DE1466432A1 - Drahtgitter-Linsenantenne - Google Patents

Description

P IiJ- 66 432.5

Robert Tanner l6 .d. 1968

Drahtgitter-Linsenantenne

Die Erfindung betrifft Hikroviellen-Linsenantennen und insbesondere eine Ysreitband--'iitterdrahtantenne für den }3etrieb in Frequenzbändern innerhalb des :ereichs von weniger als 1 MHz bis mehr als IUOO HHz.

für den. genannten Frequenzbereich werden heutzutage zahlreiche Antennenarten verwendet. Für einen sehr wichtigen Abschnitt dieses Bereichs, dem sogenannten rü¹-("iioch.frenuenz-) Bereich, mit Frequenzen von etwa 3-3^ HKz, ueicher für Langs tr eclcen-Punkv erbindungen ν en/ endet wird, ?/erden unter anderem Rhorabenant enn en benutzt. Derartige Antennen bestehen jeweils aus vier stromführenden Leitern mit mehreren r/ellenl-^;'.nf;en entsprechenden Längen, die ia «Orrn einer ^r"'n.uto "r,zu. eines Ehon ;us angeordnet ni id. ^ier-e ^?inordnu.n,^ uird an einer Seite üoer eine u ■ i er trar un?;-s 1 ei tun; ■; .^r-:espoist und läuft am anderen Ende in einen liderstand aus. uie jeiden leiten aes Ithombus 5 bellen tatsächlich eine jOrtsetzun,·-.; der .'jpeiseleitung dar, '.ionei die reiter von der Speiseleitung zur liicte

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des Rhombus auseinandergehen und anschließend wieder zum Endwiderstand zusammenlaufen. Die Rhombenantenne überträgt "Snergie in Richtung auf ihr Ende und empfängt Energie im Fall der Verwendung als Empfangsantenne aus dieser Richtung.

Eine andere Art brauchbarer Antennen besteht aus einer geradlinigen Antennenreihe. Derartige Antennen setzen sich aus zahlreichen Einzelaitennen, gewöhnlich Eesonanz-Dipolantenaen, zusammen, die längs einer Linie oder in einer Ebene angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Elementen der Reihe beträgt gewöhnlich etwa eine halbe ,/ellenlange. Der -Opund für die Anordnung der Elemente in einer derartigen Reihe besteht darin, dai-3 hierdurch die elektromagnetische Energie auf einen verhältnismäßig schmalen Strahl bzw. 'ündel konzentriert werden kann, das en tv; ed er in. Verlängerung der Reihe oder im rechten '.iinkel dazu liegt; im erst er en .?all bezeichnet man die Anordnung als Endfeuer- und im letzteren als Breitseitenreihe.

Eine weitere, in zunehmenden Ausmaß zur Anwendung gelangende toordnunp.; ist die iCreis- bzw. v/ullenweber-Antennenreihe, ^;" ei v;elcher die Einzelantennen längs des Umfangs eines Kreises angeordnet si· λ.. Bei dieser Antenneriärt wird ein Strahl bzw. ein ündel gebildet, indem

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die Einzelantennen, in einem etwa der Hälfte der Einzelantennen der Reihe entsprechenden Kreissegment gespeist werden. In diesem Fall wird jede Einzelantenne über eine getrennte, ihm zugeordnete Phaaenschaltung gespeist. Durch diese Schaltung können die in den Einzel antennen f Ii eisenden Ströme derart eingestellt werden, daß sich ihre Strahlungen addieren und ein verhältnismäßig scharfes Bündel bilden, welches sich in einer den durch die erregten Einselantennen gebilden Bogen halbierende Ebene fortpflanzt. Das vorteilhafte Merkmal der v/ullenweber-Antennenanordnung liegt darin, dai3 die Strahlrichtung durchUmsohalten der Speisung von in einer bestimmten W ink el lage der Reihe liegenden Elementengruppe zu einer anderen beliebig geändert werden kann.

Die vorstehend erwähnten Antennen sind Beispiele für Antennen typ en, die sich für unterschiedliche Vervjendungs-BWecke als nützlich erwiesen haben. Beispielsweise war die Rhombenantenne jahrelang die gebräuchlichste Antenne für den Langstrecken-Funkverkehr. Sie besitzt die Vorteile der Einfachheit, der verhältnismäßig geringen Herstellungskosten und einer annehmbaren guten Leistung. Geradlinige Antennenreihen wurden häufig für Kurzwellenübertragungsswecke über Langstreckenverbindungen und als Ra&arantennen verwendet, während die Wullenweber-Antennenanordnung

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aufgrund ihrer Abtastfähigkeit am häufigsten als mit hoher Drehzahl arbeitende Kichtstrahlantenne eingesetzt wurde.

Obgleich die beschriebenen und andere bekannte Antennen sich als zufriedenstellend erwiesen haben, unterliegen sie jedoch alle gewissen ihnen eigenen Beschränkungen. Beispielsweise nutzt die Ehombenantenne trotz ihrer billigen Herstellung, falls die Bodenbeschaffungskosten vernachlässigt v/erden, die Bodenfläche nur sehr unwirksam aus.

Eine einzige groi3e Ehombenan tenne für den Betrieb im

4-10 MHz-Band kann eine Bodenfläche von etwa 40 000 m (10 acres) oder mehr erfordern. Eine andere Beschränkung liegt in der brauchbaren Bandbreite. Rhombenantennen können nicht für größere Frequenzbandbreiten als 2:1 oder 2,5:1 verwendet werden, ohne daß sich eine übermäßige Verschlechterung des StrahlungsSchemas ergibt. Um das Frequenzband von 4-30 ilHz zu erfassen, das für den Langstrecken-Funkverkehr verwendet wird, sind daher für jeden Punkkanal mindestens zwei getrennte Antennen mit einem Gesamt-Flächenbedarf von etwa 60 000-80 000 m erforderlich. Für eine Funkstation mit zwanzig unterschiedlichen Kanälen kann somit die für die Anordnung der Rhombenan-

tennen erforderliche ?odenflache bis zu etwa 1,6 km be-

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tragen.

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Ein weiterer Nachteil der Rhombenantennen kann in dem hohen Pegel der Seiten- und Rückmaxima gesehen werden. Grundsätzlich dürfen Seitenmaxima nur 6 db unterhalb des Hauptraaximum liegen. Bei Verwendung aLs Empfangs antenne sind die hohen Seitenmaxima von Rhornbenantenaen. anfällig für in gegenüber der Hauptrichtung unterschiedlichen winkeln einfallende Störsignale. Im Pail der Verwendung als Sendeantenne verursachen diese hohen Seitenmaxima dagegen, daß die Energie in eine andere als in die gewünschte Richtung ausgestrahlt wird, wodurch sie andere, entweder nahegelegene oder in anderen Teilen der weit befindliche Kanäle störende Signale hervorbringen können. "Joch eine andere Schwierigkeit besteht außerdem darin, dal3 der Strahl einer Hhombenantenne nicht gerichtet werden kann.

Die geradlinige Antennenanordnung unterliegt ebenfalls gewissen Beschränkungen. Die anwendbare bandbreite ist sogar noch schmäler als diejenige der Rhombenantenne und außerdem sind derartige Antennen auch vies entlich teuerer in der Herstellung. Ihr bündel kann über ν er hai tnicmä'jig schmale '.finkelbereiche hinweg gesteuert werden,, indem die Phase der Ströme durch die Einzelantennen der Anordnung verändert vrird_r doch lä.;.;t sich dies nur durch nine beträchtliche Komplizlerua,^ des Speisungssystesns

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und eine entsprechende Kos ten erhöhung erreichen.

Die ./ullenweber-Antennenanordnimg kann über den gesamten Azinnftiereich von 3^0° hinweg gerichtet werden. Aufgrund der zahlreichen voneinander getrennten Phasenkreise und der erforderlichen Schaltelemente ist diese Anordnung jedoch sehr teuer in der Herstellung. Durch Begrenzungen hinsichtlich der Handhabung der in den Phasen- und ScMLtnetzeci zu steuernden Energien ist die v/ullenvxeber-Antenne mehr oder i/eniger auf Empfangs zwecke beschränkt. Obgleich diese Antenne auf jeden beliebigen Azimutuinkel gerichtet werden kann, ist sie dennoch zu jedem gegebenen Zeitpunkt auf den .C-etrieb unter einem einzigen Azimutwinkel ) eschränkt.

Demgegenüber beschäftigt sich die Erfindung- in erster Linie mit der Schaffiuirr einer "reitband-intenne nib niedrigen Seiten- und Eückmaxima für einen Frequenzbereich von unterhalb 1 l:Hz bis v/es entlich oberhalb 1000 ΠΤίζ, die außerdem in der Lage ist, über eine Frequenzrreite von mehr als 1C:1 zu arbeiten.

Genauer gesagt, schafft die Erfindung eine Drahtgitter-Linsenantenne, die dadurch gekennzeichnet ist, da;3 sie zv; ei üb er ei nand erliegende Flächen aufweist, von denen

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mindestens eine aus einem Drahtgitter "besteht, dessen Haschenweite im Vergleich zur kürzesten Arbeitswellenlänge klein ist.

Ein Hauptmerkmal der Erfindung betrifft die Schaffung einer insbesondere für die HP- und VHP-Bereiche geeigneten Antenne, die im Verhältnis zu ihrer Leistung kleine Abmessungen und geringes Gewicht besitzt und billig hergestellt und aufgestellt werden kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt in der Schaffung einer Breitband-Drahtgitter-Linsenantenne, deren Ausbreitungs- bzw. Ausstrahlungseigenschaften durch Änderung der Maschengröi3e bzw., was auf dasselbe herauskommt, der wirksamen Größe der leitfähigen Drähte des Drahtgitters entweder für sich oder zusammen mit einer Änderung des Trennungsabstands zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Drahtgittern geändert werden können.

Die erfindungsgemäße Antenne wird im folgenden unter Bezugnahme auf ein Antennensystem zur Umwandlung einer durch eine einfache Sendeantenne gebildeten punktförmigen Hochfrequenz energiequelle in eine gleichphasi/re ./eilenfront beschrieben. Die beschriebene Antenne ist kreis symmetrisch ausgebildet, wobei die punktförmig-e.Quelle

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an einem Umfangsabschnitt der Antenne angeordnet ist, während das von der Λη tenne aus gesandte Hauptbündel von der punktförmigen Quelle diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitt ausgeht. Eine angenommene optische Konstruktion mit ähnlichen kreissymmetrischen Bündelungseigenschaften ist als "Lüneburg-Linse" bekannt. Zur Erzielung dieser symmetrischen ^iJündelungseigenschaften wird die Lüneburg-Linse aus einer aus dielektrischem Material bestehenden Scheibe bzw. Kugel hergestellt, deren Durchlässigkeit sich parabolisch von einem <ert von 2,0 in der Mitte auf einen Jert von 1,0 an Umfang ändert.

':!eitere :Jiele sowie ein besseres Verständnis der Erfindung er_t^e-en sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

iig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Drahtgitter-Linsenantenne mit den Ilerkmalen der Erfindung, "-ei der eine gewünschte Änderung der Weil en-Aus-'<-<reitungseigenschaften durch Änderung des Abstands zwischen einander gegenüberliegenden Drahtgittern erreicht vierden kann,

7ΐίτ. 2 einen Querschnitt län^s der Linie 2-2 in Fig. 1,

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η π ο ο '. ο »'Π η η c

Fig. 3 eine schematische Aufsicht auf eine Lüneburg-!.läse zur Umwandlung einer an Umfang angeordneten punkiförmigen !Energiequelle in eine diametral gegenüberliegende gleichphasige ebene ./eile,

Pig. k- einen Querschnitt ähnlich Fig. 2 durch eine andere Aus führung form der er-findungsgemä'Sen Drahtgibter-Linsenantenne,

Fi';. 5 eine perspektivische jJetailansicht eines schüsseiförmigen Abschnitts der Antenne freraä^ I=¹Ig. *!■, in vergröi3ertem Iia3stab,

yiir. 6 eine schematische, der Erläuterung der theoretischen Arbeitsweise der erfindungsgeraärfen Antenne dienende Darstellung der ■/ellenaus'oreitun.-; quer zu einem der .Drähte, einer rechteckigen Drahtmasche,

!■'i·-;. 7 eine schematische, der^:Erläuterung der theoretischen Arbeitsweise der Erfindung dienende Darstellung der ;ellenausbreitULi^ :i."lngs einer Diagonale der Drähte einer quadratischen Drahtmascae,

■Pi"., (i eine Aufsicht auf einen aus 3cchseck-Draht<;itter-

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maschen aufgebauten Linsenantennenabschnitt,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Drahtgitter-Linsenabschnittsder erfindungsgemäßen Antenne, bei welcher die iinderuns der Ausbreitungseigenschaften durch wahlweise kapazitive Belastung über einander gegenüberliegende Ürahtmaschen erreicht wird,

Pig. 10 eine perspektivische Ansicht noch einer weiteren Ausführungsform ein.es Drahtgitter-Linsenabschnitts der erfindungsgemäßen Antenne, bei welcher die Änderung der Ausbrei bungseigenschaften durch wahlweise induktive Belastung der Drahtmaschen erzielt wird,

Fig. 11 eine Aufsicht auf den Lins en ab schnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

'JIg:. 12 eine Aufsicht auf den Linsenabschnitt der Antenne gemäß Fig. 1, bei welcher das obere Drahtgitter p-enau über dem unteren liegt, in vergrößerten r.a'-Jstab,

Fiy. 13 eine perspektivische Ansicht von zwei überein-

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anderliegenden, aus Verbunddraht hergestellten Haschen, in vergößertem Maßstab,

Fig. 1*J-, 15 und 16 Querschnitte längs der Linien Ii)-Ii+, 15-15 bzw. 16*46 in Fig. 13,

Fig. 17 ein Diagramm, in welchem die äquivalente statische Dielektrizitätskonstante £ einer aus aus zweiadrigen Leitungen gebildeten Quadrat-Haschen bestehenden Drahtgitterlinse gegen das Verhältnis •r von Gitter/Erde-Abstand a zur Maschengröße b für verschiedene Werte des Verhältnisses von Leitung/Leitung-Abstand d zur Maschengröiie b für ^ * 1000 eingezeichnet ist, worin r den Radius da? einadrigen Leitung bedeutet,

Fig. 18a und 18b Darstellungen der Änderung beim über gang von einer zweiadrigen Quadrat-Masche zu einer einadrigen Quadrat-II as ehe mit halber ursprünglicher Größe,

Fig. 19a und 19b Darstellungen der Änderung beim Übergang Ton einem dreiadrigen Haschengitter zu einem einadrigen Maschengitter mit enem Drittel der ursprünglichen Größe und

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Pig. 20, 21 und 22 weitere Ausführungsformen der mehradrigen Anordnung von Verbunddrähten bei der Herstellung von Maschen zur Anwendung dieses weiteren Merkmals der Erfindung.

In den Zeichnungen und insbesondere in den Pig. I und 2 ist eine Drahtgitter-Linsenantenne 20 mit dem Merkmalen der Erfindung dargestellt, die ein oberes Drahtgitter 21 und ein unteres Drahtgitter 22 aufweist, Die Gitter 21 und 22 besitzen Kr eis form und sind übereinander und einander entgegengerichtet an einer Anzahl von nicht-leitenden, am Umfang angeordneten Trägergliedern ZJ, beispielsweise Pfosten aus Holz, Kunststoff, Glasfaserkunststoff o.dgl. ./erkstoff, aufgehängt. Die Pfosten 23 können erforderlichenfalls mit Hilfe von nicht dargestellten Spanndrähten mit in diese eingesetzten Isoliergliedern verankert sein.

Die Antenne 20 weist tatsächlich einen Hittelabschnitt 2i|·, der eine Draht gitter linse zur Azimut-Bündelung bildet, sowie einen Umfaagsabschnitt 25 auf, der eine .. Strahlungsanordnung zur Höhenbündelung und zur Angleiohung der Impedanz zwischen Linse 2k- und umgebendem Zwishenrnum darstellt. ~λei der Ausführungsform der Erfindung rremäij den :^?ig. 1 und 2 ist die Strahlungsanordnung 25

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als Doppelkegel- bzw. in Radialrichtung gekelchter trichter ausgebildet.

In der Praxis kann das obere Drahtgitter 21 ein oberes Linsendrahtgitter 30 aufweisen, das fest mit einem leichten Aluminiumring 31 verbunden ist, welcher seinerseits ebenfalls mit Hil-fe einer Anzahl von in dnem Kreis auf Abstände verteilten, nichtleitenden Pfosten 32 gehaltert sein kann, wie dies am deutlichsten aus J?ig. 2 hervorgeht. Die Innenkante eines oberen trichterförmigen Drahtgitters 33 in Form einer Ringfläche, deren Außenrand durch um den Umfang herum vorgesehene Pfosten 23 abgestützt wird, ist fest mit dem Ring 31 verbunden. Auf ähnliche Weise kann das untere Drahtgitter 22 aus zwei Teilen bestehen, nämlich einem unteren Linsen-Drahtgitter 3^» das an einem unterhalb des Rings 31 mit Hilfe von Pfosten 32 gehalterten Aluminiumring 35 angebracht ist, sowie einem längs seiner Innenkante am Ring 35 befestigten und längs seiner Außenkante durch die Umfangspfosten 23 abgestützten unteren trichterartigea Drahtgitter 36.

üV.;ieich die Strahlungsanordnung 25 der Antenne 20 in j'orm eines doppelkegeligen Trichters aus Maschendraht^ der dem zur Herstellung der Linse Zh verwendeten ähnelt, dargestellt ist, können auch andere Arten von Radiatoren uz·. 1. vJellen-Aostrahlanordnunr;en vtrvfesndet werden, lei-

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spielsxtfeise können eine andere Drahtgitter art verwendende Trichter oder aus vollem, leitJSnigen Blech bestehende Trichter verwendet werden. Beispielsweise kann auch gemää Fig. 5 ein Drahtgitter angewandt werden, dessen Maschenanordnung sich von derjenigen der Linse 24 unteraiieidet.

Wie später noch genauer erläutert werden wird, bestehen die Linsen-Drahtgitter 30 und 3^ aus Metalldraht und können verschiedene Haschenformen aufweisen. Beispielsweise kann die M^schenform quadratisch, dreieckig oder sechseckig sein.

Obgleich unterschiedliche Maschenformen möglich sind, müssen die beiden eine Linse bildenden Drahtgitter 30 und 3^ praktisch identisch und derart aufeinander ausgerichtet sein, da;3 einander entsprechende Seiten der einander gegenüberliegenden Drahtmaschen in einer gemeinsamen, lotrecht zu beiden Drahtgittern angeordneten Ebene liegen, und zwar mindestens in denjenigen Abschnitten der Linse, in welchen der Abstand -zwischen den Drahtgittern gleich der Ilaschengröße bzw. kleiner als diese ist. Der Grund für diese Maßnahme liegt darin, da.o einander entsprechende Seiten der gegenüberliegenden flaschen bei geringem Gitterabstand zweiadrige Übertragungsleitungen bilden.

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Es hat sich gezeigt, daß eine Linse Zh mit einwandfreier Ausrichtung der einander gegenüberliegenden entsprechenden Maschen gewisse sehr wichtige Vorteile besitzt. Solange die Arbeitswellenlänge groß ist im Vergleich zur Maschengröße, sind die Übertragungs- bzw. Sendeeigenschaften des -Zwisnenraums zwischen den Drahtgittern 30 und 3*1-praktisch unabhängig von der Arbeitsfrequenz und hängen lediglich vom Abstand zwischen diesen Gittern ab. Es wurde ermittelt, daß in der Praxis einezufriedenstellende Unabhängigkeit erreicht werden kann, wenn die Masjhengröße höchstens gleich einem Sechstel der kürzesten infrage kommenden Wellenlänge ausgewählt wird. Demzufolge legt die Maschengröße die höchstmögliche Arbeitsfrequenz der erfindungsgemäßen Linsenantenne fest.

Weiterhin hat es sich gezeigt, daß, solange der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Drahtgittern 30 und 3/4- gegenüber der Maschengröße gering ist und beispIeIsweise nur ein Behntel dieser Größe beträgt, die Ausbreitungsges__chwindigkeit der Wellen praktisch gleich

fl/2 der Lichtgeschwindigkeit ist. Wenn dagegen der Abstand zwischen den Drahtgittern 30 und Jk-"gro.'J ist im Vergleich zur Maßchengröße und beispielsweise ein das Vierfache dieser Größe beträgt, entspricht die Uellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit praktisch der Lichtgeschwin-

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Damit eine zvjeidimensionale, kreissymmetrische Drahtgitter-Linsenantenne 20 ein ausreichend schmales Azimutbündel zu liefern vermag, hat es sich als wünschenswert erwiesen, den Durchmesser der Drahtgitterlinee Zh um ein Vielfaches grö.^f3er als die größtmögliche Arbeitsweilenlänge zu machen. V/enn beispielsweise der Linsendurchmesser bei der niedrigsten Arbeitsfrequenz gleich drei Wellen längen gewählt wird, beträgt die Halbwertsbreite des Bündels bei dieser Frequenz etwa 20°. Demgemäß bestimmt der Durchmesser der Drahtgitterlinse die niedrigste Arbeitsfrequmiz der erfindungs gemäß en Antenne.

Zusammenfassend kann daher gesagt werden, daß die Bandbreite der Drahtgitter-Linsenantenne am hochfrequenten Ende durch die Haschengröße und am niederfrequenten Ende durch den .bins endurchm ess er bestimmt wird.

Im folgenden wird nunmehr ein Beispiel, welches die physikalischen Abmessungen der erfindungsgemäß konstruierten Antenne am besten veranschaulicht, für den Fall gegeben, da.3 die gewünschte Änderung der Übertragungseigenschaften durch die Änderung der effektiven Dielektrizitätskonstante zwischen den Werten 1 und 2 erzielt ,/erden kann. Der gewünschte Frequenzbereich sei 4--3Ü MHz. Die gewünschte .iaschengröße beträgt etwa 1/6 der kürzesten

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Wellenlänge, d.h. etwa 1,7 m. üer Durchmesser für eine gute Auflösung entspricht etwa dem dreifachen V/ert der längsten Uellenlange, d.h. etwa 225 m. Die Änderung des Gitterabstands zur Hervorüingung einer Änderung der effektiven Dielektrizitätskonstante zwischen den Vierten 1 und 2 erfolgt zwischen dnem 11indestabstand von etwa 1/10 der Maschengröße, d.h. von etwa 17 cm, und einem Maximalabsfcand von der vierfachen Haschengrotfe, d.h. von etv/a 6,7 m.

Diese Eigenscliaften der Linse 2b können zur Hervorbringung einer unendlichen Anzahl von Linsen ν en/ endet werden, von denen jede sich mit dem G-itterabstand ändernde gewünschte Üb er tr agungs eigenschaften besitzt. Beispielsweise ist in Fig. 3 eine besonders zufriedenstellende Linse dargestellt, die derart ausgebildet ist, da!» sie eine an ihrem Umfang liegende Punktquelle 37 in. eine diametral gegenüberliegende, gleichphasige J eilenfront 38 ums uv/an dein vermag. Die Bahn der Energie ist dabei durch die Bezuf-sziffer 39 angedeutet. Eine Linsenantenne mit den vorn behend angeführten Eigenschaften ist als iiikrowellenäquivalent ziu/optischen Lüneburg-Linse bekannt. 'Jie aus den verschiedenen dargestellten Energiebahnen 39 ersichtlich ist, erhöht sich die Krümmung und somit auch die Ausbreitungsgeschv/indif^keit mit zunehmender Jinkel-

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abweiehung von der diametral durch die Punktquelle 37 verlaufenden, zweiteilenden Linie. Die notwendige Gleichung für die Übertragungseigenschaften einer Lüneburg-Linse lautet

wobei η den äquivalenten Brechungsindex für eine sich zwischen den Drahtgittern ausbreitende Welle, a den Durchmesser der Drahtgitterlinse und r den Abstand vom Mittelpunkt der Drahtgitterlinse bedeuten.

Pur eine einer Lüneburg-Linse entsprechende, erfindungsgemäio konstruierte Drahtgitterlinse mit einem Durch· messer a von etwa 183,0 m unter Verwendung eines Draht-

x 1,53 gitters mit einer Haschengrö:3e von etwa 1,53/n ^aus Draht Ur. 8 (iiadius=etwa 1,63 mm), die in einem Frequenzbereich von 4 - 30 UHz arbeitet, gibt die folgende Tabelle den Gitterabstand s als Funktion des Abstands von Linsentiittelpuakt r an:

r _u s

0,0 m 26,2 cm

9,15 m 26,'2 cm ·

IcS,30 m 33,8 cm

27,45 m 41,9 cm

36,60 m 5^>%^l]f cm

45,75 m 79,3 cm

· BADORfGiNAL

r s

. 5^#90 m 112,0 cm

6k,05 m 17^i0 cm

73,20 m 305,0 cm

82,35 m 656,0 cm

.· 91#5 m 1006,5 cm

'Im allgemeinen kann, gesagt werden, daß es für die Konstruktion einer erfindungsgeaiäßen Drahtgitter-Linsenantenne lediglich erforderlich ist, eine Gleichung für dl* übertra^ungeelgenschaften entsprechend dem Abstand der Drahtgitter find den Koordinaten der Linse und dem hiervon erhaltenen Wert β fUr jeden Funkt der Linse zu ermitteln. Der äquivalente Brechungsindex ist eine Funktion der Größe und Form der Maschen, des Drahtdurchmessers und dee Abstände zwischen den Drahtgittern. Eine Formel für den Brechungsindex einer quadratischen Masche ist in einer 1961 erschienenen Druckschrift mit dem Titel "Properties of a Pair of Wire-Grids for use in Lens- Type HP Antennas" von Andreasen und Tanner, «/estern Electronic Show and Convention, Blatt Nr. 1/3 angegeben.

In den Pig. k und 5 ißt eine weitere Ausführungsform der erflndungegemäßen Drahtgitter-Linsenantenne dargestellt, wobei das untere Drahtgitter eben ausgebildet ist und aus in sich schüssel- oder muldenförmigen Segmenten be-

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steht. Die Antenne 44 besteht aus einer Anzahl von s6hüsselbz>/. muldenförmigen Segmenten bzw. Abschnitten 45» von denen jedes Segment ein in einer einzigen Ebene gehaltertes, muldenförmiges unteres Drahtgitter 46 und ein in einer gekrümmten Ebene gehaltertes, muldenförmiges oberes Drahtgitter 4? aufweist. Der Mittelpunkt der Antenne 44 wird durch einen nichtleitenden Trägerpfosten if-8 gebildet, an dem die spitzen Enden der einzelnen muldenförmigen Drahtgitter angebracht sind, l/eitere nichtleitende Trägerpfosten 49 dienen zur einwandfreien Und dauerhaften Aufhängung der Gitter ohne unerwünschten Durchgang.

Die Drahtgitter 46 und 47 setzen sich aus dreieckförmigen Haschen zusammen,deren Drähte in solchem Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie praktisch parallel zueinander liegen und einzelne Üb er tragungs leitungen bilden. Der Umfangsrand jedes muldenförmigen Drahtgitters 47

von
kann an einem nichtleitenden Trägerpfosten 49 getragenen Alumiiiiumrinp- 5·- befestigt sein, der eine geeignete Eandhalterui.⁰· für eine gelcelchte, trichterförmige Strahlungsanorllung 51 darstellt.

Die Strahlu-igsanorflaung 51 besteht ebenfalls aus einer vizalil von unteren u-id ob er ei ürahtgitter-Eing-segmenten 52 -zv.. 53, welche jeö.ocn statt dreieckförniigei viereckige

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Maschen besitzen. Die äußere Umfangskante der Drahtgittersektoren 53 wird von nichtleitenden Pfosten 5^ gehaltert, die mittels Spanndrähten 55 verspannt sein können. Um ein einwandfreies Arbeiten, der Antenne zu gewährleisten, müssen die Spanndrähte in Abständen durch Isolatoren unterbrochen sein. Der innere ümfangsraad der Drahtgittersegrnente 53 ist am Ring 50 befestigt, -ei der dargestellten Anordnung bilden die Drahtgittersegmente 52 eine ebene Verlängerung der Linsen-Drahtgitter ko_t um die Antenne hk- so dicht v?ie möglich am Erdboden anzuordnen und ein eil leicht nach oben gerichteten Strahl hervorzubringen. Selbstverständlich kann jedoch die itrahlun'^sanordtiung 51 auch so ausgebildet sein, daß sowohl ihre obere als auch ihre untere Pi η wand unter einem belie.Iren j ink el goneigt ist, um el en gewünschten Abstrahlwinkel und d.-^s entsprechende Strahlungsscheraa hervorzubringen.

1·νλ die Arbeitsweise der erfiidu.igngemn. Jen Drahtgitter-ι.insenantenne zu mindestens qualitativ zu erläutern, wird ■iuira^hr auf die ''ig. 6 und 7 Bezug genommen, welche boicle einen Abschnitt einer Drahtgitter linse mit ,uaaratraanoiiRn darstellen. In i'ig. 6 ist ein Dralitgitter-^insenabschnitt So dnr^enteilt, v/ob^i (Jas untere bitter vom o-jorei uherlapert und derazufolge vollst^;i.ndig verdeckt /ird. JiF: "ittor './erden von Drähten 61 un ' 62 srebildet.

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Fig. 7 veranschaulicht auf ähnliche l/eise einen Drahtgitter-Linsenabschnitt 63 mit durch rechtwinkelig zueinander angeordnete Drähte 6k und 65 gebildeten quadratmaschen, wobei das untere Drahtgitter genau vom oberen überlagert wird, so da:3 nur eines der beiden Gitter zu sehen ist.

Gemäß Fig. 6 läuft eine durch die Pfeile 70 angedeutete ,'pile über den Draht 62 durch die Linsenantenne 60. Gemhu3 ^'ig. 7 wandert eine v/elle vor und nach dem Verlassen der Linse 63 längs ei--.ni diagonal zu dem durch die Drähte 6k und 65 gebildeten Quadrat verlaufende, durch den Pfeil 71 angedeutete Richtung, nährend sie innerhalb der Linse '3 parallel zu d^n Drähten 6^· und 65 wandert, iiie dies durch die Pfeile 72 und 73 angedeutet ist. Falls der ;>itterabstand rroier- gewählt wird als die ilaschengrö;5e, ist dns /eld einer sich zwischen den Gittern ausbreitenden quasi-ebenen ..'eile nahezu homogen und entspricht die i eil enges chv/ indigk ei t nahezu der Lichtgeschwindigkeit. . vrm der Gitterabstand dagegen v/es entlich geringer ist alR die FaschengröJe, so daß die Gitter tatsächlich ein ietz von miteinander verbundenen Übertragungsleitung! darstellen, wird d^s Feld der quasiebenen ίeile auf einen dicht neben den Drähten liegenden ■•'ersieh begrenzt, v;odurch die /ellengeschwindigkeit auf

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1/2 der Lichtgeschwindigkeit vermindert wird.

Diese Erscheinung kann am besten durch eine Betrachtung der Vfeilenausbreitung längs der Richtung 70 gemäß Fig. 6 verstanden werden. Wenn der Gitterabstand wesentlich geringer let als die Maschengröße und sich die Welle parallel zu einer Drahtreihe ausbreitet, können en jeder Seite eines Drahte zwei magnetische Wände Und 67 angenommen werden. Die gekreuzten Drähte bewirken nahezu eine Verdoppelung der Kapazität dr Drähte, längs welcher eich die Welle ausbreitet. Gleichzeitig haben die gekreuzten Drähte jedoch nur einen geringen Einfluß »uf die Induktanz der Drähte, wodurch die Wellengeschwindigkeit im «inen Paktor von nahezu Jr 2 verringert wird.

Da'die Matchenweite als elektrisch klein angenommen wurde, let das Drahtgitterpaar nahezu isotrop. Aus diesem Or und let in Richtung der Diagonale 71 des Linsenabschnitts 63 gettÖÖ Fig. 7 dieselbe Geschwindigkeit vorhanden. In dieaea Fall können wiederum zwei an jeder Seite der Diagonallinie vorhandene magnetische Wände 74 und 75 angenommen werden, 'wobei beide Drahtreihen 64 und 63 die eich ausbreitenden Wellen mit nur sehr geringer Energiespeicherung führen. Wenn die Welle, wie durch Pfeile 72 und 73 angedeutet, beiden Drähten folgt, ist

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die Geschwindigkeit kleiner als die Lichtgeschwindigkeit, und zwar um den dem Verhältnis der doppelten Maschen-Seitenlange zur Maschen-Diagonallinie entsprechenden Paktor, der gleich γ2 ist.

W.enn die Maschenweiten über einen zu vernachlässigenden Bruchteil einer Wellenlänge hinaus vergrößert Werden, besitzt das Gitter keine isotropen Eigenschaften mehr. Auiierdem ändert sich die äquivalente Dielektrizitätskonstante etwas mit der Frequenz, was sich am besten in dem Fall verstehen läßt, daß der Abstand zwischen den Gittern bedeutend kleiner ist als die rlaschenweite. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit einer sich längs einer Drahtreihe ausbreitenden quasi-ebenen Welle verringert, wobei sich die äquivalente Dielektrizitätskonstante mit wachsender Frequenz erhöht. Dies beruht auf dem Itastand, daß der die Kapazität der sich kreuzenden Drähte aufladende Strom in Reihe mit dieser Kapazität' eine Induktanz erzeugt, welche sich ihrerseits mit wachsender Frequenz erhöht. Wenn sich dagegen eine quasiebene j eile in einer der Diagonalrichtungen des Gitters ausbreitet, kann erwartet werden, daß die äquivalente Dielektrizitätskonstante ziemlich unabhängig von der Frequenz ist, da die verringerte WnndergescMndigkeit der .ι eile in Dia^onalrichtunp;, Wie erläutert, nicht durch

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eine Energiespeicherung hervorgebracht wird. Wenn daher die Maschenweite im Vergleich zur Wellenlänge nicht sehr gering ist, kann angenommen werden, daß die äquivalente Dielektrizitätskonstante des Gitters ein Maxiraum r tung der Diagonalen aufweist.

Wie bereits erwähnt, sind nicht nur quadratische und dreieckige Maschen aufweisende Drahtgitter für die praktische Ausführung der Erfindung geeignet. Tatsächlich sind dreieckige und sechseckige Maschen wegen ihrer größeren Anzahl am Symmetrieebenen weniger anisotropi Außerdem hat es sich gezeigt, daß die Sechseckmaschen die geringste Frequenzabhängigkeit besitzen.

"■Ίη Fig. 8 ist ein Drahtgitter mit Secheckmaschen dargestellt, das sich für die praktische Anwendung der Erfindung als zufriedenstellend erwiesen hat.

In den Fig. 9, 10 und 11 sind drei weitere Ausführungsformen von Drahtgitter-Linsenantennen dargestellt. Bei der Dralit^itter-LiiLt r-ος ger,£f.; Fi^,. 9 wird die Ausbreitungsgeschv/indigkeit einer sich zwischen einem oberen und einem unteren Drahtgitter 91 bzw. 92 ausbreitenden Welle durch eine Wahlkreise kapazitive Aufladung verlangsamt. Im allgemeinen können die Drahtgitter 9I und 92

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übereinanderliegend aufgehängt sein und eine Anzahl von zwischen die Verbindungspunkte 9^4· eingeschaltet«! kapazitiven. Lasten 93 aufweisen. Der Vorteil einer kapazitiven Last liegt darin, daß die ϊ/andergeschwindigkeit auf weniger als Yl/2 äse Lichtgeschwindigkeit verringert werden kann, was die niedrigste mit unbelasteten Drahtgitter-Linsenantennen erzielbare Geschwindigkeit ergibt. Mit anderen ./orten stellen kapazitive Lasten ein Mittel zar Vergrößerung des Bereichs dar, innerhalb dessen die Geschwindigkeit der V/ellen geändert werden kann.

In Fig. 10 ist eine aus einem oberen Drahtgitter 101 und einem darurter angeordneten Drahtgitter 102 bestehende Drahtgitterlinse 100 dargestellt. Die Wellengeschwindigkeit wird dadurch verringert, daß zwischen den Verbindungspunkten der Drähte induktive Lasten 103 einge%haltet sind. V/ie im vorherigen Pail kann die ι/eil enges cnwindigkeit durch die Verwendung von punktförmig verteiltem Induktivitäten 103 auf einen wert von weniger als Jfl/2 der Geschwindigkeit im luftleeren Raum reduziert werden, wodurch die durch die Änderung des A.bstands der über ein- · ander Ii eg enden Drahtgitter gegebenen Bereichsbeßchränkungen überwunden werden können.

In gewissen Fällen kann eine Drahtgitter-Linsenantenne konstruiert werden, bei der sowohl der Drahtgitterabstand

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als auch die kapazitive und/oder induktive Inst geändert werden können. Auf diese V/eise kann die Vi eil enges chwindigkeit auf Kl/2 derjenigen im luftleeren Raum reduziert werden, indem die verhältnismäßig einfache ilöglichkeit der Änderung des Abstands zwischen den Drahtgittern angewandt wird und an den Stellen, an welchen eine weitere Geschwindigkeitsverringerung gewünscht wird, kapazitive oder induktive Lasten hinzugefügt werden.

In Fig. 11 ist eine Drahtgitterlinse 110 dargestellt, die aus ZJei übereinanderliegenden Drahtgittern besteht, von denen das obere Gitter 111 das untere verdeckt. Im Fall der Linse 110 wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit durch pnysikalishe Verlängerung des Wegs vom einen Maschen-Knotenpunkt, beispielsweise dem Punkt 112, zu einem anderen, beispielsweise dem Punkt 113, verringert. Diese Verlängerung wird durch Einsetzen eines mäanderförmigen Abschnitts 114- in den die Seite einer Hasche bildenden Draht erreicht.

Zusammenfassend kann gesagt werden, da.3 die watidergeschwindigkeit der Welle in einer Drahtgitteriinse gleich der Lichtgeschwindigkeit ist, vienn der Gitteraostand groi3 ist im Vorgleich zur HaschengröiSe. Die V/pllengeschwindigkeit kann durch.Verringerung deaίAbstands zwischen den

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Draht git tern reduziert werden. Auf diese Weise beträgt die niedrigste erreichbare Jellengeschwindigkeit r"l?2 der Lichtgeschwindigkeit. Die 'Jell enges chviindigk eit kann außerdem durch induktive und kapazitive Belastung verringert werden, wodurch eine Phasenverschiebung erzeugt wird. Schliei31ich kann die .felleageschwindi^eit anstelle der Phasenänderung durch elektrische Impedanzen" auch noch gemä:3 Fig. 11 durch Erhöhung der physikalischen Länve der Übertragungsleitung verringert werden.

Der Strom kann der erfindungsgemäßen Drahtgitter-Linsenantenne mit herkömmlichen Mitteln zugeführt werden, beispielsweise mittels drehfähig längs des Umfangsabschnitts der Linsenantenne angebrachten Speisekontakten. Im Fall von lan-rs unterschiedlicher Azimutrichtungen ausstrahlenden Hiclitstrahlantennen gewährleistet eine einzige Linsenanordnunfr mit in die Azimutrichtung der Strahlung gerichteten, feststehenden Speisekontakten eine sehr zufriedenstellende Anordnung.

Es ist zu beachten, daß die erfindungsgemäße Antenne verhältnismäßig· unempfindlich gegenüber Frequenzänderunr^ei bleibt, solange die Haschengröße im Vergleich zur kürzesten in Letracht kommenden Wellenlänge klein ist. Somit sind die Über tra/rungs eigenschaften des Zwische-iraums zwischen den Draiitgittern lediglich von deren

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Abstand, abhängig. Palls die kürzeste Arbeitswellenlänge beispielsweise in der Größenordnung der sechsfachen Maschengröße liegt^ beträgt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der V/eile praktisch yl/2 der Wellengeschwindigkeit im luftleeren Raum bei einem Gitteraostand von etwa 1/10 der Maschenweite, während sie bei einem Gitterabstand von etwa der vierfachen riaschenweite gleich der iielleageschwindigkeit im luftleeren Raum ist.

Bei einer kreissymmetrischen Antenne, bei der eine Änderung der effektiven. Dielektrizitätskonstanten von 2,0 in der Mitte auf 1,0 am Umfang gewünscht wird, mu¹.; daher der Abstand zwischen den Drahtgittern von etwa 1/10 der Haschenweite in der !litte bis zu etwa der vierfachen ,lasclienweite am Umfang geändert werden. Aus diesen Grund ist der Gitterabstand am Umfang etwa vierzigmal so gro.s wie derjenige in der lütte der Antenne. 3ei der einer Lüneburg-Linse entsprechenden Dr ahtgitt «Linse gemä;3 den Fig. 1 bis 11 mit einem Betriebs bereich von 4-30 i-iii-4 und unter Verwendung eines lirantgitters aus Draht ;ir. B mit einer Haschenweite von etwa 1,52-5 cm und einem .Durchmesser von etwa 183 m hat es sich herausgestellt, da;3 der Drahtgitterabstand ia der u'itte der j-inse 26,2 cm und am Umfang IQ,065 ία betragen mu.'.}.. Falls diesem uuifangsabstand noch eia doppelkegeliger Trichter hinzugefügt

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wird, ist es leicht ersichtlich, daß eine sehr große Trichteranordnung erforderlich ist und daß außerdem sehr hohe Trägerpfosten benötigt werden, um die Linse und die Strahlungstrichter zu haltern.

In gewissen Fällen hat sich jedoch eine derart groi3e Änderung des Abatands zwischen den übereinanderliegenden

Drahtgittern zwecks Ausnutzung des Gesaratbereichs der .fellen-Ausbreitungsgeschwlnaigkeiten als unvorteilhaft erwiesen. In bestimmten anderen Fällen führte die gro'vJe physikalische Trennung, wie sie zur Erzielung von dem luftleeren Raum entsprechenden V/eil en-Ausbreitungsgeschwindigkeit en erforderlich ist, zu Schwierigkeiten. Zwar kann dieser Zustand durch eine Verringerung der haschenweite in gewissem Umfang berichtigt werden, doch stellen das höhere Gewicht sowie die erhöhten Unkosten eines Drahtgitters mit geringerer Maschenweite häufig einen uner./üischten Faktor dar.

In den i<lr. 12 bis 22 sind abgewandelte Aus führung form en der erfindungs gemäßen Antennenkons t rule tion geraäfj Jj'ig. dargestellt, deren Ausbreitungseigenschaften auf eine neuartige j"eise geändert werden, wodurch der Abstand zviisehen den einander gegenüberliegenden Drahtgitter^ auf einem Mindestmaß gehalten v/erden kann.

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Pig. 12 zeigt eine Linsenantenne 2b_t die aus zwei übereinanderliegenden Linsen-Drahtgittern 21 und 22 besteht, so da;: in dieser Figur nur. ein Gitter sichtbar ist. Ein Drahtgitter 30 besteht aus einer Anzahl von praktisch rechti.'inkelifr zueinander angea&neten Verbunddrähten 130 und 131, die als miteinander verbundene Kett- und Schutfdrähte angeordnet Bind. Jeder Verbunddraht I30, 13I weist zwei einadrige Leitungen auf, von denen die Leitungen des Drahts 130 mit 132 bzw. 133 und diejenigen des Drahts 131 mit 13^₁ 135 beeeichnet sind.

Die einadrigen Leitungen jedes Verbunddrahts sind an jedem Kreuzungepunkt leitfähig mit dem Äie kreuzenden einadrigen Draht verbunden und bilden auf diese Weise gemäü Pig. 13 πιΙΐΛ.36 bezeichnete Verbindungen. Bei der dargestellten Ausführungaform der Erfindung liegen bei ~ oinr.drl^en Leitungen eines Verb-ü .V cVrJ ..tr stets in der Ebene des Drahtgitter·, doch brauchen nicht alle zur Herstellung einee Verbundirahts verwendeten einadrigen Leitungen in dner gtneiniamen Ebene zu liegen, vielmehr· können sie gemäß den Fig. 21 und 22 tatsächlich zu beiden Seiten einer effektIten G-itterfläche angeordnet sein.

Im Hittelabschnitt lifO des Drahtgitters 30 sind die Drähte 130, 131 entweder einadrige Leitungen oder äioht neben-

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einander angeordnete, praktisch parallel zueinander Hegende mehradrige Leitungen. In Randabschnitt 141 werden die Drähte 130, 131 zu Doppelleitungen 132, 133 d^zw· 3-3^» 135, deren Abstand sich bei ihrer Annäherung an den Ring 126 stetig vergrößert, iie später noch genauer erläutert ·.; erden wird, ist die Aus brei tungs/reschwindigkeit der .jelle.i bei konstantem Abstand der einarder gegenüberliegenden drahtgitter umso größer, je größer der Abstand zwischen den Drähten ist.

Zur Kennzeichnung des Übergangs vom zentralen Linsenabnclinitt 14C in den Linsen-Eandabschnitt 141 ist in Fig. 12 ein strichpunktierter Kreis 143 eingezeichnet. Bei der praktischen Ausführung der Erfindung kann der Kreis 143 \>ez\if--±Lch der Linse 24 jeden belMugen Radius besitzen. /-Ils der radius gleich demjenigen der Linse 24 selbst ist, wird tatsächlich die erste Ausführungsform der Erfindung gewl-s i«'ig. 1 erzielt, viobei der Abstand zwischen lea einzelnen j_-eitun;;eii entweder gleich tfull (einadriger üreht) oder konstant ist. Genauer gesagt kennzeichnet cl^r Kreis l'*3 denjeni,- en Abschnitt der Linse 24, in w.elchem die Ausbreituncap-eRchwindigkeit der V/ellen zumindest , teilv/eise dadui'ch eingestellt wird, da^ der effektive;. iJurclunesser der Verbunddrähte 130, 131 oder, was auf · dasselbe herauskommt, die K-vschenweite verändert wird.

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In Fig. 13 ist eine aus einem Doppeldraht,beispielsweise aus den Drähten I30, 13I bestehende einzelne Masche dargestellt. Die einen Teil des Gitters 30 darstellende obere Masche besteht aus praktisch parallelen, rechtwinklig zueinander angeordneten einadrigen Leitungen 132, 133 bzw. 134, 135, die an Verbindungspunkten I36 parallelgescaaltet sind. Die einen Abschnitt des unteren Drahtgitters 34 bildende untere Masche 1st der oberen M sehe praktisch identisch und besteht aus praktisch im rechten Winkel zueinander angeordneten einadrigen Leitungen 144, 145 bzw. 146, 147.

Wenn der Radius jeder adrigen Leitung, beispielsweise der Leitung 132, mit r und der Abstand zwischen benachbarten Leitungen mit d bezeichnet wird, kann die den Verbunddraht 130 hervorbringende Kombination dieser Leitungen als einen Radius besitzend angesehen werden, welcher dem geometrischen Mittel des Radius jeder Leitung und deren Abstand enteprieht, vorausgesetzt, daß der Abstand d groß im Vergleich zu r und klein im Vergleich zu b ist. Wenn angenommen wird, daß der Leitungsradius r 1 mm und der Abstand d zwischen zwei Leitungen 10 mm beträgt, so entspricht der äquivalente Radius des Verbunddrahts 3,16 mm. Bei Erhöhung des Abstands d auf 100 mm ändert sich der effektive Radius des Verbunddraats auf 10 mm.

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Wie bereits im Zusammenhang mit den Pig· 1 bis 11 beschrieben wurde, erhöht sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen mit größer werdendem Abstand zwischen benachbarten Leitungen, da diese Geschwindigkeit vom Abstand zwischen den übereinanderliegenden Drahtgittern abhängt. Bei einem etwa der vierfachen Maschenweite entsprechenden Abstand ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit im luftleeren Raum, während sie bei geringeren Abständen abnimmt. Eine Vergörßerung des Abstands zwischen den einadrigen Leitungen entspricht weitgehend einer Vergrößerung der Muscnenweite. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen vom Abstand zwischen den übereinanderliegenden Drahtgittem in Abhängigkeit von der Maschenwei* te abhängt, kommt jede Verringerung der Matschenweite einer Vergrößerung des Abstands gleich und führt demzufolge zu einer Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit.

Diese Tatsache wird aucn durch die Ausführungen einer 196I erschienenen Druckschrift mit dem Titel "Properties of a Pair of Wire-Grids for Use in Lens HF Antenna" von Andreasen und Έ:μιηβΓ, Western Electronic Show and Convention, Blatt Nr. \/j bestätigt, in der angegeben ist, daß der Brechungsindex bzw. die Durchlässigkeit (permittivity) einer sich zwischen den Drahtgittern bewegenden Welle u.a. eine Punktion des Radius des d±e Masche bildenden Drahts ist

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und mit zunehmendem Radius abnimmt. Daher kann die Welle durch Erhöhung des effektiven Radius des Verbunddrahtes d.h. durch Vergrößerung des Abstands d zwischen den einadrigen Leitungen, welche den Verbunddraht bilden, beschleunigt werden.

Aus den Querschnitte längs der Linie 14-14, 15-15 bzw. 16-16 durch die Linse 21 darstellenden Fig. 14, 15 und 16 ist es ersichtlich, daß im Mittelabscnnitt l40, d.h. zwischen den Linien 150-150, beide Gitter j50, 34 konvex gegeneinander gekrümmt sind, wobei die Drähte Ij51 einadrige Leitungen bzw. möglicherweise doppelte Leitungen mit sehr geringem und konstant klein bleibendem Abstand d sind. Die Linien 15O-I50 entsprechen dem Kennkreis I4j5 und bezeichnen den Mittelabschnitt 140, in welchem eine Einstellung der Wellengeschwindigkeit durch Veränderung des Abstands a zwischen beiden Gittern möglich ist.

Wie erwähnt, wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen im Umfangs- bzw. Randabsciinitt 141 durca Änderung des effektiven äquivalenten Radius r der Leitungen lj?l entweder für sich oder zusammen mit einer Änderung des Gitterabstands a geregelt. In der Praxis hat es sie ι gezeigt, daß eine Kombination dieser beiden Verfahren zur Einstellung der Wellen-Ausbgreitungsgescnwindigkeit es möglich macht, den maximalen Umfangs-Abstand a inner-

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halb der richtigen Grenzen zu halten, oiine daß eine unerrwünschte Komplizierung der Maschenanordnung der Gitter 30 und y\ hervorgebracht wird.

Um eine Steuerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen lediglich durch Vergrößerung des effektiven äquivalenten Radius der Drähte IpI im Fall einer Linse hervorzubringen, deren Mittelabschnitt 140 in derselben Größenordnung liegt wie ihr Randabschnitt l4l, d.h. ähnliche Radialabmessungen aufweist, sind mehradrige Drähte mit mehr als drei einzelnen Leitungen erforderlich.

Aus Fig. 14 ist es ohne weiteres ersichtlich, daß sich der Abstand d zwischen benachbarten Leitungen 134, 135 mit zunehmendem Radialabstand von der Mitte 'der Linse 24 vergrößert. Oleicnermaßen vergrößert sich der Abstand a zwischen den Gittern jö, 3I mit zunehmendem Rasialabstand, Jedoch .inlwesentlich geringerem Ausmaß als es bei der ' Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 11 erforderlich war. Zu Vergleichszwecken sind gestrichelte Linien 151 und 152 eingezeichnet,wbIehe die erforderliene Gittertrennung im F;.ll einer i'eulenden Vergrößerung des effektiven äquivalenten Drahtradius andeuten, d.h. die Linien 151 und 152 veranscuaulionen eine gemäß den FlET. 1 bis 11 konstruierte Linsenantenne.

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Die Pig. 15 und 16 sind weitere Schnittansichten, aus denen die Änderung des Leitungsabstands d an zwei einander gegenüber versetzten Stellen bei zunehmendem Radialabstand hervorgeht. Selbstverständlich ist der durch die Linien 150-150 angedeutete Mittelabschnitt 140 kleiner, während der Abstand zwischen den Leitungen 1J54 und 1;55 demjenigen von Pig. 14 entspricnt. Die Verschiebung der Linie I6-I6 in Pig. 16 ist größer als der Radius des Mittelabschnitts 140, so daß der Abstand zwischen den Leitungen Ip4, 135 über diese gesamte Darstellung hinweg ersichtlich ist.

In dem Diagramm Fig. YJ ist die effektive Dielektrizitätskonstante £_ gegen das Verhältnis von Abstand a eines Drahtgitters von einer Grundebene zu Maschenweite b für den Fall einer aus einem zweiadrigen Verbunddraht bestehenden Quadratmasche eingezeiciinet, deren Verhältnis von Maschenweite b zu Radius einer einadrigen Leitung r gleich 1000 ist. Die effektive Dielektrizitätskonstante £, 1st für mehrere unterschiedliche Werte des Verhältnisses von Leitungsabstand d zu Maschenweite L angegeben. Die Kurven 17O, 17I, 172 und l^r("j stellen jeweils Verhältnisse von 0,01; 0,1; 0,2 bzw. 0,5 dar. Aus diesem Diagramm ist es onne weiteres ersichtlich, daß dielei'fektive Dielektrizitätskonstante £ mit wachsendem Loitungsabstand d

entsprechend abnimmt, während sich die Wellengeschwindj-gkeit/erhöht

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Weiterhin ist es ersichtlich, daß die Kurven 170-1/3 gleichbleibendem Leitungsabstand der Kurve 1/4 folgen, welcne ihrerseits eine einadrige Drahtmasche, beispielsweise gemäß den Fig. 1 bis 11 darstellt.

Die Pig. I8a und 18b veranschaulichen jeweils die Umwandlung von vier aus Leitungen 180a, l80b, l8la, l8lb, 182a, l82b, I8j5a und l8.?b bestehenden und eine quadratische Masche bildenden zweiadrigen Verbunddrähten 180, 181, 182 und I8j5 in eine kleinere Maschenanordnung durch Vergrößerung des Leitungsabstands auf die Hälfte der ursprünglichen Maschenweite. Ersichtlicherweise ist die Wirkung eines derartigen Leitungsabstands gleich derjenigen einer Verringerung der Maschenweite um einen Paktor von 2.

Aus den Fig. 19a und 19b geht jeweils die Umwandlung von vier aus Leitungen 190a, 19Ob, 190c, 191a, 191b, 191c, 192a, 192b, 192c, 19J5a, 193b und 19^c bestehenden und eine quadratische Masche bildenden dreiadrigen Verbunddrähten 190, 191, 192 und 193 in eine kleinere.Maschenanordnung hervor, indem der Leitungsabstand auf ein Drittel der ursprünglichen Maschenweite vergrößert wird. Ersichtlicherweise kommijaie Wirkung eines derartigen Leitungsabstands einer Verringerung der Maschenweite um den Faktor 3 gleich.

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Ersichtlicherweise treffen die vorstehenden Angaben gleichermaßen auf Verbunddrähte aus vier und mehr Einzelleitungen zu, wobei bei Vergrößerung ihres gegenseitigen Abstands die Maschenweite je nach der Anzahl der den Verbunddraht bildenden Leitungen um einen Faktor 4 bzw. höher verringert wird.

Die Pig. 20, 21 und 22 sind beispielhafte Darstellungen von weiteren Ausführungsformen zur Trennung der mehradrigen Leitungen zwecks Erhöhung der Wellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit. In jeder dieser Figuren ist die Ausgangs-Maschenweite, d.h. die Mtschenweite vor dem Spreizen der Leitungen, durc#parallele Linien 202 und 203 angedeutet. Genauer gesagt, ist die Ausgangs-Maschenweite der Verbunddrähte gleich dem Abstand zwischen den Linien 202 und20J. Ebenso sind die obere und untere effektive Gitter-Oberfläche durch Linien 200 bzw. 201 angedeutet.

In Fig. 20 ist ein aus Leitungen 210a und 210b bestehendes oberes Paar von zweiadrigen Drähten sowie ein aus Leitungen 211a und 211b bestehendes unteres Paar von zweiadrigen Leitungen dargestellt, die jeweils in der Ebene der oberen bzw. unteren Gitterfläciie 200 bzw. 201 auf die in den Fig. 12, 13 und 14 angegebene Weise ausgespreizt sind.

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In Pig. 21 ist ein aus Leitungen 212a und 212b bestehendes oberes Paar und ein aus Leitungen 21^a und 21^b bestehendes unteres Paar zweiadriger Drähte dargestellt, die in einer lotrecht zur jeweiligen oberen und unteren Gitterfläche 200 bzw. 201 liegenden Ebene ausgespreizt sind. Diese AusfüTirungsform der Vergrößerung des effektiven äquivalenten Drahtradius kann angewandt werden, um praktisch dieselbe Reduzierung der Wellengeschwindigkeit wie im Fall von Fig. 20 hervorzubringen, vorausgesetzt, daß der Leitungsabstand gleich 1st.

Tatsächlich kann das Spreizen der mehradrigen Drähte nicht nur in den rechtwinklig zueinander liegenden Ebenen gemäß Fig. 20 und 21, sondern auch längs anderer Ebenen vorgenommen werden. Falls mehr als zweiadrige Drähte verwendet werden, können die verschiedenen Einzelleitungen in einer Mehrzahl unterschiedlicher Schemata angeordnet werden, von denen beispielsweise in Fig. 22 eins dargestellt ist.

Gemäß Fig. 22 besteht ein oberes Paar dreiadriger Drähte aus Leitungen 2l4a, 214b und 214c und ein unteres Paar dreiadriger Drähte aus Leitungen 215a, 215b und 215c. Beide Drahtpaare sind so angeordnet, daß sie die Ecken von jeweils einem gleichschenkeligen Dreieck bilden. Gleichermaßen können vieradrige Drähte in einer die Ecken eines

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Quadrats bzw. eine einzige Ebene festlegende oder auf irgend eine andere Weise gespreizt werden. Jede dieser Konfigurationen gewährleistet eine Erhöhung der Wellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit bei vergrößertem Leitungsabstand.

Ersichtlicherweise wurde vorstehend eine verbesserte Drahtgitter-Linsenantenne beschrieben, bei der die Wellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit von Punkt zu Punkt nicht nur durch den Gitterabstand, sondern auch durch den Abstand zwischen den einzelnen Leitungen der Grund-Maschenanordnung der die Gitter bildenden mehradrigen Drähte geregelt werden kann. Aufgrund dieser Einstellmöglichkeit kann der Abstand zwischen den Gittern auf einem Mindestmaß gehalten werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   [l.J Drahtgitter-Linsenantenne mit einem Strahler und zwei übereinanderliegenden, räumlich und elektrisch voneinander getrennten leitfähigen Flächen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine dieser Flächen als Rotatiobsfläche ausgebildet ist und aus einem Drahtgitter (21, 22, 30, j54, 46, 47, 91, 92) besteht, dessen Maschenweite im Vergleich zur kürzesten Arbeitswellenlänge der Antenne klein ist.

   2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschenweite der genannten Fläche kleiner ist als ein Viertel der kürzesten Arbeitswellenlänge.

   3. Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Flächen als Drahtgitter (21, 22, 30, 34, 46, 47, 91, 92, 101, 102, 111) ausgebildet sind.

   4. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Flächen an mindestens einem Abschnitt um einen geringeren Abstand als die Maschenweite voneinander entfernt sind.

   5. Antenne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß CIe die Seiten der Maschen dieser übereinanderliegenden Drahtgitter in den dicht benachbarten Abschnitten bildenden Drähte zweiadrige Übertragungsleitungen darstellen. ■;...,.·..·

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   6. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschen des Drahtgitters zumindest in den dicht benachbarten Abschnitten die geometrieohe Konfiguration eines gleichseitigen Dreieck· besitzen*

   7· Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadueh gekennzeichnet» daß die Drahtgitter-Maschen zumiüest in den dicht benachbarten Abschnitten die geometrische Form eines Quadrats besitzen.

   8. Antenne nach, einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß. die Drahtgitter-Maschen zumindest In den dicht benachbarten Abschnitten die geometrische Ponn eine· regelmäßigen Sechsecks besitzen.

   9* Antenne nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet« daß die Drahtgitter-Maschen Jeweils gleiche Form besitzen und mit Abstand aufeinander ausgerichtet sind.

   10. Antenne nach inspruoh 3 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß «loh der Abstand zwischen den übereinanderliegenden Drahtgittern (21, 22, 30, j>4, 46, 47, 91, 92, 101, 102, 111) an Jedem Punkt der Antenne in vorbestimmter Weise zu einem im Vergleich zur Maschenweite großen bis zu einem im Vergleich zur M schenweite kleinen Abstand ändert.

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   11. Antenne nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den übereinanderliegenden Flächen zwischen etwa einem Zehntel der M^schenweite und weniger als dem Vierfachen der Maschenweite variiert.

   12» Antenne nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand an jedem Punkt der Antenne so bemessen ist, daß sich die Wellen-AusbreitungsgeschwindigkeJÜ in vorbestimmter Weise praktisch zwischen Lichtgeschwindig·* keit und praktisch T/1/2 der Lichtgeschwindigkeit ändert.

   IJ. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 11, zur Umwandlung einer auf ihrem Umfang liegenden punktförmigen Strahlungsquelle in eine gleichphasige, ebene, einen Strahl längs der diametralen, die Antenne halbierenden, doch die Punktquelle verlaufenden Linie richtenden Strahlungsquelle, dadurch gekennzeichnet, daß die übereinanderliegenden Flächen zwei kreissymmetrische, mit Abstand voneinander übaeinanderliegende, um die Achse der Antenne eine Rotationsfläche bildende Drahtgitter sind.

   14. Antenne nachAnspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Drahtgitter (24) größer ist als

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   das Doppelte der längsten Arbeitswellenlänge der Antenne.

   15. Antenne nach Anspruch I3 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahler ein mit dem Umfangsrand der beiden Drahtgitter verbundener Sender ist und daß eine bewegbare. Punktquelle zur Bewegung des Strahls vorgesehen ist.

   16. Antenne nach einem der Ansprüche jj bis 15> dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Drahtgittern an jedem vorgegebenen Punkt selektiv so ausgewählt ist, daß eine vorbestimmte, sich vorzugsweise parabolisch ändernde Dielektrizitätskonstante erzielt wird.

   17. Antenne nach einem der Ansprüche 3 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtgitter einen maximalen Abstand von weniger als der fünffachen Maschenweite besitzen und daß gewissen Raschen punktförmig verteilte Impedanzen ^geordnet sind, welche die relative, effektive Dielektrizitätskonstante zwischen diesen M .sehen verringern.

   18. Antenne nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmig verteilten Impedanzen in Reihe mit den

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   die Seiten jener Maschen bildenden Drähte geschaltete Induktivitäten (103) sind.

   19. Antenne nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die punktförmig verteilten Impedanzen zwischen einander gegenüberliegende, die Ecken jener Maschen bildende Verbindungsstellen (94) eingeschaltete Kondensatoren (93) sind.

   20. Antenne nach einem der Ansprüche J5 bis 19* dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte benachbarte und einander entsprechende Maschenpaare jedes Gitters (111) aus Drähten bestehen, die zwecks Vergrößerung der Maschenweite einen mäanderförmigen Abschnitt (114) enthalten, und daß diese Vergrößerung der Länge des elektrischen Wegs so&usgewählt ist, daß eine vorbestimmte Verringerung der relativen effektiven Dielektrizitätskonstanten des Bereichs dieser Maschenpaare gewährleistet wird.

   21. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite dieser Maschen in gewissen Teilen des Gitters zwecks Erhöhung der Wellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit an diesen Stellen verringert ist.

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   22. Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß an einem bestimmten Punkt der Abstand syrischen den Übereinanderliegenden Flächen ver größert und die Maschenweite des Drahtgitters verringert ist, wobei eine erhöhte Wellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit, an diesem Punkt erzielt wird.

   Antenne nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der das Drahtgitter (21, 22) bildenden Drähte (130,131) aus einer Ar.rahl voneinander entfernter Leiter (132, 133, , 155) besteht und daß der punktweise Abstand zwi-

   sehen den beiden Flächen und den Leitern derart ge-

   zu Punkt

   wählt 1st, daß eine vorbestimmte, sich von Punkt/ändern de Wellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit erzielt wird.

   24. Antenne nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gewisse einzelne Maschen des Drahtgitters aus Verbunddrähten (13Ο, I31) bestehen.

   25. Antenne nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbunddrähte (1)0, I3I) aus einer Anzahl von voneinander entfernten, an Jedem Kreuzungspunkt (136) mit in derselben Ebene verlaufenden gleichen Leitern elektrisch verbundenen einadrigen Leitern (132, 133»

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   , 135, 144, 145, 146, 147) bestehen und daß der Abstand zwischen diesen Leitern an jedem Punkt des Drahtgitters derart gewählt ist, daß dort eine gewünschte Wellen-Ausbreitungsgeschwindigkeit erzeugt wird.

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