DE19652595C2 - Verfahren und Vorrichtung zur richtungsselektiven Abstrahlung elektromagnetischer Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum richtungsselek­ tiven Abstrahlen elektromagnetischer Wellen, insbesondere für den Einsatz in der Funkkommunikation, sowie eine Vor­ richtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bedingt durch die Ausbreitungseigenschaften elektromagneti­ scher Wellen in der Atmosphäre steht für die terrestrische Funkkommunikation mit flächendeckenden Versorgungsgebieten nur ein Frequenzband zwischen 30 MHz und 3000 MHz zur Ver­ fügung. Die zunehmende Bedeutung der Funkkommunikation führt zu der Notwendigkeit, diesen begrenzt zur Verfügung stehenden Bereich möglichst effektiv zu nutzen. Bei be­ stehenden Funkkommunikationssystemen werden spezielle, so­ genannte Muliplexverfahren zur verbesserten Ausnutzung des Zeit- bzw. Frequenzbereiches sowie im Bereich der Codierung eingesetzt bzw. erprobt. Jedoch ist in diesen Bereichen nur noch eine beschränkte Erweiterung der Kapazität möglich. Ei­ nen Ausweg böte die richtungsselektive Abstrahlung der In­ formationen.

Es sind Antennen mit Richtwirkung bekannt, die aufgrund ih­ rer speziellen Geometrie eine azimutal anisotrope Strahlungs­ charakteristik aufweisen (siehe z. B. Lueger: Lexikon der Technik, Elektrotechnik und Kerntechnik-Grundlagen, Reinbek bei Hamburg, 1972). Im obengenannten Frequenzbereich werden als Richtstrahler vorwiegend sogenannte Aperturantennen oder Gruppenanordnungen mehrerer Einzelantennen verwen­ det, die mittels eines umfangreichen Speisenetzwerkes angesteuert werden. Soll die Hauptstrahlrichtung einer Anten­ nengruppe veränderlich sein, müssen im Speisenetzwerk elek­ tronisch steuerbare Stellglieder für Amplitude und/oder Phase verwendet werden. Der Einsatz derartiger Stellglieder ist jedoch teuer und mit Leistungsverlusten verbunden. Aus diesem Grunde wird die richtungsselektive Abstrahlung elek­ tromagnetischer Wellen im Funkkommunikationsbereich bislang kaum zum Zwecke der Kapazitätserweiterung genutzt.

Ein hiervon abweichender Weg zur Erzeugung von Richtstrah­ len wird in der US-4,947,178 beschritten. Gegenstand die­ ser Druckschrift ist eine Antennenanordnung, bei der meh­ rere kreisscheibenförmige Einzelantennen koaxial jedoch in vertikaler Hinsicht äquidistant voneinander beabstandet angeordnet sind, und die unabhängig voneinander durch se­ parate Speiseleitungen angeregt werden. Die Einzelantennen weisen jeweils unterschiedliche Durchmesser auf, die so gewählt sind, daß auf einer Einzelantenne jeweils eine vorbestimmte elektromagnetische Schwingungsmode resonant eingekoppelt werden kann. Die von den angeregten Einzelan­ tennen abgestrahlten Felder überlagern sich zu einem Gesamt­ strahlungsfeld, dessen Geometrie der Geometrie einer line­ aren Superposition der eingekoppelten Schwingungsmoden der Einzelantennen entspricht.

Die angestrebte Überlagerung vorbestimmter Schwingungsmoden ist bei diesem Gegenstand jedoch nur unvollkommen, da von einer angeregten Einzelantenne Störfelder ausgehen, die die Modenentwicklung in benachbarten Einzelantennen empfind­ lich beeinträchtigen. Da zudem jede der Einzelantennen mit einer eigenen Speiseleitung sowie mit Amplituden- und Phasenschiebern versehen sein muß, ist der bauliche Aufwand dieser Anordnung sehr hoch; zugleich ist die Gesamtzahl der Einzelantennen, die zur Antennenanordnung zusammenge­ fügt werden können, begrenzt, mit der Folge, daß nur eine geringe Zahl unterschiedlicher Schwingungsmoden miteinander kombiniert werden können und somit die erreichbare Richt­ wirkung insgesamt recht unbefriedigend ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zur richtungsselektiven Abstrahlung elektromagnetischer Wellen zu schaffen, bei der die Richtcharakteristik auf eine ge­ genüber dem Stand der Technik vereinfachte Weise gewählt und beeinflußt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merk­ malen des Patentanspruchs 1.

Im Gegensatz zu den Richtstrahlern nach dem Stande der Tech­ nik, bei der die Richtungsselektivität der Abstrahlung durch eine spezielle Geometrie der Antenne oder der Antennenan­ ordnung erzielt wird, wird bei der Erfindung eine Richtungs­ selektion bereits in dem der Anregung der Antenne dienenden Erregungsfeld in der Speiseleitung geschaffen. Erreicht wird dies durch eine Überlagerung elektromagnetischer Schwingungs­ moden, die in einem obermodig betreibbaren Resonator als dessen Eigenmoden erzeugt werden. Jede elektromagnetische Schwingungsmode bewirkt eine charakteristische Ortsabhängig­ keit der elektrischen bzw. magnetischen Feldvektoren. Durch die lineare Superposition geeigneter Schwingungsmoden kann eine fast beliebige Abhängigkeit vom azimutalen Winkel des resultierenden Feldes erreicht werden. Wird ein solches Feld zur Anregung einer Antenne eingesetzt, kann auch die Abstrahlung von der Antenne nur mit einer azimutalen Richt­ charakteristik erfolgen, die der Richtungsabhängigkeit des Erregungsfeldes entspricht. Ein solches Verfahren ermög­ licht bei der Richtstrahlung den Einsatz von Antennen ohne eigene richtungsselektive Strahlungscharakteristik. Im Un­ terschied zum Gegenstand der US-4,947,178 ist also eine bestimmte, die Ausbildung einzelner elektromagnetischer Feldmoden begünstigende Antennengeometrie nicht erforder­ lich. Durch eine Änderung in der Ansteuerung des Resonators ist die Geometrie des Erregerfeldes und damit auch die Strahlungscharakteristik des abgestrahlten elektromagneti­ schen Feldes sehr umfassend und rasch veränderbar. Auf die­ se Weise wird eine überaus leistungsstarke Möglichkeit zur richtungsselektiven Abstrahlung geschaffen.

Um eine vorbestimmte Richtcharakteristik zu erzielen, wer­ den die einzelnen Schwingungsmoden mit einem vorgegebenen Amplituden- und/oder Phasenverhältnis in den Resonator ein­ gekoppelt. Auch ist durch eine Änderung der Resonatorlänge die Richtcharakteristik in vorbestimmter Weise veränderbar.

Die Strahlungsrichtung kann auch in vorteilhafter Weise dadurch geändert werden, daß die Schwingungsmoden aus einer vorbestimmten, jedoch veränderbaren azimutalen Rich­ tung in den Resonator eingekoppelt werden.

Zweckmäßigerweise wird im Resonator neben der transversal­ elektromagnetischen Grundmode, der sogenannten TEM-Mode, eine oder mehrere höhere Moden des Typs TE_mn erzeugt und mit der Grundmode zur Überlagerung gebracht. Insbesondere wird durch die Überlagerung der TEM-Mode mit der TE₁₁-Mode ein Erregungsfeld geschaffen, das die Ausbildung einer einsei­ tigen Strahlungscharakteristik an der Antenne bewirkt. Wird eine höhere Schwingungsmode mit der TEM-Grundmode in einem vorbestimmten Amplituden- und Phasenverhältnis zur Überlagerung gebracht, wird verfahrensgemäß eine anisotrope Richtcharakteristik mit einer vorbestimmten Hauptstrahlungs­ richtung der abgestrahlten elektromagnetischen Welle be­ wirkt. Durch eine gezielte Veränderung des Phasenverhältnis­ ses zwischen der höheren Schwingungsmode und der TEM-Grundmode erfolgt eine den jeweiligen Erfordernissen angepaßte Änderung der Vorzugsrichtung der Abstrahlung.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch eine Vorrich­ tung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.

Dabei ist ein Resonator mit wenigstens einem Kopplungsan­ schluß zum Einkoppeln eines elektromagnetischen Feldes ver­ sehen. Der Resonator muß dabei obermodig betreibbar sein, d. h. daß neben der TEM-Mode auch höhere elektromagnetische Schwingungsmoden erzeugt werden können. Bei geeigneter Er­ regung bildet sich ein aus einem Modengemisch bestehendes elektrisches Feld im Resonator aus, das zur Anregung einer Antenne verwendet wird. Die von der Antenne abgestrahlte elektromagnetische Welle weist eine Richtcharakteristik ent­ sprechend des im Resonator erzeugten Modengemisches auf.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung dient als Antenne eine einfach konische oder bi-konische Antenne. Derartige Antennen sind beispielsweise aus der US-4,851,859 bekannt und zeichnen sich durch eine azimutal über 360° Grad gleich­ mäßige Sendungs- bzw. Empfangsbereitschaft aus. Sie wurden bislang für die Rundumstrahlung eingesetzt. Durch die Anre­ gung einer solchen Antenne mit einem richtungsselektiven Er­ regungsfeld erfolgt auch die Abstrahlung mit einer entspre­ chenden richtungsselektiven Strahlungscharakteristik.

Der Einsatz einer solchen Antenne ist vor allem deshalb vor­ teilhaft, weil sie eine Abstrahlung in fast beliebiger azimu­ taler Richtung lediglich in Abhängigkeit von der durch ein­ fache elektronische Maßnahmen veränderbaren Geometrie des Erregerfeldes ermöglicht, ohne daß die Antennenanordnung da­ bei in irgendeiner Weise verändert werden müßte. Die beiden Hälften der einfach-konischen oder bi-konischen Antenne können dabei auch einen unterschiedlichen Radialdurchmesser aufweisen oder es können die Innenwinkel der beiden konischen Hälften unterschiedlich sein.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist der Resonator, in dem die elektromagnetischen Schwingungsmoden erzeugt werden, etwa durch die Veränderung seiner Länge ver­ stimmbar ausgebildet. Dadurch ist das Verhältnis, in dem sich die einzelnen Schwingungsmoden im Resonator zueinander ausbilden, variierbar.

Ein besonders einfacher und insbesondere im Zusammenwirken mit einer einfach-konischen oder bi-konischen Antenne vor­ teilhafter Resonator ist durch einen koaxialen Wellenleiter gegeben, der zur Erzeugung höherer elektromagnetischer Schwingungsmoden obermodig betreibbar ist. Innen- bzw. Au­ ßenleiter eines koaxialen Wellenleiters lassen überdies sich problemlos mit den beiden Konen einer bi-konischen Antenne verbinden.

Zur Ausbildung wohldefinierter elektromagnetischer Schwin­ gungsmoden ist es notwendig, daß der koaxiale Wellenleiter an seinem dem Anschluß zur Antenne entgegengesetzten Ende einen Abschluß aufweist. Dieser Abschluß kann entweder in einem Kurzschluß bestehen, etwa in Form einer beide Leiter elektrisch verbindenden metallischen Platte oder aber der Abschluß wird durch eine vollkommen reflexionsfreie Anordnung hergestellt.

Die Einkopplung des elektromagnetischen Feldes erfolgt vor­ teilhafterweise über wenigstens einen Kopplungsanschluß, der radialaußenseitig am koaxialen Wellenleiter angeordnet ist. Auf die Weise wird eine zuverlässige Einkopplung der elektro­ magnetischen Moden in den Resonator erzielt. Besonders vor­ teilhaft ist die Anordnung mehrer Kopplungsanschlüsse, die in Umfangsrichtung des koaxialen Wellenleiters mit gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Bei dieser Anordnung lassen sich Strahlungscharakteristiken mit jeweils unterschiedlichen Hauptstrahlungsrichtungen in einfacher Weise ohne eine Veränderung der Resonatoranordnung dadurch erzielen, daß, je nach gewünschter Abstrahlrichtung, verschiedene Kopp­ lungsanschlüsse angesprochen werden.

Alternativ zur lateralen Einkopplung der vorhergehenden An­ sprüche des elektromagnetischen Feldes in den Resonator er­ folgt die Einkopplung nach Anspruch 12 durch einen Kopplungs­ anschluß, der an dem zur Verbindung zur Antenne entgegenge­ setzten Ende des Resonators angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine axiale Einkopplung bewirkt.

Als zuverlässige und strahlungsarme Kopplungsanschlüsse bieten sich koaxiale Buchsen an.

Die Einkopplung des elektromagnetischen Feldes erfolgt nach Anspruch 14 über kapazitive und/oder induktive Kopplungse­ lemente. Als kapazitive Kopplungselemente kommen dabei Kop­ pelstifte oder Stichleitungen, als induktive Kopplungsele­ mente Koppelschleifen oder Spulen in Frage. Besonders vor­ teilhaft sind diese Kopplungselemente als Leiterbahnen auf einer Leiterplatte aufgeätzt oder in sonstiger Weise aufge­ bracht, wobei die Leiterplatte im Resonator in geeigneter Weise angeordnet ist.

Alternativ oder ergänzend zur Einkopplung der elektromag­ netischen Welle in den Resonator mittels kapazitiver und/ oder induktiver Kopplungselemente erfolgt nach Patentan­ spruch 16 die Einkopplung des elektromagnetischen Feldes mittels eines oder mehrerer Hohlleiter, die an Koppelschlit­ zen und/oder Koppellöchern mit dem Resonator verbunden sind.

Zweckmäßigerweise sind die zur Einkopplung der elektromag­ netischen Welle in den Resonator vorgesehenen Kopplungsan­ schlüsse mit einem Speisenetzwerk verbunden, mittels dessen auch die Ansteuerung der Amplituden und/oder Phasen der ein­ gekoppelten Schwingungsmoden möglich ist. Dies ist besonders vorteilhaft, da die Feldverteilung der durch die Überlage­ gerung der Schwingungsmoden entstehenden Mischmode und da­ mit die Richtcharakteristik der infolge der Anregung durch ein Feld dieser Mischmode von der Antenne abgestrahlten elek­ tromagnetischen Welle besonders empfindlich vom Amplituden- bzw. dem Phasenverhältnis der zugrundeliegenden Schwingungs­ moden abhängig ist. Durch die separate Ansteuerbarkeit der Amplituden bzw. Phasen der eingekoppelten Stimmungsmoden steht somit eine große Variationsbreite einstellbarer Richtcha­ rakteristiken zur Verfügung.

Besonders vorteilhaft ist die Ausführungsform nach Anspruch 18. Dabei ist eine einfach konische und/oder bi-konische Antenne mit einem koaxialen Wellenleiter verbunden, der so­ wohl radialaußenseitig sowie an seinem dem Anschluß zur An­ tenne entgegengesetzten Ende Kopplungsanschlüsse zum Ein­ koppeln elektromagnetischer Schwingungsmoden aufweist. Die Kopplungsanschlüsse sind mit einem Speisenetzwerk verbunden, mittels dessen die eingekoppelten Schwingungsmoden jeweils unabhängig voneinander in Amplitude und/oder Phase variier­ bar sind. Vorzugsweise dient dabei ein dem Antennenanschluß entgegengesetzt angeordneter Kopplungsanschluß der Einkopplung einer TEM-Grundmode, die anderen Kopplungsanschlüsse der Einkopplung höherer, azimutal-anisotroper Schwingungsmoden. Die Überlagerung der azimutal-anisotropen Schwingungsmoden führt zu einer Richtcharakteristik des abgestrahlten elektro­ magnetischen Feldes, das eine oder mehrere wohldefinierte Hauptstrahlungsrichtungen aufweist. Insbesondere durch eine Veränderung der Phasenbeziehung zwischen den azimutal-aniso­ tropen Schwingungsmoden und der TEM-Grundmode ist die Haupt­ strahlungsrichtung variabel einstellbar.

Die aus Antenne und Resonator bestehende Anordnung ist nicht nur zur Abstrahlung, sondern auch zum Empfang elektromagne­ tischer Wellen geeignet.

Anhand der beigefügten Zeichnung soll die Erfindung nachste­ hend näher erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 eine mit einem koaxialen Wellenleiter verbundene bi-konische Antenne,

Fig. 2 ein Mittellängsschnitt durch die Anordnung aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Prinzipskizze des erfindungsgemäßen Verfah­ rens anhand von Feldlinienbildern und Richtcharak­ teristiken und

Fig. 4 eine bi-konische Antenne mit angeschlossenem ko­ axialen Wellenleiter in einer anderen Ausführungs­ form.

Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung ist eine bi-ko­ nische Antenne 2 auf einen koaxialen Wellenleiter 3 aufge­ setzt. Die beiden Hälften 4, 5 der bi-konischen Antenne 2 sind, mit ihren konischen Aufweitungen einandergegenüberlie­ gend, radialsymmetrisch zueinander und zum koaxialen Wellen­ leiter 3 angeordnet und mit dem koaxialen Wellenleiter 3 in der im folgenden beschriebenen Weise verbunden.

Die dem koaxialen Wellenleiter 3 unmittelbar benachbarte untere Hälfte 5 der bi-konischen Antenne 2 hat die ungefäh­ re Form eines kreisförmigen Kegelstumpfs, dessen Höhe so gewählt ist, daß sein kleinster Radius etwa dem Radius des Außenleiters 7 des koaxialen Wellenleiters 3 entspricht. Die Fläche der unteren Hälfte 5 der bi-konischen Antenne 2 ist an dem Ende mit der kleinsten Radialerstreckung innen­ seitig umgebogen und geht in einen zylinderförmigen Innenab­ schnitt 8 über, dessen Radius dem des Außenleiters 7 ent­ spricht, und ist mit diesem elektrisch verbunden. Die von dem koaxialen Wellenleiter 3 entferntere obere Hälfte 4 der bi-konischen Antenne 2 geht nach der Art eines Trichters in den rohrförmig ausgebildeten Innenleiter 6 des koaxialen Wellenleiters 3 über. An dem der bi-konischen Antenne 2 ent­ gegengesetzten Ende des koaxialen Wellenleiters 3 mündet der Außenleiter 7 in eine elektrisch leitfähige, kreisförmige Ab­ schlußplatte 9, die auch mit dem Innenleiter 6 elektrisch ver­ bunden ist.

Der auf diese Weise zwischen dem Innenleiter 6 und dem Außen­ leiter 7 bestehende Kurzschluß ermöglicht die Ausbildung vor­ gegebener Schwingungsmoden im koaxialen Wellenleiter 3. Bei dieser Anordnung werden die im koaxialen Wellenleiter zwi­ schen dem Innenleiter 6 und dem Außenleiter 7 in radialer Richtung schwingenden elektrischen Feldvektoren durch die konischen Aufweitungen der beiden Antennenhälften 4, 5 in ei­ nen zum konischen Wellenleiter 3 achsenparallelen Schwingungs­ modus überführt, ohne daß eine etwaig vorhandene azimutale Feldabhängigkeit dabei verloren geht. Somit weist die von der bi-konischen Antenne 2 abgestrahlte elektromagnetische Welle eine azimutale Abhängigkeit auf, die der azimutalen Richtungs­ abhängigkeit des elektrischen Feldes im koaxialen Wellenlei­ ter 3 entspricht.

Zur Einkopplung elektromagnetischer Felder in den koaxialen Wellenleiter 3 sind radialaußenseitig am Außenleiter 7 - im Ausführungsbeispiel insgesamt acht - untereinander gleich­ artige Anschlußbuchsen 10 in jeweils gleichen Winkelabstän­ den angeordnet. Zwischen den Anschlußbuchsen 10 erstreckt sich radial durch den gesamten koaxialen Wellenleiter 3 hin­ durch eine - selbst nicht leitende - Leiterplatte 11, auf der - in der Zeichnung nicht gezeigte - kapazitive und/oder induktive Kopplungselemente in Form von eingeätzten Leiter­ bahnen angeordnet sind.

Mittels der auf der Leiterplatte 11 angeordneten Kopplungs­ elemente wird eine elektromagnetische Welle im koaxialen Wellenleiter 3 induziert. Der koaxiale Wellenleiter 3 wird dabei obermodig betrieben: Zusätzlich zur TEM-Grundmode werden weitere, höhere elektromagnetische Schwingungszustände erzeugt. Die verschiedenen Schwingungsmoden des koaxialen Wellenleiters 3 führen zu entsprechenden Schwingungsmoden in der elektrisch mit diesen verbundenen bi-konischen Anten­ ne 2 und führen dort zur Abstrahlung entsprechender elek­ tromagnetischer Wellen.

Anhand der Fig. 3 wird im folgenden am Beispiel der Überla­ gerung zweier elektromagnetischer Schwingungsmoden, der TEM-Grundmode und der TE₁₁-Mode erläutert, wie bei einer Anordnung nach Fig. 1 oder 2 eine richtungsselektive Ab­ strahlung von der Antenne bewirkt wird.

Die elektrische Feldverteilung im koaxialen Wellenleiter 3 ist im Falle der TEM-Grundmode radialsymmetrisch. Die die­ ser Schwingungsform entsprechende azimutale Strahlungscha­ rakteristik 20 zeigt dementsprechend einen istropen Verlauf. Demgegenüber führt die Anregung einer TE₁₁-Mode zu einer an­ isotropen azimutalen Abhängigkeit 21 im koaxialen Wellenlei­ ter 3 sowie zu einer anisotropen azimutalen Strahlungscha­ rakteristik 22, die durch eine Achse maximaler radialer elek­ trischer Feldstärkenverteilung im koaxialen Wellenleiter 3 und eine Hauptstrahlungsrichtung in der Strahlungscharakteristik 22 - in diesem Beispiel entlang der Linie 90°- 270° - gekennzeichnet ist. Längs dieser Achse schwingen die elektrischen Feldvektoren im koaxialen Wellenleiter zu bei­ den Seiten des Innenleiters 6 dabei gegenphasig.

Bei der linearen Superposition einer TEM-Mode mit einer TE₁₁-Mode wird daher der mit der TEM-Mode gleichphasig schwingende Teil des elektrischen Feldes der TE₁₁-Mode im koaxialen Wellenleiter 3 verstärkt, der gegenphasige Teil dagegen abgeschwächt, wie die Feldverteilung 23 der TEM- TE₁₁-Mischmode zeigt. Die dieser Mischmode entsprechende Strahlungscharakteristik 24 weist eine einzelne Vorzugs­ richtung maximaler Abstrahlung auf, im Beispiel in Rich­ tung 270°.

Bei bestimmungsgegemäßem Gebrauch der Anordnung 1 wird auf diese Weise eine Abstrahlung in eine vorbestimmte Richtung erreicht. Durch eine gezielte Ansprache eines der Anschlüs­ se 10 kann die Richtung dabei in azimutalen Winkeln, der Winkelabständen der einzelnen Anschlüsse 10 entspricht, variiert werden. Dabei führt jede Ansprache eines der An­ schlüsse 10 zu einer gleichartigen Überlagerung der Schwin­ gungsmoden - wie vorher beschrieben - jedoch mit einer je­ weils anderen Vorzugsrichtung. Im Falle der acht Anschlüs­ se der Anordnung 1 lassen sich auf diese Weise acht unter­ schiedliche Vorzugsrichtungen in der Abstrahlung der elek­ tromagnetischen Welle an der Antenne 2 erzielen.

Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung 30 weist einen gegenüber der Anordnung 1 modifizierten Aufbau auf. Die bi-konische Antenne 2 und der koaxiale Wellenleiter 3 sind in gleicher Weise aufgebaut wie bei der Anordnung 1. Anstelle der acht lateralen Anschlüsse 10 weist die Anordnung 30 jedoch für zwei radiale, im Winkel von 90° zueinander angeordnete Anschlüsse 31, 32, die radialaußenseitig am Außenleiter 7 angeordnet sind, sowie einen axialen Anschluß 33 an dem der Antenne gegenüberliegenden Ende des koaxialen Wellenlei­ ters 3 auf. Die Anschlüsse 31, 32, 33 sind mit einem Speise­ netzwerk 35 verbunden, das die zur Einkopplung vorbestimmter elektromagnetischer Schwingungsmoden notwendige elektrische Energie liefert. Im Speisenetzwerk 35 sind Stellglieder 36, 37 für die Ansteuerung der Amplituden der an den lateralen Anschlüssen 31, 32 eingekoppelten elektromagnetischen Feld­ moden sowie ein Stellglied 38 zur Variierbarkeit der Phase der über den axialen Anschluß 33 eingekoppelten Feldmoden integriert.

Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Anordnung 30 werden über die lateralen Anschlüsse 31, 32 jeweils eine elektro­ magnetische Welle der Mode TE₁₁ eingekoppelt. Die azimutale Richtcharakteristik der zugehörigen Mischmode vom Typ TE_11x/- TE_11y hat ungefähr die Form einer "Acht" und weist eine Vorzugsachse längs einer der Winkelhalbierenden zwischen den Anschlüssen 31 und 32 entsprechenden Linie auf, längs der maximale Abstrahlung besteht. Am axialen Anschluß 33 wird zusätzlich die TEM-Grundmode eingespeist, die mit den von den lateralen Anschlüssen 31, 32 eingekoppelten Feld­ moden zu einer TEM-TE₁₁/TE_11x/TE_11y-Mischmode überlagert ist. Bei gleichem Phasenverhältnis zwischen den TE₁₁-Feldmo­ den, die an den Anschlüssen 31, 32 eingekoppelt werden, und der TEM-Grundmode, die am Anschluß 33 eingekoppelt wird, weist diese Mischmode die gleiche Vorzugsachse maximaler Feldverteilung bzw. maximaler Abstrahlung wie die vorgenann­ te TE_11x/TE_11y-Mode auf. Mittels des Phasenstellglieds 38 im Speisenetzwerk 35 ist das Phasenverhältnis an den Anschlüs­ sen 31, 32 sowie am axialen Anschluß 33 gegeneinander ver­ stellbar. Die Änderung dieses Phasenverhältnisses führt auch zu einer Änderung der Vorzugsachse maximaler Feldverteilung bzw. maximaler Abstrahlung. Auf diese Weise wird bei der Anordnung 30 ein elektronisch gesteuertes Verschwen­ ken der Hauptstrahlungsrichtung der von der Antenne 2 abge­ strahlten elektromagnetischen Welle in eine beliebige azi­ mutale Richtung bewirkt.

Claims (19)

1. Verfahren zum richtungsselektiven Abstrahlen elektromagne­ tischer Wellen, insbesondere für den Einsatz in der Funkkommu­ nikation, bei dem

• - in einen obermodig betreibbaren Resonator (3) wenigstens zwei Schwingungsmoden eines elektromagnetischen Feldes, die vorbestimmte Eigenmoden des Resonators (3) sind, in vorbestimm­ ter Amplituden- und Phasenlage eingekoppelt und zu einem Erre­ gerfeld eines gemischten Modes linear superponiert werden,
• - mit dem Erregerfeld eine mit dem Resonator wirkverbundene Antenne (2) angeregt wird und von dieser elektromagnetische Wellen mit einer der Feldabhängigkeit der superponierten Schwingungsmoden entsprechenden Richtcharakteristik (24) abge­ strahlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Veränderung der Resonatorlänge und/oder durch eine Ansteuerung der Amplituden- und/oder der Phasenverhältnisse der Schwingungsmoden zueinander eine vorbestimmte Richtcharak­ teristik (24) der abgestrahlten elektromagnetischen Wellen be­ wirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsmoden aus einer vorbestimmten, jedoch ver­ änderbaren azimutalen Richtung in den Resonator eingekoppelt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Resonator neben einem TEM-Grundmode wenig­ stens ein höherer Schwingungsmode erzeugt und dieser mit dem TEM-Grundmode überlagert wird/werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein mit wenigstens einem Kopplungsanschluß (10, 31, 32, 33) zum Einkoppeln eines elektromagnetischen Feldes versehener obermo­ dig betreibbarer Resonator (3) mit einer Antenne (2) in Wirk­ verbindung steht, von der aus bei bestimmungsgemäßem Gebrauch eine Abstrahlung elektromagnetischer Wellen mit einer Richt­ charakteristik (24) entsprechend der Feldabhängigkeit von im Resonator (3) linear superponierten elektromagnetischen Schwingungsmoden erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (2) eine einfach konische oder eine bi-konische Antenne ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (3) zur Erzielung eines vorgegebenen Schwin­ gungsmodenverhältnisses verstimmbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Resonator (3) ein obermodig betreibbarer koaxialer Wellenleiter ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der koaxiale Wellenleiter (3) an seinem der Wirkverbindung zur Antenne (2) entgegengesetzten Ende kurzgeschlossen oder reflexionsfrei abgeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens ein Kopplungsanschluß (10, 31, 32) radial außenseitig am koaxialen Wellenleiter (3) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Kopplungsanschlüsse (10, 31, 32) mit in Umfangs­ richtung gleichen Abständen am koaxialen Wellenleiter (3) an­ geordnet sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens ein Kopplungsanschluß (33) an dem der Wirkverbindung zur Antenne (2) entgegengesetzten Ende des Resonators (3) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Kopplungsanschluß (10, 31, 32, 33) eine koaxiale Buchse vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einkopplung des elektromagnetischen Feldes in den Resonator (3) mittels eines kapazitiven und/oder induktiven Kopplungselements erfolgt, das mit dem Kopplungsan­ schluß (10, 31, 32, 33) wirkverbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungselement als Leiterbahn auf einer im Resonator (3) angeordneten Leiterplatte (11) ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als wenigstens ein Kopplungsanschluß (10, 31, 32, 33) ein Hohlleiter vorgesehen ist, der an Koppel­ schlitzen und/oder Koppellöchern mit dem Resonator (3) verbun­ den ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kopplungsanschluß/die Kopplungs­ anschlüsse (10, 31, 32, 33) mit einem Speisenetzwerk (35) wirk­ verbunden sind, mittels dessen die Amplituden und/oder die Phasen der eingekoppelten Schwingungsmoden separat ansteuerbar sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17, gekenn­ zeichnet durch folgende Merkmale;

• - an einem koaxialen Wellenleiter (3) sind radial außenseitig sowie an seinem dem Anschluß an eine Antenne entgegengesetzten Ende Kopplungsanschlüsse (31, 32, 33) zum Einkoppeln elektroma­ gnetischer Schwingungsmoden angeordnet,
• - die Kopplungsanschlüsse sind mit einem Speisenetzwerk (35) mit integrierten Stellgliedern (36, 37, 38) verbunden, mittels derer die eingekoppelten Schwingungsmoden jeweils unabhängig voneinander in Amplitude und/oder Phase variierbar sind,
• - als Antenne (2) dient eine mit dem koaxialen Wellenleiter (3) verbundene einfach konische und/oder bi-konische Antenne, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durch die Schwingungsmoden zur Abstrahlung einer elektromagnetischen Welle mit einer die­ sen entsprechenden Richtcharakteristik (24) angeregt wird.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antenne (2) als Empfangsantenne betreib­ bar ist.