DE2048710A1

DE2048710A1 - Antenna arrangement

Info

Publication number: DE2048710A1
Application number: DE19702048710
Authority: DE
Inventors: Earl Lloyd Los Angeles Hibbs Russell Robert West Covma. Calif Kenworthy (V St A )
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1969-10-09
Filing date: 1970-10-03
Publication date: 1971-04-22
Also published as: FR2064226A1; US3643261A; FR2064226B1

Description

Dipl. -Phys. Leo ThulDipl. -Phys. Leo Thul

StuttgartStuttgart

E. L. Kenworthy - R. R. Hibbs 1-1E. L. Kenworthy - R. R. Hibbs 1-1

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORKINTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Antennenano rdnungAntenna size

Die Erfindung betrifft eine Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Strahlerelementen, die an aufeinanderfolgenden Punkten eines rechteckigen Hohlleiters zur Bildung eines elektromagnetischen Strahles gespeist werden, der mindestens in einer polaren Abtastkoordinate gebündelt in einem Winkel abgestrahlt wird, der eine Funktion von der Erregungsfrequenz des Hohlleiters ist.The invention relates to an antenna arrangement with a plurality of radiator elements at successive points a rectangular waveguide to form an electromagnetic beam fed in at least one polar scanning coordinate is emitted bundled at an angle which is a function of the excitation frequency of the waveguide.

Es sind verschiedene Radarsysteme bekannt, die zur trägheitslosen Schwenkung des Strahles eine Übertragungsleitung für langsame Wellen verwenden, die eine lineare Antennenanordnung speist. Die Übertragungsleitung ist dabei oft gefaltet und als sogenannte Serpentine ausgebildet, wie in der USA-Patentschrift Nr. 3 039 097 gezeigt ist.There are various known radar systems that have a transmission line for slow motion for the inertia-free pivoting of the beam Use waves fed by a linear array of antennas. The transmission line is often folded and as a so-called serpentine as shown in U.S. Patent No. 3,039,097.

23. 9.7023.9.70

109817/1349109817/1349

E. L. Kenworthy et al 1 - 1 - 2 - 204871QE.L. Kenworthy et al 1-12-204871Q

Eine derartige Anordnung wird zur Schwenkung eines Strahle s als Funktion der Fretjuenzerregung und damit zur trägheitslosen Strahl-Schwenkung verwendet. Die USA-Patentschrift Nr. 3 438 zeigt ein System, in dem eine Anzahl von Serpentinen-Hohlleiter Schlitzstrahler speisen, die so angeordnet sind, daß sie eine zweidimensionale Antennenanordnung zur Erzeugung einer Richtwirkung in zwei Koordinaten bilden. Die veränderliche Frequenzerregung führt bei diesem System zur elektronischen Strahl-Schwenkung in einer Koordinatenrichtung. Die Wirkungsweise derartiger elektronischer P Schwenkeinrichtungen ist bekannt.Such an arrangement is used to pivot a beam as a function of the Fretjuenzerregung and thus to the inertia Beam panning used. U.S. Patent No. 3,438 shows a system in which a number of serpentine waveguides Feed slot radiators which are arranged so that they have a two-dimensional antenna arrangement for generating a directional effect form in two coordinates. In this system, the variable frequency excitation leads to electronic beam swiveling in a coordinate direction. The operation of such electronic P pivoting devices are known.

Bei einer Schwenk einrichtung mit maschinell hergestellten Serpentinen-Hohlleitern ergeben sich praktische Schwierigkeiten. Wenn der Grad der Phasenverteilungsgleichheit zur Erzielung eines gewünschten Strahlenbildes im Raum gut sein soll, dann ist der Herstellungsaufwand für die Anordnung extrem hoch. Der Strahlenwinkel Mr jede lineare Antennenanordnung als Funktion der Erregungsfrequenz muß der gleiche sein und innerhalb enger Toleranzen liegen.In a swivel device with machine-made serpentine waveguides practical difficulties arise. When the degree of phase distribution equality to achieve a desired The radiation image in the room is supposed to be good, then the manufacturing cost for the arrangement is extremely high. The beam angle mr each linear antenna array as a function of excitation frequency must be the same and be within tight tolerances.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Antennenanordnung dieser Art ψ so auszubilden, daß mit einfachen Mitteln alle linearen Antennen einerIt is the object of the invention to design an antenna arrangement of this type ψ so that all linear antennas one with simple means

mehrdimensionalen Antennenanordnung gleiche Phasenverteilung aufweisen. Viele lineare Antennen können dann zu einer Antennenanordnung mit vorgebbarem Diagramm und vorgebbaren Strahlschwenkungskennlinien zusammengebaut werden. Die Antennenanordnung mit einer Vielzahl von Strahlerelementen, die an aufeinanderfolgenden Punkten eines rechteckigen Hohlleiters zur Bildung eines elektromagnetischen Strahles gespeist werden, der mindestens in einer polaren Abtastkoordinate gebündelt in einem Winkel abgestrahlt wird, der eine Funktion von der Erregungsfrequenz desmulti-dimensional antenna arrangement have the same phase distribution. Many linear antennas can then be combined to form an antenna arrangement with a specifiable diagram and specifiable beam swivel characteristics be assembled. The antenna arrangement with a multiplicity of radiator elements, which are attached to successive Points of a rectangular waveguide to form an electromagnetic beam are fed, the at least bundled in a polar scanning coordinate is emitted at an angle which is a function of the excitation frequency of the

109917/1349109917/1349

E. L. Kenworthy et al 1 - 1 - 3 - 204 2 710E. L. Kenworthy et al 1-14-2710

Hohlleiters ist, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverteilung über die Speisepunkte mit Hilfe von in Abständen über den Hohlleiter verteilten, dielektrischen Platten linearisiert ist, wobei zwischen jedem Paar von benachbarten Speisepunkten mindestens eine Platte an der Innenseite des Hohlleiters angebracht ist.Waveguide is, is characterized according to the invention that the phase distribution over the feed points with the help of in The spacing over the waveguide distributed, dielectric plates is linearized, with between each pair of adjacent Feed points at least one plate is attached to the inside of the waveguide.

Der Grundgedanke der Erfindung liegt in der Beobachtung, daß eineteilweise Belastung eines rechteckigen Hohlleiters mit einer dielektrischen Platte senkrecht zum E-FeId eine Verzögerung der im Hohlleiter fortschreitenden elektromagnetischen Welle bewirkt. Wird eine dielektrische Platte über die gesamte Breite eines luftgefüllten Hohlleiters angeordnet, dann gilt:The basic idea of the invention lies in the observation that a partial loading of a rectangular waveguide with a dielectric plate perpendicular to the E-field causes a delay of the electromagnetic wave advancing in the waveguide. If a dielectric plate is arranged over the entire width of an air-filled waveguide, then the following applies:

_d__d_

Darin bedeuten:Therein mean:

f\g = Hohlleiter-Wellenlänge in dem teilweise gefüllten Hohlleiter f \ g = waveguide wavelength in the partially filled waveguide

)\ ο = Freiraum-Wellenlänge) \ ο = free space wavelength

d = Dicke der dielektrischen Platted = thickness of the dielectric plate

b = kleine Abmessung des rechteckigen Hohlleitersb = small dimension of the rectangular waveguide

a = große Abmessung des rechteckigen Hohlleitersa = large dimension of the rectangular waveguide

el = relative Dielektrizitätskonstante der Platteel = relative dielectric constant of the plate

Es hat sich gezeigt, daß die Hohlleiter-Wellenlänge kürzer ist als die Wellenlänge in einem um die dielektrische Platte verkürztenIt has been shown that the waveguide wavelength is shorter than shortened the wavelength in one by the dielectric plate

8)7/13498) 7/1349

E. L. Kenworthy et al 1 - 1 - 4 - 20 4 0E. L. Kenworthy et al 1 - 1 - 4 - 20 4 0

Hohlleiter. Daher haben gleiche Längen von identischen Hohlleiters mit und ohne dielektrische Platte unterschiedliche Verzögerungen für die durchlaufenden elektromagnetischen Wellen. Der Hohlleiter mit einer dielektrischen Platte verzögert die elektromagnetische Welle mehr und verursacht eine negativere Phasenverschiebung beim Durchlauf dieser Länge. Die dielektrischen Platten sind Bandstreifen aus dielektrischem Material, die kleine Verluste aufweisen und leicht im Hohlleiter angebracht werden können. Diese Bandstreifen besitzen die Fähigkeit, die Fortpflanzungskonstante zu beeinträchtigen, die diese Wirkung hervorruft. Die Wirkung der Bandstreifen auf die Fortpflanzungskonstante kann aus der vorstehenden Gleichung abgeleitet werden. Ein sorgfältig durchgeführter Versuch ist jedoch ein verhältnismäßig einfacher Weg, um mit Genauigkeit den Einfluß bestimmter Bandstreifen auf die Fortpflanzungskonstante zu bestimmen.Waveguide. Therefore have identical lengths of identical waveguides with and without a dielectric plate different delays for the electromagnetic waves passing through. The waveguide with a dielectric plate delays the electromagnetic wave more and causes a more negative one Phase shift when traversing this length. The dielectric plates are strips of dielectric material that are small in size Have losses and can easily be attached in the waveguide. These ribbon strips have the ability to reduce the propagation constant affect that causes this effect. The effect of the ligamentous strips on the constant of propagation can be derived from the above equation. However, a carefully conducted experiment is a relatively simple one Way to determine with accuracy the influence of certain ligament strips on the propagation constant.

Die Erfindung wurde an einem Serpentinen-Hohlleiter angewandt, der mit einer Frequenz von annähernd 9, 0 GHz betrieben wurde. Zunächst wird die Phase der Energie an vorbestimmten Punkten der linearen Antennen gemessen und zwar in Bezug auf die Eingangswelle des Hohlleiters. Daraus ergibt sich die Phasen Verteilungskurve. Dann wird die erforderliche Korrektur zur Linearisierung der Kurve bei diesen Punkten ermittelt. Da eine dielektrische Platteeine vorgegebene Phasenverzögerung bewirkt, kann aus den Korrekturwerten die Anzahl der benötigten Platten errechnet werden, die über den Hohlleiter ab schnitt gleichmäßig verteilt anzubringen sind.The invention was applied to a serpentine waveguide operating at a frequency of approximately 9.0 GHz. First, the phase of the energy is measured at predetermined points on the linear antennas with respect to the input wave of the waveguide. This results in the phase distribution curve. Then the necessary correction is made to linearize the curve determined at these points. Since a dielectric plate causes a predetermined phase delay, the correction values the number of plates required can be calculated, which are to be attached evenly distributed across the waveguide section.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

109817/1349109817/1349

E. L. Kenworthy et al 1 - 1 - 5 - 2 Ü ^ " 7 1 0E. L. Kenworthy et al 1 - 1 - 5 - 2 Ü ^ "7 1 0

Fig.: 1 schematisch eine zweidimensionale AntennenFig .: 1 schematically shows a two-dimensional antenna

anordnung mit M linearen Antennen, in der die Erfindung sinnvoll verwendet ist,arrangement with M linear antennas, in which the invention is useful,

Fig. 2 schematisch eine lineare Antenne mit SchlitzFig. 2 schematically shows a linear antenna with a slot

strahlern mit N Elementen der Anordnung nach Fig. 1 mit M Dipolzeilen,emitters with N elements of the arrangement according to FIG. 1 with M dipole lines,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der PhasenverFig. 3 is a graphical representation of the phase ver

teilung, um die Korrektur an zwei typischen Serpentinen-Hohlleitern zu erläutern,division to explain the correction on two typical serpentine waveguides,

Fig. 4 eine isometrische Teilansicht der zwei HälftenFigure 4 is a partial isometric view of the two halves

eines Serpentinen-Hohlleiters vor dem Zusammenbau, die entsprechend der Erfindung angeordnete, dielektrische Platten tragen, undof a serpentine waveguide prior to assembly, according to the invention arranged dielectric plates, and

Fig. 5 eine Teilseitenansicht einer Hälfte nach Fig.FIG. 5 is a partial side view of one half according to FIG.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte zweidimensionale Antennenanordnung könnte der in der USA-Patentschrift Nr. 3 438 035 gezeigten Anordnung entsprechen. Diese Darstellung wurde gewählt, um die linearen Antennen und die Strahlerelemente entsprechend zu erläutern und zu bezeichnen. Die Strahlerelemente sind mit N und ) die linearen Antennen mit M angegeben. Das Antennenspeisenetzwerk kann ein Phasen-Verteil er mit veränderlicher Hohlleiterbreite nach diesem Patent sein. Die typischen Schlitz strahler 2 und 3 in der M-ten linearen Antenne der Fig. 1 können entsprechende Schlitze sein. Der Leitungsabschluß oder die Serpentinenlast 4 kann ein richtungs-The two-dimensional antenna arrangement shown schematically in FIG. 1 could correspond to the arrangement shown in U.S. Patent No. 3,438,035. This representation was chosen to explain and designate the linear antennas and the radiator elements accordingly. The radiator elements are marked with N and ) the linear antennas are indicated by M. The antenna feed network a phase distributor with variable waveguide width can be used be this patent. The typical slot radiators 2 and 3 in the M-th linear antenna of FIG. 1 can be corresponding slots. The line termination or the serpentine load 4 can be a directional

109817/mg109817 / mg

E. L. Kenworthy et al 1 - 1 -6- 20 4 3 710E. L. Kenworthy et al 1-16-20 4 3710

betriebener Expedient sein oder durch verschiedene bekannte Alternativen gebildet werden.operated travel agent or formed by various known alternatives.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Serpentine kann eine der linearen Antennen 1 bis M der Fig. 1 sein. Die Schlitz elemente sind mit 1 bis N bezeichnet. Der Abstand d stellt den äußeren oder den Strahleroberflächenabstand der Elemente, dar. Der Abstand S gibt die Weglänge zwischen den Strahlern innerhalb des Serpentinen-Hohlleiters an. Das Feld ist normalerweise durch den h Vektor 7 dargestellt. Die Wellenfrontlinie 5 ist die, die bei einerThe serpentine shown schematically in FIG. 2 can be one of the linear antennas 1 to M of FIG. 1. The slot elements are labeled 1 to N. The distance d represents the outer or the radiator surface distance of the elements. The distance S indicates the path length between the radiators within the serpentine waveguide. The field is usually represented by the h vector 7. The wavefront line 5 is that at a

Erregung mit beliebiger Frequenz entsteht und über die Elemente 1 bis N eine entsprechende Phasenverteilung erzeugt.Excitation with any frequency arises and a corresponding phase distribution is generated via elements 1 to N.

Der Vektor 6 zeigt dann ii die Strahlungsrichtung. Diese Richtung steht senkrecht zu den Phasenfeldlinien 5. Der Vektor 6 nimmt zur physikalischen Normalen 7 der Antennenanordnung ein Winkel Q) ein.The vector 6 then shows ii the direction of radiation. This direction stands perpendicular to the phase field lines 5. The vector 6 makes an angle Q to the physical normal 7 of the antenna arrangement) a.

Fig. 3 zeigt die unkompensierten Phasenverteilungen von zwei beliebig ausgewählten und fertiggestellten Serpentinen A und B in den ψ Kurven 6 und 7. Die Kurve 5 stellt die theoretische oder Bezugs-Fig. 3 shows the uncompensated phase distributions of two arbitrarily selected and completed serpentines A and B in the ψ curves 6 and 7. The curve 5 represents the theoretical or reference

phasenlinie als Idealfall dar, auf die die Serpentinen A und B gemäß der Erfindung korrigiert werden sollen.phase line represents the ideal case, on which the serpentines A and B according to of the invention are to be corrected.

Bevor in der Beschreibung der restlichen Figuren fortgefahren wird, sind einige zusätzliche theoretische Erläuterungen zum Problem und seiner Lösung zu geben.Before proceeding with the description of the remaining figures, some additional theoretical explanations about the problem and its solution are to be given.

Um einen Strahl für einen fernen Punkt des Raumes zu bündeln, ist es besonders erwünscht, daß die gleichphasigen Wellenfronten desIn order to focus a beam for a distant point in space, it is particularly desirable that the in-phase wavefronts of the

- 7 -10ÖÖ17/13A9- 7 -10ÖÖ17 / 13A9

E. L. Ken worthy et al 1 - 1 - 7 - 2 U - ■ 7 1 0E. L. Kenworthy et al 1 - 1 - 7 - 2 U - ■ 7 1 0

ausgestrahlten Feldes in Ebenen liegen. Um diese ebenen, gleichphasigen Wellenfronten in dem fernen Feld zu erreichen, ist es notwendig, daß die Phasenverteilung entlang aller linearen Antennen selbst linear ist. Natürlich muß auch die Phasenverteilung über das Antennenspeisenetzwerk linear sein. Es ist nicht ausreichend, wenn die Verteilung in den linearen Antennen gleiche Form hat. Die Phasenverteilungen entlang aller linearen Antennen müssen Innerhalb sehr enger Toleranzen liegen. Die sogenannte Serpentinen-Antennenanordnung auf die sich die Erfindung in erster Linie bezieht, ist ganz allgemein eine Wanderwellenanordnung, die über einen Winkel von u) ι bis φ g elektronisch schwenkbar ist, wobei die Frequenz von fj bis Ϊ2 verändert wird. In den meisten Anwendungsfällen ist es erwünscht, den Strahl über einen verhältnismäßig großen Winkelbereich zu schwenken und dabei nur einen mittelmäßigen Frequenzbereich zu verwenden. Diese Streuung wird gewöhnlich durch einen Aufbau erreicht, der mit langsamen Wellen arbeitet. Die Geometrie eines derartigen Aufbaues ist in Fig. 2 erläutert.radiated field lie in planes. In order to achieve these planar, in-phase wavefronts in the far field, it is necessary that the phase distribution along all of the linear antennas themselves be linear. Of course, the phase distribution over the antenna feed network must also be linear. It is not sufficient if the distribution in the linear antennas has the same shape. The phase distributions along all linear antennas must be within very tight tolerances. The so-called serpentine antenna arrangement, to which the invention primarily relates, is quite generally a traveling wave arrangement which can be electronically pivoted over an angle of u) ι to φ g, the frequency being changed from fj to Ϊ2 . In most applications it is desirable to sweep the beam over a relatively large angular range while using only a mediocre frequency range. This scattering is usually achieved by a design that uses slow waves. The geometry of such a structure is explained in FIG.

Die individuellen Strahler.in der Breitseite des Serpentinen-Hohlleiters sind Schlitze. Es ist auch möglich, andere individuelle Dipole oder Strahl er elemente zu verwenden.The individual emitters on the broad side of the serpentine waveguide are slots. It is also possible to use other individual dipoles or beam elements.

Bei einem Serpentinen-Hohlleiter ist der Hohlleiter abwechselnd gefaltet, damit der innerhalb des Hohlleiters gemessene mechanische Abstand S zwischen den Strahlern wesentlich größer ist als der entlang der Hohlleiteroberfläche gemessene Strahl er ab stand dLWith a serpentine waveguide, the waveguide is alternately folded, so that the mechanical distance S measured within the waveguide between the radiators is significantly greater than that along The beam measured on the waveguide surface stood at dL

In der Praxis ist der Abstand d nach Fig. 2 etwas kleiner als die Freiraum-Wellenlänge, während der Abstand S ein Vielfaches derIn practice, the distance d according to FIG. 2 is slightly smaller than the free space wavelength, while the distance S is a multiple of

-B--B-

103817/1349103817/1349

E. L. Kentworthy et al 1-1 -8- 2Ü4B71ÖE. L. Kentworthy et al 1-1 -8-2Ü4B71Ö

halben Wellenlänge im Hohlleiter ist. Bei einem Aufbau mit starker Streuung ändert sich die relative Phase zwischen benachbarten Strahlern sehr schnell, wenn sich die Frequenzerregung ändert.half the wavelength in the waveguide. In a structure with high scattering, the relative phase between neighboring ones changes Radiators very quickly when the frequency excitation changes.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel für den 9 GHz-Bereich sind M und N größer als 150. Ein Serpentinen-Hohlleiter für langsame Wellen dieser Art kann durch Zusammenbau im Tauchlötverfahren aus geraden Hohlleiter stücken und 180— Bogenstücken hergestellt werden. Dieses Herstellverfahren ist allgemein nur dort geeignet, wo die Vielzahl der Teile kein Begrenzungsfaktor ist und wo die Toleranzen und die wiederholbaren Forderungen nicht sehr eingeschränkt sind. Ein derartiges Herstellverfahren ist dort anwendbar, wo nur ein einziger Serpentinen-Hohlleiter benötigt wird, z. B. in der Anwendung nach der USA-Patentschrift Nr. 3 039 097.In a practical embodiment for the 9 GHz range, M and N are greater than 150. A serpentine waveguide for slow ones Waves of this type can be made up of straight waveguides and 180 bends by assembling them using the dip-soldering process getting produced. This manufacturing process is generally only suitable where the large number of parts is not a limiting factor and where the tolerances and repeatable requirements are not very limited. Such a manufacturing process is there applicable where only a single serpentine waveguide is needed, e.g. B. in the application according to the USA patent No. 3 039 097.

Sind viele identische Aufbauten für eine zweidimensionale Antennenanordnung erforderlich, dann empfiehlt sich ein Herstellverfahren, bei dem der einzelne Aufbau als eine Einheit hergestellt wird. Bei diesem Herstellverfahren wird der individuelle Aufbauais einem Materialblock hergestellt, z. B. mit Hilfe einer digital gesteuerten Fingerfräsmaschine. Jede Serpentine wird in zwei Hälften hergestellt, wobei die Trennungslinie in der Mitte der Breitseiten eines üblichen rechteckigen Hohlleiters verläuft. Dieses Herstellverfahren führt zu einer Einrichtung wie sie in der USA-Patentschrift Nr. 3 348 035 gezeigt ist. Nur eine der beiden Hälften trägt eingefräste Schlitze. Die tatsächliche Lage dieser Schlitze oder anderer Strahler im Bezug auf die Mittellinie der Breitseitenwand des Hohlleiters wird in Übereinstimmung mit der gewünschten Polarisation und anderenAre many identical structures for a two-dimensional antenna arrangement If necessary, a manufacturing process is recommended in which the individual structure is manufactured as a unit. at With this manufacturing process, the individual structure becomes one Block of material produced, e.g. B. with the help of a digitally controlled finger milling machine. Each serpentine is made in two halves, the dividing line running in the middle of the broad sides of a conventional rectangular waveguide. This manufacturing process results in a device as shown in U.S. Patent No. 3,348,035. Only one of the two halves is milled Slots. The actual location of these slots or other radiators with respect to the center line of the broad side wall of the waveguide will be in accordance with the desired polarization and others

109617/13Λ0109617 / 13Λ0

E. L. Kenworthy et al 1 - 1 - 9 - 2 Ü 4 'C I 1EL Kenworthy et al 1 - 1 - 9 - 2 Ü 4 'CI 1

Überlegungen bestimmt.Considerations determined.

Die kritischere Abmessung bei den aus dem Vollen hergestellten Serpentinenhälften ist die Tiefe der Einfräsung, da diese die Weite der Hohlleiter-Breitseitenwand (Abmessung a) bestimmt. Um die konstante Phasenbeziehung in einem rechteckigen Hohlleiter in Serpentinenaufbau in gedehntem und gefalteten Zustand überprüfen zu können, kann geschrieben werden:The more critical dimension in the serpentine halves made from the solid is the depth of the milling, as this is the Determines the width of the waveguide broad side wall (dimension a). About the constant phase relationship in a rectangular waveguide to be able to check in a serpentine structure in the stretched and folded state can be written:

_{E =} 2>3T _ 2 .JT Tl ,Kv 2l 1/2 _{E =} 2> 3T _ 2 .JT Tl , Kv 2l 1/2

Darin bedeuten:Therein mean:

B = Phasenkonstante in Radiamten pro LängeneinheitB = phase constant in radii per unit of length

r\g = Hohlleiter-Wellenlänge r \ g = waveguide wavelength

K = Freiraum-WellenlängeK = free space wavelength

a = Hohlleiter-Breitseiten-Abmessunga = waveguide broadside dimension

Nach der Differentiation dieser Gleichung nach a ergibt sich:After differentiating this equation with respect to a, we get:

_dB_ ₌ _3L K _dB_ ₌ _3L K

da 2 * a³ because 2 * a ³

Δ ΒΔ Β

das ungefähr -y entspricht. Im folgenden ist die Längeneinheitwhich is roughly equivalent to -y. The following is the unit of length

Δ ^a Δ ^a

ein Zoll und es bedeuten:an inch and it mean:

B = Phasenänderung pro ZollB = phase change per inch

B. S = Phasenänderung in Graden zwischen zwei Elementen B. S. N = Phasenänderung in Graden über eine lineare Antenne mit N Elementen.B. S = phase change in degrees between two elements B. S. N = phase change in degrees over a linear antenna with N elements.

10 9 817/110 9 817/1

E. L. Kenworthy et al 1 - 11 - 10 - 20-i ?< 7 1 0EL Kenworthy et al 1-11-10-20 -i? < 7 1 0

Die Schwierigkeit der Wiederholbarkeit und der Genauigkeit ist in erster Linie ein Fertigungsproblem. Die Entwicklung eines einfachen Herstellverfahrens für M identische lineare Antennen mit N Elementen, was insbesondere die Phasenverteilungen betrifft, war bei der praktischen Realisierung von Aufbauten für langsame Wellen das Hauptproblem.The difficulty of repeatability and accuracy is primarily a manufacturing problem. Developing a simple Manufacturing process for M identical linear antennas with N elements, in particular with regard to the phase distributions, was the main problem in the practical implementation of superstructures for slow waves.

Zur weiteren Erläuterung sind die folgenden Parameter vorausgesetzt: The following parameters are required for further explanation:

igoigo

a) » 294. A aa) »294. A a

Wird die einfache Bedingung gestellt, daß an den Enden von zwei der M linearen Antennen die Phasendifferenz kleiner als 90 sein soll, dann ergibt sich beim Einsetzen dieses Wertes in den AusdruckThe simple condition is that at the ends of two of the M linear antennas the phase difference is less than 90 should, then when you insert this value into the expression

Δ B. S. N für Aa= 0, 0005 " . Dies bedeutet für die Weite a desΔ B. S. N for Aa = 0.005 ". This means for the width a des

u Hohlleiters eine Toleranz von + 0, 00025 . u waveguide has a tolerance of +0.00025.

Di ese Toleranz ist praktisch nur mit extrem hohen Herstellkosten einzuhalten.This tolerance is practically only with extremely high manufacturing costs to be observed.

Mit Rücksicht auf diese Schwierigkeiten wurde auf den Einbau von dielektrischen Platten übergegangen, die senkrecht zum E-PeId innerhalb des Hohlleiters (Serpentine) angeordnet werden und eine Teilbelastung bewirken, die demzufolge eine Phasenverzögerung mitIn view of these difficulties, the installation of dielectric plates was started, which are perpendicular to the E-PeId be arranged within the waveguide (serpentine) and cause a partial load, which consequently with a phase delay

- 11 -- 11 -

109817/1349109817/1349

E. L. Xenwortlry et al 1 - 1 - 11 - 2 U 4 7 10E. L. Xenwortlry et al 1 - 1 - 11 - 2 U 4 7 10

sich bringt.brings itself.

Die Phasenproben aller Serpentinen können mit ausreichender Genauigkeit mit einem Mikrowellen-Prüfgerät ermittelt werden, um die in der Fig. 3 aufgezeigten Kurven zu erhalten. Selbst mit neuzeitlichen Fertigungsmethoden ist es sehr schwierig, diese Toleranzen einzuhalten.The phase samples of all serpentines can be determined with sufficient accuracy with a microwave tester, in order to obtain the curves shown in FIG. Even with modern manufacturing methods, it is very difficult to do this Adhere to tolerances.

Es wurde im Experiment ein Material ermittelt, das sich für die dielektrischen Platten eignet. Die Verwendbarkeit von verschiedenen Materialien zur Erzeugung der gewünschten Phasenverschiebung wurde in einem Prüfhohlleiter geprüft. Die dielektrischen Streifen X - 774 - 1 der Firma Schjeldahl, Co, -warden ausgewählt. Dieser Streifen besteht aus mehreren Schichten. Eine Tedlar-Schicht ist als Außenüberzug auf einer Dacron-Tuchschicht und einer Mylar-Schicht aufgebracht. Die gute druckempfindliche und adhäsive Oberfläche dieses Streifens war ebenfalls für die Auswahl entscheidend. Die Auswahl des Materials für die dielektrischen Platten kann aus der Vielzahl der zur Verfügung stehenden dielektrischen Materialien getroffen werden. Die Auswahlkriterien sind ähnlich wie bei der Auswahl von dielektrischen Schichten für Kondensatoren. Für die Auswahl wird in erster Linie auf eine gute dielektrische Durchschlagfestigkeit, kleine Verluste und eine Fähigkeit zur Phasenverschiebung bei der verwendeten Mikrowellenfrequenz geachtet,A material was found in the experiment that is suitable for the dielectric plates. The availability of various Materials for generating the desired phase shift were tested in a test waveguide. The dielectric strips X-774-1 from Schjeldahl, Co, -warden was selected. This strip consists of several layers. A Tedlar layer is as an outer coating on a Dacron cloth layer and a Mylar layer upset. The good pressure-sensitive and adhesive surface of this strip was also decisive for the selection. The selection of the material for the dielectric plates can be from the large number of available dielectric materials to be hit. The selection criteria are similar to those for the selection of dielectric layers for capacitors. For the Selection is primarily based on good dielectric strength, small losses, and a phase shifting ability Pay attention to the microwave frequency used,

In Fig. 4 ist die Anbringung der Bandstreifen, die die dielektrischen Platten bilden, gezeigt. Die beiden Serpentinenhälften 8 und 9 tragen die dielektrischen Streifen und sind zum Zusammenbau vorgesehen. Die Darstellung umfaßt nur einen Teil der Serpentinenlänge,In Fig. 4 is the application of the tape strips that make up the dielectric Forming plates, shown. The two serpentine halves 8 and 9 carry the dielectric strips and are intended for assembly. The representation covers only part of the serpentine length,

- 12 -- 12 -

109817/ 1 3i. 9109817/1 3i. 9

E. L. Kenworthy et al 1 - 1 -12- 2043710E.L. Kenworthy et al 1-112-2043710

denn die Anzahl der Schlitzstrahler liegt bei einer Anordnung für das X-Band bei 150 und darüber.because the number of slot radiators is 150 and above in an arrangement for the X-band.

Die Schlitzstrahler 10 und 11 sind z. B. die S tränier elemente N-3 und N-4 der linearen Antenne. Die dielektrischen Platten über die B reit seit en wand des zusammengebauten Hohlleiters bestehen daher aus zwei Teilplatten 17 und 17a. Die anderen Teilplattenpaare sind mit 18 und 18a, 19 und 19a sowie 20 und 20a bezeichnet. Die Innenträger bilden die Breitseitenwände des Serpentinen-Hohlleiters, wobei die Träger 12, 13, 14, 15 und 16 gegen die Träger 12a, 13a, 14a, 15a und 16a gerichtet sind, wie Fig. 4 erkennen läßt.The slot radiators 10 and 11 are z. B. the S watering elements N-3 and N-4 of the linear antenna. The dielectric panels over the width of the wall of the assembled waveguide therefore consists of two partial plates 17 and 17a. The other pairs of partial plates are denoted by 18 and 18a, 19 and 19a and 20 and 20a. The inner girders form the broad side walls of the serpentine waveguide, the carriers 12, 13, 14, 15 and 16 against the carriers 12a, 13a, 14a, 15a and 16a are directed, as shown in FIG.

Fig. 5 zeigt eine Teilseitenansicht in die Serpentinenhälfte 9, in der die elektrischen Platten 21, 22 und 23 zu sehen sind, die in Fig. 4 nicht sichtbar sind. Diese Platten gehören ebenfalls zu Teilplattenpaaren. Die Anwendung dieser parallelen Plattenpaare macht die Belastung der Hohlleiter-Breitseitenwand symmetrisch. Dies ist erwünscht, da dadurch das Auftreten von Übergängen zu höheren Harmonischen im Serpentinen-Hohlleiter verhindert ist.Fig. 5 shows a partial side view into the serpentine half 9, in which the electrical plates 21, 22 and 23 can be seen, which are not visible in FIG. These plates also belong to Partial plate pairs. The use of these parallel plate pairs makes the load on the waveguide broadside wall symmetrical. This is desirable because it prevents transitions to higher harmonics in the serpentine waveguide.

Aus Fig. 5 ist zu entnehmen, daß eine Weglänge S zwischen zwei benachbarten Schlitzstrahlern 10 und 11 acht Platten entsprechender Größe enthalten kann. Die Platten 22, 18, 23 und 19 sind bei der Serpentinenhälfte 9 gezeigt. Die restlichen vier Platten sind in der Serpentinenhälfte 8 entsprechend angeordnet.From Fig. 5 it can be seen that a path length S between two adjacent slot radiators 10 and 11 corresponds to eight plates Size can contain. The plates 22, 18, 23 and 19 are shown in the serpentine half 9. The remaining four panels are in the Serpentine half 8 arranged accordingly.

Bei einem Serpentinen-Hohlleiter, der nur eine verhältnismäßig kleine Konektur erfordert, können selbstverständlich auch nur ein oder zwei Plattenpaare zwischen zwei Schlitzstrahlern eingesetztIn the case of a serpentine waveguide that only requires a relatively small cone, of course only one or two pairs of plates inserted between two slot radiators

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109017/1349109017/1349

E. L. Kenworthy et al 1 - 1 - 13 - 2 0 4 : 7 1 0E. L. Kenworthy et al 1-13-2 0 4: 7 1 0

werden. Jede Platte trägt ihren Anteil zur Erhöhung der Phasenverzögerung bei, egal ob sie in Reihe oder parallel zu einer Platte im Hohlleiter geschaltet ist.will. Each plate contributes to increasing the phase delay regardless of whether it is connected in series or parallel to a plate in the waveguide.

Über die Bohrungen 24 können die beiden Serpentinenhälften 8 und 9 über Schraubverbindungen miteinander verbunden werden. Die Form der Trägerköpfe 25 ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Es sind verschiedene Möglichkeiten bei der maschinellen Herstellung der Serpentinenhälften gegeben. Eine Möglichkeit ist in der USA-Patentschrift Nr. 3 438 035 gezeigt.Via the bores 24, the two serpentine halves 8 and 9 are connected to each other via screw connections. The shape of the carrier heads 25 is not part of the present invention. There are various possibilities for the machine production of the serpentine halves. One possibility is in the USA patent No. 3,438,035.

Die Bemessung der Bandstreifen wurde experimentell durchgeführt. Damit diese Bandstreifen als dielektrische Platte bei einem Serpentinen-Hohlleiter der angegebenen Art im X-Band arbeiten, mußten sie 1 lang und 0, 375 breit gemacht werden. Der wirksame Anstieg in der Phasenverzögerung lag bei einem derartigen Streifen bei 0, 95 bei einer Frequenz von 9, 0 GHz. Bei einem Ausführungsbeispiel eines Serpentinen-Hohlleiters wurde durch Phasenmessung am Element mit der Ordnungszahl 20 eine erforderliche Phasenkorrektur von +140 ermittelt. Aus diesem Grunde sind 147 Streifen gleichmäßig zwischen dem ersten und zwanzigsten Element dieses Hohlleiters anzubringen. Es ist einleuchtend, daß auf diese Weise jede beliebige Phasenkorrektur durchgeführt werden kann. Diese Phasenkorrektur ist nicht auf das X-Band beschränkt.The dimensioning of the tape strips was carried out experimentally. So that this tape strips as a dielectric plate at a To work serpentine waveguides of the specified type in the X-band, they had to be made 1 long and 0.375 wide. The effective one The increase in the phase delay in such a strip was 0.95 at a frequency of 9.0 GHz. At a Embodiment of a serpentine waveguide became a required by phase measurement on the element with the ordinal number 20 Phase correction of +140 determined. Because of this, 147 stripes are evenly spaced between the first and twentieth Attach element of this waveguide. It is evident that any desired phase correction can be carried out in this way can. This phase correction is not limited to the X-band.

6 Patentansprüche6 claims

3 Bl. Zeichnungen, 5 Fig.3 sheets drawings, 5 fig.

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109Ö17/1U9109Ö17 / 1U9

Claims

■ Ε. L. Kenworthy et al 1 - 1 - 14 - ^L ^u ^ - ''' ^u

Claims

Antenna arrangement with a plurality of radiator elements which are fed at successive points of a rectangular waveguide to form an electromagnetic beam which is bundled at least in one polar scanning coordinate and emitted at an angle which is a puncture of the excitation frequency of the waveguide, characterized in that the Phase distribution is linearized over the sepeisepoints with the aid of dielectric plates distributed at intervals over the waveguide, with at least one plate being attached to the inside of the waveguide between each pair of adjacent feed points.

2. Antenna arrangement according to claim 1, characterized in that the waveguide is constructed as a serpentine waveguide, and that the dielectric plates are attached to the broad sides of the wall en of the waveguide sections.

3. Antenna arrangement according to claim 1 and 2, characterized in that the serpentine waveguide is composed of two halves, the dividing line runs in the middle of the broad side walls and that the dielectric plates are symmetrically distributed over the two halves.

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109817/1349109817/1349

3, L. Kenworthy et al 1 - 1 - 15 -

4. Antenna arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the dielectric plates are attached individually to the straight wall parts between the feed points of the serpentine waveguide.

5. Antenna arrangement according to claim 4, characterized in that the dielectric plates are attached individually to all straight wall parts of the waveguide inner walls running in the waveguide width.

6. Antenna arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the dielectric plates cause a predetermined phase delay and that the number of plates for a section of the waveguide is determined by the ratio of the phase error between the measured phase and the desired phase and the phase delay of a plate is.

109817/1349

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