DE1953634A1 - Van-Atta-Kombinationsantennenanordnung - Google Patents

Description

I0KX0 SHIBAÜRA EIECiDRIO CO., L2D., Kawasaki-Shi, Japan

«Van-Atta-Kombinationsantennenanordnung¹*

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Yan-Atta-Kombinationsantennenanordnung, die insbesondere auf künstlichen Raumsatelliten zur Nachrichtenverbindung mit anderen künstlichen Satelliten- oder Bodenstationen angebracht oder als künstliche Antenne oder Attrappe (dummy objects) in Radersystemen verwendet werden kann.

Bekannte Van-Atta-Antenneneiurichtungen sind normalerweise wie in Hg. 1 aufgebaut. Eine Vielzahl von im gleichem Abstand (d) angeordneten Antennenelementen 1La, 1Ra, 21a, 2Ra und 3La und 3Ra sind parallel angeordnet. Jedes Paar von Antennenelementen, die syasetrisch .bezüglich der Mitte der Anordnung sind, d.h, die Antennenelemente Ua und 1Ra; 2La und 2Raj 3La und 3Ra sind durch Antennenspeiseleitungen oder -kabel 1a-1a; 2a-2a und 3a«*3a, die im wesentlichen die gleiche Lange aufweisen, verbunden. Bei solch einer Bauart von Van-Atta-Kombinationsantenneneinrichtungeh tat e*s "bekam ti left not-

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BADOftlQINAL

■ait ^j^ «μ

wendig, die jeweiligen Antennenelemente so einaustellenj daß • die ankommenden elektromagnetisehen Wellen zurück auf der gleichen linie, längs der sie empfangen werden» gestrahlt werden. Bei der bekannten Yan~Atta-Anordnung der olbenbesehriebenan Art jedoch war es notwendig, um dafür zu sorgen* daß ein Teil der ankommenden Wellen zurück auf der gleichen Linie» längs der sie empfangen wurden, gestrahlt wurden, die länge der jeweiligen Antennenspeiseleitungen und deren charakteristische Impedanz einzustellen oder zu verstellen. Solch ein Einstellen ist jedoch sehr mühsam.

Erfindußgsgeinäß soll daher eine Van-Atta-Koiabinationsantennen- W anordnung vorgeschlagen werden, wo die von den jeweiligen An« tennenelementen gestrahlten Wellen auf der gleichen linie zurück transportiert werden, längs der sie empfangen wurden, ohne daß es notwendig wird, die charakteristischen Impedanzen der Antennenspeiseleitungen zu verstellen.

Beispielsweise AnsfüfcTungSAormen der Erfindung sollen nun anhand ier beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden, in denen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Yan-Atta-Kombinationsantenneneinrichtung ist j

Pig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Yan-Atta-Antenneneinrichtung nach der Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine Gruppe von in Pig. 2 dargestellten Antennenelementen i

Pig» 4A ist ein Ersatzschaltbild des in Pig. 3 gezeigten Antennenelementes ;

Pig* 4B ^eIgt ein Ersatzschaltbild für gerade .Betriebsart

iuC'd9 system), wenn der in Pig. &A gaieigta 'Ln in Systeme der geraden nn-l ungeraden Betriebs«

tft.r) unterteilt wirrt; \/ ■'

000811

BAD

Fig. 40 Keigt ein Ersatzschaltbild des Systems ia ungerader Betriebsarti

Fiξί» 5 iöt eine seliematisohe Darstellung einer anderen Aus*» führungaform einer Van-Atta-Antennenausbildung nach der Erfindung,

Wie öle iß Pig. 2 dargestellt, umfaßt die Van-Atta-Koiabinationse.ftteni'-eneiijriehtung eine Tielzahl im gleichen¹ Abstand angeordneter Antönnenelamcnte ILb, 1Kb:; 2Xib, 2Rb j -und 3Lb, 3Rb* Paare von oyiar-ietrioeh bezüglich der Mitte der Anordnung angeordiicvüen ibitsanenelementen,, das sind die Anteanenelemente 1Ub und IRb; fcl-b und 23b| und 3I»b und '3Eb,werden durch Antennen-* e:peiöeleitungon Ib-'lb, 21i-2b and 3 3"3b im wesentlichen gleicher Lauge Tex'bunden, die ;lewails aus zvi&l parallelen Iieitungen_f eij.ic;i^: koaxialen IiöiwOa^g ocl&r einem Wellenleiter bestellen,, Ira wef:!ftc.nlioliea an öie Mittelpunkte der Antennenspeiöeleitungs-» lUngen einö p?.rallelo ballen 11, 12 und 13 (traps) auge·» ßchloü'seiij. dia so -ausgebildet sind» daß sie Längen aufweisen, die dft.u re^roairelrbive» apäter beschriebenen Sfi'ekt verkörpern. Jede (il&av.c fällen beateat ens s-wei parallele Leitungen, einer t'.len Leitung oöer einem Wellenleiter.

beeoeran Verständnis der Arbeitsweise der ¥an~Atta~'£ombincitionsanteimeneinriclit-Jiiig nach äei: Erfindung \i?ird eine Gruppe von Aüte.üneaelen:eii1;en, wie in I?ig. 3 dargestellt, be~ trachtet. Hase U-ruppe Imim durch ein Srsataachaltbild entsprechend Pi*;·;., 4A dargestellt v/erden, wobei Vv und V» die empfangenen. KleimaenapannuD-gen bei offenem Schaltkreis darstellen, die an den Klemmen &.n den linken und rechten Antennenelerneoten i'LO mid 1Hb in Abwesenheit <ä«r Speiseleitungen 1b«1b auftraten ι Zr. ist die Impsäanz der .AntenDene].emente, Zt die It'ipsdcnÄ der mit dem Mittelpunkt der Speiseleitung 1b-1b Yerbundenei? Salle 11 und Ij und Ij₁ sind die Antennenströme, die an entgegarigeeetsten Riehtungen durch die Speiseleitung 1b~1b von de« Anteuneneleracnten 1Lb und 1Rb fließen.

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BAD

Bezeichnet man den Abstand zwischen den Antennenelement en und 1Rb . mit d_t den Winkel der ankommenden elektromagnetischen Welle, gesehen, Ton der Bohrungssichtseite (horesight) der Antennenelemente 1Iih und 1Rh mit 9_Q und die Wirklänge der jeweiligen Antennenelemente 1I»h und 1Rb mit h_@^, dann lassen Bich die Klemmenspannungen hei offenem Stromkreis Y-* "und V„ der Antennenelemente 1Lh und 1Rh wie folgt ausdrücken«

S .e
E .e

-Jf

k g ■ sinQp, k «-γ⁵ und A die Wellenlänge des Antennen-

stromes darstellt.

Werdaidieee Spannungen V^ und ¥_R in eine Spannung der graden - Betriebsart und eine Spannung der Ungnaden Betriebsart ausgedrückt durch
Spannung der geraden Betriebsart Y^e s.E . hf«. cos(k-5~-öin© ) Spannung der ungeraden Betriebsart V⁰ ssE \ h.^^, ein(k-4-ain© )

2erlegt, dann können die ßnpfangsklemmenspannungen V^ und Vj^ bei offenem Stromkreis jeweils ausgedrückt werden durch

Fig. 4B zeigt ein Ersatzschaltbild des Systeme mit gerader Betriebeart (even-mode system) unter dieser Bedingungen und, da die Quellenspannung ?^e an eich gegenüberliegenden Enden gleiche Größe und Richtung aufweist, wird die Impedanz Zt der Falle 11 in jeweils zwei Teile zerlegt, die als 2Zt zu den

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BAD

Quellenspannungen V^e "beitragen.

Dagegen zeigt Pig. 40 ein Ersatzschaltbild für daB System mit ungerader Betriebsart untex· der gleichen Bedingungen, da die Quellenspannung ?° an sich gegenüberliegenden Enden hinsichtlich der Größe gleich, jedoch von entgegengesetzter Phase ist, wird der Mittelteil unabhängig von dem Vorhandensein der durch die Falle 11 gelieferten Impedanz Zt kurzgeschlossen* In beiden Figuren 4B und 40 stellt Zm den Kern- oder Kopplungswiderstand !»wischen den Elementen 1lib und 1Rb dar.

Weiterhin bezeichnet in Fig. 3 der Ausdruck Zo (let Zo) die charakteristische Impedanz der Speiseleitung 1b~1b,Z Seren länge, wobei der Obertragungsverlust der ijeiseleitung vernachlässigt wird, ß bedeutet die Phasenkonstante und der Auedruck Zo/2 ist gleich der charakteristischen Impedanz der Falle 11 j %* ist deren länge» wobei offene Klemmen im System mit gerader Betriebsart nach Fig. 4B angenommen wird? betrachtet man zwei geschlossene Schleifen 21^e und 22^e mit den Quellenspannungen V⁸, so gelten die folgenden Gleichungen.

Für die geschlossene Schleife 21⁰S

V^e - I® Zm - I® £ Zr - jZocot ß < -£- + /' )Ί = 0

Für die geschlossene Schleife 22^ej

V^e - I_R Zm - Ι® Γ 2r - jZocot ß ( h£· +Z¹ )1 * 0

Aus Gleichung (4) ergibt sich also

I» R ftr + Zm - 3Zocot ß

In ähnlicher Weise gelten im System mit ungerader Betriebsart nach Fig. 4C bezüglich der beiden geschlossenen Schleifen 21° mit den Klemmenspannungsquellen jT° die folgenden Gleichungen.

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BAD ORtÖINAL

Jür die geschlossene Schleife 21°

3V° + 1° 2m - 1°, (Zr + jZotan ß ^ ) * O

Für die geschlossene Schleife 22°

jV° +1° Zm- l£ (Zr + jZotän ß ^ ) « O

Aus der Gleichung (6)

¹I " ¹R * ^ " P ... (7)

Zr - Zm + jZotan ß £

Aus den Pig. 4B, 40 und den Gleichujgan (5) und (7) ergibt eich somit

I_R -

Zr + zm - jZocot ß ( « ₊£i)

Zr - Zm + jZotan ß

Sr + zm - jZocot ß ( -£· + Z*)

- j

Zr - Zm + jZotan ß

Stellt man also die Länge Jt der Speiseleitung 1b-1b und die ^ voni' der Palle 11 derart ein, daß die Senner der ersten und zweiten Ausdrücke der Gleichung gleich R₁(I-J) und R₀ O+j) jeweils sind und daß R₁ » R« wird, so ist es möglich, das Ziel der Erfindung zu erreichen, durch das eine Yan-Atta-Kombinationsantennenanordung geschaffen wird, die in der Lage ist, ankommende elektromagnetische Wellen zurück längs der gleichen Linie zu strahlen, längs der sie an beiden Antennenelementen 1Lb und 1Rb empfangen werden.

Nach der Gleichung (8) wird, wenn man Zr ■ S₁₁ + 3X₁₁ und Zm β R₁2» * ^12 setzt, der reelle Teil des Henners des ersten Ausdrucks der Gleichung (S)^eU-R₁₁ ■+ R₁2* während der

BAD

des Nenn-ra des zweiten Ausdruckes gleich R₁₁ - R₁₂

Es wird so klar, daß es notwendig ist, die Länge / der Speiseleitung 1l»-1b und die Länge i^l der Leitung 11, einausteilen, um den folgenden Beziehungen zu gentigen

Der Henner des ersten Ausdrucks der ÜKLeichung (8); 5Sr + 7m - ;]Zocot ß ( * +A ) « ( R₁₁ +R₁₂) +(R₁₁'

Der Kenner des zweiten Ausdrucks der Gleichung (S): Zt - Zm + jZotan ß ^ * (R₁₁ - R₁₂) - 3 (R₁₁ ~ R₁₂) J

Dann können die Impedanzen I_R und Ir in der gleichen (8) (

durch die folgenden Gleichungen angegeben werden.

Λ (Λ

^+R-I 0+3 \&-Λ ·ί+·^Ί θ) "Ο Ρ -ΐ/ϊ> P^

I I d " 11 id. Άλ ^- Χί._ιο-'3 \Κλ a"~ IXa η)

Ii lc. I I \ C

+ 'KR-11+3 R^,+R₁₂+JR₁₂)V⁰ ί

R₁₁ . E . h_eff R₁₂

-Biny+j-jl^slnY-jifi

R -ρ

11 · ^Δ *

Ähnlich 11 gleich

0088H/1296 (10)

BAD ORIGINAL

Der zweite Ausdruck in jeder Klammer der Gleichung (10) ist der Ausdruck, der die retrodirektive Charakteristik darstellt, während der erste Ausdruck in jeder Klammer die Welle "bezeichnet, die auf der gleichen Linie rückgestrahlt wurde, längs der die ankommende Welle zur Bohrungssichtseite (foresight) der jeweiligen Antennenelemente empfangen wird. Der erste Ausdruck und der zweite Ausdruck in den jeweiligen Klammern in der Gleichung (10) haben gleiche Amplitude, was bedeutet, daß eine Hälfte der einfallenden Leistung zurück längs der gleichen Linie gestrahlt, wird, längs der die ankommende Welle emfpan- gen wird.

P Die obengenannte . Beziehung gilt auch für andeie Gruppen von Antennen als die in Fig. 3 dargestellten sind.

Fig. 5 zeigt eine Yan-Atta-Kombinationsantenneneinricht-ung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Teile in Fig. 5y die gleich denen in Fig. 2 sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, deren Beschreibung wird hier nicht wiederholt.

Hach den vorhergehenden Ausführungsformen wurden parallel einzelne Fallen oder Traps 11, 12 und 13 (engl.: traps) geschaltet, die jeweils aus zwei pax'allelen Leitungen bestanden, . einer koaxialen Leitung oder einem Wellenleiter nahe des * allgemeinen Mittelpunktes der jeweiligen Antennenspeiseleitungen 1b-1b, 2b-2b und 3b-3b. Es ist jedoch auch möglich, wie in Fig. 5 gezeigt, in parallelen Gruppen zwei Fallen 11L-11R, 12L-12R und 13L-13R zu schalten, die jeweils den gleichen retrodirektiven Effekt wie bei der vorhergehenden Ausführungsform an Stellen zeitigen, die gleichmaßig rechts und links von den Mitten O₁, O₂ und O₅ der jeweiligen Antennenspeiseleitungen in Längsrichtung angeordnet sind.

BAD ORIGINAL

Erfindungsgemäß wird also eine Van-Atta-KombiiBfcionsantenneneinrichtung vorgeschlagen, elektromagnetische Wellen in eine Richtung entgegengesetzt zu der, in der sie an jeweiligen Antennenelement en empfangen werden, rückzuatrahlen, ohne die charakteristische Impedanz der Speiseleitungen zu verändern, welche die Antennenelemente verbinden, die symmetrisch an sich gegenüberliegenden Enden hierzu angeordnet sind, wie dies bei bekannten Anordnungen notwendig war·

Patentansprüche

Claims (2)

Patentansprüche

1. Vaji-Atta-Kombinationsantenneneinrichtung der BaUaTt₁ bei der eine Vielzahl von im gleichen Abstand angeordneten Antennenelementen parallel geschaltet sind und jeweilige Paare von Antennenelementen, die symmetrisch bezüglich der Mitte der Antennenkombinationsanordnung vorgesehen sind, durch Speiseleitungen im wesentlichen der gleichen Länge miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch Fallen oder Traps (engl. traps), die im wesentlichen an die Mitte der jewelligen Speiseleitungen angeschlossen sind, wobei diese Fallen den retrodirektiven Effekt verkörpern.

2. Van-Atta-Kombinationsantenneneinrichtung, bei der eine Vielzahl von Antennenelementen im wesentlichen unter gleichem Abstand zueinander nebeneinander vorgesehen sind, und jeweils zwei dieser Elemente, die im horizontal symmetrischen Abstand bezüglich der Mitte angeordnet sind, miteinander durch Lntennenspeiseleitungen verbunden sind, die im wesentlichen die gleiche Länge aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß parallel Fallen geschaltet sind, die jeweils einen retrodirektiven Effekt an fast gleichmäßig voneinander entfernten Funkten auf beiden Seiten der Mitten der jeweiligen Antennenspeiseleitungen in Längeriohtung hiervon gesehen, zeitigen.

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