DE2360954A1 - Hohlleiterantenne fuer strahlschwenkung durch frequenzaenderung - Google Patents

Description

Dipl.-Hays. Leo £hul '■,;',_ 236095A

Patentanwalt ■ . : ,;.■-; -.e ^j T.-:T ,^{v v} *

7000 Stuttgart 30 ■ . , ₌ . ■,.'.. ; '^ : Kurze Straße 8 ' ' ·' .

.F. Craven - G*A. Hp.ckham 27-7

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Hohlleiterantenne fite StrahlSchwenkung durch Ireq.ueniänderung

Die Erfindung jbetoifft eine Hphlleiterantenne f|ir Strahlgohwenkung, durch -Fre^uenza^derungy bti der die Speisespan-, nung !swiiiehen Beri§nge@peisten linzelstrahleÄi verzögert wird.

Derartige Antennen sind im."Radar Handbook" von;H,I* Shoinik, Me (Iraw Hill, 1970, im Kapitel 13·, insbesondere im Abschnitt ■13»B beseh^iebin* ' ; ' -. " ' ■■"- -

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' Die Einzel strahl er einer solchen Antenne sind Ri'chtstrah-•ler, bei denen die Strahlrichtung eine Funktion der Frequenz ist. Man erreicht dies durch Steuerung der relativen Phasen der an den Einzel Strahlern angelegten HF-Signale nach einer vorgegebenen Phasen/FreqUenzbeziehung. Damit man die gewünschte Phasenänderung mit einer kleinen Frequenzänderung erreicht, ist eine große Phasenverschiebung, d.h. ein langer elektrischer Weg in jedem Speiöeabsehnitt erforderlich. Weil der Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden Einzel Strahlern nur etwa .eine halbe Wellenlänge beträgt, muß iaan notwendigerweise die elektrische Weglänge der Speiseabschnitte, die nebeneinanderliegende Einzelstrahler erregen, stark vergrößern.

Man kann dazu gekrümmte Speiseabsehnitte einsetzen, z.B. solche mit vielen serpentinenförmigen Windungen. Ein anderer, komplizierterer Weg ist die Anwendung von Öberflächenwellenleitern. Die bekannten serpentinenförmigen Bauelemente sind außerordentlich kompliziert und daher schwierig herzustellen. Öberflächenwellenleiter sind ebenfalls schwierig herzustellen. .

Es ist die Aufgabe der in den Ansprä chen angegebenen Erfindung, eine Antenne für Strahlschwenkung durch Frequenzänderung anzugeben, bei der die zusätzlichen Speiseabschnitte entfallen und der Hohlleiter selbst als Verzögerungsleitung

wirkt. .

Die erfin&ungsgemäße Antenne hat die Vorteile, daß sie wesentlich leichter und einfacher als die bekannten Antennen herzustellen ist| daß handelsübliche Hohlleiter verwendet werden können, in die nur Schrauben eingesetzt und Sehlitze eingefräst werden müssen;daß sie wesentlich leichter als die bekannten Antennen ist.

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Da die verwendeten Höhlleiter eine Breite haben,· die kleiner als TV /p ist, können mehrere- Zeilen für die Strahlschwenkung in einem großen Azimutbereich über-, · einander angeordnet werden. ^: . :-/'-" . "■':-

Die.. Erfindung wird_nun_ anhand der Zeichnungen ■beispielsweise näher erläutert. Es zeigen::

Λ einen senkrechten Bälg s-sehnltt durch ein Stück einer Hohlleiteräntenhe für frequenzgesteuerte. Strahlschwenkung,

Fig. 2 · eine Draufsieht auf die Antenne nach Fig. 1, . / .

Fig. 3 den Schwenkbereich der Antenne nach den Fig. Λ und 2 Jbei einem ersten—* Schiitzabstand, .

Fig. H- den Schwenkbereich der Antenne nach den Fig. 1 und 2 "bei einem zweiten SciaLtzabstand,

Fig. 5 die gemessene Abhängigkeit der Strahlrichtung von der Frequenz für die An-■ tenne nach den Fig. 4 und 2;' '

Fig. 6 Strah3ur^üagramme in, Polarkoordination der Antenne nach den Fig. ΐ und 2 bei drei verschiedenen Frequenzen, und '

Fig. 7 einen Abschluß für die-Antenne nach ^: · ■ den Fig. 1 und 2. -^{: :} _■''-■"*'".- -

Die in der Fig. 1 im senkrechten Längsschnitt und in Fig. 2 in der Draufsicht gezeigte Hohlleiterantenne enthält einen Grenzfrequenzbandpass mit mehreren Abschnitten. Ein solcher Grenzfrequenzbandpass ist in der DT-OS 1 541 937 beschrieben. Er besteht aus einem rechteckigen Hohlleiter 1, der so ausgelegt ist, daß seine Grenzfrequenz größer als das Betriebsfrequenzband der Antenne ist. Der Hohlleiter enthält kapazitive Abstimmschrauben 2, die einen gegenseitigen Abstand/haben und so.eingestellt sind, daß die konjugierte Anpassungsbediagung für Resonanz erfüllt ist, damit die Energieübertragung entlang des Hohlleiters im geforderten'Durchlassbereich stattfindet. Es können auch andere kapazitive Bauelemente eingesetzt werden, z.B. quer angeordnete Scheiben aus dielektrischem Material.

Gemäß der Erfindung hat der Hohlleiter Längsschlitze 3, die z.B. durch Fräsen hergestellt werden können. Es sind diese auf beiden Seiten der Mittellinie einer Breitseite, wie in.Fig. 2 dargestellt, oder einer Schmalseite des Hohlleiters versetzt und im gleichen Abstand zur Mittellinie angeordnet. Jeder Schlitz liegt genau in der Mitte zwischen zwei nebeneinanderliegenden Abstimmschrauben 2.

Ist.der Grenzfrequenzhohlleiter abgestimmt, dann hat man eine Verzögerungsleitung, bestehend aus einem periodischen Netzwerk von Grenzfrequenzresonatoren.

Auf ein solches Netzwerk kann man die Wellen-parametertheorie anwenden. Die Bandbreite des Netzwerkes hängt ab vom Abstand / zweier Abstimmschrauben 2 und von der Ausbreitungskonstante

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Reale Strahlungsdiagramme gibt es in allen Richtungen

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Für· -^- = -^. . sind die Strahlrichtungen in Polar- . λο V2 \

koordinaten in Fig. 3 gezeigt. Für dieses Beispiel gibt es bei ^der-junteren Grenzfrequenz des Durchlaßbereiches zwei ' reale Strahlungsdiagramme, nämlich in den Richtungen Y ^ '■= -4-5° UQd^⁺ = +45°· Wenn die Frequenz his zur oberen Grenzfrequenz des Durchläßhereiches erhöht wird, bewegt sich die Strahlrichtung f^ gegen -*ψ° und ¹^⁺' gegen "9G⁰ und wird dann imaginär. In einem. Bereich yon ungefähr 25° (in Fig. 3 schraffiert) ist nur die Strahirichtung "ψ^ real; Dies ist für den angegebenen Schlitzabstand der verwertbare Schwenkbereich.

Fig. 4 zeigt den Bereich der Strahlschwenkung bei Änderung der Frequenz im Durchlaßbereich, wenn

ist. Bei der unteren Grenzfrequenz des Durchlaßbereiches gibt es zwei Strahlungsdiagramme, nämlich in den Richtungen *Ψα ⁼ ± 9°°· Venn die Frequenz erhöht wird ,dann wird "ψ ^⁺ imaginär und f^"" wird größer und erreicht, bei der oberen Grenzfrequenz ^°. In diesem Fall ist also nur das Strahlungsdiagramm in der Richtung %4~. real.

Für eine Antenne mit neunzehn Schlitzabständen L, wobei

ist, sind in Fig. 5 die gemessenen Werte für den Richtungs-

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winkel Ύ in Abhängigkeit von der Frequenz-gezeigt. Die Gerade hat eine lineare Steigung von 27,6°/100 MHz im Bereich um- 5,7 GHz, d.h. 27,6° bei 1,75 % Frequenzänderung.

Das Strahlungsdiagramm in Polarkoordinaten erhält man leicht, wenn das leid in den Schlitzen bekannt ist. Für e.in Bauelement, bei dem alle Schlitze auf der gleichen Seite der Mittellinie in Längsrichtung des Hohlleiters angeordnet sind und bei dem der Schlitzabstand L ist, sind die Strahlrichtungen gegeben durch

sin <t = 0 + 2p

wobei ρ = 0,1,2,3 ist.

Die in Fig. 6 dargestellten, gemessenen Strahlungsdiagramme, in Polarkoordinaten dieser Antenne zeigen die Änderung der Strahlrichtung bei schrittweiser Erhöhung der Frequenz. Die Frequenz wurde von 9,25 GHz bis 5,75 GHz in Schritten von 0,25 GHz erhöht und die zugehörigen Kurven sind mit A,B und C bezeichnet.

Es wird bemerkt, daß die Strahlungsdiagramme kleine Nfebenkeulen bei positiven Winkeln haben. Sie entstehen dadurch, daß die Antenne verlustarme kapazitive Abstimmschrauben hat. Die Störstrahlung entsteht durch Reflexion am weiter entfernten Ende der Antenne.

Diese unerwünschte Wirkung wird durch Abschluß der Antenne mit einer geeigneten Last beseitigt. Wiο -in Fig. 7 gezeigt ist, bildet man dazu die letzten Abs timrr; schrauben 2A ver-

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lustbehaftet aus. Zweckmäßigerweise bildet man die letzten drei oder fünf Abstimmschrauben so^; aus, daß Restenergie schrittweise absorbiert und nicht reflektiert wird. In diesem Teil .der Antenne sind keine strahlenden Schlitze vorhanden. Das Hohlleiterende wird im allgemeinen durch eine Metallplatte 4 abgeschlossen.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Hohlleiterantenne für Strahlschwenkung durch Frequenzänderung, "bei der die Speisespannung zwischen seriengespeisten Einzelstrahlern verzögert wird, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus einem mehrstufigen Grenzfrequenz-Hohlleiterbandpaß (1,2) besteht, dessen Stufen strahlende Längsschlitze (3) aufweisen.
2. 2. Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsschlitze (3) in der Mitte zwischen den Abstimmschrauben (2) der Bandpässe (1,2) liegen.

   3· Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- - net, daß die Längsschlitze (3) abwechselnd auf beiden Seiten der Längsachse des Hohlleiters Hegen.

   Antenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch -gekennzeichnet, daß (Se Längsschlitze (3) alle auf der gleichen Seite der Längsachse liegen.

   Antenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Hohlleiters keine Schlitze vorhanden sind und daß die Abstimmschrauben in diesem Bereich verlustbehaftet sind.

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