DE2328632A1

DE2328632A1 - Antenne, bei der eine strahlschwenkung durch phasensteuerung erfolgt

Info

Publication number: DE2328632A1
Application number: DE2328632A
Authority: DE
Inventors: George Alfred Hockham
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1972-06-08
Filing date: 1973-06-05
Publication date: 1974-01-03
Also published as: BE800646A; ZA733355B; FR2188325A1; JPS4963365A; US3825932A; FR2188325B1; ES415656A1; NL7307906A; GB1368879A; IT988778B

Description

Dipl.-Phys.Lea Thul

Patentanwalt

Stuttgart

G.A.Hockh.am-6

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Antenne, bei eier eine Strahlschwenkung durch Phasensteuerung erfolgt.

■Die Erfindung betrifft eine Antenne, bei der eine Strahlschwenkung durch Phasensteuerung erfolgt, die aus einer Vielzahl von Grenzfrequenzhohlleitern besteht, die auf der einen Seite gespeist werden und auf der anderen Seite strahlen. Derartige Antennen sind z.B. in dem Artikel von G.A.Hockham erwähnt, der in "Proceedings of the Conference on Aerospace Antennas, London, 8. bis 10.Juni 1971, Institution of Electrical Engineers Conference Publication (1971) 77, S.49-53" erschienen ist. Mit den dort beschriebenen Antennen kann man nur jeweils eine Frequenz abstrahlen.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Antenne anzugeben, mit der mehr als eine Frequenz abgestrahlt werden kann«

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hohlleiter zusätzlich elektromagnetische Energie einer Frequenz abstrahlen oder abstrahlen können, die oberhalb der Grenzfrequenz liegt und daß zur Abstrahlung von zwei Frequenzen die Hohlleiter so abgeschlossen sind, daß¹sie einen ersten Bandpaß mit einer Bandmitte unterhalb ihrer Grenzfrequenz und einen zweiten Bandpaß mit einer Bandmitte oberhalb ihrer Grenzfrequenz bilden.

Dr.Gb/Scho

5.Juni 1973 309881/0837

G.A.Hockham-6

Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.

Vorteile der Erfindung sind, daß man überall dort, wo mehrere Frequenzen abgestrahlt werden müssen, weniger Antennen benötigt und dadurch an Kosten, Gewicht und Platz spart.

Die Erfindung soll jetzt anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig.l die Aufsicht einer Antenne nach der Erfindung, die zwei Frequenzen abstrahlen kann;

Fig. 2 den Querschnitt eines Hohlleiterstrahlers mit einem Eingang für beide Frequenzen;

Fig.3 den Querschnitt eines Hohlleiterstrahlers mit je einem Eingang für jede der beiden Frequenzen.

Die in Fig.l gezeigte Antenne ist für den gleichzeitigen oder aufeinanderfolgenden Betrieb mit zwei verschiedenen Frequenzen (z.B. 1,3 MHz (L-Band) und 3,6 MHz (S-Band)) ausgelegt. Die Antenne enthält Hohlleiter 1, die ein offenes Ende haben und mit ihren Öffnungen 2 in einer leitenden Platte 3 befestigt sind.

Wie in Fig.l gezeigt, sind die Hohlleiter in Reihen angeordnet. In benachbarten Reihen sind die Hohlleiter so gegeneinander versetzt, daß ein Gitter mit dreieckförmiger Struktur gebildet wird. Die Hohlleiteranordnung wiederholt sich in den Reihen in Abständen von 0,9¹J λ und in Zeilen in Abständen von 0,33 X_Q {*o⁼ Wellenlänge der höh eren Frequenz, bei der die Anordnung betrieben wird). Jeder Hohlleiter hat einen rechteckigen Quer¹-

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schnitt mit einer Breite von 0,91 λ .

Fig.2 zeigt den Querschnitt eines Hohlleiters. Er hat die Länge 1. An seinem einen Ende besitzt er einen einzigen Eingang 5» an dem anderen Ende liegt vor der öffnung aus der er abstrahlt, eine dielektrische Platte 4. Die öffnung, die rechteckförmig aus dem leitenden Ende des Hohlleiters geschnitten ist, wirkt als induktive Blende.

Die Hohlleiter sind so bemessen, daß die Grenzfrequenz zwischen den beiden Betriebsfrequenzen liegt. Die beiden Frequenzen unterscheiden sich ungefähr um den Faktor. 3·

Für die niedrigere Betriebsfrequenz wird die Länge 1 und der Abschluß durch die dielektrische Platte ¹J so gewählt, daß der Hohlleiter als ein Grenzfrequenzhohlleiter arbeitet. Das bedeutet, daß der Hohlleiter ein Bandpaß bildet mit dieser Frequenz als Bandmitte.

In dem Artikel "Waveguide Bandpass Filters Using Evanescent Modes" von G.F.Craven in Electronic Letters, Vol.2, No.7(1966) S.25-'26, und in der GB-PS Nr. 1 129 185 wird beschrieben auf welche Weise durch Grenzfrequenzhohlleiter ein vollständiger Energietransport erfolgt. Diese Beschreibung soll hier nur kurz zusammengefaßt werden.

Es ist bekannt, daß bei Hohlleitern, die unterhalb ihrer Grenzfrequenz betrieben werden, die Wellen sich nicht mehr ungehindert fortpflanzen, sondern gedämpft werden. Bei diesen Frequenzen hat der Hohlleiter eine charakteristische positive, imaginäre (induktive) Impedanz (j.Z_Q), und eine reelle Ausbreitungskonstante γ für eine in der Η-Mode einfallende Welle. Der Hohlleiter verhält sich deshalb im wesentlichen wie eine reine Reaktanz. Wenn ein Abschnitt der Länge 1 eines derartigen Hohlleiters mit einer konjugierten (kapazitiven) Reaktanz ab-

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geschlossen ist, wird eine einfallende Welle mit einer Frequenz, die niedriger ist als die Grenzfrequenz, diesen Abschnitt ungedämpft durchlaufen.

Der Grenzfrequenzresonator, den der Hohlleiter bei der niedrigeren Betriebsfrequenz der Antenne darstellt, besitzt daher einen gleichförmigen Querschnitt und hat die Länge 1. Die dielektrische Platte bildet den konjugierten (kapazitiven) Widerstand. Das Dielektrikum am offenen Ende des Hohlleiters hat zwei Bedeutungen: Zum einen schließt es die Öffnung der Platte 3 und zum anderen dient es der Anpassung des Hohlleiters an den Übergang bei der Öffnung.

Bei der höheren Betriebsfrequenz, die oberhalb der Grenzfrequenz liegt, wird durch dieses Dielektrikum die Impedanz des Hohlleiters so eingestellt, daß der Hohlleiter einen Bandpaß bildet mit der Betriebsfrequenz als Bandmitte.

Der Strahl, der von der gesamten Anordnung nach Fig.l abgestrahlt wird, wird in bekannter Weise durch Phasenschieber (nicht gezeigt) gelenkt, die in die Speisekreise für die einzelnen Hohlleiter geschaltet werden.

Vorzugsweise - wie in Figur 3 gezeigt - besitzt jeder Hohlleiter einen eigenen Eingang für jede der beiden Betriebsfrequenzen, z.B. Eingang 6 für das L-Band und Eingang 7 für das S-Band. Die beiden Eingänge sind durch eine Metallfolie 8 (eine Gabelung in der E-Ebene)getrennt, sodaß die ganze Anordnung aus zwei Hohlleitern mit verringerter Höhe bestehen, die übereinander angeordnet sind und hinter dieser Gabelung in einem einzigen Hohlleiter zusammenlaufen, der durch eine dielektrische Schicht abgeschlossen ist. Durch den Gebrauch getrennter Eingänge wird die Isolation zwischen den Eingängen verbessert. Das ist wichtig für den erfolgreichen Betrieb bei der praktischen Anwendung.

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.. ORlGiMAi, INSPECTED'

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In jedem Hohlleiter mit verringerter Höhe ist eine Abstimmschraube 9a bzw. 9b vorgesehen, sowie Abstimmwiderstände 10a bzw» 10b. Der Abstand zwischen dem Widerstand 10a und dem Ende der Gabelung 8 wird mit I₂ und der Abstand zwischen dem Ende der Gabelung 8 und dem Dielektrikum mit der Dicke 1, wird mit 1, bezeichnet. Die Abmessungen der öffnung, die Dicke des Dielektrikums und die Durchlässigkeit werden so gewählt, daß zum einen der Hohlleiter bei der gewünschten L-Band Frequenz einen Resonator bildet, da der unbelastete Hohlleiter bei dieser Frequenz unterhalb der Grenzfrequenz betrieben wird, und zum anderen der Übergangswiderstand an der öffnung bei den gewünschten S-Band Frequenzen an den Wellenwiderstand des Hohlleiters angepaßt wird.

Der L-Band-Abschnitt besteht aus drei Teilen und zwar der Koppelspule, dem Widerstand 10a und der öffnung. Auf diese Weise kann das geringste Stehwellenverhältnis bei der Betriebsfrequenz erreicht werden. Da der Widerstand 10a eine ziemlich hohe Suszeptanz aufweisen muß, wird dadurch die S-Band-Energie, die um das Ende der Gabelung herum in den L-Bandteil des Hohlleiters gelangt, stark gedämpft. Es gelangt nur geringe L-Band-Energie an den Eingang der L-Band-Frequenz, da bei dieser Frequenz der Hohlleiter unterhalb seiner Grenzfrequenz betrieben wird. Eine L-Band-Welle wird daher auf ihrem Weg vom Ende der Gabe-lung bis zur S-Band-Koppelspule stark gedämpft. Die Form des L-Band-Abschnittes des Hohlleiters ist außerdem abhängig von der Länge 1,+I₂, aber nicht von der Länge I₂, vorausgesetzt, daß der Widerstand 10a nicht zu nahe am Ende der Gabelung liegt. Das ist wichtig, da die Länge I₂ dann so gewählt werden kann, daß die öffnung bei der höheren Frequenz an den Hohlleiter angepaßt wird.

6 Patentansprüche
2 Bl.Zeichnungen

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Claims

G.A.Hockham-6 Patentansprüche

1. Antenne, bei der eine Strahlschwenkung durch Phasensteuerung erfolgt, die aus einer Vielzahl von Grenzfrequenzhohlleitern besteht, die auf der einen Seite gespeist werden und auf der anderen Seite strahlen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiter zusätzlich elektromagnetische Energie einer Frequenz abstrahlen oder abstrahlen können, die oberhalb der Grenzfrequenz liegt und daß zur Abstrahlung von zwei Frequenzen die Hohlleiter so abgeschlossen sind, daß sie einen ersten Bandpaß mit einer Bandmitte unterhalb ihrer Grenzfrequenz und einen zweiten Bandpaß mit einer Bandmitte oberhalb ihrer .Grenzfrequenz bilden.

2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlleiter einen einzigen Eingang (5) für beide Frequenzen hat.

3t Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlleiter je einen Eingang (6;7) für jede der beiden Frequenzen hat.

4. Antenne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlleiter in der Ebene verschwindender Feldstärke eine Trennwand aufweist, die von der Stelle der Eingänge bis zu einem bestimmten Abstand (1^+1,) vor der Öffnung reicht.

5. Antenne nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiter an den offenen Enden in einer leitenden Platte 3 eingebaut sind.

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6. Antenne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet _a daß vor der Öffnung eines Hohlleiters eine Scheibe aus dielektrischem Material (4) angeordnet ist.

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