DE2041299A1

DE2041299A1 - Drehbare Richtantenne

Info

Publication number: DE2041299A1
Application number: DE19702041299
Authority: DE
Inventors: Maune James J
Original assignee: Hazeltine Corp
Current assignee: BAE Systems Aerospace Inc
Priority date: 1969-08-26
Filing date: 1970-08-20
Publication date: 1971-03-04
Also published as: FR2060127A7; US3673606A; FR2060127B3; CA924391A; GB1271346A

Description

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Hazeltine Corporation, 59-25 Little Neck Parkway, Little Neck, New York 11362, U.S.A.

Drehbare Richtantenne

Die Erfindung betrifft eine drehbare Richtantenne, die über den ganzen Bereich der möglichen Strahllagen im wesentlichen bündig abschließend mit den sie umgebenden anschließenden Flächen bleibt und bei der durch eine im wesentlichen planare Anordnung strahlender Elemente in Abhängigkeit von zugeführter HF-Energie gemeinsam ein schmaler Strahl elektromagnetischer Energie abstrahlbar ist.

Elektromagnetische Kommunikationssysteme erfordern oft eine hochwirksame abgestrahlte Energie. Dies kann durch Verwendung eines Hochleistungssenders mit einer Rundstrahlantenne oder eines Senders geringerer Leistung mit einer stark bündelnden Antenne erreicht werden. Aus Gründen des Energieverbrauches ist insbesondere bei Systemen, die in Flugzeugen untergebracht werden, ein Hochleistungssender weniger günstig, so daß stark bündelnde Antennen erforderlich sind.

Eine stark bündelnde Antenne weist definitionsgemäß eine schmale Strahlungskeule, d. h. einen schmalen Strahl auf. Um die Antennenbündelung vorteilhaft verwenden zu können, ist es erforderlich, daß der Strahl im Raum gesteuert werden kann, so daß die Energie in eine gewünschte Richtung abstrahlbar ist. Bei Verwendung in schnellfliegenden Flugzeugen besteht außerdem das Erfordernis, daß die Antenne bündig abschließend

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mit den sie umgebenden Flächen eingebaut ist, um eine Verschlechterung der Flugleistung zu vermeiden, die von einer Störung der aerodynamischen Verhältnisse durch eine vorragende Antenne bedingt sein kann. .

Es ist eine hochbündelnde Antenne mit einem Parabolreflektor und zugeordneter Speisung bekannt, welche über ein System kardanischer Aufhängungen oder in ähnlicher Weise mechanisch in Umdrehung versetzt wird. Der mechanisch angetriebene Reflektor nimmt grundsätzlich für jede Strahllage einen anderen Platz ein, so daß er nicht für alle Strahllagen bündig abschließend mit der ihn umgebenden Fläche, auf der er angeordnet ist, bleibt. Eine bündig abschließend eingebaute Antenne ist für viele Anwendungsfälle erwünscht und, wie oben vermerkt, für schnell fliegende Hochleistungsflugzeuge praktisch unerläßlich.

Bei einer phasenabhängig gesteuerten Richtantenne wird die Lage des Strahles dadurch gesteuert, daß die Phasenlage der jedem der einzelnen strahlenden Elemente einer solchen Antenne zugeführten Energie verändert wird. Diese Antenne ist wohl eine bündig abschließend einbaubare, stark bündelnde Richtantenne. Um jedoch die erforderliche Strahlbreite und Steuerauflösung zu erzielen, sind hunderte von einzelnen Strahlern und zugeordneten Phasenschiebern erforderlich. Die Phasenschieber sind jedoch sehr teure Bauteile, insbesondere, wenn es sich um Phasenschieber handelt, die im oberen Bereich des Frequenzspektrums arbeiten. Eine solche zum Einbau in ein Flugzeug geeignete Anordnung wäre deshalb so teuer und aufwendig, daß sie hierfür in der Regel nicht in Frage kommt.

Ziel der Erfindung ist es deshalb, eine neue, verbesserte stark bündelnde Richtantenne zu schaffen, die über einen Bereich von Abtastwinkeln bündig abschließend mit den sie um-

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gebenden Flächen bleibt und die außerdem nicht für jedes einzelne strahlende Element einen eigenen Phasenschieber benötigt.

Zu diesem Zwecke ist die eingangs genannte Antenne dadurch gekennzeichnet/ daß durch zugeordnete Phasenschiebermittel die Phase der einem oder mehreren der strahlenden Elemente zugeführ· ten Energie im Sine der Veränderung des Strahlwinkels des schmalen Strahles elektromagnetischer Energie veränderbar ist und die ganze Anordnung der strahlenden Elemente durch M

mechanische Antriebsmittel um die breitseitige Achse der Anordnung unter Drehung der elektrischen Feldebene um diese breitseitige Achse bei im wesentlichen bündig abschließend mit den sie umgebenden Flächen bleibender Antenne drehbar ist, derart, daß die Antenne bei der Abtastung eines Gebietes des Raumes durch den schmalen Strahl elektromagnetischer Energie im wesentlichen bündig abschließend mit den pie umgeben den Flächen bleibt.

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Antenne gemäß der Erfindung in großem Maßstab, in der Draufsicht, bei der die strahlenden Elemente auf einer kreisförmigen Halterung angeordnet sind,

Fig. 2 eine Antenne gemäß der Erfindung in kleinem Maßstab, in der Draufsicht, bei der die strahlenden Elemente auf einer quadratischen drehbaren Halterung angeordnet sind,

Fig. 3 die Antenne nach Fig. 2 in einer Seitenansicht,

Fig. 4 die Antenne nach Fig. 2, 3 in schematischer Darstellung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise,

Fig. 5 eine Antenne gemäß der Erfindung in schematischer perspektivischer Darstellung unter Veranschaulichung von zwei verschiedenen Arten des Abtastens,

Fig. 6 einen Spaltenleistungsteiler für eine der Antennen nach den Fig. 2 bis 4 in schematischer Teildarstellung und

Fig. 7 einen Zeilenleistungsteiler für eine der Antennen nach den Fig. 2 bis 4 in schematischer Teildarstellung.

In Fig. 1 ist die Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Antennensystem mit phasenabhängiger Anordnung der strahlenden Elemente dargestellt. Das Antennensystem verfügt über eine Anzahl strahlender Elemente 10, die in mehreren parallelen Spalten oder Gruppen L von Elementen 10 angeordnet sind, so daß ein schmaler Strahl elektromagneterischer Energie abgestrahlt wird. Außerdem verfügt das Antennensystem über eine Impedanzan-

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passungseinrichtung, die aus einem dünnen Blatt aus dielektrischem Material 11 besteht, welches parallel und getrennt von den strahlenden Elementen IO angeordnet ist, sowie eine Anzahl dünner flacher Streifen aus leitfähigem Material 12 aufweist, die auf dem dielektrischen Blatt 11 angeordnet sind und gemeinsam über den gewünschten Wellenlängenbereich eine dielektrische Charakteristik der Art haben, daß sich eine Impedanzanpassung zwischen der Anordnung der strahlenden Elemente 10 und dem freien Raum ergibt. Das dielektrische Blatt 11 und die zugeordneten leitenden Streifen 12 erstrecken sich über das gesamte Gebiet der Anordnung der Elemente 10. In Fig. 1 wurde ein Teil des dielektrischen Blattes 11 weggeschnitten, um die Anordnung der strahlenden Elemente 10 zu veranschaulichen.

Fig. 2 zeigt in der Draufsicht eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antennensystems. Auch bei diesem System sind eine Anzahl strahlender Elemente 10 vorhanden, welche in mehreren parallelen Spalten oder Gruppen L angeordnet und denen ein dielektrisches Blatt 13 und zugehörige leitende Streifen 14 zugeordnet sind. Ebenso wie bei der Anordnung nach Fig. 1 erstreckt sich das dielektrische Blatt 13 über die gesamte Fläche der Anordnung der strahlenden Elemente 10. Um jedoch die spezielle Anordnung der strahlenden Elemente klarer zu veranschaulichen, ist ein noch größerer Teil des dielektrischen Blattes 13 als bei der Darstellung nach Fig. 1 weggelassen worden. In Fig. 2 ist auch die drehbare Halterung 15 dargestellt, auf der die strahlenden Elemente 10 angeordnet sind und die mit einem Synchronmotor 18 gekuppelt ist.

Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 1 als auch bei jener nach Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Prinzip verwirklicht. Der Hauptunterschied zwischen beiden Ausführungsformen besteht in der Zahl der strahlenden Elemente 10 und der zugeordneten

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Bauelemente, die zum Ankoppeln von Energie an jedes der strahlenden Elemente 10 erforderlich sind. Wirkungs- und Betriebsweise der beiden Antennensysteme sind im wesentlichen gleich. Die Ausführungsform nach Fig. 1 verfügt über eine beträchtlich größere Anzahl strahlender Elemente 10; sie kann deshalb einen schmäleren Strahl abstrahlen und verfügt über eine feinere Steuerauflösung. Die Ausführungsform nach Fig. 2 verfügt über weniger strahlende Elemente 10 und weist einen einfacheren Aufbau auf, so daß sie ein billigeres System ergibt. Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung geschieht die weitere Beschreibung und Erläuterung anhand der Antenne nach Fig. 2; es versteht sich jedoch von selbst, daß ein erfindungsgemäßes Antennensystem sowohl mit weniger strahlenden Elementen 10 als in Fig. 2 als auch mit mehr strahlenden Elementen als in Fig. 1 veranschaulicht, gebaut werden kann.

In Fig. 3 ist die Antenne nach Fig. 2 in einer Seitenansicht dargestellt, wobei die strahlenden Elemente 10, das dielektrische Blatt 13, die drehbare Halterung 15, die signalverarbeitende Schaltung 16, die drehbare Kupplung 17 und der Synchronmotor 18 jeweils schematisch dargestellt sind.

Fig. 4 zeigt eine Veranschaulichung der Antenne nach den Fig. 2, 3 in Gestalt eines schematischen Blockdiagrammes. Wie aus den Fig. 3 und 4 zu ersehen, verfügt das Antennensystem über Sendemittel 19, durch die abzustrahlende HF-Energie zugeführt wird. Die Sendemittel 19 - im weiteren kurz "Sender" genannt - sind von Üblicher Bauart; sie weisen Oszillatoren und Verstärker auf, wie sie erforderlich sind, um die HF-Energie für die Abstrahlung zu erzeugen. Der Ausgang des Senders 19 ist über eine drehbare Kupplung 17 an die Signalverarbeitungsschaltung 16 angekoppelt.Die drehbare Kupplung 17 ist eine übliche Kupplungsvorrichtung, welche die Übertragung elektromagnetischer Energie zwischen zwei Wellenleitern ermöglicht und gleichzeitig die mechanische

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Rotation eines der Wellenleiter gestattet. Wie in Fig. 3 angedeutet, und im Weiteren noch genauer erläutert, ist die Signalverarbeitungssehaltung 16 auf der drehbaren Halterung 15 angeordnet, so daß sie durch den Synchronmotor 18 in Umdrehung versetzt wird.

Die Signalverarbeitungsschaltung 16 umfasst Spalten-Leistungsteilermittel 20, durch welche die von dem Sender 19 über die drehbare Kupplung 17 zugeführte HF-Energie auf die Spalten strahlender Elemente 10 derart aufgeteilt wird, daß

allen strahlenden Elementen 10 einer Elementenspalte L ™

HF-Energie im wesentlichen gleicher Phase eingekoppelt wird.

Wie aus Fig. 4 zu ersehen, teilt der Spalten-Leistungsteiler 20 die von dem Sender 19 zugeführte HF-Energie in acht Teile, die über die Leitungen 21 bis 28 von dem Leistungsteiler aus jeweils einer Elementenspalte eingekoppelt werden.

Das Antennensystem verfügt außerdem über einen Steuerkommandogenerator 29> der Azimuth- und Elevations-Informationssignale liefert, welche gemeinsam die gewünschte Strahllage definieren. Geräte zur Erzeugung von Steuerbefehlen sind dem Fachmann geläufig; sie liefern entweder diskrete Steuerbefehle oder Fehierkorrektursignale. Sollte z. B. das vorliegende Antennen- M system dazu verwendet werden, einen Strahl elektromagnetischer Energie dauernd auf einen Kommunikationssatelliten zu richten, so würde der Steuerbefehlgenerator 29 dauernd mit Positionskorrektursignalen versorgt werden, so daß er in der Lage ist, laufend die korrekten Azimuth- und Elevationssignale zu erzeugen.

Das Antennensystem ist außerdem mit einem Strahllagerechner 30 ausgerüstet, der von dem Elevations-Informationssignal, welches über die drehbare Kupplung 17 eingekoppelt wird, eine Anzahl Phaseninformationssignale ableitet, die es gestatten, die Lage des abgestrahlten Strahls in einer Azimuth-Ebene zu überwachen, welche die breitseitige Achse der Anordnung enthält. Der Strahllagerechner 30 liefert eine

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Ausgangsgröße für jeden der Ausgänge 21 bis 28 des Spalten-Leistungsteilers 20,

Das Antennensystem weist daneben eine Anzahl Phasenschieber 31 bis 38 auf, von denen jeder einem der Ausgänge des Spalten-Leistungsteilers 20 zugeordnet ist und außerdem auf eines der Phaseninformationssignale anspricht, die von dem Strahllagerechner 30 erzeugt werden. Die Phasenschieber

den 31 bis 38 steuern individuell die Phase der/in einer Spalte L befindlichen strahlenden Elemente 10 eingekoppelten Energie bezüglich der Phase der Energie, welche anderen strahlenden Elementen 10 zugeführt wird, so daß der schmale Strahl elektromagnetischer Energie innerhalb der Azimuthebene entsprechend der Elevations-Information liegt.

Schließlich verfügt das Antennensystem noch über einen Synchronmotor 18, der auf die von dem Signalbefehlsgenerator 29 geleerte Azimuthinformation anspricht und die drehbare Halterung 15 mechanisch um die breitseitige Achse der Antennenanordnung derart schwenkt, daß die Ebene, in der der Strahl durch Veränderung der Phase der den strahlenden Elementen 10 eingekoppelten Energie gesteuert wird, bei dem gewünschten Azimuth liegt. Die bündig eingebauten Antennen bleiben hierbei im wesentlichen eben abschließend mit der anschließenden umgebenden Fläche, während der schmale Strahl elektromagne- tischer Energie einen Raumbereich abtastet.

Zur Erleichterung der Drehung der quadratischen Anordnung der strahlenden Elemente 10 bei der Ausführungsforrn nach Fig. 2 sind die strahlenden Elemente 10 auf einer kreisrunden, drehbaren Halterung 15 angeordnet. Hierfür kann jede geeignete drehbare Halterung verwendet werden.

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Betriebsweise

Das Verständnis der Wirkungsweise der in den Fig» 2 bis 4 dargestellten Antenne wird durch eine Erläuterung des grundsätzlichen Prinzips der Erfindung erleichtert, wie es in Fig. 5 veranschaulicht ist.

In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäßes Antennensystem perspektivisch dargestellt, bei dem zwei verschiedene Abtastverfahren, das Verfahren der Drehung und der Phasenverschiebung - im Sinne der Schaffung einer eben bündig eingebauten Antenne zusammenwirken, welche eine Hemisphäre abtasten kann. Fig. 5 zeigt lediglich die Spalten L strahlender Elemente 10, die drehbare Halterung 15 und den Motor 18, da der Zweck der Fig. 5 lediglich darin liegt, die beiden verschiedenen Abtastverfahren zu erläutern»

Da die jedem der strahlenden Elemente 10 einer Elementenspalte L in den Fig. 1 und 2 eingekoppelte Energie die gleiche. Phase hat, kann eine Elementenspalte L_f wie in Fig. 5, als ein einziges strahlendes Element dargestellt werden« Jedes dieser strahlenden Elemente L-würde,...wenn es für sich allein erregt würde, einen fächerförmigen Strahl erzeugen, welcher in der von Pfeilen A,-*B,-C,-D, definierten. Ebene'liegt, wobei die Ebene A BCD rechtwinklig zur langen Achse jedes der strahlenden Elemente L steht und die breitseitige Achse ■der Anordnung A enthält» Die Erregung aller Elemente L ergibt einen schmalen Strahl elektromagnetischer Energie., der in der Ebene A B C D liegt. Durch Veränderung der Phase der jedem der Elemente L eingekoppelten Energie kann die Lage des abgestrahlten Strahles in der Ebene A B C D--gesteuert. ■werden „womit erreicht werden -kann,, da® der abgestrahlte Strahl jede beliebige Lage in- der Ebene Ä BC D oberhalb dfer Fläche der Anordnung der strahlenden Elemente 11 einnimmt.

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Die Drehung der drehbaren Halterung 15 bei Betätigung des Motors 18 hat zur Folge, daß die Abtastebene A B C D um einen entsprechenden Betrag um die breitseitige Achse A gedreht wird. Da der abgestrahlte Strahl beliebig innerhalb der Abtastebene ABCD gerichtet werden kann, und die Abtastebene A B C D in jede beliebige Azimuthstellung drehbar ist, kann der abgestrahlte Strahl auf jeden Punkt der Hemisphäre, welcher oberhalb der Oberfläche der Antennenanordnung liegt, gerichtet werden. Wenn es ζ. B. erwünscht wäre, in der Richtung des Pfeiles E abzustrahlen, der in einer Ebene liegt, welche die breitseitige Achse A und die Achse FF enthält, wird die drehbare Halterung 15 in Abhängigkeit von einem entsprechenden, dem Motor 18 zugeführten Azimuthsignal soweit gedreht, daß die sich mitdrehende Abtastebene A B C D um die breitseitige Achse um den Winkel 0 gedreht wird, so daß die Abtastebene ABCD nunmehr den Pfeil E enthält. Daß der Strahl in der Abtastebene A B C D in Richtung des Pfeiles E zeigt, wird dadurch erreicht, daß die Phase der den einzelnen strahlenden Elementen L eingekoppelten Energie, wie oben beschrieben, entsprechend dem Elevationssignal eingesteuert wird, so daß sich der erforderliche Elevationswinkel θ ergibt.

Wird die durch die Phasenschiebung bedingte Abtastung auf eine einzige Ebene begrenzt, so wird die Anzahl der erforderlichen Phasenschieber im Vergleich zu einer Anordnung mit vollständiger beliebiger Möglichkeit der Phasenänderung der einzelnen strahlenden Elemente drastisch reduziert, wodurch auch die Kosten der ganzen Anordnung entsprechend drastisch gesenkt werden. Dies gestattet auch eine Abtastung in der Längsrichtung in allen Abtastebenen, wie es im einzelnen noch beschrieben werden wird. Eine Begrenzung der Abtastung durch mechanische Drehung auf eine Rotation um die breitseitige Achse gestattet es, eine Antenne mit einem niederen Profil zu erzielen. Die Antenne nimmt für alle Strahllagen den gleichen Platz im Raum ein; sie kann deshalb innerhalb des ganzen Bereiches gewünschter Strahllagen bündig

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mit den umgebenden Flächen abschließend angeordnet bleiben. So können z. B. die Antennen nach den Fig. 1, 2 für alle Strahllagen bündig mit der Papierebene bleiben, obwohl sie aus der Papierebene heraus abstrahlen.

Bei der in den Fig. 2 bis 4 veranschatilichten Antenne wird die abgestrahlte Energie von dem Sender 19 an die drehbare Kupplung 17 angekoppelt. Die drehbare Kupplung 17 gestattet die übertragung der Energie auf die drehbare Halterung 15 und die auf dieser Halterung angeordnete Signalverarbeitungsschaltung 16, Die abgestrahlte HF-Energie gelangt von der drehbaren Kupplung 17 zu dein Spalten-Leistungsteiler 20, der die HF-Energie in acht getrennte Komponente entsprechend der Zahl der Elementenspalten L aufteilt.

Der Spalten-Leistungsteiler. 20 kann aus einer Matrix von T-Verzweigungen 51 bis 56 bestehen, wie es in Fig. 6 veranschaulicht ist. Jede T-Verzweigung bzw. jedes T-Glied teilt die angekoppelte Energie in zwei gleiche Teile auf. Die von de'r drehbaren Kupplung 17 zugeführte Energie wird deshalb in acht gleiche Komponenten aufgeteilt, die jeweils individuell einem der Phasenschieber 31 bis 38 eingekoppelt werden. Es können auch andere Arten von Leistungsteilern Verwendung finden. In bestimmten Anwendungsfallen kann es ζ. B. zweckmäßig sein, unterschiedliche oder veränderliche Energiemengen an jedem der Ausgänge 21 bis 28 des Spalten-Leistungsteilers zur Verfügung zu haben oder die Energiemenge an" jedem Ausgang verändern zu können» Der Aufbau des Leistungsteilers wird durch die jeweiligen speziellen Erfordernisse vorgeschrieben.

Die Ausgänge 21 bis 28 des Spalten-Leistungsteilers 20 sind jeweils an einen der Phasenschieber 31 bis 38 angekoppelt. Die Phasenschieber 31 bis 38 steuern die Phase der Energie jeder der Spalten L von Elementen 10 bezüglich der Energie der anderen Elementen-"Spalten. Die Phasenschieber können Ferrit-Phasenschieber sein, wie sie beispielsweise in dem

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Buch "Recent Advances in Digital Latching Ferrite Devices", L. R. Whicker, 1966 IEEE Convention Record Part 5, Seite 49 beschrieben sind; doch sind auch andere geeignete Typen möglich. Die Ferrit-Phasenschieber bestehen kurz gesagt aus einem hohlen Zylinder aus Ferrit-Material, der in einem Wellenleiter angeordnet ist, durch welchen die zu verzögernde Energie gestrahlt wird. Das Ferrit-Material übt eine Verzögerungswirkung auf die Wellen aus, welche einer Phasenverschiebung entspricht. Durch die Bohrung des Ferrit-Materials sind ein oder mehrere Drähte hindurchgeführt. Die Stärke des durch die Drähte fließenden Stromes bestimmt hierbei die Größe der von dem Ferrit-Material erzeugten Phasenverschiebung. Durch Veränderung des Steuerstromes, der durch jeden der Phasenschiebe: fließt, kann die Phase an jedem der Ausgänge 21 bis 28 bezüglich der jeweils anderen Ausgänge geändert werden.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 wird das verzögerte Signal über eine der Leitungen 21 bis 28 an den in dem Phasenschieber vorhandenen Wellenleiter angekoppelt. Das Signal, das die Größe der Phasenverschiebung steuert, wird an die Phasenschieber 31 bis 38 von dem Strahllagerechner 30 angekoppelt. Der Strahllagerechner 30 leitet das erforderliche Phasenschiebersteuersignal von dem ihm über die drehbare Kupplung 17 von dem Signalbefehlsgenerator 29 zugeführten Elevations-Signal ab. Die Art und Weise, in der die erforderlichen Phasenschiebersignale von dem Elevationssteuersignal abgeleitet werden, ist an sich bekannt.

Die Ausgangsgrößen der Phasenschieber 31 bis 38 werden jeweils individuell an den jeweils entsprechenden Zeilenleistungsteiler 39 bis 46 angekoppelt. Jeder der Zeilenleistungsteiler verteilt die ihm zugeführte Energie auf die strahlenden Elemente, welche eine Elementenspalte L bilden. Fig. 7 veranschaulicht einen typischen Zeilenleistungsteiler, der aus T-Verzweigungen 57 bis 59 besteht. Der T-Verzweigung 57 von einem der Phasenschieber 31 bis 38 zugeführte Energie

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wird in vier gleiche Teile geteilt, welche individuell an· die strahlenden Elemente 10 angekoppelt werden.;

Vielehe eine der Elementenspalten

L bilden. Ähnlich wie bei dem Spaltenleistung-steiler kann es für spezielle Anwendungsfälle zweckmäßig sein, eine unterschiedliche Energiemenge den eine der Elementenspalten enthaltenden Elementen einzukuppeln oder aber eine veränderliche Energiemenge-hierzu aur Verfügung au haben. Die Zeilenleistungsteiler können in einfacher Weise derart aufgebaut werden, daß sie diesen Anforderungen genügen»

Während der Strahl in der Elevationgsebene durch entsprechende Steuerung der Phase der den jeweils die einzelnen Reihen umfassenden Elementen eingekoppelte Energie in die-jeweils gewünschte Lage gebracht wird,- wird die Azimuth-Ebene in der Weise in die erforderliche Lage gebracht, daß das Asirauthsignal des Signalbefehlsgenerators 29 dem Synchronmotor 18 zugeführt wird. Wird der Synchronmotor 18 durch das EIevatiönssteuersighal betätigt, so wird die drehbare Halterung 15 über ein Getriebe entsprechend verdreht/ Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert, kann der Strahl somit in jede gewünschte Richtung gerichtet werden»

Eine erfindungsgemäße Richtantenne kann so aufgebaut werden, daß die strahlenden Elemente Io entweder kreisförmig oder linear polarisiert abstrahier} während die Elemente in der Weise angeordnet werden können, daß die von der Phasenverschiebung herrührende. Abtastebene in der Ebene des elektrischen Feldes, in der Ebene des magnetischen Feldes oder in einer Zwischenk-ardinalebene liegt» Besonders vorteilhaft- ist es jedoch(, die Elemente entsprechend FIg₃ I₁ 2~ anzuordnen? so daß die Wellenleiter lediglich den '-Grundtyp, den TB-iO-Typ ab- strahlen/ während die .Wellenleiter in jeder. Spalt© t-in Ri-chfeasng.. des .-magnetischen. Felävektors -versetzt .-sind«.. . ^: .. '■

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Wie in Fig. 1 veranschaulicht, und aus Fig. 2 noch deutlicher zu ersehen, weist jeder der Wellenleiter ein Seitenverhältnis von etwa 2:1 auf, d. h. die Länge 1st etwa doppelt so groß wie die Breite. Dieses Längenverhältnis gewährleistet, daß lediglich der TE-lO-Typ abgestrahlt wird, so daß keine Kreuzpolarisation auftritt, und der elektrische Feldvektor immer senkrecht zur Länge 1 steht.

Da in alle Wellenleiter einer Spalte von Wellenleitern jeweils Energie der gleichen Phase eingekoppelt wird, bewirkt der Versatz der Wellenleiter in der Spalte in der Weise, daß die magnetische Feldvektoren aller Wellenleiter längs der gleichen Achse sich erstrecken,, daß jede Wellenleiterspalte als ein einziger Wellenleiter wirkt» der eine große Strahleröffnung senkrecht zum elektrischen Feldvektor aufweist. Jede der Wellenleiterspalten erzeugt deshalb einen fächerförmigen Strahl, der in der Ebene des elektrischen Feldvektors liegt. Durch die gemeinsame Wirkung aller Spalten strahlender Elemente wird ein schmaler Strahl elektromagnetischer Energie erzeugt, dessen Lage In der Ebene des elektrischen Feldvektors dadurch beliebig geändert werden kann, daß die Phase der Energie entsprechend verändert wird, welche den verschiedene Spalten strahlender Elemente umfassenden Elementen eingekoppelt wird.»

In der Ebene des elektrischen FeIdvektors ist eine Abstrahlung über die gesamte Ebene einschließlich der Längsrichtung möglich. Die Abstrahlung in der magnetIschen Feldebene ist jedoch auf etwas weniger als 90' beschränkt, da eine Abstrahlung in der Längsrichtung in der magnetischen Feldebene nicht möglich ist. Da bei der Erfindung der Strahl immer in eier Ebene des elektrischer: Faldvektors abgestrahlt wird, ist es möglich, eiηe Hemisρ 11äre abzutasteη, während bei eiηer Richtantenne mit be 1 iebiger Phasenänderungsinög 1 ichkeit, bei der die Strahlsteuerung in allen Richtungen durch entsprechende Phasenveränderung erzielt wird» es nicht möglich 1st, eine Hemisphäre abzutasten, well die Steuerung in der Richtung

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des magnetischen Feldvektors begrenzt ist.

Wie bereits vermerkt, weist die Antenne nach Fig. 2 ein dünnes Blatt aus dielektrischem Material 13 auf, das parallel zu und getrennt von der Oberfläche der Anordnung der Strahlen und Elemente 10 vorgesehen ist. Das dielektrische Blatt 13 ist längs de-r Umfangsberandung mittels geeigneter Befestigungsglieder an der Antenne befestigt. Auf dem dielektrischen Blatt 13 sitzen dünne, flache Streifen aus leitendem Material 14, von denen jeder sich über die Länge des dielektrischen Blattes senkrecht zum elektrischen Feldvektor der Anordnung der strahlenden Elemente erstreckt. Für jede Spalte strahlender Elemente ist ein leitender Streifen vorgsehen. Die leitenden Streifen 14 ergeben gemeinsam eine bestimmte dielektrische Charakteristik über den Bereich der Betriebsfrequenzen, wodurch eine Impedanzanpassung zwischen der Anordnung der strahlenden Elemente 10 und dem freien Raum erzielt wird. Diese Impedanzanpassungseinrichtung ergibt gleichzeitig einen Schutt der öffnungen der strahlenden Elemente 10 gegen Umwelteinflüsse.

Für jede Anordnung gegen einander phasenverschobener Strahler gibt es gewisse Konstruktionsgrundsätze. Bei der Wähl der Größe der Querschnittsfläche der strahlenden Elemente 10 treten z. B. einander widersprechende Anforderungen insoweit auf, daß eine größere Strahleröffnung eine bessere Bündelung ergibt, während ein zu großer Abstand zwischen den Mittelpunkten der einzelnen Elemente zur Abstrahlung von Keulen verschiedener Größe führen kann, d. h. von Energie, die anders als im Hauptstrahl abgestrahlt wird. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten rechtwinkligen Netz von strahlenden Elementen wird das Auftreten solcher abgestufter Keulen vermieden, wenn der Abstand zwischen den Mittelpunkten der strahlenden Elemente in der Richtung des elektrischen Feldvektors kleiner ist als die halbe Wellenlänge im freien Raum bei der höchsten Frequenz des Betriebsfrequenzbandes. Der Mittelpunktsabstand kann typischerweise in der Größenordnung des 0_r4fachen der Wellenlänge im freien Raum sein.

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Claims

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Patentansprüche

Drehbare Richtantenne, die über den ganzen Bereich der möglichen Strahllagen im wesentlichen bündig abschließend mit den sie umgebenden anschließenden Flächen bleibtyünd bei der durch eine im wesentlichen planare Anordnung strahlender Elemente in Abhängigkeit von zugeführter HF-Energie gemeinsam ein schmaler Strahl elektromagnetischer Energie abstrahlbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch zugeordnete Phasenschiebermittel (31 bis 38) die Phase der einem oder mehreren der strahlenden Elemente (10) zugeführten Energie im Sinne der Veränderung des Strahlwinkels Ües schmalen Strahles elektromagnetischer Energie veränderbar ist und die ganze Anordnung der strahlenden Elemente (10) durch mechanische Antriebsmittel (l8) um die breitseitige Achse der Anordnung unter Drehung der elektrischen Feldebene um diese breitseitige Achse bei im wesentlichen bündig abschließend mit den sie umgebenden Flächen bleibender Antenne drehbar ist.
2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der strahlenden Elemente (10) eine Anzahl in engem Abstand parallel zueinander liegender Spalten (L) strahlender Elemente (10) aufweist, die strahlenden Elemente (lo) in jeder dieser Spalten (L) in Richtung des magnetischen Feldvektors nebeneinander angeordnet und allen strahlenden Elementen einer Spalte jeweils Energie mit im wesentlichen gleicher Phasenlage eingekoppelt ist, und daß durch die Phasenschiebermittel (31 bis 38) die Phasenlage der den strahlenden Elementen jeweils einer der Spalten (L) eingekoppelten Energie bezüglich der Phasenlage der den in anderen Spalten liegenden strahlenden Elemente (10) eingekoppelten Energie veränderbar ist-und dadurch der schmale Strahl elektromagnetischer Energie in verschiedene Winkellagen in der Ebene des elektrischen Feldvektors einstellbar ist.

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3. Antenne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunktsabstand zwischen den strahlenden Elementen (10) in der Richtung des elektrischen Feldvektors kleiner als die 0,5fache Wellenlänge im freien Raum am oberen Ende der Betriebsfrequenzbandbreite ist.
4. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlenden Elemente (10) derart angeordnet sind, daß lediglich der Grundtyp abgestrahlt wird, und daß die strahlenden Elemente jeder Spalte (L) in der Richtung des magnetischen Feldvektors nebeneinanderliegend angeordnet sind.
5. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr eine gemeinsame HF-Versorgung (19) zugeordnet ist und die zugeführte HF-Energie auf die einzelnen Spalten (L) strahlender Elemente (10) derart aufgeteilt ist, daß allen jeweils eine Spalte von strahlenden Elementen bildenden strahlenden Elementen Energie mit im wesentlichen gleicher Phasenlage zugeführt ist.
6. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zugeordnete Einrichtungen zur Erzeugung von gemeinsam die gewünschte Strahllage definierenden Azimuth- und EIevationsinformationssignalen und eine Recheneinrichtung (30) aufweist, durch welche von dem Elevationsinformationssignal eine Anzahl zur Steuerung der Lage des schmalen Strahles elektromagnetischer Energie in der Ebene des elektrischen Feldvektors geeigneter Phaseninformationssignale ableitbar sind, und daß durch die Phaseninformationssignale die Phasenlage der den einzelnen strahlenden Elemente (10) einer Spalte (L) zugeführten Energie bezüglich der Phasenlage der den anderen Elementen zugeführten Energie derart, steuerbar ist, daß der schmale Strahl elektromagnet-ischer Energie in der Ebene des elektrischen Feldvektors entsprechend dem Elevatloneinformationseignal einstellbar ist.

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7. Antenne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanischen Antriebsmittel (18) in Abhängigkeit von dem Azimuthinformationssignal im Sinne der mechanischen Drehung der drehbar gelagerten Halterung (15) der strahlenden Elemente um die breitseitige Achse (A) der Anordnung zur Einstellung der Ebene des elektrischen Feldvektors entsprechend der Azimuthinformation betätigbar sind.
8. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß α die Anordnung strahlender Elemente (10) aus Schlitzen oder Löcher in einer auf einer im wesentlichen flachen kreisförmigen drehbaren Halterung (15) angeordneten leitenden Grundplatte besteht.
9. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich ein dünnes, parallel zu und getrennt von der Anordnung strahlender Elemente (10) angeordnetes Blatt

au§ dielektrischem Material (13) und eine Anzahl auf dem dielektrischen Blatt (13) sitzender dünner, flacher Streifen (14) aus leitendem Material aufweist, und die leitenden Streifen gemeinsam über den erforderlichen Wellenlängenbereich eine eine Impedanzanpassung zwischen der Anordnung ™ strahlender Elemente und dem freien Raum bewirkende dielektrische Charakteristik haben.
10. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung strahlender Elemente (10) linear polarisiert ist und einen schmalen Strahl elektromagnetischer Energie in der Ebene des elektrischen Feldvektors ausstrahlt, und daß durch die Phasenschiebermittel dieser Strahl in unterschiedliche Winkellagen in der Ebene des elektrischen Feldvektors einstellbar ist.

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