DE2129700A1

DE2129700A1 - Anordnung zur Abstrahlung impulsfoermiger elektromagnetischer Energie

Info

Publication number: DE2129700A1
Application number: DE19712129700
Authority: DE
Inventors: Ross Gerald Fred; David Lamensdorf
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1970-06-15
Filing date: 1971-06-15
Publication date: 1971-12-16
Also published as: JPS5121538B1; US3659203A; GB1293737A; FR2095256B1; FR2095256A1

Description

Anordnung zur Abstrahlung irapulsförmlger elektro magnetischer Energie

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Abatrahlung irapuleförmiger elektromagnetiecher Energie und besieht eich insbesondere auf derartige Anordnungen mit einer konstruktiven zusammenwirkenden Ausnutzung der Bau- f te ilf der Anordnung sowohl für die Signalerzeugung als ^v auch die Signalabstrahlung in den Raum.

Bekannte Anordnungen der obengenannten Art darstellende Antennen sind nicht in einfacher Weise für die Abstrahlung oder den Empfang von scharf Impulsförmigen oder gestuften elektromagnetischen Signalen geeignet, selbst wenn ftf für eine relativ breitbandige übertragung üblicher Dauerftricheignale geeignet sind. Beispielsweise weisen die lqgaritnraisch-perlodische Anordnung, die logarith-

ie und viele der bekannten Leitunge-

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oder OberflKohfnvrellenantennen keine geeigneten Eigenschaften für diesen Zweck: auf, weil sie disper gier ende Impedanz-Stoßsteilen aufweieen und weil die Ausbreitung der Wellenenergie auf oder innerhalb der Antenne durch die dispersive ΪΕ-, TM- oder andere Portpflanzungemoden gekennzeichnet ist. Somit find die Phaseneigenschaften dea Frequenzganges finer derartigen Antenne nicht linear.

Viele bekannte Richtungeantennen, die in den Hochfrs-. quenzbereichen arbeiten, verwenden Erregungssyeteme, die zu übertragende Energie Über unsymmetrische Übertragungeleitungen an die Abstrahlungsanordnung ankoppeln· Derartige -Kopplungeanordnungen werden manchmal aufgrund der relativ großen Abmessungen von Hohlleitern in bestimmten Frequenzbereichen oder aufgrund anderer bekannter ErwSgungen unter Einschluß von Bandbreitenforderungen ausgewählt.

Wenn Jedoch eine Antenne erzielt werden soll, die eine störungefreie übertragung von Einschaltstoß- oder Impulsabstrahlungen mit sehr kurzer Impulslänge ergibt, besteht eine Entwurfsforderung darin, daß symmetrische Ströme in |? gleicher Welse auf beiden Seiten des Ansteuerungspunktes oder der reflaktiven Last der Antenne fließen. Wenn außerdem nicht-symmetrische Ströme fließen können, verringern diese den Wirkungsgrad der Sendeantenne, well sie im Ergebnis in Störbelastungen parallel zur erwünschten Antennen-Strahlungelast fließen. Zusätzlich ist es gut bekannt, daß derartige unsymmetrische Ströme Zeitbereichs-Störungen im Feldmuster der Antenne erzeugen.

Sfmraetrierglleder mit unterschiedlicher Kompliziertheit werden in vielen Fällen an der Trennstelle zwischen un-

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eyimnetriechen Übertragungsleitungen und symmetrischen Antennenstrahlern verwendet, dooh erfüllen bekannte Konstruktionen die Bandbreitenforderungen nicht, erzeugen starke Störungen und ergeben selbst bei mäßigen Leistungspegeln in vielen Fällen keine brauchbaren übergänge. Viele Formen derartiger Symmetrierglieder verhindern nicht vollständig die Erzeugung eines unerwünschten unsymmetrischen Stromflusses.

Weiterhin eignen sich die meisten bekannten Antennen- und zugehörigen ,Senderausführungen nicht für Kombinationen in einer derartigen Art .und Weise, daß eine Abstrahlung von Stufen-, Stoß- oder Kurzzeitimpulsen wirkungsvoll in einem kompakten, wenig aufwendigen Aufbau erzeugt wird. Bei bekannten Anordnungen ist der Aufbau und die Wirkungsweise des Senders vollständig von dem Aufbau und der Wirkungsweise der Antenne getrennt. Symmetrische Sender-Antennen-Anordnungen, bei denen die beiden wesentlichen Teile der Anordnung vollständig zur Bestimmung der Art des abgestrahlten Signals zusammenwirken, sind unter Verwendung bekannter Konstruktionstechnlken nicht erzielbar.

Eine erfindungsgemäß aufgebaute Anordnung zur Abstrahlung impulsförmiger elektromagnetischer Energie umfaßt eine symmetrische Lelterübertragungsleitungs-Vorrlchtung mit einer im wesentlichen konstanten charakteristischen Impedanz und ersten und zweiten Enden, Ladungsmittel in der Nähe des ersten Endes mit einer ersten Zeitkonstante zur Ladung der Vorrichtung und Entladungsmittel in der Nähe der Ladungsmittel mit einer zweiten Zeitkonstante zur Entladung der Leitungsvorrichtung, wobei die Ladungsmittel und die Entladungsmittel so aufgebaut und angeordnet sind, daß sie bei Betätigung der Entladungsmittel bewirken, daß eine Feld-Zusaramenbruche-Welle sich entlang der über-

T/

tragungsleitungs-Vorrichtung zum zweiten Ende hin ausbreitet, um eine gerichtete Strahlung eines elektromagnetischen Energieimpulses mit einer im wesentlichen zur Änderungsgeschwlndlgkelt mit der Zeit des zusammenbrechenden Feldes am zweiten End© proportionalen Amplitude in den Raum von dem zweiten Ende aus zu bewirken.

Ein bevorzugtas erfindungsgemäßes Ausführungabeispiel hat die Form einer Anordnung, die ein elektrisch stoßfreies übertragungslaltungssystem mit konstanter Impedanz zur Ausbreitung von Wellen der TEM-Mode verwendet. Das Übertragungslei tungssystem wird zyklisch für die zusammenwirkende Speicherung von Energie auf der übertragungsleitung und für ihr© Freigabe durch Ausbreitung entlang der Übertragungslei tufig zur Abstrahlung ara Ende eines Abschnittes der übertragungsleitung verwand «at«, die als eine gerichtete Horn-Antenxie ausgebildet 1st. Somit wird das Übertragungsleitungssystem zusammenwirkend sowohl für die Signalerzeugung durch zyklisches Ladon der übertragungsleitung mit einer eret<§n Ladegeschwindigkeit und zur Signalabstrahlung in den Raum durch Entladung der Leitung in einer wesentlich kürzeren Zeit als der Ladezelt ausgenutzt. Die Entladung der Übertragungsleitung bewirkt, daß eine Spannungswelle in Richtung auf das offene Ende oder die Abstrahlungsöffnung der Anordnung wandert. Der Vorgang bewirkt eine Erzeugung eines Impulses durch Differentiation, der in den Raum abgestrahlt wird.

Die Erfindung wird Im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

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"D-

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Antenne;

Fig. 2 jeweils Draufsichten und Seitenansichten und 3 der Antenne nach Fig. 1;

Fig. 4 eine sohematische Seitenansicht der Antenne nach Fig. 1, die die Schaltungselemente zur Erregung der Antenne zeigt;

graphische Darstellungen zur Erläuterung der Betriebswelse der Antenne;

eine erste Abänderung eine zweite Abänderung

graphische Darstellungen zur Erläuterung der Betriebswelse der Antenne nach Fig. 10;

Flg. 14 eine dritte Modifikation.

Die Antenne nach den Flg. 1, 2 und 3 1st eine symmetrische Horn-Antenne mit einer breiten momentanen Bandbreite, so daß sie einen scharfen Impuls oder ein gestuftes Signal mit geringer Störung der Sigaal-Hüllkurve abstrahlen kann. Weiterhin weist die Antenne eine Energie-Fokussierungßeigenschaft auf, so daß die in einer vorgegebenen Richtung abgestrahlte Energie ein Maximum ist.

Wie es aus Flg. 1 zu erkennen 1st, weist die Antenne 3 einen Aufbau auf, der spiegelsymmetrisch um eine mittlere Ebene unter rechten Winkeln zur Richtung des Vektors des elektrischen Feldes liegt, das sich innerhalb der Antenne Z

Fig.	5a
bis	8b
Fig.	9
Fig.	10
Fig.	11,
12 und 1

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fortpflanzt. Dae gleiche gilt für die Übertragungsleitung 1« die parallele plattenförmige oder tafelförmige Ubertragungsleitungs-Leiter 4 und 4a von gleicher Form umfaßt, die zueinander parallel angeordnet sind. Die Leiter 4 und 4a sind mit Abstand parallel angeordnete ebene Leiter, die aus einem Material hergestellt sind, das zur Leitung von Hochfrequenzströmen ohne wesentliche Ohm'sche Verluste geeignet ist. Weiterhin sind die Leiter 4 und 4a so aufgebaut und angeordnet, daß sie die TEM-Moden-Ausbreitung hochfrequenter Energie unterstützen« wobei der größere Teil des elektrischen Feldes zwischen den Leitern 4 und 4a liegt und wobei das Feld im wesentlichen senkrecht zu den hauptsächlichen Innenoberflächen liegt.

Die Antenne JJ besteht aus zwei sich verjüngenden, flachen* elektrisch leitenden ebenen Teilen 2 und 2a. Die Teile 2 und 2a haben eine im allgemeinen dreieckige Form, wobei das Teil 2 durch die sich verjüngenden Kanten 6 und 6a und eine Kante 8 begrenzt ist, die die Basis des Dreieckes bildet. Xn gleicher Weise wird das Teil 2a durch die sich verjüngenden Kanten 7 und 7a und eine Öffnungskante 8a begrenzt. Die Kanten 8 und 8a können gerade oder bogenförmig sein, wie dies bei 18 und 18a in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Jedes dreieckige Teil 2 oder 2a ist an seinem Scheitelpunkt etwas abgeschnitten, wobei dieser abgesschnlttene Teil so aufgebaut und angeordnet 1st, daß der Leiter 4 oder 4a stoßfrei ohne Überlappung an einer Verbindung 9 oder 9a mit dem Antennenteil 2 oder 2a verbunden ist. Es ist verständlich,, daß die jeweiligen Verbindungen 9 und 9a unter Verwendung üblicher zur Verfügung stehender Techniken zur Minlmalisierung jedes den Verbindungen 9 und 9a entsprechenden Impedanzstoßes ausgebildet sind.

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Ss ist außerdem verständlich, daß die Teile 2 und Sa der Antenne 3 aus einem Material hergestellt sind, das für Hochfrequenz β trörae hochleitend ist. Es ist weiterhin klar, daß das innere Volumen der Antenne 3 mit einem luftgeschäumten dielektrischen Material gefüllt sein kann, das niedrige Verluste bei Vorhandensein von Hochfrequenzfeldern aufweist. Die übertragungsleitung 1 kann in gleicher Welse mit dielektrischem Material gefüllt sein, wobei dieses Material zur Unterstützung und Halterung des Leiters 4 in fester Beziehung zu dem Leiter 4a und In gleioher Weise zur Halterung des Teils 2 in bezug auf das Teil 2a dient. Alternativ können die leitenden Elemente der Übertragungsleitung 1 und der Antenne 3 mit Abstand durch dielektrische Abstandsstützen wie z.B. durch Abatandsstützen 10 und 10a befestigt werden, die als in der Nähe der Öffnungskante 8 und 8a der Antenne 3 angeordnet dargestellt sind.

Die Form der Übertragungsleitung 1 und der Antenne 3, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, wird teilweise bevorzugt, weil in dieser Form die Ausbreitung der TEM-Betrlebsweise in einfacher Weise ausgebildet wirdο Die TEM-Ausbreitungsmode wird bevorzugt, weil dies die im wesentliehen nicht dispersive Ausbreitungsmode ist und ihre Verwendung daher die Störung des sich ausbreitenden Signals minimalisiert. Der einfache symmetrische Übertragungslei tungsaufbau ermöglicht die Verwirklichung der Erfindung mit minimalen Impedanzsprüngeno

Weiterhin besteht eine Eigenschaft der symmetrischen Art der übertragungsleitung 1 darin, daß ihre charakteristische Impedanz eine Funktion von b/h 1st, wie sie in den Fig. 1 und 2 definiert sind, woraus zu erkennen 1st, daß

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b die Breitenabmessung der Hauptoberflächen des Leiters ist, während h der Abstand zwischen den inneren Stirnflächen der Leiter ist. Beispielsweise wird das Verhälnis b/h im Fall der Übertragungsleitung 1 konstant gehalten, weil sowohl b als auch h konstant sind.

Erfindungsgemäß wird die Antenne 3 mit der Übertragungsleitung 1 dadurch kompatibel gemacht, daß derselbe Verhältniswert von b/h für beide Elemente verwendet wird. Dies heißt mit anderen Worten, daß, wenn b/h entlang der Ausbreitungsrichtung der Antenne 3 konstant gehalten wird, die charakteristische Impedanz der Antenne 3 entlang Ihrer Länge L konstant ist und in einfacher Weise gleich der der Leitung 1 gemacht werden kann. Durch Aufrecht erhaltung einer kontinuierlich konstanten charakteristik sohen Impedanz entlang des die Leitung 1 und die Antenne einschließenden Aufbaues werden frequenzabhängige Reflektionen vermieden. In den Flg. 1,2 und 3 wurde zur Vereinfachung der Erklärung eine dreieckige Verjüngung und eine planare Anordnung für die Teile 2 und 2a dargestellt. Es ist jedoch ersichtlich, daß andere Ausbildungen in einfacher Weise realisiert werden können, die eine konstante charakteristische Impedanz entsprechend der oben gegebenen Pegel aufrecht erhalten, und daß derartige Ausbildungen ebenfalls innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die Länge L der Teile 2 und 2a muß relativ zur Breite des Antennen-Aneteuerungslmpulses (oder der Anstiegezeit einer gestuften Ansteuerungserregung)/sein oder die Antenne 3 kann ihre Richtungswirkung im Azimutwinkel 0 verlieren.

Wie es welter oben erwähnt wurde, sollte eine Schaltung zur Erregung der Antenne nach den Fig. 1,2 und 3

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kompatible Eigenschaften aufweisen, beispielsweise, daß sie in ihrer Art symmetrisch ist und die verkomplizierenden Nachteile eines Trennstellensymmetriergliedes oder anderer ähnlicher Übergangselemente vermeidet. Die Schaltung nach Fig. 4 ergibt derartige Ergebnisse und nutzt zweckmSßigerweiee die symmetrische Doppelelementausbildung der Antenne 3 als Teil der Ladungsleitung für den Erregungegenerator aus. Es ist verstundlieh, daß bestimmte Vereinfachungen in der Zeichnung nach Fig. 4 vorgenommen wurden, um den Aufbau und die Wirkungsweise der erläuterten Schaltung zu erleichtern. Beispielsweise ist zu erkennen« daß die Fig. 4 schematisch die Antennenleiterteile 2 und 2a nach Flg. 1 als jeweilige Einzeldraht-Übertragungsleitungen12 und 12a darstellen soll, die die gleichen elektrischen Eigenschaften wie die Teile 2 und 2a nach Fig. 1 und die gleichen Abstrahleigenschaften haben sollen. Als weiteres Beispiel sind die Verbindungen 9 und 9a nach Fig. 1 durch die Verbindungen 19 und 19a in Fig. 4 dargestellt. Die Ziffern 4 und 4a in Fig. 1 werden in Fig. 4 durch die Ziffern 14 und 14a dargestellt und bezeichnen die entgegengesetzten Leiter der übertragungsleitung 1. Die Abmessungen in Fig. 4 sind stark vergrößert, so z.B. dtr Abstand h zwischen den Leitern 14 und 14a der Leitung 1.

Am linken Ende der Leitung 1 sind die Leiter 14 und 14a durch eine Serienschaltung mit einer Gleichspannungsbatterie 21 in Reihe verbunden, die zwischen zwei Widerstünden 20 und 20a eingeschaltet ist, die jeweils einen Widerstandswert von R/2 Ohm haben. Am Ende der Leitung 1 in der NHhe der Verbindungen 19 und 19a sind die Leiter 14 und 14a mit einer Reihenschaltung verbunden, die einen elektrisch betätigbaren Schalter 23 einschließt; der bewegliche Kontaktanschluß 27 des Schalters 23 ist über

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einen Widerstand 22a mit dem Leiter 14a verbunden, während der ruhende Kontakt des Schalters 23 über einen Widerstand 22 mit dem Leiter 14 verbunden ist. Die Widerstünde 22 und 22a haben jeweils einen Widerstandswert von r/2 Ohm, wobei r gleich der charakteristischen Impedanz der Leitung (oder der Antenne) in Ohm ist.

Ein Reohteck-Impulsgenerator 24, der die symmetrische Rechteck-Impulswellenform 24a erzeugt, ist zur Betätigung des Schalters 23 vorgesehen. Der Schalter 23 kann die Form eines einpoligen queckeilberbenetzten Reed-Einschalters haben, von denen verschiedene Arten in einfacher Weise kommerziell erhältlich sind. Derartige Reed-Sohalter können entsprechend dem Vorhandensein oder Niohtvorhandensein eines statischen magnetischen Feldes in der Nähe der Schalterkapsel geschlossen oder geöffnet werden. Somit kann der Impulsgenerator 24 den Schalter 23 unter der durch die gestrichelte Linie 25 dargestellten Wirkung öffnen oder schließen, wobei diese gestrichelte Linie 25 ein durch eine (nicht gezeigte) Magnetspule durch die Impulswellenform 24a erregtes Nagnetfeld sein kann· Es ist verständlich, daß der Rechteck-Generator durch einen Generator für impulsbreitenmodulierte Schwingungen ersetzt werden kann, die eine Informationsmodulation, wie z.B. eine Sprach- oder Codemodulation enthält.

Im Betrieb ist zu erkennen, daß der Schalter 23 zunächst mit Hilfe des Generators 24 von dem Kontakt 26 für eine Zeit getrennt ist, die ausreichend ist, damit sich der gesamte, die Leiter der Leitung 1 und der Antenne 3 einschließende Aufbau auf eine Potentialdifferenz V auflädt, die gleich der von der Batterie 21 gelieferten Potentialdifferenz ist. Beim nächsten Zyklus der Wellenform 24a schließt der Schalter 23 die Verbindung mit

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dem Kontakt 26» wodurch ein leitender Schaltkreispfad durch die Widerstände 22 und 22a gebildet wird. Die Wirkung ist so» als ob eine zweite Quelle B in Reihe mit der effektiven Quelle A der Batterie 21, jedoch mit umgekehrter Polarität relativ zur Polarität der Quelle A geschaltet würde.

Die Fig. 5a» 6a» 7a und 8a zeigen die positive Spannung V» die von der Quelle A oder der Batterie 21 als eine positive konstante Spannung bei aufeinanderfolgenden Intervallen in dem Systemzyklus geliefert werden. Der gleiche ^ Satz von Figuren zeigt das Fortschreiten der negativen Welle aufgrund der effektiven Quelle B zu den gleichen aufeinanderfolgenden Intervallen. Beispielsweise zeigt Flg. 5a die Situation zu dem Zeitpunkt» in dem der Schalter 23 geschlossen ist; es ist zu erkennen» daß die sich aufgrund der effektiven zweiten Quelle B ergebende Welle noch nicht begonnen hat» sich auszubreiten.

In Fig. 6a hat jedoch die negative Welle oder Schwingung mit der Spannung -V/2 von der effektiven zweiten Quelle B begonnen» sich in Richtung auf die Öffnung der Antenne auszubreiten. Bei Erreichen der Enden der Leiter 12 und 12a nach Fig. 4 und nachdem sie reflektiert wurde» ist ^s

die Situation in Flg. 7a dargestellt. Es ist zu erkennen» daß, wenn die -V/2-Welle die jeweiligen Kanten 8» 8a der Antennenleiter 12 und 12a erreicht» sie reflektiert wird und sich zurück in Richtung auf die Antennenverbindungen 19» 19a auszubreiten beginnt. Der Gesamtbeitrag der effektiven Quelle B» der zu dem Zeitpunkt der Umkehrung beginnt» 1st nunmehr -V Volt.Es ist zu erkennen» daß das Oesamtpotential aufgrund der Quellen A und B zwischen den Leitern 12 und 12a an der durch die Kanten 8 und 8a def Inlertei Of fnung der Antenne 3 zum Zeltpunkt der Umkehrung plötzlich von +V auf Null abfällt; dieser Zeitpunkt 1st von besonderem Interesse beim Betrieb der er-

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findungsgemäßen Anordnung. Die Welle oder Schwingung aufgrund der effektiven Quelle B wandert welter zurück In Richtung der Verbindungen 19, 19a, bis die Antenne, die als Teil der Ladungsleitung für das System diente, in wesentlichen vollständig entladen 1st, wenn der Wert von r die charakteristische Impedanz der Leitung 1 ist. Der Ladungszyklus wird dann durch Schließen des Schalters 23 wieder begonnen und das System kann diese Zyklen wiederholt durchlaufen.

Es ist in einfacher Meise verständlich, daß die gesamte längs der dureh die Kanten 8, 8a der Antenne 3 definierte Öffnung feststellbare Potentialdifferenz für die gleichen aufeinanderfolgenden Zeltpunkte, wie sie welter oben beschrieben wurden, in den j©welligen Fig. 5b, 6b, 7b und 8b dargestellt werden kann. Es 1st zu erkennen, daß das Potential an der Antennenöffnung aufgrund der Quelle A (die Batterie 21) progressiv durch die Wanderung der Welle aufgrund der effektiven Quelle B verringert wird, wobei diese Wanderung in Richtung auf die Kanten 8, 8a begonnen wird, wenn der Schalter 23 geschlossen wird und dann an der öffnung reflektiert wird, um eine wesentliche Entladung der durch die Leiter 12 und 12a gebildete Leitung zu bewirken, wobei die Welle an die Quellenwiderstände 22, 22a zurückkehrte.

Wie es weiter oben erwähnt würde, ist der Zeitpunkt der Reflektion der Welle von der effektiven Quelle B an der Entfernung L entlang der Leiter 12 und 12a (der öffnung der Antenne 3) von besonderem Interesse. Aufgrund der endliehen charakteristischen Impedanz r der Antenne 3 kehrt die in die öffnung oder Mündung der Antenne 3, die im Ergebnis ein offener Kreis ist, einlaufende Vorderkante der -V/2-Welle ihre Ausbreitungsrichtung um, während sie ihre frühere Polarität beibehält. Die Abstrah-

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lung eines zu ■ proportionalen Signals muß zu diesem Zeitpunkt stattfinden. Es kann keine weitere Abstrahlung erzielt werden« bevor der Schalter 23 wieder betätigt wird und die Leiter 12 und 12a entladen sind.

Wie es weiter oben erwähnt wurde, endet« wenn der Widerstand r der Summe der Widerstände 22 und 22a gleich der charakteristischen Impedanz des Übertragungsleitungssystems gemacht wird, die reflektierte Wellenform in den Widerständen 22, 22a und die Potentialdifferenz längs der gesamten Leitung fällt im wesentlichen auf Null ab und beginnt sich auf ungefähr r V/R Volt wieder aufzuladen. Wenn der Wert von r in Richtung auf Null verringert wird, wächst das Potential längs der durch die Kanten 8, 8a definierten Öffnung an, die Impulsantwort der Schaltung kann jedoch eine gedämpft verlaufende Schwingung oder Oszillation für eine ausgedehnte Zelt sein. Eine mäßige Länge der zwischen den Bauteilen 22, 22a, 23 und den Verbindungen 19 und 19a eingefügten übertragungsleitung 1 kann zur Verzögerung des Zeitpunktes verwendet werden, an dem die Abstrahlung stattfindet.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die viele der gleichen Elemente verwendet, wie sie in Fig. gezeigt sind, und diese Elemente sind daher mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet und schließen die Leiter 14, 14a der übertragungsleitung, die Antennenleiter 12, 12a, die Batterie 21, die Verbindungen 19, 19a, die Queoksilber-Reed-Sohalterelemente 23, 26, 27, die Quellenwiderstände 22, 22a und die Mittel 25 zur Betätigung des beweglichen Schalterteils 23 ein. Eine mäßige Länge der übertragungsleitung wurde zwischen den Reihenbauteilen 22, 22a, 23 und den Jeweiligen Verbin-

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düngen 19* 19a eingefügt. Die eingefügte Leitung umfaßt einen ersten Innenleiter 31, der den Widerstand mit der Verbindung 19 verbindet und einen zweiten Innenleiter 31a, der den Widerstand 22a mit der Verbindung 19a verbindet« sowie einen äußeren rohrförmigen Leiter 30, der die Leiter 31 und 31a umgibt und abschirmt. Um sicherzustellen, daß der Leiter 30 auf dem Mittelpotential zwischen den Leitern 31* 31a liegt, sind zwei Festkondensatoren 33, 33a in Serie längs der Batterie 21 angeschaltet, die miteinander am Mittelansohluß 36 verbunden sind, der außerdem mit einem Mittelanschluß 37 zwischen zwei einstellbaren Trimmkondensatoren 34 und 34a verbunden ist, die ebenfalls parallel zur Batterie 21 angeschaltet sind. Der Mittelanschluß 1st über die zwei symmetrischen Leitungen 38, 38a in symmetrischer Welse mit dem AbsehirmuKigsleiter 30 verbunden. Mit einer 300 Volt-Batterie 21 empfängt ein Fernfeld-Empfanger, der mit dem Impulssender nach Fig. verwendet wird, ein Signal, das einem Impuls mit einer Anstiegszelt und einer Dauer von weniger als 200 Piko-Sekunden sehr angenähert 1st.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Ausnutzung d©r Erfindung ist in Fig. 10 gezeigt, in der eine weitere vorteilhafte Anordnung zur Verbindung des Queckeilber-Reed-Schalters dargestellt ist. In dieser Anordnung weisen Teile, die gleich den in den Fig. 4 und 9 auftretenden Teilen sind, die gleichen Bezugsziffern auf. In Fig. können Betätigungsmittel 25, die ein Magnetfeld sein können, das vpn einer (nicht gezeigten) Magnetspule geliefert wird, die von einem Impulsgenerator wie dem Impulsgenerator 24 nach Flg. 4 oder von einem puls-■breitenmodulierten Generator erregt wird, den beweglichen Schalterteil 123 zyklisch zwischen zwei Anschlüssen 126 und 127 bewegen. Das bewegliche Schalterteil

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ist über einen r/2-Widerstand 122b mit dem Leiter 14 verbunden. Ein Anschluß 127 des Schalters ist über den r/2-Widerstand 122 mit dem Leiter 14a verbunden. In gleicher Weise ist der Anschluß 126 über den r/2-Widerstand 122a mit dem Leiter 14a verbunden.

Wie es aus den Flg. 10 bis 13 zu erkennen ISt₄ 1st das bewegliche Schalterteil 123 während des größten Teils der Betriebszeit entweder mit dem Sehalteranschluß 126 oder mit dem Schalteranschluß 127 in Verbindung, wie dies insbesondere in Flg. 11 gezeigt ist; das bewegliche Teil 123 liegt beispielsweise während des Zeitintervalle a-b an dem Anschluß 126 und während des ZeitIntervalls c-d an dem Anschluß 127. Während der Übergangszeit von dem Anschluß 126 zum Anschluß 127 (während der Periode b-c, die bei durchschnittlichen Reed-Schaltern ungefähr 100 Mikrosekunden beträgt) werden die Leiter 12 und 12a der Antenne über die Widerstände 20 und 20a von der Batterie 21 wieder aufgeladen. Wenn das bewegliche Schalterteil 123 <*«* Schalterkontakt 126 oder den Schalterkontakt 127 berührt, fällt das Potential zwischen den Leitern 14, 14a praktisch auf Null ab. VJIe es in Fig. 12 dargestellt ist, laden die Leiter 14, 14a der Leitung und die Antennenleiter 12, 12a sich in dem Intervall auf, das bei a endet, wobei zu diesem Zeitpunkt eine Entladung fast momentan in einer Zeit in der Qrössenordnung von 100 Plko-Sekunden durchgeführt wird. Der in den Flg. 11 und 12 dargestellte Zyklus wiederholt sich bei jedem Schließen des Schalters an dem Anschluß oder 127. Wie bei der Anordnung nach Flg. 4 ist das Fernfeldsignal der Antenne eine Funktion der Zeitableitung der zusammenbrechenden Spannung zur Zeit a, wobei dieses Fernfeld von dem Empfänger primär als eine Reihe von scharfen Impulsen mit kurzer Dauer, wie in Fig. 13,

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festgestellt wird. Die Reihe von scharfen Impulsen wird aufgrund der sich langsam ändernden Spannungsänderung beispielsweise während der Periode b-e kaum modifiziert. Aus dem Vorstehenden ist es ersichtlich, daß die Möglichkeit einer höheren Impulswiederhol frequenz für die Anordnung nach Fig. 10 charakteristisch ist. Außerdem wird ein Betrieb mit verringertem Durchschnittspotential an den Leitern 14, 14a möglich.

Ea 1st für den Fachmann klar, daß der quecksilberbenetzte Reed-Schalt<§i* aufgrund seiner Kompaktheit und anderer vorteilhafter Eigenschaften ein praktischer von außen gesteuerter Schalter zur Verwendung mit der erfindungsgemüßen Anordnung ist. Andere Artera von Schaltern können außerdem In ©infasher Weise bei den Anordnungen nach den Fig. 4, 9 und 10 verwendet werden, wie beispielsweise Halbleiterschalter von gut bekannter Art, deren Leitfählgkeitszugtand durch äußere Impulsgeneratoren, wie z.B. den Generator 24 nach Fig. 4 gesteuert werden kann.

Außerdem können andere Halbleiter-Schaltanordnungen verwendet werden, und zwar unter Einschluß der in Fig. 14 gezeigten Anordnung. In dieser Fig. 14 sind den Eleraenten nach Fig» 4 gleiche Elemente durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Diese Elemente schließen die symmetrlsehan r/2~Widerstände 22 und 22a in Reihenschaltung längs der Leiter 14, 14a der Übertragungsleitung 1 ein. Zwischen den Widerständen 22 und 22a sind in Reihe geschaltete Transistoren 50 und 50a eingeschaltet, wobei die gesamte Reihenschaltung den Widerstand 22, den Kollektor und den Emitter des Transistors 50, den Kollektor und Emitter des Transistors 50a und den Widerstand 22a einschließt .. Zwischen der Basis und dem

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Emitter des Transistors 50 ist ein Widerstand 51 eingeschaltet; zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 50a ist in gleicher Weise ein Widerstand 51a eingeschaltet. Die Widerstände 22 und 22a sind symmetrisch angeordnet und sind so ausgewählt, daß der Qeeamtwiderstand in Reihe mit den Transistoren 50, 50a bei leitenden Transistoren gleich r, der charakteristischen Impedanz der Leitung 1 und der Antenne j$ ist. Die Die Widerstände 51, 51a dienen dazu, einen Oleichstrompfad zwischen den jeweiligen Basen und Emittern der Transistoren 50, 50a zu schaffen; die Widerstandswerte der Widerstände 51, 51a müssen groß genug sein, um einen Lawinen-Durchbruchsbetrieb der Transistoren 50, 50a zu ermöglichen.

Im Betrieb ermöglicht es die Schaltung nach Fig. 14 der Batterie 21, bei nichtleitenden Transistoren 50, 50a die Leitung 1 und die Antenne 3 aufzuladen, so daß die effektive Kapazität 52 des Systems die volle Ladung erreicht. Die Transistoren 50, 50a sind Lawinen-Durohbruohs-Betriebsweisen-Elemente, die einen Lawinendurehbruch ergeben, wenn die Spannung zwischen den Anschlüssen 19, 19a einen passenden Wert erreicht. In der Praxis können einer oder mehrere derartiger Transistoren verwendet werden, und zwar abhängig von dem erwünschten Ladungspegel für die Leitung 1 und die Antenne 3· Die abrupte Stroraentladung durch die Transistoren 50, 50a löst eine Spannungswelle aus, die sich entlang der Leiter 12, 12a in Richtung auf die.durch die Kanten 8, 8a definierte öffnung ausbreitet, wobei ein differenzierter Impuls in Richtung auf das Fernfeld der Antenne 3 abgestrahlt wird. Die an dem Umkehrzeitpunkt reflektierte Spannungswelle senkt schließlich die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen 19, 19a auf einen

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Funkt ab, bei dem eine Löschung des Stromflusses durch die Transistoren 50, 50a bewirkt wird. Die Schaltung ist dann für eine neu© Ladung aus der Batterie 21 bereit und setzt diese Zyklen fort, bis die Spannung von der Batterie 21 entfernt wird.

In der vorstehenden Beschreibung wurden verschiedene AusfUhrungsbeisplele der Erfindung besehrieben, mit deren Hilfe gerichtete Iraptalsabstrahlungen in den Raum geleitet werden können. Is ist zu erkennen* daß die beschriebenen Ausführungsbeispiele in zwsekmäßiger Weise Übertragungsleitungssystem@ mit konstanter Impedanz verwenden, die die nichtdispersive TEM-Mode der Energieausbreitung unterstützen. Ss ist weiterhin zu erkennen, daß die gesamte übertragungsleitung zyklisch zur zusammenwirkenden Speicherung von elektrischer Energie und für deren gesteuerte Freigabe zur Ausbreitung entlang der übertragungsleitung in Richtung auf ein offenes Schaltungsende der übertragungsleitung verwendet wird. Bei Reflektion der elektrische Energie an dem offenen Schaltungsende tritt momentan ein® gerichtete Ab' strahlung mit einer Impulsart auf. Bsi den erfindungsgemäßen Anordnungen werden Teile in zusammenwirkender Weise ausgenutzt, di© im übrigen lediglich die Punktion eines Impulsgeneratorteils oder lediglich die Funktion eines Antennenteils ©rfüllen. Ss wird somit eine Integrierte kompakte Anordnung für die Erzeugung und Abstrahlung von Impulswellen gesehaffmi. Es ist für den Fachmann verständlich, daß die Eige!,Speicherkapazität des übertragungsleitungssystems erhöht werden kann oder daß andere elektrische Speichermittel verwendet werden können. Weiterhin ist es verständlich, daß andere, die nichtdispersive TIM-Mode ausbreitende übsrtragungs-

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leitungen erfindungsgeraäß verwendet werden können. Es 1st außerdem klar, daß keine diskreten physikalischen Übergänge, wie z.B. die Verbindungen 19, 19a in dem Aufbau vorhanden sein müssen und daß das Übertragungeleitungssystem ein kontinuierliches System ohne erkennbare Stoßstelle zwlsohen den Funktionsabschnitten der Leitung verwenden kann.

Patentansprüche t

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Claims

Patentansprüche

1· ) Anordnung zur Abstrahlung impulsförmiger elektromagnetischer Energie, gekennzeichnet durch eine Ubertragungsleltungsvorrichtung mit symmetrischen Leitern (2, 2a« 4, 4a) mit einer im wesentlichen konzentrischen charakteristischen Impedanz und ersten und zweiten Enden, Ladungsmitteln (21, 20, 20a) in der Nähe des ersten Endes mit einer ersten ^zeitkonstante zur Aufladung der Leitungsvorrichtung (2, 2a, 4, 4a) und Entladungsmittel (27, 22, 22a) in der Nähe der Ladungsmittel (21, 20, 20a) mit einer zweiten Zeltkonstante zur Entladung der Leitungsvorrichtung (2, 2a, 4, 4a), wobei die Ladungsmittel (21, 20, 20a) und die Entladungsmittel (27, 22, 22a) so aufgebaut und angeordnet sind, daß sie bei Betätigung der Entladungsmittel (27, 22, 22a) bewirken, daß eine Feld-Zusammenbruchswelle sich entlang der Ubertragungsleitungsvorrichtung (2, 2a, 4, 4a) zum zweiten Ende ausbreitet, um eine gerichtete Abstrahlung eines elektromagnetischen Energieimpulses mit einer Amplitude, die im wesentlichen proportional zur Änderungsgeschwindigkeit mit der Zelt des zusammenbrechenden Feldes am zweiten Ende ist, vom zweiten Ende aus in den Raum zu bewirken.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g β gekennzeichnet , daß die Übertragungsleitungsvorrichtung mit symmetrischen Leitern (2, 2a, 4, 4a) eine Im wesentlichen spiegelsymraetrische Anordnung in bezug auf eine imaginäre Ebene im Raum aufweist.

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3* Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet , daß die Übertragungsleitungsvorrichtung mit symmetrischen Leitern (2, 2a« 4, 4a) erste und zweite ebene Leiter (2, 2a, 4, 4a) mit entgegengesetzten leitenden Hauptoberflächen aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die leitenden Hauptoberflächen eine Breite b und einen Abstand h aufweisen, wobei das Verhältnis b/h im wesentlichen konstant gehalten wird.
5* Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch

gekennzeichnet , daß die ebenen Leiter (2, 2a, 4, 4a) zur Ausbreitung elektromagnetischer Wanderwellen in der TEM-Mode geeignet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die ebenen Leiter (2, 2a, 4, 4a) einen Bereich in der Nähe des zweiten Endes aufweisen, in dem b progressiv anwächst, um eine elektromagnetische Antennenabstrahlungsöffnung zu bilden.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der erste ebene Leiter (2) im wesentlichen die Form eines abgeschnittenen gleichseitigen Dreiecks aufweist, dessen Basis (8) das zweite Ende des ersten ebenen Leiters (2) bildet.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Ladungsmittel zum Laden der Leitung einseitig gerichtete

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Potentialmittel (21) und erste und zweite Widerstände (20, 20a) von im wesentlichen gleichem Widerstand umfassen, wobei die Potentialmittel (21) über die Widerstände (20, 20a) mit der Ubertragungsleitungsvorrichtung (2, 2a, 4, 4a) verbunden sind.
9· Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Entladungsmittel zur Entladung der übertragungsleitungsvorrichtung (2, 2a, 4, 4a) eine Schalteranordnung (23) und erste und zweite Widerstände (22, 22a) von im wesentlichen gleichem Widerstand umfassen, wobei die Schalteranordnung (23) über die Widerstände (22, 22a) mit der Übertragungsleitungsvorrichtung (2, 2a, 4, 4a) verbunden ist.
10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die im wesentlichen gleichen Widerstände (22, 22a) einen Gesamtwiderstand aufweisen, der im wesentlichen gleich der charakteristischen Impedanz der übertragungsleitungsvorrichtung (2, 2a, 4, 4a) ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Zeltkonstante im wesentlichen größer als die zweite Zeltkonstante ist.
12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Entladungsmittel zur Entladung der Übertragungsleitungsvorrichtung (2, 2a, 4, 4a) eine Schalteranordnung (23) umfassen, die von einer elektrischen Impulsquelle (24) schaltbar sind.

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13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsmittel zur Entladung der Ubertragungeleitungsvorrichtung (2, 2a, 4, 4a) Halbleiter-Schalteranordnungen (50, 50a) umfassen, die zur Einleitung der Entladung geeignet sind, wenn das Potential längs der Ubertragungsleitungsvorrichtung (2, 2a, 4, 4a) einen vorgegebenen Wert erreicht.

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