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"Mikrowellenantenne"
Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenantenne,
die aus einem
mit einem bündelnden System, beispielsweise einem Reflektor
oder
einer elektrischen Linsenanurdnung, kombinierbaren, sieh in Richtung
zu seiner Apertur gegebenenfalls zu einem Horn-Strahler erweiternden
Hohlleiterstrahler solcher Abmessung bestehtt daß-in seiner Apertur
die Schwingungsmoden der Ty-
pen H10 und H30 gleichzeitig anregbar
sind (Mehrmodeerreger). Die Mehrmodetechnik unter Verwendung derartiger
Mehrmodeerrß# ger findet beispielsweise in der Radartechnik bei Zielverfolgungsantennen
Verwendung, wozu auf den Aufsatz von Hannan "Optimum
Feeds for
All Three Modes of a Monopulse Antenna", erschienen
in
":`"'T Trans. an Antennas and Propagation", Sept. 19619
Seite
444 sq., hingewiesen sei. Auch die Patentanmeldung
T 30 618 IXd/21a4
gehört zu dieser Mehrmodetechnik.
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Bei der Radar-Zielverfolgung muß die Zielposition möglichst
genau
ermittelt werden, wozu ein scharf gebündeltes Antennendiagramm benötigt wird,
während es sich beim Zielsuchvorgang als zweckmäßig herausgestellt hat, mit
einer geringeren Bündelungsschärfe des Antennendiagramms zu arbeiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei alternierenden
Zielsuchen und Zielverfolgen mit der gleichen Antenne arbeiten
zu
können und hierzu eine Mikrowellenantenne anzugeben, deren Bündelungsschärfe
wahlweise veränderbar ist.
Bekannte Mikrowellenantennen, die ein wahlweises
Verändern ihrer
Bündelungsschärfe ermöglichen, besitzen entweder eine
mechaniech variablen Reflektor, oder es wird bei ihnen -wie bei der Anten-
ne
gemäß Figur 25-22 auf Seite 25-20 des "Antenna Engineering
Handbookll
von Jasik, McGraw-Hill, 1961 - mit rechtwinklig auf-
einander
stehenden Polarisationsrichtungen der empfangenen und/
oder ausgesandten elektromagnetischen
Wellen gearbeitet, wobei
der eine Polarisationsrichtung ein vorgegebenes
und der anderen
Polarisationsrichtung ein hierzu unterschiedliches vorgegebenes
Richtdiagramm
zugeordnet ist.
Die Erfindung besteht bei einer
Mikrowellenantenne der eingangs
angegebenen Art darin, das in der mittleren
Längsebene des Mode-
raumes des iiohlleiterstrahlers, die sich in
Ausbreitungsrichtung
der Wellen erstreckt, eine elektrische Kurzschlußebene
mechanisch oder elektrisch simuliert realisierbar ist.
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Diese Kurzechlußebene erstreckt sich vorzugsweise
über angenähert
die gesamte Längsausdehnung der Längsebene des boderaumea
und ist
mechanisch auf eine zwar mögliche,@wenn auch gegenüber
der elek-trisch simulierten Weise unelegantere Art durch Einbringen
einer
elektrisch leitenden dünnen Platte in die Längsebene realisierbar:
Bevorzugt
wird die Kurzechlußebene jedoch unter Verwendung von
mindestens
einem senkrecht zur Wellenausbreitungerichtung in der
Längsebene angeordneten
Resonanzstift verwirklicht, der jeweils
über eine ungefähr
lange Stichleitung (k = Wellenlänge) mit
einer biikrowellenachaltdiode,
vorzugsweise einer PIN-Diode, verbunden ist, durch deren Umschaltung die
Anordnung wahlweise in
Serien- oder Parallelresonanz versetzbar ist.
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Bei Verwendung mehrer in der .Längsebene hintereinander
angeord-
neter derartiger, mit Schaltdioden kombinierter Resonanzstifte,
müssen
übrigens beim Umschalten je nach gewünschter Bündelungsschärfe nicht immer
alle Dioden gleichsinnig geschaltet werden.
Die Kurzschlußebene
ist aber auch auf andere Weise realisierbar,
beispielsweise durch
in derselben angeordnete und vom leitenden
in den nichtleitenden Zustand
umschaltbare Gasentladungsstrecken. Bei der erfindungsgemäßen Mikrowellenantenne
wird zum Erzeugen
eines scharf gebündelten Richtdiagramms in an sich bekannter
Weise von der Mehrmodetechnik Gebrauch gemacht, indem in der
Apertur
der Antenne gleichzeitig die Schwingungsmoden vom Typ
H10 und H30 angeregt
werden, während bei Wirksamwerden der Kurz
schlußebene gemäß der Lehre der
Erfindung in der Apertur der
Antenne, die dann in zwei gleich große
benachbarte Flächen auf-
geteilt ist, je eine Welle nur des H10-Typs
gleichphasig ange-
regt wird.
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Anhand der Abbildungen sei im folgenden ein bevorzugtes Auführungsbeispiel
der Erfindung im einzelnen beschrieben.
Bei dem Hohlleiterstrahler
nach Figur 1 läßt sich mit Hilfe eines
in der H-Ebene gefalteten
magischen T die Leistung der Stammlei-
tung 1 auf zwei Hohlleiter 3 und 4
zu gleichen Teilen aufspalten.
Durch Fortlassen der Mittelwand werden sämtliche
geraden Hohlleitermoden (H10, H30, H50 ... ) angeregt. Der dadurch
entstandene
Raum, der Moderaum, ist dabei so dimensioniert, daß seine Breite
a
der Ungleichung 1,5 X < a d-' 2 X genügt und damit nur die zwei
niedrigsten
geraden Hmo-Wellen ausbreitungsfähig sind. Das resul-
tierende Feld
in der strahlenden Öffnung des Kastens erzeugt das
Primärdiagramm.
Die beiden Moden werden an der Sprungstelle gegen-
phasig angeregt.
Sie haben unterschiedliche Hohlleiter-Wellenlängen. Die Länge L des Mbderaumes
ist so gewählt, daß zwischen
beiden Wellen ein Phasenunterschied von
n entsteht und sich damit
die beiden Moden in der Aperturebene
gleichphasig überlagern kön-
nen. Das Amplitudenverhältnis
ist durch Ausbildung der Sprungstelle in weiten Grenzen beeinflußbar.
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Figur 2 zeigt die Strahlungsdiagramme des Erregers in Abhängig- keit
des Amplitudenbewertungsfaktors
d. h. dem Verhält-
nis der der Schmalseite des Moderaumes
parallelen elektrischen
FGldstärkekomponenten - (in Moderaummitte)
- bei gleichem Lei-
stungsinhalt der beiden Moden. Die Aperturbelegung
der Primär-
strahlungsquelle erzeugt im Zusammenwirken mit einem Parabolspie-
gel
ein bestimmtes Sekundärdiagramm.
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Wählt man beispielsweise einen Reflektordurchmesser
von D m 25 71: bei einer Ausleuchtung 2 8 = 960 und legt
der Rechnung einen
Amplitudenbewertungsfaktor von 0,7 der beiden Moden zugrunde,
so
erhält man das in Figur 3 dargestellte Sekundärdiagramm mit
einer Breite
von 2,10.
Zum Vergleich wurde nun das Diagramm bere2hnet,
bei dem die
Wand zwischen beiden Hohlleitern bis zur strahlenden Öffnung
weitergeführt
ist. Die beiden durch die Verzweigung gespeisten
Wohlleiter
führen also gleichphasig Hip-Wellen. Die Belegung in der Aperturebene
der Primärstrahlungsquelle für diesen Fall
ist in Figur 2 dargeätsllt.
Bei gleich gewähltem Reflektordurchmesser und Ausleuchtung liefert die
Rechnung das in Figur 3 an-
gegebene Sekundärdiagramm (Zustand 2).
Die 3 dB-Breite ist in
diesem Falle um den Faktor 3,1 größer als im
Zustand 1 (Fig. 3).
Läßt man noch eine Einsattelung dieses verbreiterten
Diagramms
zu, so vergrößert sich die zu erreichende 3 dB-Breite.
Nach der Erfindung wird nun eine elektronische Umschaltung von
dem ersten
Zustand in den zweiten vorgenommen. Hierzu bietet
sich die bekannte Technik
des Schaltens der Hochfrequenzenergie mit Hilfe von PIN-Dioden
an. Sie sollen hier die Trennwand zwi-
schen den beiden Hohlleitern bilden
und es erlauben, innerhalb
weniger nsec durch Anlegen einer Steuerspannung
einmal die Trenn-
wand wirksam erscheinen zu lassen und im anderen Falle
nicht.
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Die Trennwand der beiden Hohlleiter wird durch mindestens
einen EIN-Diodenschalter ersetzt (siehe Fig. 4). Innerhalb
des Mode-
raumes befinden sich nur Stifte mit Resonanzeigenschaften. Die
eigentliche
Diode sitzt außerhalb des Hohlleiters im ungefähren
Abstand
von
Durch Anlegen einer Steuerspannung wird der Leit-
wert der
Diode geändert. Er bewirkt ein Umklappen des einzelnen
Stiften von einem
Reihenresonanzfall in den einer Parallelreso-
nanz. Im ersten Fall stellt
der Stift einen Kurzschluß der beiden
Hohlleiterwänd«dar, dessen
Güte von dem niedrigen ohmachen Widerstand der Diode in Durchlaßrichtung
abhängt. Im Parallelresonanzfall geht der Sperrviderstand
der Diode ein (etwa 10 krI). Diesen
Leerlaufverhalten bewirkt eine
geringe Dämpfung der Mikrowellen-
energie, ohne aber die resultierende
Aperturbelegung zu ändern.
Damit ist es möglich, zwischen
den oben betrachteten Zuständen
den Antennendiagramms hin- und
herzuschalten.