ihr Strahler belltet gewöhnlich vier Hörner, deren Phaseneittelpunkte in den Eckpunkten eines Quadrate angeordnet elnd·

Sas mit der Erfindung vorgeschlagene Verfahren führt eur Schaffung von Antennen» die die vorgenannten laohtelle sumlndest weitgehend vermeiden laeeen. GemäB dem wesentlichen Merkmal dee hier vorgesohlngonen Verfahrene sacht j man eich eine Eigenschaft von Strahlungsdiagraeaen eunutee, um durch die Verteilungsgestitsmäeigkelt des elektrieohen Feldes in der Strahlungeöffnung dee Strahiere definiert su aein, Unter diesen Bedingungen fenll^t ee, dem elektrischen PeId eine entsprechende Verteilung zn geben, damit daa Strahlungsdiagramm die gewünschten Merkmale beeitit. lach einem weiteren kerkmal der Erfindung wird die entsprechende Verteilung des elektrieohen Feldes durch überlagerung mehrerer naoh Art, Phase und Amplitude vorbeetlmmter fellen ersielt·

Die Erfindung ufcstreokt eich ebenfälle auf geaäß dem vorgenannten Verfahren hergestellte Antennen· Bine solche Antenne beeitet beispieleweise einen als Strahler dienenden Hohlleiterabsohnitt mit konstantem oder veränderlichem Querschnitt, dessen eines seiner offenen JBnden als Strahlungauf fnung wirkt. Sie Speisung dieser Antenne erfolgt über Hohlleiter, von denen jeder eine hinsichtlich ihrer Art derart ausgewählte Welle liefert, daß in der Strahlungettffnung die gewünschten definierten «fellenarten erslelt

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«erden. Die Charakteristiken der abgegebenen Wellen aind aowohl hinsichtlich der Phase als auch bezüglich der ABpIitttde durch dl· Metvr und die Abmessungen des Strahiere und insbesondere seine Unstetigkeiten festgelegt.

Entsprechend einer bevorzugten Aueführungaform dee hier vorgeschlagenen Verfahrens besteht der Strahles» der Antenne aus einem Hohllelterabsehnitt mit rechteckigem Querschnitt · In diesem Falle ist die Strahlungsöffnung ein im rechten Winkel geführter Schnitt des Hohlleiter·· Wenn ean die Abhängigkeit des darstellenden Punkts von der Tertei» lungegesetzmäf'lßkeit des elektrischen Feldes in der Strahlung öffnung des Strahlers mit f (H) bezeichnet» kann man unter gewissen Bedingungen die Funktion f (M) entwickeln» indem man als !Coefficient dl® Orthogonalfunktionen ^_n verwendet, die die verschiedenen Fortpflaneungsarten einer elektromagnetischen »'felle in einem Beohteekhohllelter kennzeichne» <> ISs ergibt sich also:

I «W «mn

In dieser Gleichung ist a ein Busammengeeetster lo~ effizient, der durch ein auf die Gesamtheit der StrahlungeHffnung erstrecktes Flächenintegral wie folgt dargestellt wirds »mn =jC

Ba die Mehrzahl der in der Ableitung dieser Funktion auftretenden i/elleriarten stufenweise verschwindet und. ferner in bestimmter Anzahl vorhanden sind, ist es nicht möglich,

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in der öffnung S eine der Punktion f (M) genau identische Feldrerteilung su erzielen. Man kann sich jedoch einer solchen Verteilung durch überlagerung mehrerer Vellen entsprechender Jellenart annähern· Die erhaltene reaultierende Funktion J₁(M) ist von f(M) etvas verschieden.

Die endgültige Verteilung des elektrischen Felde» entspricht infolge yon Reflexionen, die sich an der Strahlun^söffnung des Strahlers einstellen, und auf Grund des Auftretens von Störwellenarten, die auf das Vorhandensein einer Qnstetigkeit an der Strahlungsöffnung zurückzuführen sind, nicht der Funktion f-j(M). Die Erfahrung zeigt jedoch, daö die endgültige Feld verteilung f₂(M) der Funktion f₁<Ri) ziemlich nahe kommt, wenn die Abmessungen der Strahlungsöffnung gleich mehreren Wellenlängen der verwendeten Wellen sind»

Die aus einem Rechteckhohlleiterabsohnitt und Speisehohlleitern gebildete Gesamtheit des Strahlers hat vor allem interessante Eigenschaften, wenn zwei aufeinander senkrechte Symmetrieebenen, nämlich die ebenen £ und H des Rechteckhohlleiters vorhanden sind. Unter diesen Bedingungen müBsen die Speisehohlleiter zur Mittellinie des Rechteckhohlleiters symmetrisch angeordnet sein«

Die Gesetzmäßigkeit der Verteilung des elektrischen Feldes der Strahlungsöffnung eines solchen Strahlers ist symmetrisch oder antisymmetrlsch (d.h. gerade oder ungerade) in Bezug auf die Ebenen ja und H des Hohlleiters des Strahlers. In der nachstehenden Tabelle sind die verschiedenen 909806/03 21 -6-

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möglichen Fälle in Abhängigkeit der Hichtung des elektrischen Feldes aufgewiesen» wobei die Richtung des elektrischen Feldes durch das Zeichen + oder - in jedem durch die Sbenen S und H abgegrenzten Raumviertel dargestellt ist.

Anordnung der Strahlen bündel in einer zur Strahlungsöffnung par allelen Fläche	Symmetrie in der Ebene E	Symmetrie in der Ebene H
- + + + 4	gleich	gleich
*· -	gleich	ungleich
+ +	ungleich	gleich
+ — - +	ungleich	unglei ch

Das mit der Erfindung vorgeschlagene Verfahren erlaubt ebenfalls die Verwirklichung einer Antenne, die nacheinanderfolgend mehrere Diagramme abstrahlt, wie dies beispielsweise bei Antennen mit statischen Winkeldiskriminierungen der Fall ist. Hierzu genügt es, aufeinanderfolgend in die Sträblungsöffnung des Strahlers mehrere Gesetzmäßigkeiten zur Verteilung des elektrischen Feldes f_A(M), f_fl(M) F_p(M)

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einsubriagen« die den verschiedenen Strahlungsdlagraaeen entsprechen.

Ztui besseren Terständnis der «it der Erfindung τογ-gasohlageaen Merkmale «erden nachfolgend an Hand der Zeichnungen drei Aueftthrungsbeispiele von Antennen der erfindungsgeoäfien Art in beispielsweisen Anwendungsfällen beschrieben.

Fig. 1 aeigt scheoatisoh im Schaubild den Strahler einer gemäß des erflndungsgeakflen Verfahren hergeetellten Antenne·

Fig· 2 und 4 stellen Strahler dar, deren Strahlvagsdiagrawne in einer die Peilriohtnng enthaltenden Bbene «an bestimmen kann·

Fig. 3 läßt die Verteilung dee elektrischen Feldes in der Strahlungsöffnung des Strahlers der Fig. 2 erkennen.

Fig·- 5 veranschaulicht einen Strahler» deren Ötrahlungadiagraome in swei zueinander senkrechten, die Feilriehtang enthaltenden Ebenen Ban beatienen kann.

Der in Fig· 1 dargestellte Strähler 1 besteht la wesentlichen aus einem dohlleiterabachnitt 2 sunehaenden Querschnitts, in dem sich die Energie längs der Achse OZ fortpflanst. Der Hohlleiterabsohnitt 2 ist an seinem kleinere Abneseungen besitienden Aide durch eine Metallplatte 3 geschlossen, in die die Jgfrregerhohlleiter 4 und 5 nünden. Das andere Ende des durch den HohlleiturabBOhnitt 2 geschaffenen Uohlraui» bildet die Strahlungsiiffnung 6· 909806/0321 BAD ORK3INAI

Ist das Diagramm der Aistenne ron vornkersiö leitet nan aus ihn die Verteilung f(M) dee Feldes in der Strahlungsöffnuag als» Dann eatwlofetit «an ge&äS den obigen Gleichungen 1 und 2 dl· funktion f (M) in Reihe. Somit bestimmt man die Mlenarten» die durch überlagerung ir, der Strahlungsuffmtng eine der Punktion t(M) nahekommende Verteilung f.,(M) ergeben. Disaer Vorgang let in dem Falle eines durola einen Heahteokhohlleite^abfehnitt gebildeten, durch Hohlleiter der gleichen Type gespeisten Strahlers verhältniamäSig einfach* Man wählt aehlieQlioh die Cb&rakterietiken der Speisehohllelter ausgehend den angenommenen »ellenarten.

BIe uusammengesetzten Koeffizienten a^^Cder Fig» 2)_e die die Amplituden und die Phasesi Jeder der verwendeten üellenarten definieren_e erlauben die Berechnung der Abtteesmigen des Strahlers und der CharaStterietiken der ÜEBtetlg keiten swiechen Hohlleitern und Strahler*

Fig.'2 seig.t einen Im wesentlichen atis einem H#öht« eckhohlleiterabeolmltt 1 gebildeten Strahler»- U&* äft eel« riöin nicht abstrahlenden Ende r&n ^wei einander beiderseits der Ebene E des HoMlieltars 7 angeordnetenSrregerhohlleiteiß gespeist wird« Bis Sehsaal«-- wänä© UQT drei Hohlleiter 7 _s 3 mii, 9 sind einander parallel und τοπ gleicher Länge· Sas JSnde ü@b Hohlleiters dee Strahlers ₉ in das die beiden Hohlleiter 8 und 9 münden$ let , duroh die Platte 10 geschlossen» Bi® beiden

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leiter 8 und 9 «üeeen .Teilen der H₁₀-Wellenart Übertragen, während der Bohlleiter 7 ebenfalle die htinereo tfellenarten H₂₀, B^ usw. fibertragen mu3. Die Beatiaamig der Charakteristiken des Strahiere der Hg« 2 erlaubt» den strahltuigsdiagrammen des Strahlers in der Ebene B des Hohlleiters 7 des Strahlers die gewünschte gewünschte Fora su geben. Der Strahler der Fig. 2 ist insbesondere geeignet, um eine Antenne mit statischer ',7inkeldiekrimi~ nierung gemäß einer die Peilriohtung der Antenne enthaltenden Ebene auszustatten.

Fig. 3 zeigt die Verteilung des elektrischen Feldes für die Wellen der .'/ellenarten H₁₀, H₂₀ und H~q in der Stra lungsöffnung des Strahlers der Figo 2«

Fig. 4 veranschaulicht einen Strahler, der im wesentlichen aus einem Rechteckhohlleiterabschnitt 11 besteht, der von zwei ebenfalls rechteckigen Hohlleitern 12 und 13 erregt wird, die in die Tandung 14 des Hohlleiters 11 einmünden und beiderseits der Ebene XOZ des Hohlleiters 11 symmetrisch zueinander angeordnet sind. Die Breitseiten der beiden Hohlleiter 12 und 13 sowie die Schmalseiten des Hohlleiters 11 liegen einander parallel und besitzen die gleiche Länge. Die Bestimmung der Charakteristiken dieses Strahlers gestattet, dem Strahlungsdiagramm in der Ebene B des Hohlleiters des Strahlers die gewünschte Fons zu geben. Hit dem in Fig. 4 gezeigten Strahler läßt sich eine Antenne alt statischer Jiinke!diskriminierung längs

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einer die Peilachse der Antenne enthaltenen Ebene ausrüsten.

Der in Fig· 5 dargestellte Strahler hat einen zusammengesetzten Aufbau« der sich τοη den in Fig» 2 und 4 gezeigten Strahlern ableitet. Dieser Strahler der Fig.. 5 ist in einer Antenne mit statischer Winkeldiskriminierung gemäß zwei zueinander senkrechten Ebenen verwendbar ₉ deren Schnittlinie die Peilachse ist. Dieser mit.der Bezugsziffer 21 versehene zusammengesetzte Strahler besitzt vier übereinander angeordnete und einander gleiche einfache Strahler A, Β, C und D, die jeweils dem Strahler dar Fig. 2 entsprechen. Diese Strahler besitzen jeweils ein flaches Horn 17f 18f 19 und 20 mit rechteckigem Querschnitt. Diese Strahler werden jeweils durch die Speisehohlleiter 17--17% 18»-18"₉ 19^f-19" und 2O'~2O» erregt« Die Verbindung Sender» Speisehohlleiter durch das dem der Fig, 3 entsprechende Hohlleitersystem 15-16 wird durch liebeneinanderordnung von zwei derselben längs einer Breitseite 22 erreicht« Die einfachen Strahler 17, 18» Ί9 und 20 haben jeweils paarweise eine gemeinsame Wand (23, 24 oder 25)« Das Vorhandensein dieser Wände hat zur Wirkung, das von den Hohlleitern 15 und Ί6 ausgehende elektrische Feld in eine zu der Wandung 22 parallele Richtung zu leiten.

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Claims

Patentansprüchet

Yerfahren« um einer Antenne nacheinander Mehrere Strahlungediagramne _Bu geben* dadurch gekennzeichnet« daß die aufeinanderfolgend an die ßtrahlunfsöffnung dee Strahiere der Antenne gelegten elektrischen *elder den betreffenden Diagrammen entsprechenden Verteilungsgeeetemäßigkeiten unterworfen werden» wobei jede Verteilungeart durch in der Strahlungsöffnung erfolgende Überlagerung mehrerer nach Art, Phase und Amplitude vor bestimmter «Teilen ersielt wird.

Verfahren nach Anepruoh 1, dadurch gekennseionnet, daß der Strahler c«r Antenne aus einem Hohlraum besteht, der über mehrere Hohlleiter mit Vollen bestimmter Arten sur erregung der gewünschten Wellentypen im Uohlraum gespeist wird, wobei die Charakteristiken der Unstetigkeiten «wischen Hohlleitern und Hohlraum derart festgelegt werden, daß die fellen in der Strahlungsöffnung des Hohlraums die erwünschten Amplituden erhalten« und der Hohlraum so bemessen wird, da6 die .'eilen in der 8trahlungsöffnung des Hohlraums die verlangten Phasen annehmen.

▼erfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennseichnet, daß der als Antennenstrahler wirkende Hohlraum aus einem rechteckigen Querschnitt aufweisenden Hohlleiterabeohnitt beeteht, der fellen der H₁Q-, H₂Q- und H«qffellenart übertragen kann« ferner dns eine Ende dieses

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Reohteckhohlleiters die Strahlungeöffnung des Strahlers bildet und die an das andere Xnde desselben führenden, «ur Übertragung τοη H₁Q-WeIlen geeigneten beiden Erregerhohlleiter rechteckigen Querschnitte mit ihren Breiteeiten in einer Ebene und parallel zu den Breiteeiten des den Strahler bildenden Hohllei terabsehnitte liegen.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennseishnet, defl der ale Antennenetrahler wirkende Hohlraum aus einem rechteckigen Querschnitt aufweisenden Hohlleiterabschnitt besteht, der fellen der H₁₀-, H₁₁-, H₁₂-* E₁₁- und E₁₂-Vtellenart übertragen kann, ferner das eine Ende dieses Hechteckhohlleiters die Strahlungsöffnung des Strahiere bildet und die an das andere •finde desselben, führenden, aur Übertragung τοη H₁₀-Wellen geeigneten beiden Erregerhohlleiter rechteckigen querschnitts mit ihren Schmalseiten in einer Ebene und parallel au den Breiteeiten des den Strahler bildenden Hohlleiterabschnitts liegen.

5« Antenne zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 4» gekennzeichnet durch einen zusammengesetzten Strahler mit Tier einfachen, einander Überlagerten Strahlern gemäß Anspruch 3» die Ton zwei Hohlleiteranordnungen gemäß Anspruch 4 gespeist werden, wobei die Antenne zur statischen Winkeldiskriminierung in zwei aufeinander senkrechten, die Rlohtachse enthaltenden Ebenen benutzt wird.

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