DE1466127A1 - Antennensystem - Google Patents

Description

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Anmelderlni

Hughes Airoraft Company Centinela and Seale Street Culver qity, Calif., USA

Stuttgart, den U. Okt. 1965 V 1282 S/W

Antenneneyet

Die Erfindung ^betrifft ein Antennensystem sur gleichseitigen Eraeugunc von aehreren Strahlungekeulen mit einer eine Yieliahl von Strahlungeelementen aufweieenden linearen Strahlβranordnung.

Um tie! gegenwärtigen Radaranlagen mit phaaengeeteuerten Systemen die in der Zeiteinheit erhältlichen informationen zu erhöhen« ist ea häufig wünschenswert, eine Anzahl von gleichzeitig vorhandenen Hehrfaohkeulen zu haben, die als BUs oh el geschwenkt werden können und zur Erzielung einer besseren Winkelgenauigkeit Monopuls-Fähigkeiten haben. Weiterhin ist es häufig wünschenswert, wenn die Antenne mehrere Aperturverteilungen aufweist, die für den Wendebetrieb und den Smpfang verschieden sein können. So kann es beispielsweise erwünscht sein, beim Senden eine gleichmäßige Aperturverteilung zu haben, um solche Bauelemente, die nur eine beschränkte Leistung Übertragen können, v/ie beispielsweise Phasenschieber oder Leistungsverstärker, so wirtschaftlich wie möglich auszunutzen und außerdem den maximalen Antennengewinn zu erzielen, der mit einer gleichförmigen Aperturverteilung verbunden ist. Andererseits ist es wünschenswert, den Empfang von Störzeichen (clutter) zu vermindern, was dadurch erfolgen kann, daß die Aperturverteilung im Hinblick auf möglichst geringe Nebenzipfel ausgewählt wird.

Bekannte Vorrichtungen, die zur Speisung einer linearen Anordnung dienen· und so ausgebildet sind, daß sie zu-

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gleich mehrere Keulen bilden, sind eine leitungsgespeiete Wanderwellenanordnung (tilt transmission line fed traveling wave array), die Butler Hybrid Matrix und die optischen Weitwinkel-Antennen (wide angle optical antennas). Die Kosten und die Kompliziertheit dieser Systeme steigen im allgemeinen mit der Anzahlung der Strahlungselemente rapid an. Außerdem hat die Anzahl der Keulen, die von einer Butler Hybrid Matrix erzeugt wird, eine definierte mathematische Beziehung zu der Anzahl der Strahlungselemente. Im einzelnen ist die Anzahl der von einer Butler Matrix erzeugten Strahlungskeulen der Anzahl der Strahlungselemente gleich. *.

Demgegenüber soll durch die Erfindung ein verbessertes Antennensystem zur Erzeugung von Mehrfachkeulen geschaffen werden, dessen Kosten und Kompliziertheit nicht mit der Anzahl der Strahlungselemente rapid ansteigen und das in der Lage ist, große Leistungen zu übertragen. Biese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Radialleitung vorgesehen und längs dee Umfanges dieser Radialleitung in gleichen Abständen voneinander eine Vielzahl von Auekoppelsonden derart angeordnet ist, daß alle Ausko.ppelsonden den gleichen Abstand voneinander haben,

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daß aufeinanderfolgende Strahlungselemente der linearen Strahleranordnung mittels Übertragungeleitungen, die alle die gleiohe Länge haben, mit aufeinanderfolgenden und gleichmäßig verteilten Bonden verbunden sind, und daß mit der Radialleitung eine Anregungevorrichtung verbunden ist» alt der die Radialleitung zugleich In einem Fundamen« talmödus und mindestens einem Ümfangsmodus höhrer Anordnung anregbar ist, um eine entsprechende Ansahl von Strahlungekeulen su ereeugen, die von der

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linearen Strahleranordnung ausgehen und von denen jede eine einslge definierte Richtung im Raum aufweist. Bei dieser Anordnung 1st 4ie räualiohe fren» nuag der ätrahlungekeulen dadurch bestirnt, wir oft der Umfang der Radlall el tung beim Verbinden der längs des Umfangea angeordneten AuekoppelsonAen tali den Strahlungeelementen der linearen Strahlergruppe ««laufen wir«·

Die Radialleitung kann von cwel parallelen Platten gebildet werden und an gleiehntlÖlß entfernten len long· ihres Umfange· duröh ein· önippe von koppeieonden abgeeohloieen I»Inι ilt llpreivlilte j|lf

den etraMungeeiementen einer linearen oder Btrehleranordnung duroh gleiche langen

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you übertra^unealeitunken vertwnden sind. Durch die Verbindung der Übertragung leitung en alt der linearen Anordnung werden eleichmäßig voneinander entfernte Auakoppeleonden mit aufeinanderfolgenden 8trahlunceelementen der linearen Gruppe verbunden· Wenn die ßleicheößic voneinander entfernten Auekoppeleonden einander benachbart sind» kann die Oeenmteahl der Sonden geradaahlig oder uneeradsahlig Bein. Vexta anderereeite die gleiohmaßiß voneinander entfernten Auekoppeleonden nicht einander benachbart eind, rauQ die Oeeomtsahl der Sonden eine geeignete Schrittfolge aulaeeen, wenn alle Sonden benutat werden eollen. BeiB Betrieb wird in der Radialleitung der TÄ-Modue Bueanaaen alt Umfangemoden höherer Ordnunc erregt, um Strahlungekeuley mn. eraeugen, die im Baus veteohledene Rlolitungen ha%eA.

Weitere BlnselfcelteB und 4woß Bind d»r tol&nUn Be«ohrelb«w «u entneleen, in der die Erfindung an Band der la der Belohnung dargeeteilten AuefUhrungbbeiepiele ntther beachrieben und erläutert wird· Be eelgent

Pig. 1 tint pertpektiviBche Darstellung einer führungefor» dtr Brfinduag,

Fig. 2 einen Lancesahnitt längs der Linie U-II durch die AusfUhrunßsfona nach Fig. 1,

Fig. 3 ein schematischee Diagramm der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Abschnitt der linearen Strahleranordnung der Vorrichtung nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 5 ein schematisches Diagramm einer weiteren AusfUhrungBform der Erfindung,

Fiji« 6 eine perspektivische Darstellung des *ur

Hodenanregung dienenden Abschnittes der Vorrichtung nach Fig. 5,

« 7 die Uxarisse eines in der E-Kbene gefalteten aagischen Ϊ, das in der Vorrichtung nach Fig. 5 Verwendung findet,

_w^~ - eine Darstellung der elektrischen Felder

in der Anregungsvorrichtung nach Fig. 6 entsprechend der Anregung der Eingänge des ■·>-

gischen T nach Fig. 7,

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Fig. 9 teilweise in ρβrepektiviaeher Ansicht und teilweise im Schnitt eine weitere Aueführungsfora der Brfindung, die es ermöglicht, beim Senden eine gleichförmige Aperturverteilung (Fläohenbelegung) und beim Sapfang duroh Summenbildung eine Kosinusquadrat-Aperturverteilung und durch Differenzbildung eine Nonopule-Sinus-Aperturverteilung mi er-

eielen, , '■

Fig.10 einen Längsschnitt durch die Radialleitung und angrenzende, eur Anregung der Radialleitung dienende Absohnitte einer weiteren ' AusfUhrungsfora der Erfindung!

Pig.11 und 12 sohematieche Diagramme zur Veraneohauliohunß der Terbindungen swisohen den AuskoppeleonAen em Umfang der Radialleitung , alt den Strahlungselementeη der linearen Strahietanor^nunc der Vorrichtungen naoh den

Fig. t_# 5 und 9 und

Fig. 13 ein Diagram*» der PeldetUrke der Stfmhlungekeulen der Vorrichtungen naoh den Flg. 1,5 und 9t die den Moden mit m ■ O und m « ί 1 entsprechen.

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Das in Fig. 1 dargestellte Aueftihrungebelspiel der Erfindung weist eine Radialleitung 10 auf, die von Sondenköpfen 12 umgeben' ist. Die Sondenköpf· enthalten AuskoppelBonden 15, die über Koaxialleitungen H gleicher Länge mit Strahlungselementen 15 (Pig. 4) einer linearen Strahleranordnung 16 verbunden sind. Sie mit den Strahlungeelementen 15 versehene Btrahleranordnung 16 bildet beispielsweise einen frog 17 aus reflektierendem Material, in den leitende Platten 19 zwischen den einzelnen Strahlungeelementen

eingesetzt sind· Wie au» den Pig. 1 bis 3 weiterhin ereichtli&h, wird die Radialleitung -10 von eine» Kohlleiter 18 mit kreisförmigea Quereohnitt gespeist, an den Über einen AnregungstrAttifoxsfttor 21 ein Sinspeisungseystem 20 angeeohloesen let·

In fig. 2 ist ein Längeeohnitt durch die B*dialleitung 10 und den kreisförmigen Hohlleiter 18 Alt gungstransforaator 21 dargestellt * Dit

10 wird von ewei parallelen leitenden Platten 28 ugl& 24 gebildet, die durch Abatandehalter ^,'parallel ^i halten werden und durch Rippen 26 veretfifl Mttofi* $

Mlttelleiter der Koaxialleitüngen 14 «^%tL% 4in -.

üonden .15 der Sondenköpfe f2 verbunden. Y^iohitdift# ' '^-

Möglichkeiten sum Anschluß der bonden der Strahlung«-

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elemente 15 der Strahleranordnung 16 werden später an Hand der Jig. 11 und 12 erläutert. Die Radialleitung 10 weist in der Mitte einen Hohlraum 30 auf, der sieh gegenüber dem AnsehluS.des kreisförmigen Hohlleiters 18 von der Radialleitung nach außen erstreckt und dastt dient, die Kopplung awisohen dem kreisförmigen Bohlleiter und der Radialleitung au verbessern. Das Mnspeisungssystem 20 ist an die Radialleitung 10 über den kreisfönaigen Hohlleiter 18 in optimaler 'feise mit Hilfe einer A Datiervorrichtung 31 angekoppelt, die an der dem Hohlleiter 18 gegenüberliegenden Seite des Anregungstransformators 21 angeordnet ist« Pie Abetlmravorrichtung enthält ein leitendes Glied 32, das quer au einem leitenden Zylinder 33 eine leitende fläche bildet. Der Zylinder 33 weist ein Iaae&eevlnde auf, das es ermöglicht/A^ *^t*nd der leitendes. Querfläche des Gliedes 32 toQ Aem Anrveungstrmiisformator 21 «lnau-

lsiteaden 01ί·|Γ Jt einen abetisjmbsxen Hohlraum blUet.

Der Aufbau dee I^Lwipeieungeeystems 20 und des Anregungetranefowiltot· 21 nach flg. 1 let in Fig. 5 echematieoh Teransohaulicht. Dieeer Aufbau umfaßt Tier fiohllBit#iwirme 34, 35, 3* und 3?· Die Hohlleiter·

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' - 10 -

arme 34 und 35 sind an die Eingänge eines magieohen T 38 angeschlossen, das einen Summenausgang 39 und einen Differenzausgang 40 aufweist. In gleicher Weise Bind die Hohlleiterarme 36 und 37 mit den Eingängen eines zweiten magischen Ϊ 41 verbunden, das ebenfalls einen Summenausgang 42 und einen Differenzausgang 43 aufweist. Die Summenausgänge 39 und 42 der beiden magischen T 38 und 41 sind an die Eingänge eines drit ten magischen T 44 angeschlossen, das einen Summen ausgang 45 und einen Differenzausgang 46 hat· Weiterhin sind die Differensauegänge 40 und 43 der magischen T 38 und 41 an die Eingänge eines vierten magiechen T 47 angeachloesen, dees en Sunanenauegang BdLt 48 und dessen Differensausgang mit 49 bezeichnet ist. Di· übrigen in der schematieohen Darstellung nach Jig· 3 vorhandenen Beeugszeichen bezeichnen dl« gleioh«n KL»mente wie in der Anordnung nach Fig. 1.

Zn den *ig. 11 und 12 ist die Weise v«r&n»oh»ullcht_t in der die Sonden 13 der bondenköpfe 12 über Koaxialleitung en 14 gleicher Lange mit der Anordnung 16 der Strahlungselemente 15 verbunden sind. Im einzelnen Beißt Fig. 11 eine Draufsicht auf die Radialleitung 10, bei der die Sonden 13 längs ihres äußeren Umfangee angeordnet sind· Sie Strahlungselemente 15 der

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Anordnung 16 sind» in der Zeichnung von links nach rechts, mit im gleichen Abstand voneinander und im Uhrzeigersinne hintereinander angeordneten Sonden verbunden, und zwar derart, daß eine ganze Anzahl von Umläufen oder ein Bruchteil eines Umlaufes auegeführt wird, wenn die ganze Länge der Strahleranordnung 16 durchlaufen wird. Wenn aufeinanderfolgende Strahlungselemente 15 mit aufeinanderfolgenden SQnden 1? der Sondenanordnung 12 verbunden sind, wird nur.ein Umlauf längs des Umfanges der Radialleitung 10 ausgeführt· Wie bereits erwähnt, sind die sum Anschluß dienenden Koaxialleitungen H alle von gleicher Länge« Zn Fig. 12 ist die Weise veranschaulicht, durch die eine Fhasenvervielfaohung ersielt werden kann, indem der Umfang der Radialleitung 10 mehr ala einmal umlaufen wird, wenn man Über die ganze Länge der Strahleranordnung 16 fort schreitet. Zu diesem Zweck sind die Anschlüsse der Strahlungselemente 15 längs der Strahleranordnung von links nach rechts mit a, b, o, ···» m, η, ο bezeichnet. Die entsprechenden AnschiUese der länge de» Umfange« der Radialleitung 10 angeordneten Sonden 13 elztd in gleioher

Weise bezeichnet, so daß also die mit dem Gleichen

bezeichneten Anschlüsse Buchstaben, z.B. a, b, o, .·., oder o/durch gleioh lange Koaxialleitungen 14 miteinander verbunden sind»

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Bei dem ii\ Flg. 12 dargestellten Schema findet eine Phaeenvervielfachung von zwei statt, indem aufeinanderfolgende Strahlungselemente 15 mit jeder zweiten der längs des Umfanges der Radialleitung 10 angeordneten Bonden 1? verbundenriLnä» Falls eine Phaeenteilung gewünscht wird, also nur über einen Bruchteil des Umfanges der Radialleitung 10 ausgenutzt werden soll, ist es entweder erforderlich, einige der Sonden 13 parallel zu schalten oder nicht benutzte Sonden mit einem Abschluß zu Versehen.

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Beim Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1 bestimmt die Anzahl der verschiedenen Schwingungsmoden, die in dem kreisförmigen Hohlleiter 18 existieren können, die Anzahl der Strahlungskeulen, die mit Hilfe der linearen Strahleranordnung 16 verwirklicht werden können. Zum Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß der Durchmesser des kreisförmigen Hohlleiters 18 genügend groß

Modus ist, um zugleioh den Sohwingungstyp/m_o1 und

Moden alle

orthogonale .. SM₁ ^zuzulassen. Da/diese Hoden orthogonal zueinander sind, findet innerhalb des Hohllei- ·' ters 18 keine Wechselwirkung zwischen den Individuellen elektrischen und magnetischen Feldern statt. Das elektrische Feld, das dem TM₀₁-Modus entspricht, erzeugt in den Hohlleiterarmen 34, 35, 36 und 37.jeweils

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die gleichphasigen Felder A₁, $ϊ\ C₁ und D₁. In diesem Falle führen die Sumraenausgang* 39 und 42 der magischen I 38 und 41 Signale (A₁ +B₁) und (C₁ + D₁) den Eingängen des magischen T 44 tu, so daß an deesen Summenauegang 45 ein Ausgangssignal (A₁ + B₁ + C₁ + D₁) erscheint, Wahrend an seinem Differenzausgang kein Signal auftritt. In analoger Weise sind die

Signale» die an den Differeneausgängen 40 und 43 der magischen ϊ 38 und 41 auftreten (A₁ « B₁) und (C₁ - D₁) welche Signale gleich Null sind, so daß den Eingängen des magischen T 47 keine Signale augeführt werden. In diesem Zustand, bei dem alle Signale A₁, B₁, C₁ und D₁ die gleiche Phase haben, wird in der Radialleitung 10 ein Modus m · 0 erzeugt, der su einer Strahlenkeule 60 nach Fliß. 13 führt» die auf d*er linearen Strahleranordnung 16 senkrecht steht. Da die Eigenschaften des ÜMpeisungseyst·*·* 20 in Terbindung mit de» kreisförmigen Hohlleiter 1Θ, der Radialleitune 10 und der linearen Strahleranordnung 16 natürlich umkehrbar sind, 1st es möglich, über den üumaenarm 45 in gleicher Welse su senden wie su empfangen. Wenn über diesen Arm sowohl gesendet wie empfangen werden soll» ist es selbstverständlich erforderlich, in üblicher Weis« Sende-SnpfanßB-Weichen vorsueehen.

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Eb 8ei nun der orthogonale TE₁₁-MOdBa betrachtet, durch den Signale A₂1 B₂ ^der gleichen Polarität in den Armen 34 und 35 und Signale C₂ und D₂ der entgegengesetzten Polarität in den Armen 36 und 37 angeregt werden. In dieβem Falle erscheinen Signale (A₂ + B₂) und -(C₂ + D₂) an den Summenarmen 39 und •der magischen T 33 und 41, von wo aus sie den Eingängen des magischen T 44 zugeführt werden. Da diese, beiden Signale von entgegengesetzter Polarität sind, erscheint nun am Summenarm 45 ein Signal von der Amplitude Null, während an dem Differenzarm 46 ein Signal (A₂ + B₂ + C₂ + D₂) erscheint. Da den Eingängen der magischen T 36 und 41 identische Signale zugeführt werden, erscheinen an ihren Differenzausgängen 40 und 43 Signale von der Amplitude Null, so daß also an dem Summenarm 48 und dem Differenearm 49 des magischen ϊ 47 kein Ausgangssignal erscheint.

Bei dem zuletzt beschriebenen Zustand regt der ver-■ TB₁,-Moden

bleibende der orthogonal«!/¹' Signale B, und C- der

' JJ

gleichen Polarität in den Armen 35 und 36 und Signale

L '

A, und D, der entgegengesetzten Polarität in den Arf men 34 und 37 an. In diesem Falle werden Signale entgegengeaetzter Polarität den Eingängen der magischen

ΐ 38 und 41 zugeführt, so daß an ihren Summenausgängen

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38 und- 42 keine Ausgangseignale erscheinen. Sagegen erscheint ein Signal (A, + B.) am Differenzausgang 40 des magischen T 38 und ein Signal -(C, + D*) am Differenzauegang 43 des magischen T 41· Diese Signale werden den Eingängen dee magischen T 47 zugeführt. Da diese Signale von entgegengesetzter Polarität sind, erscheint am Summenausgang 48 kein Signal, während am Differenzausgang 49 das Signal (A, +L +C. +L) erscheint. Diese zuletzt beschriebenen beiden Fälle entsprechen den orthogonalen TB₁ ^-Moden in dem kreisförmigen Hohlleiter 18, die ihrerseits einen Umfangsmodus höherer Ordnung mit m « ~i in der Radialleitung 10 anregen. Schwingungemoden in der Radialleitung 10 mit m « -1 entsprechen den Strahlungskeulen 61 und 62 nach Fig. 13, die räumlich zu beiden Seiten der Strahlungskeule 60 versetzt sind, die dem m = 0 Modus entspricht.

Wie oben erläutert, entspricht der 2M₀₁-Modus m ■ 0, und es werden außerdem auch, noch Umfangsmoden höherer Ordnung, die den m * -1 Orthogonalmoden entsprechen, in der Radialleitung 10 erregt. Die Umfangevariation dieser Moden wird durch A₁V" 3^m 9 charakterisiert,

m '

worin A die Amplitude des mten-Hodus und m eine ganze Zahl ist. Wegen der orthogonalen Eigenschaften dieser

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Hoden findet zwischen ihnen keine Kopplung, statt. Da die Koaxialleitungen 14» die die länge dee Umfang es verteilten Auekoppeleonden 13 und die Strahlungselemente 15 der linearen Strahleranordnung 16 miteinander verbinden, die gleiche Länge haben, wird die länge dee Umfangee der Radialleitung vorhandene Phaaenvariation e""3^ffl!P in eine linear fort-Bohreitende Phaee e~ " ³^¹* transformiert, worin Ii die Länge der Strahleranordnung und ζ die Aperturvariable bedeuten, d.h. daß φ = 0 und χ · 0 sowie

y« 2fr und χ sz L einander entsprechen« Infolgedessen gibt es zwei Strahlungekeulen für joden Wert von m, nämlich eine linke und eine rechte Strahlungskeule, ausgenommen dann, wenn m ■ 0 is!t. Für m * 0 existiert eine einzige breitseitige Strahlunge keule, wie die Strahlungekeule 60 naoh Fig. 13·

Die Aperturverteilung iet für jede der Strahlungekeulen gleichförmig und das Fernfeld iet gegeben duroh

Hierin iet N die Anzahl der Strahlungselemente der Anordnung. De^ Auedruok B gilt fUr eine ungerade Anzahl TOh Elemente, jedoch können die Gleichen Be-

·« traohtungen für eine gerade KLementenzahl angeetellt

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werden. In der obigen Gtleiohung ist weiterhin

0 ■« o( mit Q » Strahlungewinkel in der Breite d - L/H-1 a Abstand »wischen den Elementen

« Phaeenverechiebung

üwleohen den Element en. Daraus ergibt eioh .

Die Keule bat ihr Käximum, wenn 'in der vorstehenden Gleiohung sowohl Zähler als auch ITenner Null werden. Daraus ergibt sich

ein 9p ± a] - (2 ρ + 1)r und ρ-(f-1) t m]

worin ρ die pte Seitenkeule sur Hauptkeule bezeiQhnet. Die Hauptkeule entspricht ρ * 0.

Die Nullstellen des Strahlungsdiagrammes treten auf, wenn der Zähler, nicht aber der Henner gleich ist. Hieraus ergibt sich

te«!» β Vm] .-«qr

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worin q die qte Nullstelle bezeichnet

Bas I¹TiXiZiP der Antennenspeisung mit Hilf e einer mehr·» aodigen Radialleitung hat demnach Hehrfachkeulen mit einer gleichförmigen Aperturverteilung und einem lerafelddiagramm zur Folge, bei dem alle Maxima der Seitenkeulen und ebeneο alle Sullateilen bei gemeinsamen Winkeln auftreten. Sa das Maximum jeder Hauptkeule an den Nullstellen aller anderen Strahlungeformen auftritt, entsteht keine Kopplung zwischen den Keulen. - .

In ?ig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines anderen Systems zur Erregung des SEM-Modus und von Umfangemoden höherer Ordnung in der Radialleitung 10 dargestellt. Im einzelnen ist ein in der E-Bbene gefaltetes magisches T 70 mit den Eingangsarmen 71 und 72 und den Ausgangsarmen 73 und 74 an einen Anregungs transformator 75 angeschlossen, der seinerseits über eine Koaxialleitung 76 mit der Radialleitung 10 verbunden ist. Sondenköpfe 12 an der Radialleitung 10 sind wie oben beschrieben mittels Übertragungsleitungen 14 gleicher Länge an die lineare Strahleranordnung 16

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angeschlossen. Xn ?ig. 6 let ein Ausschnitt dee Anregungstransformators 75 perspektivisch dargestellt. Dieser Transformator 75 enthält einen Abschnitt 77 einer Koaxialleitung, die solohe Abmessungen hat, daß sie mit der Koaxialleitung 76 verbunden werden kann, die zu der Radialleitung 10 führt. Der Abschnitt 77 weist einen zylindrischen Außenleiter 76 und einen zylindrischen Innenleiter 79 auf, die beide in einer gemeinsamen Ebene enden, die sich s*»:derecht zur Rotationsachse der Leitung erstreckt. Hohlleiterarme 80 und 82, die innere Breitseiten 83 und 84 und äußere Breitseiten 85 und 86 aufweisen, schaffen den Übergang von dem Hohlleiter auf den Koaxialleitungsabsohnitt 77* Im einzelnen sind gegenüberliegende Hälften des zylindrischen Innenleiters 79 voneinander getrennt und abgeflacht, um die Inneren Breitseiten 83 und 84 zu bilden, während entsprechende Hälften des zylindrisohen Außenleiters abgeflacht sind, um die äußeren Breitselten 85 und 86 der Hohlleiterarme 80 und 82 zu bilden. Die Schmalselten der Hohlleiterarme 80 und 82 beginnen endlich als radiale Verbindungen zwischen dem Außenleiter und dem Innenleiter der Koaxialleitung, die sie in swei Hälften teilen, und erstrecken sich von ihrem Ausgangspunkt zwischen

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die inneren und äußeren Breitseiten 83 und 85 sowie 84 und 86 der Hohlleiterarme· Dies erfordert eine Verdrillung von 90^ö für- 3ede Schmalseite. Die Hohlleiterarme 80 und 82 sind mit den Auegangearmen 73 und 74 des in der Ε-Ebene gefalteten magieohen T 70 verbunden, wie es Pig. 7 zeigt. Der Koaxialleitungeabschnitt 77 ist mit der Koaxialleitung 76 verbunden. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, werden durch eine Speisung des Armes 72 des magiechen $ 70 elektrische Felder erzeugt, die in den Auegangearmen 73. und 74 in Phase sind. Wenn diese Felder dem Anregungetransformator 75 zugeführt werden, wird die Koaxialleitung 76 ImSS₁₁-HOdUs erregt. Wenn dagegen der Arm 71 des gefalteten magisohen £ gespeist wird, werden in den Ausgangsarmen 7? und 74 elektrische Felder entgegengesetzter Polarität angeregt. Tienft diese elektrischen Felder entgegengesetzter Polarität des Anregungetransformator 75 zugeführt werden, wird in der Koaxialleitung 76 der lEM-ttodue angeregt. Wie Is Falle der Vorrichtung nach FIg* 1 entoprioht eine Anregung der Radialleitung 10 duroh ften ΪΑΜ-Kodus ein ArbeitBmoduB mit η « 0, d.h. es wird von fttif Strahleranordnung 16 eine Querstrahlung ereeugi. Dagegen entsprechen orthogonale TS₁ ^-Anregutigeaoden . dem m - -1-BetriebsmoduB, d.h. raumlioh versetzten

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Strahlungskeulen bu beiden Seiten der von der Strahleranordnung erzeugten Queretrahlung. Vie euvor ist das Ausmaß, alt dem die Keulen gegenüber der Queretrahlung versetzt sind, eine Funktion der Welse, in der die Übertragungeleitungen 14 gleicher Länge die Badialleltung 1D mit der linearen Strahleranordnung 16 verbinden·

In Fig. 9 der Zeichnung ist ein System dargestellt» das von der erflndungsgemaflen Vorrichtung Gebrauch macht, um eine einzige, dem Arbeitemodus mit m => O entsprechende Keule ausasusenden und mit einer KoBinuequadrat-Aperturvertf; llung BU empfangen. Zu diesem Zweck wird das Ausgange signal eines Senders 90 dem Eingang eines Zirkulators 91 «!geführt, der seinerseite an eine Koaxialleitung 92 angeeohloeaen ist, die mit der Hadialleitung 1ο so verbunden ist, daß sie die Radialleitung im SttHKodus anregt. Die Sonden 13, die über den Umfang der Radiallei tune ¹⁰ ▼erteilt eind, sind mit Hilfe Υφη übertragungsleitung·» 14 gleicher länge mit den Strahlungeelementen 15 einer linearen fltrajaeranordnung 16 in der glelohen Weise verbunden Wie bei der Vorrichtung nach Flg. Der verbleibende Arm 93 dee Zirkulator 91 let mit demEingang eines 1i2-Leietungeteil«rs 94 verbunden.

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Weiterhin ist am Boden der Radialleitung 10 ein konzentrischer Ausgang vorgesehen, an den ein kreisförmiger Hohlleiter 95 angeschlossen ist, der zu einem Orthogonalmoden-Transformator 96 führt* Dieser Trans- " formator weist einen Auegangearm 97 für einen ^IB|i~ Modus und einen zweiten Ausgangsarm 93 für den dazu orthogonalen XE₁₁-MOdUS auf. Da die beiden TB₁₁-Moden orthogonal zueinander sind, kann davon gesprochen werden, daß sie cos (^ und sin(^ Phasenbeziehungen aufweisen. Der Ausgangsarm 97 des Transformators 96 ist an den verbleibenden Eingang des Leistungstellers 94 angeschlossen. Der Leistungsteiler 94 liefert dann ein Ausgangs signal, das die Summe des am Arm 95 des Zirkulators 91 erscheinenden Signalee und des cos ψ -Ausgangssignales des Armes 97 des Transformators 96 darstellt, so daß das Summenausgangssignal einer Aperturverteilung der Antenne von (1 + cos 9) * £ cob² I äquivalent ist. Beim Betrieb wird die Energie des Senders 90 unmittelbar über den Zirkulator 91 der Radi al leitung 10 und der linearen Strahleranordnung 16 zugeführt. Be ie Smpfang gibt der Zirkulator 91 die empfangene Energie jedoch an den Ana

93 weiter, so daß diese Energie mit Hilfe des Lei stungeteilers 94 mit der am Arm 97 des Orthogonalmodeh- Trans format ore 96 erscheinenden Energie kombiniert wird,

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um ein Empfangesignal zu bilden, das der Kosinusquadrat-Aperturvertellung der Antenne entspricht.

In Pig» 10 ist ein weiteres System zur Anregung der Radialleitung 10 im koaxialen TM-Modus und in orthogonalen TB₁₁-Moden dargestellt. Hier ist eine Koaxialleitung 100, die einen Hittelleiter 10 1 aufweist, an eine zentrale Öffnung in der . oberen leitenden Platte 22 der Radialleitung 10 so angeschlossen, daß ihr Mittelleiter 101 in den Kaum zwischen den parallelen Flatten hineinragt, ohne sich jedoch bis zu der gegenüberliegenden

Platte 24 zu erstrecken. An eine in der Mitte der

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Platte 24 angeordnete Öffnung 1st ein Hohlleiter

102 mit kreisförmigem Querschnitt angeschlossen. In der Koaxialleitung 100 1st ein Septum 103 diametral angeordnet und so ausgerichtet, daß es auf dem B-PeId des !DB₁₁-KOdUS in der Koaxialleitung senkrecht steht. Im Betrieb wird die Koaxialleitung 100 mit einem TEM-Hodus und mit einem TE₁₁-JlOdUB, dessen elektrisches Feld senkrecht auf der Bbene des Septum 103 steht, gespeiet. In dem kreisförmigen Hohlleiter 102 ist ebenfalle ein Septum 104 in einer Bbene angeordnet, die auf der Bbene senkrecht steht, in der sich das Septum 103 der Koaxialleitung

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befindet. Zugleich mit der Koaxialleitung wird auch der kreisförmige Hohlleiter 102 mit einem SE₁₁-MOdUB erregt, dessen S-FeId auf dem Septum 104 senkrecht steht und der daher zum !DS₁₁-MOdUS in der Koaxialleitung 100 orthogonal ist. Weiterhin ist der kreisförmige Hohlleiter 102 so dimensioniert, daß der I¹M₀₁-MOdUs über seiner Grenzwellenlänge liegt. Be ist ersichtlich, daß unter diesen Umstünden Energie vom orthogonalen TB₁₁-MOdUs wegen des Septum 103 nicht durch die Koaxialleitung 100, Energie vom SS₁₁-MOdUS wegen dee Septum 104 nicht duroh den kreisförmigen Hohlleiter 102 und Energie vom TEH-Moduff nicht durch den kreisförmigen Hohlleiter 102 entweichen kann, weil sich in diesem Hohlleiter kein Mittelleiter befindet und die Grenzwellenlänge dieses Hohlleiters den TM^₁-Modus nicht zuläßt. Im übrigen arbeitet die Vorrichtung nach Fig. 10 in der gleichen Weise, wie sie an Hand der Vorrichtungen nach den Fig. 1,5 und 9 beschrieben worden ist.

Die Erfindung wurde an Hand verschiedener epesieller Ausfuhrungsbeispiele erläutert. Es versteht aioh jedoch, daß bezüglich der Form und Anordnung der Teile vielfältige Änderungen vorgenommen werden können, um speziellen Erfordernissen zu genügen,

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ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So ist es beispielsweise: für den Fachmann offensichtlich» daß die parallelen Platten 22 und 24 der Radialleitung 10 sphärisch» zylindrisch oder sogar gefaltet sein können. Auch kann die Radialleitung duroh zusätzliche Hoden höherer Ordnung erregt werden. Die Erregung kann mit Hilfe der beschriebenen Techniken oder statt deseen durch die Verwendung einer Reihe von Einkoppelsonden erfolgen» die mit geeigneter Amplitude und Phasen angeregt werden. Aus all ed em ergibt sich, daß bei Ausführungsformen der Erfindung nur einzelne der Erfindungsmerkmale für sich oder mehrere in beliebiger Kombination Anwendung finden können.

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Claims (1)

1. H66127

   Patentansprüche

   'Antennensystem zur gleichzeitigen Erzeugung von mehreren Strahlungekeulen mit einer eine Vielzahl von Strahlungselementen aufweisenden linearen Strahleranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Radialleitung (10) vorgesehen und längs des Umfanges dieser Radialleitung in gleichen Abständen voneinander eine Vielzahl von Auskoppeleenden (13) derart angeordnet ist, daß alle Auskoppelsonden den gleichen Abstand voneinander haben, daß aufeinanderfolgende Strahlungselemente (15) mittels Übertragungeleitungen (14), die alle die gleiche Länge haben, mit aufeinanderfolgenden und gleichmäßig verteilten Bonden verbunden Bind, und daß mit der Radialleitung eine Anrecungsvorrichtung (18, 20) verbunden ist, mit der die Radialleitung zugleich in einem Fundamentalmodus und mindestens einem Umfangsmodus höherer Ordnung anregbar ist, um eine entsprechende Anzahl von Strahlungskeulen zu erzeugen, die von der linearen Strahleranordnung ausgehen und von denen jede eine einzige definierte Richtung im Raum auf- ' weiet.

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   2) Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden und gleichmäßig verteilten Sonden einander benachbarte Sonden sind.

   3) Antennensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden und gleichmäßig verteilten Sonden die jeweils zweiten Sonden sind. .

   4) Antennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Strahlungselemente (15) der Anzahl der Auekoppelsonden (13) gleioh 1st.

   5) Antennensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialleitung (10) von zwei einandergegenüberstehenden, parallel zueinander angeordneten Platten (22 und 24) gebildet werden und die Auskoppelsonden (13) längs des Umfanges dieser Platten zwischen ihnen angeordnet sind, während die Anregungevorrichtung (18, 20) in der Mitte wenigstens einer der Platten (22) angekoppelt ist· ....·.

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   6) Antennensystem nach einea der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung s vorrichtung (18,"2O) einen Xraneforaatur · aufweist, der einen übergang von einem Hohlleiter (18) mit kreisförmigem Querschnitt eu vier von Reohteokhohlleitern gebildeten Armen (34, 35, 36 und 37) schafft, daß zwei m&ßieohe T (38 und 41) vorgesehen sind, von denen Jede« zwei Eingangsarme sowie einen Summenare (39 bzw. 42) und einen Differenzarm (40 bzw. 4?) aufweist . und die so angeordnet sind, daß die Eingangearme des er8ten magischen S (38) mit den ersten beiden Arm e.n (34 und 35) der Anregungevorriohtung und die Ein^angsarme des »weiten magischen ΐ (41) mit den dritten und vierten Armen (36 uöd 37) der Anregungsvorrichtung verbunden sind, daß ein drittee und ein viertes magisches T (44 und 47) vorgesehen sind, die ebenfalls je zwei Eingangsarae, einen Summenarm (45 bzw. 48) und einen ©ifferenearm (46 bzw. 49) aufweisen und von denen die Bingangsarme des dritten magischen T (44). mit den Summenarmen (39 und 42) der ersten beiden magischen T und die läingangsarme des vierten magischen. Ϊ (47) mit den Differenzarmen (40 und 43) der ersten beiden magischen ΐ verbunden sind,

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   βο daß eint Anregung des Sumaenarmee (45) des

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   dritten magischen S an der linearen Strahleranordnunß eineQuerstranlungekeule (60) erzeugt, während die Anregung der tfifferenaarmedes dritten und des; vierten magiechen S Strahlungekeulen (61 und 62) erzeugt, die «u beiden Seiten der Queratrahlunßßkeule liegen»

   7) Antenneneyeten nach Anepruoh 5, dadurch gekenn-Belohnet, daß die Anreeungevorriohtung ein in

   der B-Ebene gefaltetes magieöhee T (70) alt einem ersten Hohlleiterarm (73)· einem aweiten llohllelterarm (74), einem Swwnenarm (72) und einem Differenaarm (71) und einen Koaxialleitungsabschnitt (77) aufweist, daß dieser Koaxialleitungeabeohnitft mittels smeler UbergangBabaohnitte (80 und 82), die sioh von einander gegenüberlie- ' genden Hälften des Koaxialleitungsabsohnittes au den ersten beiden Armen des magiechen T eretrekken, mit dem magischen X verbunden ist, und daß sich von dem Koexialleitungsabschnltt eine Koaxialleitung (76) bis zu einer in der Mitte der Platte (22) der Radialleltung (10) angeordneten öffnung erstreckt und der Innenleiter dieser Koaxialleitung bis in den Raum zwischen den beiden Platten (22 und 24) der Eadialleitune hineinragt. BAD ORIGINAL - 001103/0558 ₀/.

   6) A nt ennensy s tem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anreeungevorrlohtung eine Koaxialleitung (100) aufweist, die an die Radialleitung (10) über eine zentrale öffnung der er sten Platte (22) dieser Hadialleitung in Verbindung steht und deren Innenleiter (101) in den Raum zwischen der ersten Platt?- (22) und der aweiten Platte (24) dieser Radialleitung hineinragt, daß weiterhin ein Hohlleiter (102) mit kreisförmigem Querschnitt mit der Radialleitung über eine zentrale öffnung in Verbindung steht, die in der zweiten Platte (24) dieser Radialleitung angeordnet ist, daß in der Koaxialleitung und in dem kreisförmigen Hohlleiter je ein leitendes Septum (103 und 104) diagonal angeordnet 1st, daß die Septen senkrecht aufeinanderstellen und ihre der Hadialleitung zugewandten Kanten gegenüber den entsprechenden Platten der Radialleitung zurückgesetzt sind, so daß die Koaxialleitung die Radialleitung im Koaxialmodus und im TE₁₁-MOdUS und der Hohlleiter die Radialleitung im dazu orthogonalen SE₁--Modus anregen.

   9) Antennensystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungsvorrichtung einen

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   dreiarmlgen Zirkulator (190) umfaßt, von deesen Armen der weite mittels einer Koaxialleitung (92) an eine sentrale öffnung in der ersten Platte (22) der Radialleitung (10) angeschlossen ist, während an den ersten Arn des Zirkulators ein Bender (90) angeschlossen ist, daß der Eingängearm.eines ortho-Gonalen Moden-Traneformatore (96)» der einen TE^-Auegangsarm aufweist, mittels eines kreisförmigen Hohlleiters (95) an eine zentrale öffnung in der zweiten Platte (24) der Radialleitung angeschlossen ist, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die einen an den SE^ WUis gangsarm des Transformators und an den dritten Arm des Zirkulator angeschlossenen 2:1-Leistungsteiler (94) umfaßt^ um ein Summenausgangssignal bu bilden, das einer Kosinusquadrat-Aperturverteilung der Antenne entspricht.

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