Luneburg - Linsenantenne für Kurzwellen
Die Erfindung
bezieht sich auf eine ebene Luneburg - Linse für
y Kurzwellen mit
vom Rand nach innen zunehmender Phasenverzögerung. Fig.1 zeigt den Prinzipaufbau
und die Wirkungsweise einer Lune -burg - Linse für Kurzrtlen.
Die in Draufsicht gezeigte Linse be-
steht aus einer kreisförmigen Scheibe
1, deren Dielektriaitätskonstante stetig oder sprunghaft von der Peripherie
gegen die
Scheibenmitte hin zunimmt. In dem Ausführungsbeispiel besteht
die
Scheibe aus mehreren Kreisringen unterschiedlicher Dielektrizitä.tskonstante.
Der äußere Ring besitzt beispielsweise
etwa die Dielektrizitätakonstante
von Luft ( e = 1) und in
der Mitte besitzt die Scheibe z.B.
die Dielektrisitätakonstante 2. Die Energie einer auf einer Seite
einfallenden ebenen
elektromagnetischen Welle 2 wird durch die Scheibe
1 in Brennpunkt 3
auf der gegenüberliegenden Seite gesammelt,
da durch die Linse ein
Zentralstrahl 4 des Wellenzuges
stärker verzögert wird als beispiels-
weise die dazu parallelen Nachbarstrahlen
5 und 6.
In der Praxis wird im Kurzwellenbereich eine derartige Luneburg
-Linse durch ein sogenanntes künstliches Dielektrikum realisiert,
wie
dies in Fig.2 in 4uerachnitt gezeigt ist. Die Luneburg -Linse 7 besteht
hier aus zwei kreisfläohenföraigen Drahtgitter-
lagen 8 mit vom Rand
aus nach innen größer werdender Maschen -weite, die in einem vorbestimmten
gegenseitigen von innen nach
außen zunehmenden abstand aufeinanderliegend
angeordnet aina, so daß sich zwischen den Drahtgitterlagen eine Feldkonfiguration
ergibt,
die einem gescichtetem Dielektrikum mit einer durch den
Abstand und
die I4aachenweite bestimmten, vom Rand nach innen
zunehmenden Dielektrizitätskonstante
entspricht. Die 3ündelungs* wirkung für eine einfallende elektromagnetische
:.olle 2 ent-spricht dabei völlig derjenigen einer Linse nach Fig.1.
Die
Auskopplung der Energie im Brennpunkt 3 erfolgt beispielsweise
durch
einen «iehtkopplei- 9, der die in der einen Richtung einfallende .Velle 2 nicht
unmittelbar aufnimmt, sondern nur die auf der anderen -eite im Linsenbrennpunkt
3 gebündelte gelle. Für den Kurzwellenbereich von 1,5 bis 3,) Milz besteht eine
selche Luneburg-Linse 7 beispielsweise aus kreisflächenförmigen Dralitgitterlagen
9 mit einem Durchmesser D von etwa 200 m. Die Vrahtgitter besitzen
in der Mitte der Linse z.3. eine .'aachenweite m1 von etwa 1,u- ui im ,,uadrat und
an der Peripherie der :,ir.se eine Maschenweite m2 von etwa 'J, a im "uadrat. .per
Abstandcr beiden kreisflächenförmigen Drahtgitter nimmt von der Liaenmitte mit einem
Abstand A von etwa 16 cm bis zum 2and auf einen äußeren Abstand 3 von
etwa .;m zu. Die Aufnahme der einfallenden elektromagnetischen .,ellen
2 erfolgt bei solchen Luneburg-Linsen meist durch einen die eigent-liche
Luneburg-Linse umgebenden ringförmigen Hornstrahler 1 Bei einer Antenne
für den Kurzwellenbereich mit einer aus Drahtgitterlagen aufgebauten Antenne
der oben angegebenen Abmesssungen würde ein derartiger ringförmiger
Hornstrahler eine radiale :freite @t von etwa 35 m besitzen, und seine Ringflächen
würden sich vom Abstand B(4m) des Linaenuafanges auf den Elbstand
j der Hornapertur von etwa 40 m erweitern. Die Herstellung einer
derartigen bekannten Luneburg-Linse aus
zwei übereinander angeordneten
Drahtgitterlagen erfordert. unter Berücksichtigung eines Durchmessers
von mehreren hundert Metern
und der Einhaltung
des geforderten Abstandes einen ungewöhnlich großen technischen Aufwand.
Das weit ausgedehnte Maschengitter
tuß am Erdboden durch zum Teil oder
vollständig aus Isoliermaterial bestehenden Mützen abgestützt und nach
allen Seiten entsprechend
verspannt werden, um die erheblichen Windkräfte
aufzunehmen. Die
Knotenpunkte den Maschengitters müssen korrosionsfest
verlegt werden,
da andernfalls Krachstörungen den Empfang schwacher Signale
unmög-
lich machen würden. Eine derartige Antenne ist in
allgemeinen zusätz-
lichen Beanspruchungen durch Schnee und Eis nicht gewachsen,
so
daß meist ein möglichst geschütztes Gelände zur Aufstellung solcher
Antennen
ausgesucht werden muß. Eine solche bekannte Luneburg-Linse mit zehntausend
von Drahtmaschen und Verbindungsstellen ist nur
schwer betriebssicher
herzustellen.
Dm diese Nachteile der bekannten Luneburg- Linse dieser
Art zu vermeiden, wird eine derartige Linse erfindungsgemäß
als Netzwerk von Koaxial-
kabeln mit einer gegen die Mitte der Linse
zunehrendtn Phasenver-
zögerung in den Kabeln ausgebildet. Pan Kabelnetzwerk
kann dabei
beiapielsweise aus mehreren radialen und konzentrisch geführten
Koa:ialkabelabschnitten
bestehen, die an den Kreuzungsstellen mit
ihren Innen- und Augenleitern:
elektrisch verbunden sind. Die ge-
wünschte unterschiedliche Phasenverzögerung
der einfallenden Welle
in den einzelnen Kabelabschnitten kann durch die
verschiedensten bekannten Maßnahmen her3eigeführt werden. äo kinnen
beispielsweise.
von außen nach innen Kabelabschnitte von zunehmender
Länge vorgesehen
worden. Auch Kabelabschnitte mit unterschiedlicher
Belastung durch
jorien- und/oder Parallelblindwiderstände
sind möglich. Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn
die unterschiedliche Phasenverzögerung bzw. die gewünschte Zunahme der Phasenverzögerung
in den
einzelnen konzentrischen Kabelringen und in den radial geführten
Kabeln
von außen nach innen durch entsprechende dahl der Dielektrizitätakonstanten
des Isoliermaterials zwischen Innen - und Außenleiter der
Kabel
erzeugt wird, beispielsweise derart, daß wendelförmiges oder
scheibenförmiges
Isoliermaterial mit entsprechend unterschiedlich
gewählter Wendelsteigung
bzw. entsprechend unterschiedlich gewählten
Scheibenabstand
in das Kabel gebracht wird. Luneburg lens antenna for short waves The invention relates to a planar Luneburg lens for y short waves with a phase delay increasing inward from the edge. Fig.1 shows the basic structure and the mode of action of a Lune- castle lens for Kurzrtlen. The lens shown in plan view consists of a circular disk 1, the dielectric constant of which increases steadily or abruptly from the periphery towards the center of the disk. In the exemplary embodiment, the disk consists of several circular rings with different dielectric constants. The outer ring has approximately example Dielektrizitätakonstante of air (e = 1) and in the center of the disc, for example, has the Dielektrisitätakonstante 2. The energy of an on one side of incident plane electromagnetic wave 2 is through the disk 1 in the focal point 3 on the opposite side collected because the lens delays a central beam 4 of the wave train more strongly than, for example, the neighboring beams 5 and 6 parallel to it. In practice, such a Luneburg lens is implemented in the shortwave range by a so-called artificial dielectric , as shown in FIG is shown in 4uerachnitt. The Luneburg lens 7 consists here of two circular-shaped wire mesh layers 8 with meshes that increase in size from the edge , which are arranged on top of one another at a predetermined mutual increasing distance from the inside to the outside, so that a field configuration results between the wire mesh layers , which corresponds to a sighted dielectric with a dielectric constant which increases from the edge inwards and is determined by the distance and the axis width. The bundling * effect for an incident electromagnetic: .olle 2 corresponds completely to that of a lens according to FIG. 1. The energy in the focal point 3 is decoupled , for example, by a "light coupling" 9, which does not directly pick up the wave 2 incident in one direction, but only the wave bundled on the other side in the lens focal point 3. For the shortwave range from 1.5 to 3.) Spleen, the same Luneburg lens 7 consists, for example, of circular wire mesh layers 9 with a diameter D of about 200 m . an outer width m1 of about 1, u- ui in the square and on the periphery of the: ir.se a mesh size m2 of about 'J, a in the square A distance A of about 16 cm up to the 2and to an outer distance 3 of about .; m. The reception of the incident electromagnetic waves 2 is usually done with such Luneburg lenses by a ring-shaped horn radiator surrounding the actual Luneburg lens 1 In the case of an antenna for the shortwave range with an antenna of the dimensions given above made of wire mesh layers, such a ring-shaped horn antenna would have a radial: free @t of about 35 m, and its ring surfaces would be at a distance B (4m) from the Linaenuafang on the Elbe stand j widen the horn aperture of about 40 m. The manufacture of such a known Luneburg lens from two layers of wire mesh arranged one above the other requires , taking into account a major Knife of several hundred meters and maintaining the required distance an unusually large technical effort. The extensive mesh lattice is supported on the ground by partially or completely made of insulating material and braced accordingly on all sides in order to absorb the considerable wind forces . The nodes of the mesh grid must be laid corrosion resistant, otherwise noise disturbances would make the reception of weak signals impossible. Such an antenna can not cope with the general additional stresses caused by snow and ice, so that usually a protected area has to be selected for the installation of such antennas. Such a known Luneburg lens with ten thousand wire meshes and connection points is difficult to manufacture reliably. In order to avoid these disadvantages of the known Luneburg lens of this type , such a lens is designed according to the invention as a network of coaxial cables with a phase delay in the cables that increases towards the center of the lens. Pan cable network can consist, for example, of several radial and concentrically guided Koa: ial cable sections , which are electrically connected at the crossing points with their inner and eye conductors. The desired different phase delay of the incident wave in the individual cable sections can be brought about by the most varied of known measures. äo kinnen for example. from the outside to the inside cable sections of increasing length have been provided . Cable sections with different loads due to jorien and / or parallel reactive resistances are also possible. Particularly advantageous has proven when the different phase delay or the desired increase in the phase delay in each concentric cable rings and in the radial cables routed from outside to inside by corresponding Dahl the Dielektrizitätakonstanten of the insulating material between the inner - and outer conductor is formed of cables, for example, in such a way that helical or disc-shaped insulating material with a correspondingly different helix pitch or correspondingly different disc spacing is brought into the cable.
Zur Aufnahme der einfallenden elektroaagnetischen
wellen an der
Peripherie der Linse können in an sich bekannter weise die
Ne:--
:-chiedensten Antennenelemente angebracht werden. 2o11 beisrielsweise
mit einer erfindungsgemäßen Luneburg-Linee ein ringförmi-
ger Hornstrahler
verbunden werden, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die äußeren Koaxialkabelendon
des ;`etzwerkes über induktive oder kapazitive Koppelelemente an den die Linse umgebenden
ringförmigen Hornstrahler.anzuschließen. Der iiornstrahler
kann
dabei beispielsweise Ringflächen von stetiger Krümmung besitzen,
um auf diese `.reise die Breitbandeigenschaften der Antenne zu
verbesse.a. Die erfindungsgemäße Ausbildungsform einer Luneburg-Linse
ermöglicht
aber auch die Verwenduig von einfachen Einzelstrahlern
am Umfang der
linse, beispielsweise derart, daß die Koaxialkabelenden
des Netz-
werkes mit am Umfang der Linse kreisförmig angeordneten Einzel-
strahlern
verbunden werden. Die Auskopplung der Energie im Brezen, Punkt
der Linse erfolgt in bekannter weise vorzugsweise durch ,:ichtkoprler,
wobei diese gemäß einer .eiterbildung der Erfindung
alb koaxiale
:ichtkop;:ler ausgebildet und am Umfang der Linse in das
i_caxialkabelnetzwerk
eingeschaltet sind. Soll eine erfindungage-
mä',e Linse nur in einer
vorbestimmten :;ichtung benutzt werden, so können die K=belenden
an der der Einfallsrichtung gegenüberliegenden
Linsenseite auch unmittelbar
mit dem z:mpfänger verbunden werden.
.erden an den Kabelenden .ichalter
vorgesehen, so kann diese Empfangsart durch Umschalten auch für
wechselnde w'elleneinfallsrichtungen angewendet werden.
Lins Erfindungsgemäß
aufgebaute Luneburg- Linse kann völlig geschützt
gegen .,itterungseinflüsse
verlegt werden, beispielsweise sogar im
Erdboden. Da die eigentlichen elektrischen
Verbindungsstellen zwischen
den i":,axialkabela'iechnitten nach außen
völlig abgeschlossen sind, kann
eine erfindungsgemäße Antenne sehr
betriebssicher aufgebaut werden.
Auch Kann durch entsprechende '-ahl
der Phasenverzögerung in den Kabeln
jede gewünschte Linsenbündelung
sehr einfach realisiert werden.
Die Erfindung wird im folgenden
anhand schematischer Zeichnungen an tiluaführungsbeiapielen näher erläutert.
fig.3 zeigt eine erfindungsgemäß aus Koaxialkabeln aufgebaute I.uneburg-Linse
in Draufsicht. Fig.4 zeigt einen vergrößerten Teilausschnitt des Handbereiches
einer
erfindungsgemäß aufgebauten Luneburg-Linse. In order to receive the incident electro- magnetic waves at the periphery of the lens, the Ne: - : - different antenna elements can be attached in a manner known per se. If, for example, a ring-shaped horn antenna is connected to a Luneburg line according to the invention, it has proven advantageous to connect the outer coaxial cable ends of the network to the ring-shaped horn antenna surrounding the lens via inductive or capacitive coupling elements. The antenna radiator can , for example, have annular surfaces of constant curvature in order to improve the broadband properties of the antenna on this journey. But the embodiment of a Luneburg lens according to the invention also allows the simple Verwenduig of the individual radiators are lens, for example, such that the coaxial cable ends of the network work associated with circularly arranged on the periphery of the lens individual radiators on the circumference. The decoupling of the energy in the pretzels point of the lens in a known manner, preferably by: ichtkoprler, which according to a .eiterbildung the invention alb coaxial: ichtkop; formed ler and switched i_caxialkabelnetzwerk in which the periphery of the lens. If a erfindungage- ma ', e lens only in a predetermined:; ichtung be used, so that K = can belenden where the incident direction opposite L insenseite also directly with the z: mpfänger be connected. If the cable ends are earthed , this type of reception can also be used for changing directions of incidence of the waves by switching over. Lins According to the invention constructed Luneburg lens can be completely protected from., Itterungseinflüsse be laid, for example, even in the soil. Since the actual electrical connection points between the i "are axialkabela'iechnitten completely closed to the outside, an antenna according to the invention can be very constructed reliable Also, by appropriate '-ahl the phase delay in the cables, any desired lens bundling be easily realized The.. tiluaführungsbeiapielen invention will be explained in more detail below with reference to schematic drawings, in. 3 shows a according to the invention composed of coaxial cables I.uneburg lens in plan view. Figure 4 shows an enlarged partial section of the hand region according to the invention constructed of a Luneburg lens.
2ig.5 zeigt die farb.Laüslig einer erfindungsgemäßen -uneburg-Linse
mit eiueln die Linoe umgebenden ringtörwigen Kornstrahler. Fig. 2ig.5 shows the colored flakes of a -uneburg lens according to the invention with a ring-like grain radiator surrounding the lines .
Fig.6 zeigt die Verbindung einer erfindungsgemäßen huneburg-Linse
91 mit am Umfang der Linse angebrachten Einzelstrahlern. ktie aus iig.3 eisichtlich,
besteht eine erfindungsgemäße Luneburg-Liiise aus mehreren radial geführten Koarialkabelabachnitten
11, die über mehrere konzentrisch geführte iiingkabelabschnitte 12 durch koaxiale
Kreuzstücke 13 beispielsweise über Steckverbindungen miteinander verbunden
sind. Aus der vergrößerten Teildarstellung nach
Zig..4 ist ersichtlich,
daß die Innenleiter 14 der radial angeord-
neten Koaxialkabel 11 jeweils mit
den Innenleitern 15 der konzen-trischen Kabelabschnitte 12 elektrisch
verbunden sind, ebenso die
entsprechenden Außenleiterabschnitte. Das zwischen
den Innen. - und Außenleitern der Koaxial,jcabel angeordnete _Tsoliermaterial ist
erfindungsgemäß derart verteilt ange-
ordnet, daß die Dielektrizitätskonatante
zwischen Innen - und Außen-leiten der einzelnen Kabelabschnitte von der Linsenperipherie
zum Linsenmittekpunkt beispielsweise von einem viert 9 =1 bis zu einem ,Wert 9 =2
und damit auch die Phasenverzögerung einer einfallenden
>gelle entsprechend
zunimmt. Die Dielektrizitätskonatante des Isoliermaterials der konzecitriechen
Kabel 12 entspricht etwa der Dielektrizitätskonatante, welche das
Isoliermaterial der radialen Kabel 11 im
.Kreuzungsbereich mit diesen
Ringkabeln hat.
Die Enden der radialen Kabel 11 an der Peripherie der Linse tönnen
in an sich bekannter vieise an einem die Linse umgebenden kreisförmigen Iiornatrahler
10 über eine :itromschleife 16 angeschlossen
werden, wobei die Außenleiter
der Enden der radialen Koazialkabel 11
mit der 8;nen
Fläche und die Innenleiter 1.4 dieser radialen roaxialkabelahschnitte der Linse
mit der anderen Fläche des
:fornstra'ilers'galvanisch verbunden sind. Es ist dabei nich'
für
erforderlich, daß@ jedes radiale Kabel 11 eine entaprechei:d@-#
Ankopplung vorgesehen wird. Es können auch mehrere Kabelenden
zu einer gemeinso:nen Ankopplung zusammengefaßt werden. Dieser
Auftau Hinar 1,uneh»r..;-1 i.lsenartenrP er@°'17i i :i^f d"re"h
F inhaii
von :c:halt@,^n ar den Vahelender auf einfarhe asr, wahl-
weise .nachalten der Kabelenden an die 3tromachleife 16 oder
unmittelbar an den Empfänger.
In F ig. 6 ist gezeigt, wie hei e : ner erf iticiiingße;a:iii3en
:>>.ineburg-
I inse an den 'enden der radialen Kabe iah.s":hnitte 1 1 Einzelante:-inen
23
a:ig.-#uchl3asen werden kennen, iie entsprechend ßtin veruchie
ien3ten
anweadungsfällen beliebig gestaltet sein können.In Fig.6 sind
die
Enden der radial geführten Ktdtxialkabelabschnitte 11
mit am Umfang
der Linse angeordneten kurzen gegen Erde erregte :itabantennen
verbunden. Mit einer derartiger. Antenne können Sehr einfach
transportable Peilanlagen aufgebaut werden. Ait 3)lchen 2,in":el-
antennen am Umfang der Linse können z.3. verschieden
polarisierte
elektromagnetische .gellen gleichzeitig oder getrennt empfangen
werden.
In Fig.b ist auch gezeigt, wie die Auskop-lung der Empfangs-energie im Brennpunkt
der linse in an sich bekannter '9.eise duadh Richtkoppler durchgeführt
werden kann. Zu diesem Zweck sind in die Endabschnitte der radial geführten
Koaxialkabel 11 koaziale ::ichtkoppler 21 eingebaut, die am Umfang der Linse etwa
alle 10
'::inkelgrade angebracht sind und durch welche jeweils nur die von
der anderen Linsenseite her kommende Helle 1: mnEgekoppelt wird, nicht
dagegen die vom benachbnrten Empfangsstrahler kommende ..elle F. Durch phasenrichtiges
Zuschalten mehrerer derartiger aichtkoppler kann mit einer solchen Anordnung eine
!faximum-oder t;inimum-Peilung in jeder gewünschten :iicntung der Antenne durch-geführt
werden. 6 shows the connection of a Huneburg lens 91 according to the invention with individual radiators attached to the periphery of the lens. As shown in Fig. 3, a Luneburg line according to the invention consists of several radially guided Koarialkabelabach sections 11, which are connected to each other over several concentrically guided connecting cable sections 12 by coaxial cross pieces 13, for example via plug connections. From the enlarged partial view according to Zig..4 is seen that the inner conductor 14 of the coaxial cable radially angeord- Neten 11 are each electrically connected to the inner conductors 15 of the concentric cable sections 12, as well as the corresponding outer conductor portions. That between the inside. - and outer conductors of the coaxial, cable arranged insulation material is distributed according to the invention in such a way that the dielectric constant between inner and outer conductors of the individual cable sections from the lens periphery to the lens center point, for example, from a fourth 9 = 1 to a value 9 = 2 and thus the phase delay of an incident > gel increases accordingly. The dielectric constant of the insulating material of the concave cable 12 corresponds approximately to the dielectric constant that the insulating material of the radial cable 11 has in the intersection area with these ring cables. The ends of the radial cable 11 at the periphery of the lens tönnen in known vieise to a surrounding the lens circular Iiornatrahler 10 via a: itromschleife be connected 16, wherein the outer conductor of the ends of the radial Koazialkabel 11 with the 8; nen surface and the Inner conductor 1.4 of this radial roaxialkabelahschnitte the lens with the other surface of the : fornstra'ilers' are galvanically connected. It is not included
for
required that @ each radial cable 11 an entaprechei: d @ - #
Coupling is provided. Multiple cable ends can also be used
can be combined to form a common coupling. This
Thawing Hinar 1, uneh »r ..; - 1 i.lsenartenrP er @ ° '17i i: i ^ fd" re "h F inhaii
from: c: halt @, ^ n ar den Vahelender to einfarhe asr, Wahl-
wise .after connecting the cable ends to the 3tromachleife 16 or
directly to the recipient. In Fig. 6 is shown how hot: ner erf iticinputs; a: iii3en: >>. Ineburg-
I inse at the ends of the radial cables iah.s ": cut 1 1 single edge: -inen 23
a: ig .- # uchl3asen will know what they were trying to do accordingly
application cases can be designed in any way
Ends of the radially guided Ktdtxialkabelabschnitte 11 with on the circumference
the lens arranged short excited against earth: ita antennas
tied together. With one of those. Antenna can be very simple
transportable direction finding systems are set up. Ait 3) lchen 2, in ": el-
antennas on the periphery of the lens can z.3. differently polarized
Receive electromagnetic waves simultaneously or separately
will.
In Fig.b is also shown how the Auskop-lung of the reception energy at the focal point of the lens in a conventional '9.eise duadh directional couplers are carried out can. For this purpose, coacial light couplers 21 are built into the end sections of the radially guided coaxial cables 11, which are attached to the circumference of the lens approximately every 10 'and through which only the light 1: mnE coming from the other side of the lens is coupled , but not coming from the receiving antenna benachbnrten ..elle F. by in-phase connection of several of such aichtkoppler may with such an arrangement a faximum or t; inimum-bearing in any desired: iicntung the antenna be carried out.