DE1952212A1

DE1952212A1 - antenna

Info

Publication number: DE1952212A1
Application number: DE19691952212
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Nagai; Torao Nagai; Sohji Okamura
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1968-10-16
Filing date: 1969-10-16
Publication date: 1970-04-30
Also published as: US3611400A; GB1297153A

Description

Dr. F. Zumstoin sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Kocnlgsberaer - Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F.-Zumsteln Jun.Dr. F. Zumstoin Sr. - Dr. E. Assmann Dr. R. Kocnlgsberaer - Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F.-Zumsteln Jun.

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS

TELEFON: SAMMEL-NR, 22i>3 41TELEPHONE: COLLECTIVE NO, 22i> 3 41

THLKX S2Q379 TELEGRAMM!?.: ZUMPATTHLKX S2Q379 TELEGRAM!?.: ZUMPAT

posTSCHECKKONT O: München 91133POSTSCHECKKONT O: Munich 91133

BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSERBANK ACCOUNT: BANKHAUS H. AUFHÄUSER

8 MDNCHEN 2, BRÄUHAUSSTRASSE 4/1»8 MDNCHEN 2, BRÄUHAUSSTRASSE 4/1 »

9/Ma9 / Ma

Case 44 361-3Case 44 361-3

Tokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Kawasaki / JapanTokyo Shibaura Electric Co., Ltd. Kawasaki / Japan

Antenneantenna

Die Erfindung betrifft eine Richtantenne mit mehreren phasenverschoben gespeisten Antennenelementen, insbesondere eine Richtantenne mit phasenverschoben gespeisten Antennenelementen zur Verwendung als Antenne für die Radar-Nachrichtenübertragung und Nachrichtenübertragung über bzw. zu künstlichen Satelliten.The invention relates to a directional antenna with several out of phase fed antenna elements, in particular a directional antenna with phase-shifted fed antenna elements for use as an antenna for radar communications and communications over or to artificial Satellites.

Bekannte Richtantennen mit phasenverschoben gespeisten Antennenelementen dieser Art, die praktisch verwendet v/erden, sind gewöhnlich, im Fall der Parallelspeisung, gemäß Fig. 1 der beigefügten Zeichnung aufgebaut. Wird beispielsweise die Anzahl der Antennenolemente mit r bezeichnet, so sind dieKnown directional antennas with phase-shifted antenna elements of this type, which are practically used, are usually, in the case of parallel feed, according to FIG. 1 the attached drawing. If, for example, the number of antenna elements is denoted by r, then the

818/1263818/1263

jeweiligen Antennenelemente H₁, H₂) ^1:L3>···» ^i:L _r über eine Zuführung 13, die aus zwei parallelen Leitungen oder einer Koaxialleitung besteht, parallel an eine gemeinsame Antennenleistungsquelle 12 angeschlossen, wobei die Antennenelemente in gleichem Abstand d voneinander angeordnet sind. In diesem Falle sind die Phasenschieber 14^ 14₂, 14₃, ..., 14_r_₁ in Reihe an die Zuführklemmen der jeweiligen Antennenelemente H₁I Hp, ···} H angeschlossen. Dadurch unterscheiden sich die Phasen der durch die jeweiligen Antennenelemente fließen-respective antenna elements H ₁ , H ₂ ) ^{1: L} 3> ··· » ^{i: L} _r via a feed 13, which consists of two parallel lines or a coaxial line, connected in parallel to a common antenna power source 12, the antenna elements at the same distance d are arranged from each other. In this case, the phase shifters 14 ^ 14 ₂ , 14 ₃ , ..., 14 _r _ _{1 are connected} in series to the feed terminals of the respective antenna elements H ₁ I Hp, ···} H. This means that the phases of the flow through the respective antenna elements differ.

,_.. . . ., . ~ίθ -jkdsinö -j2kdsinO, _ ... . .,. ~ ίθ -jkdsinö -j2kdsinO

den Strome schrittweise um e -* , e ^J ,e ,...,the current step by step by e - *, e ^J , e, ...,

_e-jrkdsmö^ _{worin k =} 2-rf/A und Λ die Wellenlänge des Antennenstroms ist, der von der Antennen-Leistungsquelle 12 _e -jrkdsmö ^ _{where k =} 2-rf / A and Λ is the wavelength of the antenna current flowing from the antenna power source 12

zugeführt wird, so daß die Ablenkrichtungen (in diesem Falle die Richtung von Θ) einander entsprechender Strahlen der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen vom Justiergerät (boresight) der einzelnen Antennenelemente aus gesehen im wesentlichen zusammenfallen.is supplied so that the deflection directions (in this case the direction of Θ) of corresponding rays of the emitted electromagnetic waves from the adjustment device (boresight) of the individual antenna elements seen essentially coincide.

Es ist festgestellt worden, daß bei derartigen Antennen mit phasenverschobener Elementenanordnung sehr komplizierte In.terferenzerscheinungen zwischen den einzelnen Antennenelementen auftreten, wenn für dieselben nicht eine geeignete Einrichtung zur Impedanzanpassung vorgesehen wird, so daß es nicht nur schwierig ist, sämtliche Ablenkrichtungen der Strahlen der von den jeweiligen Antennenelementen abgestrahlten elektromagnetischen Vi eil en miteinander in Übereinstimmung zu bringen, sondern darüber hinaus v/erden die Kennwerte der Strahlen der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen verzerrt, so daß •sich der Rauschabstand verschlechtert. Derartige Erscheinungen sind besonders auffällig, wenn die Last (in diesem Falle die / jeweiligen Antennenelemente) geändert wird oder die Frequenz des aus der Antennen-Leistungsquelle zugeführten Antennenstroms variiert. It has been found that such antennas with phase-shifted element array have very complicated interference phenomena between the individual antenna elements occur if a suitable device for impedance matching is not provided for the same, so that it is not only It is difficult to determine all deflection directions of the beams of the electromagnetic radiated by the respective antenna elements To bring ve rices into agreement, but moreover, the characteristics of the rays of the emitted electromagnetic waves are distorted so that • the signal-to-noise ratio deteriorates. Such phenomena are particularly noticeable when the load (in this case the respective antenna elements) is changed or the frequency of the antenna current supplied from the antenna power source varies.

Um diesen Nachteilen entgegenzuwirken, sind Einrichtungen zur Impedanzanpassung vorgeschlagen worden, wie sie in den Fig. 2A - 4 dargestellt sind. Enthält die Zuführung zur Ver- In order to counteract these disadvantages, devices for impedance matching have been proposed, as are shown in FIGS. 2A - 4. Contains the feed to the

0Omen2630Omen263

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

bindung der Antennen-Leistungsquelle 12 mit den Antennenelementen 11, bis 11 ein Paar paralleler Leitungen 13a (Fig. 2A) oder eine Koaxialleitung 13b mit einem äußeren Leiter .13 und einem inneren Leiter 13. „ (Fig. 2B) so ist eine Stichleitung 21 zur Impedanzanpassung mit ähnlichen parallelen aconnection of the antenna power source 12 with the antenna elements 11 to 11 a pair of parallel lines 13a (Fig. 2A) or a coaxial line 13b with an outer conductor .13 and an inner conductor 13. “(Fig. 2B) so is a stub line 21 for impedance matching with similar parallel a

Leitungen bzw· eine ähnliche Koaxialleitung mit kurzgeschlossenen Enden an einem geeigneten Punkt längs der Länge der Zuführung 13 oder 13, angeschlossen. Die Länge ■£ derLines or a similar coaxial line with short-circuited ends at a suitable point along the length of the feed 13 or 13. The length of ■ £

a ο ■ ta ο ■ t

Stichleitung 21 oder 21, bis zu den kurzgeschlossenen Enden ist folgendermaßen eingestellt. Wie in Fig. 3 gezeigt, besitzt die Stichleitung zur Impedanzanpassung die Form einer Koaxialleitung 21. . Diese Koaxialleitung ist hohl, ihr äußeres Ende ist offen. Ihre Länge ist größer als die halbe Wellenlänge des Antennenstromes. Ein beweglicher Kurzschließer 22 aus einem Leiter, dessen Länge größer ist als die halbe Wellenlänge des Antennenstromes wird durch des offene Ende der Stichleitung eingesetzt und in Richtung der Pfeile 23 oder 24 mechanisch eingestellt. Eine derartige mechanisch betätigte Einrichtung zur Impedanzanpassung erfordert nicht nur eine mühsame Betätigung, sondern es ist auch schwierig, sie schnell entsprechend den Änderungen der Belastung und der Frequenz des Antennenstromes einzustellen. Ist ferner eine derartige einzelne Stichleitung zur Impedanzanpassung für jedes Antennenelement vorgesehen, so ist es notwendig, die Antennenzuführung an jedem Punkt, wo die Stichleitung angeschlossen wird, aufzuschneiden. Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurden drei Stichleitungen, deren Abstand je 1/4 Wellenlänge beträgt, an der Zuführung angeschlossen. Diese Lösung ist zwar insofern vorteilhaft, als es möglich ist, die erforderliche Anpassung unabhängig von der Länge zwischen den Einsatzpunkten der Stichleitungen und der Belastung vorzusehen, die Einstellung der Impedanzanpassung wird jedoch noch schv/ieriger.Branch line 21 or 21, up to the short-circuited ends, is set as follows. As shown in Fig. 3, has the stub for impedance matching takes the form of a coaxial line 21.. This coaxial line is hollow, its exterior The end is open. Their length is greater than half the wavelength of the antenna current. A movable short circuiter 22 from a conductor whose length is greater than half the wavelength of the antenna current is inserted through the open end of the stub line and mechanically in the direction of arrows 23 or 24 set. Such a mechanically operated device for impedance matching not only requires a cumbersome one Exercise, but it is also difficult to do it quickly according to changes in load and frequency of the antenna current. It is also one of those individual stub lines are provided for impedance matching for each antenna element, so it is necessary to feed the antenna cut open at each point where the branch line is connected. To avoid this disadvantage, three were made Branch lines with a distance of 1/4 wavelength each connected to the feed. This solution is advantageous in that it allows the necessary adaptation The setting must be provided regardless of the length between the points of use of the stub lines and the load however, impedance matching becomes even more difficult.

Eine weitere bekannte Einrichtung zur Impedanzanpassung besteht aus einer Anpassungseinrichtung mit zwei InnenleiternAnother known device for impedance matching consists of a matching device with two inner conductors

009818/1283009818/1283

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

-A--A-

(Fig. 4),bei der eine Koaxialleitung 13 mit zwei Innenleitern verwendet wird, die aus einem äußeren Leiter 13 , und zwei Innenleitern 13 ~ ^{und 13} _C3 ^bestent> ^d:*-^{e an} einem ihrer Enden miteinander verbunden sind. Diese Innenleiter sind mittels einer leitenden Kurzschlußplatte A in einem Abstand ^, an den verbundenen Enden kurzgeschlossen. Die Innenleiter und der Außenleiter 13 . sind mittels einer leitenden Kurzschlußplatte B in einem Abstand cL ^von den verbundenen Enden kurzgeschlossen. Die Kurzschlußplatten A und B sind mechanisch voneinander unabhängig einstellbar. Bei dieser Anpassungseinrichtung ist jedoch einenoch kompliziertere 9) Einstellung notwendig als bei den in den Fig. 2A und 2B gezeigten. (Fig. 4), is used in a coaxial line 13 having two inner conductors> ^d of an outer conductor 13 and two inner conductors 13 ~ ^{and 13} _C 3 ^{^bestent:} * - ^e are connected together ^at one of their ends. These inner conductors are short-circuited at the connected ends by means of a conductive short-circuit plate A at a distance ^. The inner conductor and the outer conductor 13. are short-circuited by means of a conductive short-circuit plate B at a distance cL ^from the connected ends. The short-circuit plates A and B can be adjusted mechanically independently of one another. This adapter, however, requires an adjustment 9) more complicated than that shown in Figs. 2A and 2B.

Ferner ist jede dieser bekannten Impedanzanpassungseinrichtungen nur wirksam für Veränderungen in der Belastung, nicht jedoch für Veränderungen in der Ablenkrichtung der Strahlen der elektromagnetischen Wellen, die von den jeweiligen Antennenelementen abgestrahlt werden. Aus diesem Grunde war es notwendig, wie oben beschrieben, Phasenschieber zu verwenden. Furthermore, each of these known impedance matching devices is only effective for changes in the load, not however, for changes in the deflection direction of the beams of electromagnetic waves emitted by the respective antenna elements be emitted. For this reason it was necessary to use phase shifters as described above.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher eine Richtantenne mit phasenverschoben gespeisten Antennenelementen, bei der ™ die Ablenkrichtungen der Strahlen der elektromagnetischen Wellen, die von den jeweiligen Antennen abgestrahlt werden, als auch deren Spannung schnell und glatt mit elektrischen Einrichtungen eingestellt werden kann.The aim of the present invention is therefore a directional antenna with phase-shifted antenna elements in which ™ the deflection directions of the rays of the electromagnetic Waves that are radiated from the respective antennas, as well as their voltage quickly and smoothly with electrical Facilities can be set.

Die erfindungsgemäße Richtantenne mit phasenverschoben gespeisten Antennenelementen enthält eine Antennen-Leistungsquelle, mehrere Antennenelemente, die in gleichen Abständen an die Quelle angeschlossen sind, und einen Vierpol zur Impedanzwandlung, der zwischen jedem Antennenelement und der Quelle so angeschlossen ist, daß die Ablenkrichtung desThe directional antenna according to the invention with phase-shifted antenna elements contains an antenna power source, multiple antenna elements equally spaced are connected to the source, and a quadrupole for impedance conversion between each antenna element and the source is connected so that the deflection direction of the

009818/1263009818/1263

Strahls der von jedem Antennenelement abgestrahlten elektromagnetischen Welle und <
'variiert werden können*.Beam of the electromagnetic wave radiated from each antenna element and <
'can be varied *.

magnetischen Welle und die Spannung desselben elektrischmagnetic wave and its voltage electrical

Der Stand der Technik wurde bereits anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Figuren 1 bis 4 erläutert. Im einzelnen zeigenThe prior art has already been explained with reference to FIGS. 1 to 4 shown in the accompanying drawing. Show in detail

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Richtantenne mit phasenverschoben gespeisten Antennenelementen ; 1 shows a schematic representation of a known directional antenna with antenna elements fed out of phase ;

Fig. 2A und 2B bekannte Impedanzanpassungs-Einrichtungeh, die bei der in Fig. 1 gezeigten Antenne angewendet werden können;2A and 2B known impedance matching devices, which can be applied to the antenna shown in FIG. 1;

Fig. 3 einen in die Einzelheiten gehenden Aufbau der in Fig. 2B gezeigten Impedanzanpassungs-Einrichtung;Fig. 3 shows a detailed structure of the in Fig. 2B shown impedance matching device;

Fig. 4 ein weiteres Beispiel einer bekannten Impedanzanpassungs-Einrichtung, die für die in Fig. 1 gezeigte Richtantenne verwendbar ist.4 shows a further example of a known impedance matching device, which can be used for the directional antenna shown in FIG.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten beispielsweisen Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:The invention will be described below with reference to the exemplary embodiment shown in the accompanying drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 5 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Richtantenne;5 shows the circuit diagram of a directional antenna according to the invention;

Fig. 6 und 7 verschiedene Arten von Vierpolen zur Impedanzwandlung, die für die in Fig. 5 gezeigte Richtantenne verwendet werden;6 and 7 different types of quadrupole for impedance conversion, those used for the directional antenna shown in Fig. 5;

Fig. 8 eine Ausführungsform des bei der in Fig. 5 gezeigten Richtantenne tatsächlich verwendeten Vierpols zur Impedanzwandlung ;FIG. 8 shows an embodiment of that shown in FIG Directional antenna actually used quadrupole for impedance conversion;

87 128387 1283

Fig. 9 ein Smith¹sches Leitungsdiagramm, mit der Darstellung der Impedanzänderung des in Fig. 8 gezeigten Vierpols zum Impedanzwandlung;FIG. 9 is a Smith ¹ line diagram showing the change in impedance of the quadrupole circuit shown in FIG. 8 for impedance conversion; FIG.

Fig. 10 und 11 weitere Beispiele von Vierpolen zur Impedanzwandlung ;FIGS. 10 and 11 show further examples of quadrupoles for impedance conversion ;

Fig. 12A und 12B abgewandelte Ausführungsformen, wobei die in Fig. 11 gezeigte Leitung mit verteilten Leitungselementen durch Leitungen mit konzentrierten Elementen ersetzt ist}FIGS. 12A and 12B show modified embodiments, the line shown in FIG. 11 with distributed line elements is replaced by conduits with lumped elements}

Fig. 13 bis 16 verschiedene Beispiele von Zwei-Drahtleitungen mit verteilten Elementen; und13 to 16 different examples of two-wire lines with distributed elements; and

Fig. 17 eine weitere Ausführungsform des Vierpols zur Impedanzwandlung, der eine geeignete Kombination der in den Fig. 13 bis 16 dargestellten Leitungen enthält.17 shows a further embodiment of the quadrupole for impedance conversion, which is a suitable combination of the in the 13-16 includes lines illustrated.

Der Aufbau der Richtantenne mit phasenverschoben gespeisten Antennenelementen wird im'folgenden anhand der Fig. 5 bis 7 beschrieben. Ähnlich wie bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung sind mehrere Antennenelemente 33., 33_, 33-, ·.., 33The structure of the directional antenna with out-of-phase feed Antenna elements will be described in the following with reference to FIGS described. Similar to the arrangement shown in FIG are several antenna elements 33., 33_, 33-, · .., 33

32 1 <- -> πι32 1 <- -> πι

über einen Antennenverteiler/parallel an eine Antennen-Leistungsquelle 31 angeschlossen. Die Antennenelemente liegen um gleiche Abstände d voneinander entfernt, und bilden so eine Richtantenne mit phasenverschoben gespeisten Antennenelementen. Erfindungsgemäß liegei zwischen den Zufuhrenden der Antennen elemente 33,, 33,., 33_O, ..., 33 und dem Antennen-Connected in parallel to an antenna power source 31 via an antenna distributor. The antenna elements are spaced equal distances d from one another and thus form a directional antenna with antenna elements fed out of phase. According to the invention Liegei between the feed ends of the antenna elements 33 ,, 33,., 33 _O , ..., 33 and the antenna

i. d ο mi. d ο m

verteiler 32 Vierpole 34,, 34_?, ··., 34 , zur Impedanzwandlung, deren Charakteristiken weiter unten beschrieben werden' sollen. Gewünschtenfalls kann zwischen dem Antennenverteiler 32 und der Quelle 31 ein ähnlicher Vierpol 35 zur Impedanz-Wandlung angeschlossen sein.distributor 32 four-pole 34 ,, 34 _? , ··., 34, for impedance conversion, the characteristics of which will be described below. If desired, a similar quadrupole 35 for impedance conversion can be connected between the antenna distributor 32 and the source 31.

Betrachtet man eine Spaltenmatrix {jf\ des aus der Quelle 31 über den Antennenverteiler 32 den jeweiligen AntennenelementenIf one considers a column matrix {jf \ des from the source 31 via the antenna distributor 32 to the respective antenna elements

00811 fir/ I 26300811 fir / I 263

33-, ..·, 33 zugeführten Antennenstroms, so ist aus der obigen Beschreibung klar, daß die folgende Beziehung eingehalten werden sollte:33-, .. ·, 33 supplied antenna current, then it is from the description above that the following relationship should be observed:

(1)(1)

darin ist 0 « 2 ⁴KfX · d^#sin0 und a. das Amplitudenverhaltnis. where 0 «2 ⁴ KfX · d ^# sin0 and a. the amplitude ratio.

Betrachtet man eine M-reihLgeund M-spaltige Matrix jjz) für die SelbstStrahlungsimpedanz und die gegenseitige Strahlungsim-If one considers an M-series and M-column matrix jjz) for the Self-radiation impedance and the mutual radiation impedance

(Kopplungsimpedanz)
peaanzi/zwiscnen m Antennenelementen und eine Spaltenmatrix (vj für die zugeführte Spannung der jeweiligen .Antennenelemente 33.,'..., 33 , so ergeben sich folgende Gleichungen:(Coupling impedance)
peaanzi / between m antenna elements and a column matrix (vj for the supplied voltage of the respective antenna elements 33., '..., 33, the following equations result:

(y)' - (ζ) χ (i)(y) '- (ζ) χ (i)

In Gleichung (.2) istIn equation (.2) is

^Vi ^V i

andother

/ rr/ rr

009818/1283009818/1283

(2)(2)

'11 12'' * *' '21 ^Z22'···' '11 12 '' * * ''21 ^Z 22' ··· '

mlml

lJTilJTi

ranran

ßAD ORIGINALßAD ORIGINAL

darin ist Z.. die gegenseitige Strahlungsimpedanz zwischen dem i-ten und dem k-ten Antennenelement, und Z.. die Selbst-where Z .. is the mutual radiation impedance between the i-th and k-th antenna elements, and Z .. the self-

j- . 11 .j-. 11.

,Strahlungsimpedanz des i-ten Antennenelements· (i a 1*- m, k = 1 ~ m und i, \ k), Radiation impedance of the ith antenna element (i a 1 * - m, k = 1 ~ m and i, \ k)

Demnach kann die zugeführte Spannung V. des i-ten Antennenelements 33., die zur Speisung eines AntennenStroms I.»e"*^ ~ zu demselben durch den Vierpol 34_i__₁ zur Impedanzwandlung benötigt* wird folgendermaßen, aus Gleichung (2). abgeleitet werden;Accordingly, the supplied voltage V. of the i-th antenna element 33, which is required for feeding an antenna current I. "e" * ^ ~ to the same through the quadrupole 34 _i __ ₁ for impedance conversion * is as follows, from equation (2). be derived;

V₁ , Σ z_in·«A;e-^»-«* .... (3)V ₁ , Σ z _in · «A; e - ^» - «* .... (3)

Nimmt man den Strom I- durch das erste Antennenelement 33. als Bezug, so ergibt sich aus Gleichung (3)If the current I- through the first antenna element 33 is used as a reference, then equation (3) gives

* V₁ . X₁. S _Zin._Ve-ⁱ⁽ⁿ-^1)(S ·* V ₁ . X ₁ . S _interest . _V e- ^{i (n} - ^{1) (S}

Die zugeführte Spannung V- des ersten oder Bezugs-Antennenelementes wird ausgedrückt durchThe applied voltage V- of the first or reference antenna element is expressed by

i Ai A

n=in = i

Die Phase des durch das erste Antennenelement fließenden Stroms- I, kann willkürlich festgelegt werden, da der Verlauf der von den jeweiligen Antennenelementen ,33-, ..., 33 abgestrahlten Strahlen der elektromagnetischen Wellen durch die relativen Werte der Ströme der jeweiligen Antennenelemente bestimmt wird.The phase of the flowing through the first antenna element Current I, can be determined arbitrarily, since the course of the antenna elements, 33-, ..., 33 radiated rays of electromagnetic waves through the relative values of the currents of the respective antenna elements is determined.

009618/1263009618/1263

Wird die Bezugsspannung V_Q direkt an den Zuführungsanschluß des ersten oder Bezugsantennenelementes 33^ aus der Antennenleistungsquelle 31 zugeführt, so ergibt sich aus Gleichung (5)If the reference voltage V _{Q is} fed directly to the feed connection of the first or reference antenna element 33 ^ from the antenna power source 31, then equation (5) results in

IeIe

Setzt man, Gleichung (6) in Gleichung (4) ein, so ergibt sichInserting equation (6) into equation (4) results in

Damit ergibt sich als für den Vierpol 3⁴^_-1 ^zur Impedanzwandlung notwendige Impedanz Z., die zwischen dem Zu
führung sanSchluß des i-ten Antennenelementes 33. und dem
Antennenverteiler 32 eingesetzt werden muß:This results in the impedance Z., which is necessary for the four-pole 3 ⁴ ^ _-1 ^{for impedance conversion, between the To}
Leading connection of the i-th antenna element 33. and the
Antenna distributor 32 must be used:

Damit ergibt sich für I., der dem i-ten Antennenelement 33. zugeführt werden mußThis results in I., that of the i-th antenna element 33. must be supplied

n=l ^{X n} n = l ^{X n}

Die Richtantenne mit phasenverschoben gespeisten Antennenelementen kann daher so aufgebaut werden, daß die Vierpole 34.. , ...,34 _Λ zwischen den Zuführungsanschlüssen der jeweiligen Antennenelemente 33,, ..., 33 und dem Antennen-The directional antenna with phase-shifted antenna elements can therefore be constructed in such a way that the four-pole terminals 34 .., ..., 34 _Λ between the feed connections of the respective antenna elements 33 ,, ..., 33 and the antenna

verteiler 32 angeschlossen werden, wobei die Ausgangsspannung der Vierpole die Beziehung V. gemäß Gleichung (7) erfüllt, wenn die Eingangsspannung gleich V_Q ist· _ ,distributors 32 are connected, the output voltage of the four-terminal network satisfying the relationship V. according to equation (7), if the input voltage is equal to V _Q _,

Um die den Eingängen der jeweiligen Vierpole 34., ..., 34 . zur Impedanzwandlung von der Antennen-Leistungsquelle 31 über den Antennenverteiler 32 aufgedrückte Spannung gleich ν« zu machen, ist es notwendig, die Länge der Zuführleitungen zwischen dem Antennenverteiler und den jeweiligen Vierpolen so zu wählen, daß sie ein ganzzahliges Vielfaches von 2 TV beträgt, da sämtliche Antennenelemente parallel von der £ gleichen Quelle'31 gespeist werden. Dadurch wird an der Antennenverteilung den Eingängen der Vierpole 34.., ..., 34 . zur Impedanzwandlung die gleiche Spannung angelegt·Around the inputs of the respective quadrupole 34th, ..., 34th For the impedance conversion of the antenna power source 31 via the antenna distributor 32 to make the voltage imposed equal to ν «, it is necessary to choose the length of the feed lines between the antenna distributor and the respective quadrupole so that it is an integral multiple of 2 TV , since all antenna elements are fed in parallel from the same source31. As a result, the inputs of the quadrupole 34 .., ..., 34. the same voltage applied for impedance conversion

Als Beispiele für Vierpole 34., ···, 34 . zur Impedanzwandlung, die für die praktische Verwendung geeignet sind, können folgende genannt werden:As examples of quadrupole 34., ···, 34. for impedance conversion, which are suitable for practical use can be mentioned as follows:

Enthält jeder Vierpol 34",. ...,34 . zur Impedanzwandlung zwei parallele Reaktanzelemente X, und X_?, die jeweils in einem Abstand von λ/4 von den Zuführanschlüssen 41. und 42. der Zuführleitungen 41 und 42 liegen, die aus zwei parallelen ^ Leitungen, die aus einer Koaxialleitung bestehen können, zur Last Z. oder den jeweiligen Antennenelementen bestehen, wie in Fig. 6 gezeigt, so kann ihre Grundmatrix ^P-J ausgedrückt werden durchEach contains four pole 34 ',. ..., 34th parallel for impedance conversion, two reactance X, and _X? Each lie at a distance of λ / 4 from the supply ports 41 and 42 of the feed lines 41 and 42 from two parallel ^ lines, which may consist of a coaxial line, to the load Z. or the respective antenna elements, as shown in Fig. 6, their basic matrix ^ PJ can be expressed by

^Z0 ^Z 0

-1-1

(10)(10)

00Ι018/Ϊ26300Ι018 / Ϊ263

' Besteht jeder Vierpol 34,, ·.·, 34. zur Impedanzwandlung jaus drei Reaktanzen X,, X₂ und X,, die jeweils von den ZufUhranschlUssen 4I₁ und 42 zweier paralleler ZufUhrleitungen 41 und 42 zu Z., das, wie in Fig. 7 gezeigt, aus dem Antennenelement besteht, in einem Abstand von Λ/4, so ergibt sich deren Basismatrix (V?^ ^zu 'If each quadrupole 34 ,, ·. ·, 34 for impedance conversion jaus three reactances X ,, X ₂ and X ,, respectively from the supply Anschlussen 4I ₁ and 42 two parallel feed lines 41 and 42 to Z., which, as in Fig. 7, which consists of the antenna element, at a distance of Λ / 4, the result is its base matrix (V? ^ ^To

- 1- 1

X² X ²

- 1- 1

(11)(11)

In beiden Figuren 6 und 7 gilt daherThe following therefore applies in both FIGS. 6 and 7

• (12)• (12)

Setst man die Gleichungen (6), (7) und (9) in die Gleichung (12) ein, so ist Substituting equations (6), (7) and (9) into equation (12), then

- D- D

(13)(13)

Der gewünschte Vierpol zur Impedanzwandlung kann gebildet werden, indem man die Werte X, und X- bestimmt, die notwendig sind, um den rechten und linken Term der Gleichung (13) gleichzumachen. The desired quadrupole for impedance conversion can be formed by determining the values X, and X- necessary to make the right and left terms of equation (13) equal.

009818/1263009818/1263

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

Es sei nunIt is now

VW -%(%■*-> R₁X_n -VW -% (% ■ * -> R ₁ X _n -

2 ^X2 " ^Z02 ^X 2 " ^Z 0

Aus den obigen Gleichungen können erfindungsgemäß die Werte paralleler Reaktanzen X₁ und X₂ und damit die Werte der Vierpole 34, bis 34 , zur Impedanzwandlung, wie sie in den Figuren 6 und 7 gezeigt sind, bestimmt werden, die zur Erzeugung einer Spannung V₁ am Anschluß jedes Vierpols verwendet werden. Treten in diesem Fall Änderungen des Winkels θ auf, mit dem die von den Antennenelementen 3S₁ bis 33_m abgestrahlten Strahlen abgelenkt werden, so werden die Werte von X, und Xp entsprechend geändert, so daß es notv/endig ist, diese Werte elektrisch auf das jeweils richtige Niveau einzustellen, das vor dem Auftreten derartiger Änderungen bestand. May be prepared from the above equations according to the invention, the values of parallel reactances X ₁ and X _2, and thus the values of the four poles 34 to 34 for impedance conversion, as shown in Figures 6 and 7, are determined, which for generating a voltage V ₁ can be used at the connection of each quadrupole. If, in this case, changes occur in the angle θ at which the _{beams radiated from the antenna elements 3S 1} to 33 _m are deflected, the values of X, and Xp are changed accordingly, so that it is necessary to electrically show these values adjust to the correct level that existed before such changes occurred.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel variabler Reaktanzelemente X^ und Xp. zur Verwendung in einem Vierpol, wie er in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist, das die in Fig. 6 und 7 und im Zusammenhang damit beschriebene Beziehung erfüllen kann, wobei die Schaltelemente 49 und 50, deren Reaktanz elektrisch variiert werden kann, beispielsweise variable Kapazitätsdioden, zwischen einem Ende S₁ und 4_χ und dem anderen Ende 3₂ und 4₂ jederFig. 8 shows an example of variable reactance elements X ^ and Xp. for use in a quadrupole, as shown in FIGS. 6 and 7, which can satisfy the relationship described in FIGS. 6 and 7 and in connection therewith, the switching elements 49 and 50, the reactance of which can be varied electrically, for example variable capacitance diodes, between one end S ₁ and 4 _χ and the other end 3 ₂ and 4 ₂ each

C09818/1263C09818 / 1263

parallelen Leitung 3 und 4 angeschlossen ist. Die beiden parallelen Leitungen 3 und 4 liegen bis zu einer vorher bestimmten Stelle in Längsrichtung der Zuführleitungen 41 und 42 parallel, die zu den Antennenelementen 33,, ···, 33 führen, wobei die Zuführleitungen zwei parallele Leitungen mit einer Länge von /»/4 enthalten. Die Schaltelemente 49 und 50 sind jeweils über Schaltelemente 43, 44, 45 und 46, die Gleichstrom durchlassen und gewünschtenfalls in der Schaltung enthalten sind, an variable Gleichstrom-Spannungsquellen 47 und 48 angeschlossen. Die Impedanz Zj. der von den Eingängen 3, und 4., über die Leitungen 3 und 4 gesehen zwischen den Ausgängen liegenden Diode 50 wird ausgedrücktparallel line 3 and 4 is connected. The two parallel lines 3 and 4 are up to one before certain point in the longitudinal direction of the feed lines 41 and 42 parallel to the antenna elements 33 ,, ···, 33 lead, the supply lines containing two parallel lines with a length of / »/ 4. The switching elements 49 and 50 are in each case via switching elements 43, 44, 45 and 46, which pass direct current and, if desired, in the Circuit included, to variable DC voltage sources 47 and 48 connected. The impedance Zj. the one seen from inputs 3 and 4, via lines 3 and 4 diode 50 lying between the outputs is expressed

7²
Z ° 7 ²
Z °

worin Z_Q die charakteristische Impedanz der Leitungen und Z_Q die Impedanz der Diode 49 bezeichnet.where Z _Q denotes the characteristic impedance of the lines and Z _Q denotes the impedance of the diode 49.

Betrachtet man Z„ als reine Reaktanz, so giltIf one considers Z “as pure reactance, then the following applies

Damit wird die Z_L entsprechendeAdmittanz Y- ausgedrückt durchThus, the admittance _{corresponding to Z L} is expressed by Y-

γ - JL _ ?BS - _i 1 ( i 1 γ Lr ^ γ - JL _? BS - _i 1 ( i 1 γ Lr ^

Andererseits wird die Impedanz Z₀ der zwischen den Eingängen 41, und 42.. liegenden Diode 49 ausgedrückt durchOn the other hand, the impedance Z _{0 of} the diode 49 lying between the inputs 41, and 42 .. is expressed by

²Ds ⁼ -^Wjiiiri ) ⁰^ (~0 <ycmax' ² Ds ⁼ - ^ Wjiiiri) ⁰ ^ (~ 0 <ycmax '

und die Admittanz Y_ , ,and the admittance Y_,,

Ls durchLs through

ο α »a 1 ο /12 sο α »a 1 ο / 12 s

Die Eingangsadmittanz Y_1n ist gegeben durch ^Yin ^{= Y}Ls ^{+ Y}Lk ⁼ Ordain.—(jw&nax.)The input _{admittance Y 1n} is given by ^Y in ^{= Y} Ls ^{+ Y} Lk ⁼ Ordain .— (jw & nax.)

Dementsprechend kann Y. in einem Bereich zwischenAccordingly, Y. can be in a range between

1) u· 3"(<yCiaax. 1 ) u * 3 "(<yCiaax.

variabel sein, innerhalb dessen Y. durch O geht.be variable, within which Y. passes through O.

ψ Bei derzeit erhältlichen variablen Kapazitätsdioden ist Cmin« β 2pF und Cmax. »70 pP, so daß sich bei einer Antennen-Stromfrequenz f„ = lOOQ MHz und Z_Q = 31,6 Ohm ergibt; ψ With variable capacitance diodes currently available, Cmin «β is 2pF and Cmax. "70 pP, so that at an antenna current frequency f" = 100Q MHz and Z _Q = 31.6 ohms;

Y. min. = -jY. min. = -J

3(3 (

= -ί 782.4 mS= -ί 782.4 mS

° -ά 782.4ms ⁼ -j 782.4 $° -ά 782.4ms ⁼ -j 782.4 $

Y. max. = d
¹ Y. max. = D
¹

OÖ9818/1263OÖ9818 / 1263

sind durch Änderung des Vorspannungspotentials Veränderungen zwischen -JCo**-j2, 442 und jt1, 28Q-~jeo möglich. Durch Verbreiterung des variablen Bereiches von Cmax. ~ Cmin. ist es möglich, den Bereich zu verringern, der unmöglich erreicht werden kann· Obwohl ein Bereich von ,-j 2|4m««0·*» j 1.28Q nicht erreicht werden kann, zeigen Versuchsergebnisse, daß es praktisch keinen Fall gibt, in dem es unmöglich ist, die tatsächlichen Schaltungen anzupassen. Obwohl das Stehwellenverhältnis der Schaltungen etwas von 1,0 abweicht, ergeben sich dadurch Iceine Schwierigkeiten.changes between -JCo ** - j2, 442 and j t 1, 28Q- ~ jeo are possible by changing the bias potential. By widening the variable range of Cmax. ~ Cmin. it is possible to reduce the range that is impossible to reach · Although a range of, -j 2 | 4m «« 0 · * »j 1.28Q cannot be reached, experimental results show that there is practically no case in which it is impossible to match the actual circuits. Although the standing wave ratio of the circuits deviates somewhat from 1.0, this creates difficulties.

In diesem Fall kann vorher die Beziehung zwischen dem Ablenkwink-el der Strahlen der elektromagnetischen Wellen, die von den verschiedenen Antennenelementen abgestrahlt werden und der Vorspannung, die auf die entsprechenden variablen Kapazitätsdioden 49 und 50 von den Gleichspannungsquellen .In this case, the relationship between the deflection angle the rays of electromagnetic waves radiated from the various antenna elements and the bias applied to the respective variable capacitance diodes 49 and 50 from the DC voltage sources.

47 und .48 aufgedrückt werden soll, berechnet werden. Dadurch ist es möglich, die Gleichstrom-Spannungsquellen durch die Programmsteuerung eines elektronischen Rechners ~ vollautomatisch, glatt und schnell entsprechend den Änderungen in ,der Last oder der AntennenStromfrequenz arbeiten su lassen.47 and .48 should be pressed. Through this is it possible to use the DC voltage sources through the program control of an electronic calculator ~ operate fully automatically, smoothly and quickly according to changes in, load or antenna power frequency su let.

Werden dabei die von den Gleichstrom-Spannungsquellen 47 undIf the DC voltage sources 47 and

48 an die variablen Kapazitätsdioden angelegten Spannungen in η Stufen verändert, so kann eine digitale Steuerung vorgesehen werden, die in η χ η gleichen Schritten rings um den Umfang eines Smith'sehen Leitungsdiagramms, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, variiert, (in diesem Beispiel ist η = 4).48 voltages applied to the variable capacitance diodes are changed in η steps, so a digital control can be provided in η χ η equal steps around the perimeter of a Smith's line diagram, as shown in Fig. 9 varies, (in this example η = 4).

Fig. 10 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem die Reaktanzelemente X, und X_ des in den Fig. 6 und 7 gezeigten Vierpols zur Impedanzwandlung je-Fig. 10 shows a further embodiment according to the invention, in which the reactance elements X, and X_ des in the Fig. 6 and 7 shown quadrupole for the impedance conversion of each

00*9818/126300 * 9818/1263

ß ORIGINALß ORIGINAL

weils eine Koaxialleitung 51 mit zwei Innenleitern 51„ und 51- enthalten, die durch einen Außenleiter 51 umschlossen sind. Jeder Innenleiter 51p und 5I₃ der Koaxialleitung 51 ist entlang seiner Länge in kleine* Abschnitte AL unterteilt. Gleichstrom-Blockkondensatoren und Kopplungskondensatoren C,, , C.p, C, η und Cp,, Cp₂ und 9?3 ^m^^ ^aus"~ reichend geringer Reaktanz bei der Antennenstromfrequenz sind zwischen den unterteilten Abschnitten angeschlossen. Über abwechselnde Abschnitte der Innenleiter 51p und 51-sind beispielsweise" pin-Dioden D,,_f D,-.... angeschlossen, zwischen dem Außenleiter 51- und einer Gruppe abwechselnderbecause it contains a coaxial line 51 with two inner conductors 51 ″ and 51- which are enclosed by an outer conductor 51. Each inner conductor 51p and 5I _{3 of} the coaxial line 51 is divided into small * sections AL along its length. DC blocking capacitors and coupling capacitors C ,,, Cp, C, η and Cp ,, Cp ₂ and 9? 3 ^m ^^ ^from "~ sufficiently low reactance at the antenna current frequency are connected between the subdivided sections. Via alternating sections of the inner conductors 51p and 51-are for example "pin diodes D ,, _f D, -... connected, between the outer conductor 51- and a group of alternating

fc Abschnitte der Innenleiter 5I₂ und 5I₃ sind Schaltelemente I«.. , L. 2 · * · ι ^w^^e beispielsweise Spulen angeschlossen, die Gleichstrom frei fließen lassen, jedoch gegenüber dem hochfrequenten Antennenstrom eine ausreichend hohe Impedanz bilden. Die einen Anschlüsse dieser Schaltelemente L,,, L,_? ... sind jeweils über Öffnungen 52,, 52p, .... im Außenleiter 51, an Gleichstrom-Vorspannungsquellen 53-, 53₂ ... angeschlossen. Zwischen dem Außenleiter 51 und der anderen Gruppe abwechselnder Abschnitte der Innenleiter 51p und 51- sind pin-Dioden D₂₁, ^D?2 "** ^an9^escnl°^ssen· Über diesen Abschnitten liegen Schaltelemente Lp₁, Lp₂ ···> wie beispielsweise Spulen, die Gleichstrom frei fließen lassen, jedoch gegenüber dem Antennenstrom eine hohe Impedanz dar-fc sections of the inner conductors 5I ₂ and 5I ₃ are switching elements I «.., L. 2 · * · ι ^w ^ ^e connected, for example, coils that allow direct current to flow freely, but form a sufficiently high impedance to the high-frequency antenna current. One of the connections of these switching elements L ,,, L _,? ... are each connected to direct current bias voltage sources 53-, 53 ₂ ... via openings 52, 52p, ... in the outer conductor 51. Between the outer conductor 51 and the other group of alternate sections of the inner conductor 51p and 51- are pin diodes D _21, ^D? 2 "** ^at 9 ^ESCN l ° ^SEN · About these sections are switching elements Lp _1, Lp ₂ ···> such as coils that allow direct current to flow freely, but have a high impedance compared to the antenna current.

W stellen. Gleichermaßen sind die einen Anschlüsse dieser Schaltelemente jeweils über Öffnungen 54.., 54~ ... im Außenleiter 5I₁ an variable Gleichstrom-Vorspannungsquellen 55.. , 55p, ... angeschlossen. Gewüns.chtenfalls können, wie in Fig. 10 gezeigt, zwischen den Gleichstrom-Vorspannungsquellen 53.J , 53p, ... und 55,, 55p, ... und dem Außenleiter 5I₁ Nebenschluß-Kondensatoren 56.,, 56' ... angeschlossen sein. W place. In the same way, one of the connections of these switching elements are each connected via openings 54 .., 54 ~ ... in the outer conductor 5I ₁ to variable direct current bias voltage sources 55 .., 55p, ... If desired, as shown in FIG. 10, between the direct current bias voltage sources 53.J, 53p, ... and 55 ,, 55p, ... and the outer conductor 5I ₁ shunt capacitors 56. ,, 56 '. .. be connected.

009818/1263009818/1263

Wird bei dieser Anordnung an die pin-Diode eines Abschnittes von der zugeordneten Gl.eichstrom-Vorspannungsquelle eine Vorspannung angelegt, so daß diese Diode kurzgeschlossen bzw. durchgeschaltet ist, andere Dioden jedoch offen sind bzw. sperren, so können alle zwei Abschnitte die Innenleiter 51p und 5I₃ oder der Außenleiter 5I₁ bzw. beide Leiter kurzgeschlossen werden. Verglichen mit bekannten Einrichtungen zur Impedanzanpassung, bei denen die Impedanz mechanisch verändert wird, kann das erfindungsgemäße Netzwerk zur Impedanzanpassung schneller und gleichmäßiger entsprechend den Last- und der AntennenStromänderungen arbeiten.If, with this arrangement, a bias voltage is applied to the pin diode of a section of the associated DC bias voltage source, so that this diode is short-circuited or switched through, but other diodes are open or block, all two sections can use the inner conductor 51p and 5I ₃ or the outer conductor 5I ₁ or both conductors are short-circuited. Compared with known devices for impedance matching, in which the impedance is changed mechanically, the network according to the invention for impedance matching can work faster and more uniformly in accordance with the load and antenna current changes.

Fig. Il zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Reaktanzelemente X, und X_? des in den Fig. 6 und 7.Fig. II shows a further embodiment of the invention, in which the reactance elements X, and X _? that in FIGS. 6 and 7.

gezeigten Vierpols zur Impedanzwandlung jeweils aus einershown quadrupole for impedance conversion each from one

bzw. an Masse gelegten Zuführungsleitung 62 bestehen, die auf einer geerdetenVPlatte 61 befestigt ist. In gleichem Abstand voneinander angeordnete Dioden 63,, 63», 63- liegen zwischen den jeweiligen Dioden und der geerdeten Platte 61, so daß sie Nebenschlüsse für einen hochfrequenten Übertragungsstrom bilden. Die anderen Anschlüsse der Kondensatoren sind an die variablen Gleichstrom-Vorspannungsquellen 65., 65«, 65- ... angeschlossen. or grounded supply line 62 exist, which are on a groundedVplate 61 is attached. Equally spaced diodes 63 "63", 63- are located between the respective ones Diodes and the grounded plate 61 so that they are shunted for a high frequency transmission current. The others Terminals of the capacitors are connected to the variable direct current bias sources 65, 65 ″, 65- ....

Bei diesen Reaktanzelementen des Vierpols zur Impedanzwandlung ist jeweils eine Diode leitend, während sämtliche anderen Dioden gesperrt sind, da die Dioden je nach dem Wert der an dieselben von den entsprechenden Gleichstrom-Vorspannungsquellen 6S₁, 65₂, 65₃ ... angelegten Spannung entweder leiten oder sperren. Bezeichnet man mit d die Länge der Zuführungsleitung zwischen ihrem Zuführungsanschluß und einem Punkt, an den die Diode angeschlossen ist, so ist die Eingangsreaktanz dieser SchaltungWith these reactance elements of the quadrupole for impedance conversion one diode is in each case conductive, while all the other diodes are blocked, since the diodes either depending on the value of the voltage applied to them from the corresponding direct current bias voltage sources _{6S 1} , 65 ₂ , 65 _{3 ...} direct or block. If d denotes the length of the supply line between its supply connection and a point to which the diode is connected, then this is the input reactance of this circuit

^Zin ^m ^²O ^tan^^d (15) ^Z in ^m ^ ² O ^tan ^ ^d (15)

009818/1263009818/1263

worin Z~ gleich der charakteristischen Impedanz der Leitung und JJ= 2Jf'/\ ist.where Z ~ is equal to the characteristic impedance of the line and JJ = 2Jf '/ \ .

Leitet eine andere Diode, während die restlichen Dioden sperren, so kann die Eingangsreaktanz für eine unterschiedliche Länge d auf gleiche Weise angegeben werden. Auf diese Weise kann die Eingangsreaktanz auf vielfältige Weise variiert werden, indem der Abstand zwisehen den Dioden entsprechend Gleichung (15) geändert wird. Auf diese Weise ist es möglich, die durch das Smith'sehe Leitungsdiagramm dargestellte Impedanz in. der gleichen Weise, wie oben beschrieben, zu variieren.If another diode conducts while the remaining diodes block, the input reactance can be different for a different one Length d can be specified in the same way. In this way, the input reactance can be varied in a number of ways by changing the distance between the diodes according to equation (15). In this way it is possible the impedance represented by the Smith's line diagram in the same way as described above.

Ist beim tatsächlichen Aufbau einer Schaltung, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, die Leitung zu lang, so kann ihre Länge verringert werden, indem die unterteilten Leitungskonstanten, wie sie in den Fig. 12A und 12B gezeigt sind, durch äquivalente konzentrierte L- und C-Elemente ersetzt werden.In the actual construction of a circuit as shown in Fig. 11, if the line is too long, its length may be reduced are divided by dividing the conduction constants as shown in Figs. 12A and 12B by equivalents concentrated L and C elements are replaced.

In Fig. 17 ist eine weitere Ausführungsform der Reaktanzelemente X, und Xp des In Fig. 6 und 7 gezeigten Vierpols zur Impedanzwandlung dargestellt. Betrachtet man zwei Leitungen 1 und 2, die miteinander durch unterteilte Konstanten gekoppelt sind, und die die Anschlüsse (1.1), (1.2), (2.1) und (2.2) aufweisen, und bezeichnet man ihre Anschlußspannun gen und -ströme mit (Vj, I-»)j f^v ₂' ^2}^% *^V3' """3^ (V₄, I₄), so ergeben sich die Grundgleichungen für dieses achtpolige Netzwerk zuFIG. 17 shows a further embodiment of the reactance elements X, and Xp of the quadrupole circuit shown in FIGS. 6 and 7 for impedance conversion. If one considers two lines 1 and 2, which are coupled to one another by subdivided constants, and which have the connections (1.1), (1.2), (2.1) and (2.2), and their connection voltages and currents are denoted by (Vj, I - ») jf ^v ₂ ' ^ 2} ^% * ^V 3'""" 3 ^ (V ₄ , I ₄ ), then the basic equations for this eight-pole network result

T₁ = V, cos^.+ DZ₀₀ sinß£, (-ϊ*:- T ₁ = V, cos ^. + DZ ₀₀ sin ß £, (-ϊ *: -

I₁ . -II ₁ . -I

sin^sin ^

I₂ . -I^ co_S/f^₊ J-ψΜ. (;.κν_{3 +} V₄) JI ₂ . -I ^ co _{S /} f ^ ₊ J- ψΜ. (; .κν _{3 +} V ₄ ) J.

000618/1263000618/1263

Bezeichnet man die charakteristische Impedanz eines abge glichenen Systems mit Z_Q, und die eines unabgeglichenen Systems mit Z_Q , so ergibt sichIf one denotes the characteristic impedance of a balanced system with Z _Q , and that of an unbalanced system with Z _Q , the result is

OhOh

77th . 7 ' . 7 '

^Z00 ^{e 2}Ou ^Z 00 ^{e 2} Ou

worin p-gleich der Proportionalitätskonstante der beiden Systeme ist und t die Länge derselben darstellt. where p- is the constant of proportionality of the two systems and t is their length.

Sind, wie in Fig. 14 gezeigt, die Klemme (1.2) geöffnet, die Klemme (2.2) kurzgeschlossen und die Klemme (2.1) mit einer Impedanz Z- verbunden, so erhält man If, as shown in FIG. 14, the terminal (1.2) is open, the terminal (2.2) is short-circuited and the terminal (2.1) is connected to an impedance Z-, one obtains

i₂z₂ i ₂ z ₂

(18)(18)

Setzt man Gleichung (18) in Gleichung (16) ein, so ergibt sich Substituting equation (18) into equation (16), we obtain

V, « V cos^+ jZ_nn sin/?/ (-KIO V, « V cos ^ + jZ _nn sin /? / (-KIO

I = j - V-.I = j - V-.

¹ C¹^)² '^J ¹ C ¹ ^) ² ' ^J

CJZ₀₀ sin A-^-CJZ ₀₀ sin A - ^ -

₀₀₀₀

009818/1263009818/1263

Die Lösungen dieser Gleichung sindThe solutions to this equation are

Z₂Z₀₀ cos² β Z- K²Z₀₀ + o(l-K²)Z² ₀₀sin/?^cosA?Z ₂ Z ₀₀ cos ² β Z- K ² Z ₀₀ + o (lK ² ) Z ² ₀₀ sin /? ^ CosA?

und die Eingangsimpedanz Z_±nl dieser Schaltung wird ausgedrückt durchand the input impedance Z _{± nl of} this circuit is expressed by

Z
ⁱ Z
ⁱ

sinsin

..... (21) Betrachtet man den besonderen Fall, in demß6=TT/2, so ist..... (21) If one considers the special case in which β6 = TT / 2, then

^Jinl ^J inl

= K²Z,= K ² Z,

(22)(22)

Dieser Fall ist äquivalent demjenigen, in dem K Z₂ an den Eingang angeschlossen ist. Sind, wie in Fig. 15 gezeigt, . eine Impedanz Z₃ an den Anschluß (1.2) angeschlossen und die Anschlüsse (2.1) und (2.2) kurzgeschlossen, so giltThis case is equivalent to the one in which KZ _{2 is connected} to the input. Are, as shown in Fig. 15,. an impedance Z _{3 is connected} to the connection (1.2) and the connections (2.1) and (2.2) are short-circuited, then the following applies

ifif

(25)(25)

und damit V₁ = V₃ cosand thus V ₁ = V ₃ cos

sin β I (Ix₃ -sin β I (Ix ₃ -

I₁ = -I, cos β ^+ jI ₁ = -I, cos β ^ + j

0 = J0 = J

(1-κ²)ζ₀₀ (1-κ ² ) ζ ₀₀

in β $ (-K₅I₃ - Iin β $ (-K ₅ I ₃ - I

sinsin

(24)(24)

daraus ergibt sich I₂ - -KI₁ this results in I ₂ - -KI ₁

und damitand thus

(25)(25)

^Vl ^V l

. (26). (26)

Damit haben die Leitungsfunktionen wie bei einer Übertragungs leitung eine charakteristische Impedanz (1-K )Zqq und eine Länge t·The management functions thus have the same effect as a transmission line has a characteristic impedance (1-K) Zqq and a Length t

Sind, wie in Fig. 16 gezeigt, der Anschluß (2.2) an eine
Impedanz Z. angeschlossen und die Anschlüsse (1.2) und
(2.1) offen, so gelten folgende Beziehungen:Are, as shown in Fig. 16, the connection (2.2) to a
Impedance Z. connected and the connections (1.2) and
(2.1) open, the following relationships apply:

= I₅-O= I ₅ -O

= Y₃ cos ^ ^ += Y ₃ cos ^ ^ +

sinsin

¹ (iK²)z ^{k5 4}^ ¹ (iK ² ) z ^{k5 4} ^

= V= V

0 _β -I0 _β -I

sinsin

' (27)'(27)

+ j+ j

Die Eingangsimpedanz Z_{1 4} ist in diesem Fall gegeben durchThe input impedance Z _{1 4} is given by in this case

₇=- sin/9^
^ώ00 ₇ = - sin / 9 ^
^ώ 00

005018/1253005018/1253

- 22 worin βί=Τ\/2, und damit- 22 where βί = Τ \ / 2, and thus

V7V7

Dieser Fall ist äquivalent demjenigen, in dem die Impedanz Z. an eine Leitung angeschlossen ist, die eine charakteristische Impedanz KZ_Q0 und eine Länge ^/4 aufweist.This case is equivalent to that in which the impedance Z. is connected to a line which has a characteristic impedance KZ _Q0 and a length / 4.

Ist Z. gleich unendlich, so wird Z. ₄ gleich 0, d.h. kurz-■j geschlossen.If Z. is infinite, Z. _{4 is} equal to 0, ie short-circuit ■ j.

^! Nunmehr sollen, wie in Fig. 17 gezeigt, die Schaltungen der Fig. 14 und 16 miteinander verbunden sein. Zunächst sei Z₂ gleich unendlich, dann ist Z¹. gleich Null, Z' gleich unendlich, Z_in gleich K · Z^. Wird Z₁ von -je*» bis -jO geändert, so ändert sich ebenfalls Z. von -j©** bis -jO und Zp ändert sich bei kurzgeschlossenen! Z. von©» . ^! Now, as shown in FIG. 17, the circuits of FIGS. 14 and 16 are to be connected to one another. First, let Z _{2 be} infinite, then Z ¹ . equal to zero, Z 'equal to infinity, Z _in equal to K · Z ^. If Z _{1 is changed} from -je * »to -jO, Z. also changes from -j © ** to -jO and Zp changes for short-circuited! Z. of © ».

Wird zu dieser Zeit Z₂ ebenfalls von -jeo bis -jO geändert, wie.es im Zusammenhang mit Fi g# 15 beschrieben wurde* so enthalten der an die Impedanz Z, angeschlossene Abschnitt, . und der nächst folgende Abschnitt eine Übertragungsleitung w ; mit einer gesamten charakteristischen Impedanz Z- und einer Länge von A/2, so daß Z^ gleich Z¹. ist· _{If Z 2 is} also changed from -jeo to -jO at this time, as described in connection with Fig. # 15 *, the section connected to impedance Z1 contains. and the next following section a transmission line w ; with a total characteristic impedance Z- and a length of A / 2, so that Z ^ equals Z ¹ . is·

2 2. 2 ■ 2 2. 2 ■

Ist K Z qq/Z₂ = ^Zo/^Z2 ^{un<1 wird Z}2 von -j^bis -jO geändert,If KZ qq / Z ₂ = ^Z o / ^Z 2 ^{un <1, Z} 2 is changed from -j ^ to -jO,

2
so ändert sich gemäß Gleichung (29) Zv von jO bis2
so, according to equation (29), Zv changes from j0 to

Wie oben beschrieben, ergibt die in Fig. 17 gezeigte'Schaltung eine Schaltung, bei der die Impedanz durch Variation von Z. und E₂ von -sjePbis -jO durch Null gehend von *jcW bis jedvariiert werden kann«As described above, the circuit shown in FIG. 17 results in a circuit in which the impedance can be _{varied by varying Z. and E 2} from -sjeP to -jO going through zero from * jcW to jed «

Werden in diesem Fall variable Kapazitätsdioden als ImpedanzenIn this case, variable capacitance diodes are used as impedances

009ÖT871263009ÖT871263

BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

-.23 --23 -

Z. und Ζ- verwendet, und variable Gl eich st rom-Vor spannungen über\geerdete Leiter an diese Dioden angeschlossen, so ist es möglich, weitere Reaktanzelemente von Vierpolen zur Impedanzwandlung vorzusehen, die in dieser Erfindung verwendet werden können, und wodurch die gleichen Ziele der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erreicht werden
können· Z. and Ζ- are used, and variable direct current bias voltages are connected to these diodes via grounded conductors, so it is possible to provide further four-pole reactance elements for impedance conversion which can be used in this invention, and thereby the same Objects of the embodiments described above can be achieved
can·

009818/1263009818/1263

Claims

- 24 -- 24 -

P a te η tan claims

Directional antenna with phase-shifted antenna elements with several equally spaced from one another arranged antenna elements connected to an antenna power source are connected, characterized in that a quadrupole is connected to the impedance conversion connected to the feed connection of each antenna element is, and that the network is the deflection direction of the beam emitted by the antenna element electromagnetic wave and the voltage of the beam electrically adjusts.

2. Directional antenna according to claim 1, characterized in that that each quadrupole has a pair of parallel Λ / 4 lines for impedance development. those in series with a feed line to one of the antenna elements, variable reactance elements attached to the opposite ends of the parallel lines are connected and contains variable DC voltage sources that are connected to the variable Reactance elements are connected.

3. Directional antenna according to claim 1, characterized in that each quadrupole contains a coaxial line for impedance conversion, which is in series with a feed line which leads to each antenna element, the coaxial line an outer conductor and two parallel inner conductors, a first group of variable reactance elements, at spaced intervals along the length of the same on the inner

009618/1263009618/1263

19522U

conductors are connected, a first group of variable DC bias voltage sources, which are connected to the variable Reactance elements are connected, - a second group of variable reactance elements, which between the outer conductor and the inner conductor alternately connected to the reactance elements of the first group and includes a second group of variable DC bias sources connected to the second group the reactance elements are connected

4. Directional antenna according to claim 1, characterized in that that each individual quadrupole contains a line for impedance conversion, which is parallel to a grounded plate and in series with a feed line leading to each antenna element, a plurality of variable reactance elements, which are connected to the line along the line at spaced intervals and multiple variable DC bias sources which are connected to the variable reactance elements.

5. Directional antenna according to claim 1, characterized in that that each individual quadrupole contains two lines with divided constants for impedance conversion, which are in Row with a feed line extending to each antenna element, each line having a length of λ / 4 of the antenna current and variable reactance elements each between opposite ends of the lines and variable DC bias sources are connected to the variable reactance elements »

6. Directional antenna according to claim 4, characterized in that that the line lying parallel to the grounded plate of the quadrupole for the impedance conversion consists of a line with

009818/1263 _{BAn λοιλ} 009818/1263 _{BAn λοιλ}

BAD OflJGJMAt,BAD OflJGJMAt,

lumped circuit constants, so that their ι length is reduced.

7. Directional antenna according to claim 2, characterized in that the variable reactance elements consist of variable reactance diodes exist.

8. Directional antenna according to claim 3, 4 or 5, characterized in that that the variable reactance elements consist of diodes.

9. Directional antenna according to claim 2, 3, 4 or 5, characterized in that that are supplied to the variable reactance elements from the variable DC bias sources Biases can be varied by the program control of an electronic computer.

10. Directional antenna according to claim 2, 3, 4 or 5, characterized in that that every quadrupole for the impedance conversion is so built up that it contains the equation

m
'S " ¹

Σ _z Σ _z _aa _etin _e tin n=l ^In ' ^an · ^e n = l ^ In ' ^a n · ^e

met what

Vq the applied to the input terminal of the quadrupole Tension,

V. the output voltage occurring at the output connection of the quadrupole,

Z. the mutual radiation impedance between the respective antenna elements,

Z, the mutual radiation of the first antenna element to another antenna element,

009018/1263009018/1263

a is the araplitude ratio, e is the base of the natural logarithms and = 2 · ϊΓ / λ ' d · sinO.

009818/1263009818/1263