DE2363342A1 - ELECTRIC ANTENNA - Google Patents
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- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
Description
PAT E N TA N WA LT E Dipl.-lng. H.Seiler DipL-lng. ,J.Pfenning Dipl.-Phys. K. H. Meinig PAT EN TA N WA LT E Dipl.-lng. H. Seiler DipL-lng. , J. Pfenning Dipl.-Phys. KH Meinig
1 Berlin 191 Berlin 19
Oldenburgallee IO Tel. 03O/SO4 55 21 /22Oldenburgallee IO Tel. 03O / SO4 55 21/22
Drahtwort: SeilwehrpatentWireword: rope defense patent
Postscheckkonto; Berlin-West 59 3S-1O2Postal checking account; Berlin-West 59 3S-1O2
17* Dezember 1973 Me/CwDecember 17, 1973 Me / Cw
BALL BROTHERS
RESEARCH CORPORATION Muncie, Indiana 47302 USABALL BROTHERS
RESEARCH CORPORATION Muncie, Indiana 47302 USA
Elektrische AntenneElectric antenna
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antenne, mit einer ferritbeschichteten dielektrischen Schicht, die zwischen einer Grundplatte oder Basisschicht und einer weiteren Leiterschicht angeordnet ist'und die sich aus den einzelnen Antennenelementen und/oder den Zuleitungen zusammensetzt. Der hier interessierende Antennenaufbau ermöglicht es, daß die Resonanzfrequenz eines HP—-Strahlers und/oder die Strahlungsrichtung eines elektromagnetischen Feldes bzw. eines Bereiches derartiger Strahler dadurch steuerbar ist, daß Gleichstrom durch den Strahler-und/oder die Zuleitungen hindurchgeschickt wird.The invention relates to an antenna with a ferrite coated dielectric layer between a baseplate or base layer and another Conductor layer is arranged and which is composed of the individual antenna elements and / or the supply lines. The antenna structure of interest here enables the resonance frequency of an HP radiator and / or the direction of radiation of an electromagnetic field or an area of such radiators can thereby be controlled is that direct current through the radiator and / or the Leads is sent through.
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Ausgegangen wird hierbei von einem Stand der Technik, wie er etwa der US-PS 3 713 162 entspricht.This is based on a state of the art such as that of US Pat. No. 3,713,162.
Der nachfolgend näher beschriebene Antennenaufbau ist in Form einer Mikrostreifenantenne ausgebildet, wobei die jeweilige HF-Zuleitung und/oder die HF-Strahler bzw. Sender vorzugsweise auf einer Fläche einer dielektrischen Schicht ausgebildet werden, indem hierfür her— kömmliche fotoresistente Ätztechniken oder dergleichen Anwendung finden,mittels welcher sich der Antennenaufbau in Form einer gedruckten Schaltung herstellen läßt«The antenna structure described in more detail below is designed in the form of a microstrip antenna, wherein the respective RF supply line and / or the RF emitter or transmitter preferably on a surface of a dielectric Layer can be formed by producing for this purpose Conventional photo-resistant etching techniques or the like are used, by means of which the antenna structure can be produced in the form of a printed circuit "
Bekanntlich ist es oft wünschenswert, die Bandbreite oder den Bereich möglicher Arbeitsfrequensen irgendeines gegebenen Antennenaufbaus zu vergrößern, wobei entweder ein derartiger Antennenaufbau für sich oder dieser in einer S.erie entsprechender Antennen Verwendung finden kann. Wie nachfolgend noch im einzelnen ausgeführt werden wird, läßt sich dann , wenn das dielektrische Material einer Mikrostreifenantenne mit einem Ferritmaterial beschichtet wird, die Resonanzfrequenz des Mikrostreifenstrahlers dadurch verändern, daß durch den Strahler ein Gleichstrom hindurchgeschickt wird i wodurch sich die Permeabilität des ferritbeschichteten Dielektrikums in der Umgeb^ung des Strahlers veränderte Derartige Veränderungen in der relativen Permeabilität des DielektrikumsAs is well known, it is often desirable to increase the bandwidth or the range of possible working frequencies of any given antenna structure, either such antenna structure being used alone or in a series of corresponding antennas. As will be explained in more detail below, can then be, if the dielectric material of a microstrip antenna is coated with a ferrite material, also change the resonant frequency of microstrip radiator characterized in that through the radiator, a direct current is passed i is the permeability of the ferrite coated dielectric whereby in the The surroundings of the radiator changed such changes in the relative permeability of the dielectric
verschiebe^,die effektive elektrische Länge oder eine andere Dimension des Mikrostreifen-Strahlers oder es läßt sich entsprechend die Arbeitsfrequenz variieren. Dementsprechend ermöglicht der vorliegende Antennenaufbau eine kontrollierte Vergrößerung der effektiven Bandbreite irgendeiner gegebenen Antennendimensionierung.shift ^, the effective electrical length or a other dimensions of the microstrip radiator or the operating frequency can be varied accordingly. Accordingly, the present antenna structure enables a controlled increase in the effective bandwidth any given antenna dimension.
Eine elektronisch abgetastete Antennenanordnung auf die hier Bezug genommen wird, ist im allgemeinen kostenaufwendig und im Vorrichtung saufbau komplex. Es .wird jedoch nachfolgend, im einzelnen aufgezeigt werden können, daß der vorliegende Antennenaufbau in sehr wirtschaftlicher Weise nach Art einer gedruckten Schaltung hergestellt werden kann, die dann einer Mikrostreifen-Antennenanordnung entspricht, deren Strahlungsrichtung selektiv oder steuerbar als Funktion eines variablen Stromes bzw. einer Spannung abgelenkt und abgetastet werden kann. Die Verwendung einer variablen Spannung ermöglicht die Ablenkung bzw. Abtastung in einer koordinaten Richtung, während zwei veränderliche Spannungen die zweidimensional Ablenkung entlang beider koordinaten Richtungen ermöglichen. Der neue Antennenaufbau gestaltet sich extrem einfach, betriebssicher und preiswert. Darüberhinaus ist es mit diesem Antennenaufbau auch besonders einfach, die Bereichsablenkung zu erzielen, da hierfür nur die Veränderung der Gleichspannung oder des Stromes erforderlich ist. Da die Techniken zur Schaffung variabler SpannungenAn electronically scanned antenna array on the referred to herein is generally costly and complex in device structure. However, it will in the following it can be shown in detail that the present antenna structure is very economical Way can be made in the manner of a printed circuit, which is then a microstrip antenna arrangement corresponds, the radiation direction of which is selectively or controllable as a function of a variable current or a voltage can be deflected and scanned. The use of a variable voltage enables the deflection or scanning in one coordinate direction, while two varying voltages deflect the two-dimensional deflection along both enable coordinate directions. The new antenna structure is extremely simple, reliable and inexpensive. In addition, with this antenna structure it is also particularly easy to achieve the range deflection, since only for this purpose the change in DC voltage or current is required. As the techniques of creating variable voltages
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bzw. Ströme mit vorgegebenen Wellenformen einfach sind, ist es auch ohne weiteres möglich, die Äntennenanordnung in der vorliegenden Ausbildungsform leicht zu steuern und hierbei komplexen Ablenkungsmustern und entsprechenden Äbtastmöglichkeiten zu folgen.or currents with predetermined waveforms are simple, it is also easily possible to use the antenna arrangement In the present form of training easy to control and here complex distraction patterns and corresponding Scanning possibilities to follow.
Weiter ist dadurch, daß der vorliegende Antennenaufbau . extrem dünn ist, verglichen mit herkömmlichen vergleichbaren Antennenanlagen, es ohne weiteres möglich und vorteilhaft, diese an stromlinienförmigen Fahrzeugen wie etwa Flugzeugen oder Raketen zur Anwendung zu bringen, wobei keine Abweichungen aus der Stromlinienform erforderlich werden oder nur minimale Auslenkungen aus dieser erforderlich sind, was sowohl für die Innenseite als auch die Außenseite der Fahrzeughaut zutrifft. Auch ist ohne weiteres verständlich, daß dadurch das die Antenne im wesentlichen aus einer dünnen Anordnung nach Art einer gedruckten Schaltung besteht, diese bei geeigneter Vorwahl des dielektrischen Materials sehr flexibel ist, so daß sie sich in ihrer Gesamtheit leicht der Außenhaut eines Fahrzeuges oder auch einer anderen gewünschten Form anzupassen vermag.Next is that the present antenna structure. extremely thin compared to conventional comparable antenna systems, it is easily possible and advantageous, to apply these to streamlined vehicles such as aircraft or missiles, with no deviations from the streamline shape are required or only minimal deflections from this are required are what applies to both the inside and the outside of the vehicle skin. Also is without further understandable that thereby the antenna essentially consists of a thin arrangement in the manner of a printed circuit, this is very flexible with a suitable preselection of the dielectric material, so that it can easily be adapted in their entirety to the outer skin of a vehicle or to any other desired shape able.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, die beispielsweise Ausführungsformen darstellen sollen. Es bedeutet:The invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings, the exemplary embodiments should represent. It means:
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Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
einer Antennenanordnung mit der Möglichkeit
der Strahlungsabtastung bzw. Ablenkung in einer Dimension über die Steuerung eines Gleichstromes
entlang bestimmter Abschnitte der HF-Zuleitung,Fig. 1 is a plan view of an embodiment
an antenna arrangement with the possibility
the radiation scanning or deflection in one dimension via the control of a direct current along certain sections of the RF feed line,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1,FIG. 2 shows a cross section through the exemplary embodiment according to FIG. 1,
Fig. 3 eine Folge schematischer Diagramme zur Darstellung der Veränderung der Strahlungsrichtung mit einem Gleichstrom für den Antennenaufbau nach Ausführungs— beispiel 1,3 is a series of schematic diagrams for illustration the change in the direction of radiation with a direct current for the antenna structure according to the execution example 1,
Fig. 4 eine beispielsweise Draufsicht auf einen Mikrostreifenstrahler mit einem Gleichstromkreis zur Veränderung der Resonanzfrequenz,4 shows an example of a top view of a microstrip radiator with a direct current circuit to change the resonance frequency,
Fig. 5 ein gegenüber Fig. 1 abgewandeltes Ausführungsbeispiel mit schaltbaren Dioden zur weiteren selektiven Abwandlung der Strahlungssteuerungskennlinien der Anordnung undFIG. 5 shows an exemplary embodiment which is modified from FIG. 1 with switchable diodes for further selective modification of the radiation control characteristics of the Arrangement and
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbei— spiels einer zweidimensional steuerbaren6 is a schematic representation of an embodiment. game of a two-dimensional controllable
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Mikrostrelfenantennenanordnung mit zwei getrennten Gleichstromkreisen in den HF—Zuleitungen zur Steuerung der Strahlungsrichtung entlang zweier koordinaten Achsen.Microstrelfen antenna arrangement with two separate DC circuits in the HF feed lines to control the direction of radiation along two coordinate axes.
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Die Fig. 1 dargestellte gedruckte Leiterplatte 10 ist in · Fig. 2 im Querschnitt abgebildet. Die gedruckte Schaltung besteht im wesentlichen aus einer leitenden Schicht 12, deren Muster durch Wegätzen einiger Flächenbereiche auf einer dielektrischen Schicht 14 vorgegeben ist, wobei die ebene und einzelne Schichtanordnung des Leitermusters sich auf der Oberseite des dielektrischen Stoffes befindet. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform setzt sich das Leitermuster sowohl aus den HF-Zuleitungen als auch den HF-Sektoren zusammen, wobei auf die Überlagerung mit Gleichstromkreisen später noch näher eingegangen wird« Das dielektrische Material 14 ist mit herkömmlichen Ferritmaterialien von Mikrowellenqualität, wie in Fig. 2 angedeutet, beschichtet, worunter hier ein homogenes Verteilen des Ferritmaterials innerhalb der Materialschicht 14 zu verstehen ist, und liegt hierbei zwischen der ebenen Anordnung der elektrischen Leiter 12 und einer Grundplatte 16 aus elektrisch*leitendem Material. Die Grundplatte 16 ist im Ausführungsbeispiel mit der Rückseite der dielektrischen Schicht 14 verklebt, und zwar über die gesamte Fläche des dielektrischen Materials. Andererseits ist es auch möglich, daß die Grundplatte 16 unmittelbar aus einem leitenden Oberflächenabschnitt eines Fahrzeuges, wie etwa eines Flug— zeuges oder dgl., besteht.The printed circuit board 10 shown in FIG. 1 is shown in cross section in FIG. The printed circuit consists essentially of a conductive layer 12, the pattern of which is predetermined by etching away some surface areas on a dielectric layer 14, the planar and individual layer arrangement of the conductor pattern being on the upper side of the dielectric material. In the embodiment according to the invention, the conductor pattern is composed of both the HF feed lines and the HF sectors, the superimposition of direct current circuits being discussed in greater detail later indicated, coated, which is to be understood here as a homogeneous distribution of the ferrite material within the material layer 14, and lies between the planar arrangement of the electrical conductors 12 and a base plate 16 made of electrically conductive material. In the exemplary embodiment, the base plate 16 is glued to the rear side of the dielectric layer 14, to be precise over the entire surface of the dielectric material. On the other hand, it is also possible for the base plate 16 to consist directly of a conductive surface section of a vehicle, such as an airplane or the like.
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Die in Fig. 2 gezeigte ferritbeschichtete bzw. Ferritmaterial gleichmäßig verteilt "aufnehmende dielektrische Schicht 14 kann ein herkömmliches dielektrisches Material, so etwa ein Mikrowellenferritpuder, welches in herkömmlicher Ver— fahrensweise innerhalb der Schicht verteilt wird, sein. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die dielektrische' Schicht mit einem flächenförmigen Ferritmaterial, etwa wiederm einer entsprechenden Schicht, zu belegen- In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die ebene oder Einzelschichtanordnung der dielektrischen Leiter 12 -mittels eines fotoresistenten chemischen Ätzverfahrens, wie es allgemein bei der Herstellung von gedruckten Schaltungen Eingang gefunden hat, gefertigt worden.The ferrite-coated or evenly distributed "receiving dielectric layer 14 shown in FIG. 2" can be a conventional dielectric material, such as a microwave ferrite powder, which is conventionally is distributed within the shift by driving. As an alternative to this, it is also possible to cover the dielectric layer with a sheet-like ferrite material, for example again a corresponding layer to be covered- In a preferred embodiment, the planar or single-layer arrangement the dielectric conductor 12 -by means of a photoresist chemical etching process as it is commonly used in manufacture of printed circuits has been manufactured.
In Fig. 1 ist eine lineare Anordnung von vier Mikrostreifen-Strahlern N , N , N und N abgebildet. Zu jedem dieser Strahler gehört eine HF-Zuleitung, die der Gesamtheit des Zuleitungssystems zuzuordnen ist, in welchem das ursprüngliche HF-Eingangssignal bei 18 zunächst am Punkt 20 in zwei gleiche Energiesignale aufgeteilt wird. Beim Nichtvorhandensein irgend eines Gleichstromfeldes, wie nachfolgend noch näher ausgeführt werden wird, befinden sich die beiden geteiltenIn Fig. 1 is a linear array of four microstrip radiators N, N, N and N shown. Each of these radiators has an HF feed line that connects to the entirety of the Is to be assigned to the supply system in which the original RF input signal at 18 is initially divided into two equal energy signals at point 20. In the absence in any DC field, as will be explained in more detail below, the two are located shared
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Signalflüsse auf gleicher Phase mit der die sich auch über die HF-Zuleitungsänordnung bewegen.Signal flows in the same phase as those that also move via the RF supply line arrangement.
. Bei den Punkten 22 und 24 erfolgt eine weitere Teilung der auf zwei Zuleitungen aufgeteilten Signalinformation auf nunmehr insgesamt vier Leitungen, wobei sich diese Signale untereinander wieder auf gleicher Phase befinden und diese unmittelbar den Mikrostreifenstrahlern , wie aus Pig. I ersichtlich, zugeleitet sind. Für den Fall, daß die Beaufschlagung der Anordnung mit einem Gleichstrom Null ist, liegen alle Elemente der linearen Anordnung nicht nur untereinander auf gleicher Phase, sondern die Signale haben darüber hinaus den gleichen Energieinhalt, so daß sich die ergebende Abstrahlung linear verhält, d. h„, daß--.diese senkrecht zur Ebene der gedruckten Schaltungsanordnung verläuft, wie das schematisch in Fig. 3 angedeutet ist« Ferritmaterialien, wie sie in der Vergangenheit Anwendung fanden, führten zu relativen Phasenverschiebungen in den HF-Signalen, so wie das beispielsweise in den US-PS 3 553 733 von Buck und 3 377 592 von Robieux et al. aufgezeigt ist. Die bisher bekannten Anordnungen bestanden aus verhältnismäßig massereichen Leiterführungen und/oder externen elektromagnetischen Einrichtungen, so daß sie sich relativ kostspielig zufolge ihrer Komplexität gestalteten.. At points 22 and 24 there is a further division the signal information divided on two feed lines now on a total of four lines, these signals being in the same phase with one another and these directly to the microstrip emitters, such as from Pig. I can be seen. In the event that the application of a direct current to the arrangement is zero, all elements of the linear arrangement not only in phase with each other, but the signals also have the same energy content, so that the resulting radiation is linear, d. h "that -. this perpendicular runs to the level of the printed circuit arrangement, As indicated schematically in FIG. 3, ferrite materials as used in the past found, led to relative phase shifts in the RF signals, such as that in the U.S. Patents 3,553,733 to Buck and 3,377,592 to Robieux et al. is shown. The previously known arrangements existed from relatively massive conductor guides and / or external electromagnetic devices, so that they were made relatively expensive due to their complexity.
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Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Antennenanordnung wesentlich, daß sie von einem ferritbeschichteten Dielektrikum ausgeht, welches in herkömmlicher Weise so abgewandelt werden kann, daß erforderliche Phasenverschiebungen zwischen der Anordnung der Strahler und der erreichbaren Strahlungssteuerung gegebenenfalls vorgebbar sind. So kann beispielsweise , wie sich in Verbindung mit Fig. 1 erkennen läßt, eine veränderbare Gleichstromquelle 26 mit einem entsprechenden Gleichstromkreis innerhalb der Anordnung der elektrischen Leiter 12 verbunden werden und aisfe durch Variation des Gleichstromes die nötige Phasenverschiebung eingestellt werden. Selbstverständlich könnte die Stromquelle 26 in Ausführungsbeispiel auch durch eine Spannungsquelle ersetzt werden, da jedoch die Phasen— Verschiebung und/oder andere Effekte in diesem Zusammenhang gewünscht und beschrieben werden sollen, und zwar proportional zum Gleichstrom, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einer variablen Gleichstromquelle ausgegangen,In contrast, is designed according to the invention Antenna arrangement essential that it starts from a ferrite-coated dielectric, which in conventional Way can be modified so that required phase shifts between the arrangement the radiator and the achievable radiation control are optionally specifiable. For example, as can be seen in connection with FIG. 1, a Variable direct current source 26 with a corresponding direct current circuit within the arrangement of FIG electrical conductor 12 are connected and aisfe through Variation of the direct current, the necessary phase shift can be set. Of course it could Current source 26 in the exemplary embodiment can also be replaced by a voltage source, since, however, the phases Displacement and / or other effects are to be desired and described in this context, namely proportional to the direct current, is in the present embodiment from a variable direct current source went out,
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 fließt der Gleichstrom entlang der isolierten Segmente 28, 30 und 32 des HF-Zuleitungssystems. Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn Gleichströme durch die Mikrostreifenzuleitungen über das ferritbeschichtete Dielektrikum fließen,In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the direct current flows along the isolated segments 28, 30 and 32 of the HF supply system. It has been shown that then when direct currents through the microstrip lines flow over the ferrite-coated dielectric,
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sich eine gesteuerte Phasenverschiebung bezüglich der HF-Signale, die desgleichen über diese Leitungsabschnitte gegeben sind, erzielen läßt.a controlled phase shift with respect to the RF signals, the same via these line sections are given, can be achieved.
Wie sich aus Fig. 1 unschwer entnehmen läßt, werden die zu den.Mikrostreifenstrahler N1 geleiteten HF-Signale keinerlei Phasenverschiebungen erfahren. Demgegenüber werden jedoch diejenigen HF-Signale, die dem Mikrostreifenstrahler N_ zufließen, eine zusätzliche Phasenverschiebung erfahren, die proportional zu dem Strom ist, der entlang des isolierten Segmentes 28 fließt und proportional zur Länge des Segmentes 28.As can easily be seen from FIG. 1 , the RF signals passed to the microstrip radiator N 1 do not experience any phase shifts. In contrast, however, those RF signals which flow to the microstrip radiator N_ will experience an additional phase shift which is proportional to the current flowing along the isolated segment 28 and proportional to the length of the segment 28.
In gleicher Weise wird ein zum Strahler. N3 gegebenes HF-Signal eine entsprechend zusätzliche Relativverschiebung in der Phase erfahren, da der Gleichstromkreis dort eine Serienschaltung bildet und exakt der gleiche Gleichstrom sein muß, der einerseits im Segment 30 wie andererseits auch im Segment 28 fließt, wobei hier jedoch die Länge des*Segments 30 dem doppelten der Länge des Segments 28 entspricht. Somit werden diese Signale eine relative Phasenverschiebung aufweisen, die den doppelter bezüglich des Strahlers N3 entspricht. In gleicher Weise erfahren auch die dem Strahler N4 zugeführten Signale eine Phasenverschiebung entlang des Segmentes 32 des Gleichstromzweiges, wobei hier die Länge gleich der HälfteIn the same way, a becomes a radiator. N 3 given HF signal experience a corresponding additional relative shift in phase, since the direct current circuit there forms a series circuit and must be exactly the same direct current that flows on the one hand in segment 30 and on the other hand in segment 28, but here the length of the * Segment 30 corresponds to twice the length of segment 28. Thus, these signals will have a relative phase shift which corresponds to twice that with respect to the radiator N 3. In the same way, the signals fed to the radiator N 4 also experience a phase shift along the segment 32 of the direct current branch, the length here being equal to half
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des Segmentes 30 ist und die volle Länge des Segmentes 28 hinzukommt. Damit erreichen die Signale den Strahler N mit dem Dreifachen der Phasenverschiebung bezüglich der Phase jener Signale, welche dem Strahler N_ zugeführt sind.of segment 30 and the full length of segment 28 is added. The signals thus reach the radiator N with three times the phase shift with respect to the phase of those signals which are fed to the radiator N_ are.
Die Segmente 28, 30 und 32 der HF-Zuleitung in Fig. 1 sind von den anderen Abschnitten der HF-Zuleitung bezüglich der Gleichstromkreise isoliert, wobei die Isolationsstellen aus den Elementen 34 bestehen, die den Fluß des Gleichstromes blockieren,HF-Signale jedoch passieren lassen. Die Elemente 34 entsprechen im wesentlichen den Blockierungskondensatoren . für Gleichstrom, wie sie in Verbindung mit niederfrequenten elektronischen Kreisen Anwendung finden. Um einen maximalen Fluß hochfrequenter Ströme sicherzustellen, sollten die "Platten" der Kopplungselemente etwa einem Viertel der Wellenlänge entsprechen und der Abstand vorzugsweise nicht mehr als ein Zwei- bis Drei— tausendstel eines Inch, wobei selbstverständlich die dielektrischen und magnetischen Parameter des ferritbeschichteten Dielektrikums mit eingehen.The segments 28, 30 and 32 of the RF lead in FIG. 1 are relative to the other sections of the RF lead of the DC circuits isolated, the isolation points consist of the elements 34 that control the flow of the Block direct current, but allow HF signals to pass. The elements 34 correspond essentially to the blocking capacitors. for direct current as used in conjunction with find low-frequency electronic circuits application. To ensure maximum flow of high frequency currents, the "plates" of the coupling elements should correspond to about a quarter of the wavelength and the Distance preferably no more than one two to three thousandths of an inch, of course the dielectric and magnetic parameters of the ferrite-coated dielectric are included.
Zwischenverbindungen der isolierten Abschnitte der HF-Zuleitung stellen die Elemente 36,38 und 40 dar, die die HF-Signale blockieren und den Gleichstromfluß nicht unterbrechen. Die genannten Elemente entsprechen im großenInterconnections of the isolated sections of the RF feed line are provided by elements 36, 38 and 40, the block the RF signals and do not interrupt the flow of direct current. The elements mentioned correspond to a large extent
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und ganzen den gewöhnlich in elektrischen Schaltkreisen verwendeten HF-Feldspulen. Um Interferenzen mit HP-Strömen in den HF-Zuleitungen auf ein Minimum herabzusetzen, sind die Gleichstromkreise 36 und 38 und 40 mit offenen Leitersegmenten 42 versehen, deren Dimensionierung und Abstand so gewählt ist, daß diese Nebenerscheinungen vermieden werden.and all of the RF field coils commonly used in electrical circuits. To avoid interference with HP currents in the HF feed lines to a minimum, the DC circuits 36 and 38 and 40 are with open conductor segments 42 provided, their dimensions and spacing as is chosen so that these side effects are avoided.
Ein vollständiger Gleichstromkreis in der Schichtanordnung der elektrischen Leiter 12 ist som—it folgendermaßen aufgebaut; Er besteht aus den Elementen oder Abschnitten 36,38 und 40 über die der Gleichstrom zu fließen mag, während die HF-Signale blockiert werden, zusammen mit den isolierten HF-ZuleitungSegmenten 28,30 und 32. Der Gleichstromkreis ist bei 44 geerdet.A complete DC circuit in the layer arrangement of the electrical conductors 12 is thus constructed as follows; It consists of the elements or sections 36, 38 and 40 through which the direct current may flow while the RF signals are blocked, along with the isolated RF lead segments 28,30 and 32. The DC circuit is grounded at 44.
Das schematische Diagramm von Fig. 3 zeigt in der obersten Zeile die Situation f die dann vorliegt, wenn kein Strom in dem Gleichstromkreis von der Stromquelle 26 fließt, wobei dann alle Mikrostreifenstrahler mit der gleichen Impulsenergie versorgt werden und gleiche Phasen besitzen, so daß eine Strahlungsrichtung entsteht, die senkrecht auf der Ebene der linearen Antennenanordnung steht» Dann jedoch, wenn von der Stro?raquelle 26 ein. Strom I^ in den Stromkreis gegeben wird, ergeben sich relative Phasenverschiebungen der HF-Signale über die isolierten Segmente 28, 30 und 32, wobei diese proportional zur Amplitude des Stromes I^ und zur Länge derThe top line of the schematic diagram in FIG. 3 shows the situation f which is present when no current flows in the direct current circuit from the current source 26, in which case all microstrip radiators are supplied with the same pulse energy and have the same phases, so that one direction of radiation arises, which is perpendicular to the plane of the linear antenna arrangement. Current I ^ is given into the circuit, there are relative phase shifts of the RF signals over the isolated segments 28, 30 and 32, these being proportional to the amplitude of the current I ^ and the length of the
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HF-Zuleitungen ist. Entsprechend ist für den Fall des Stromflusses der Größe T die Situation,wie in Fig. in der zweiten Zeile dargestellt, wobei die Phasenverschiebund, d. h. der relative Phasenwinkel,zwischen der Einspeisung oder den TreiberSignalen zu den vier Mikrostreifensendern jeweils um 10° differiert, so daß eine AbStrahlungsrichtung vorgegeben wird, wie sie durch den Pfeil angedeutet ist.HF feed lines is. Correspondingly, for the case of a current flow of size T, the situation is as shown in the second line of FIG a radiation direction is specified, as indicated by the arrow.
Bei einer weiteren Vergrößerung des Gleichstromes auf ' einen Betrag ~L ergibt sich die in der dritten Zeile von Fig. 3 wiedergegebene Abstrahlungssituatxon, wobei die Phasenverschiebung zwischen benachbarten Elementen für die Signale jeweils 30° beträgt. Auf diese Weise läßt sich bei der beispielsweise dargestellten linearen Anordnung die Abstrahlungsrichtung in einer Dimension variabel, schwenken, und zwar zufolge der Variation des Stromes oder der Spannung an der Quelle 26.If the direct current is increased further to an amount ~ L , the emission situation shown in the third line of FIG. 3 results, the phase shift between adjacent elements for the signals being 30 ° in each case. In this way, in the linear arrangement shown, for example, the direction of radiation can be variably pivoted in one dimension, specifically as a result of the variation of the current or the voltage at the source 26.
Im übrigen zeigt die dargestellte und beschriebene Ablenkung der Abstrahlrichtung der Antennenanlage, daß es möglich ist, auch die jeweilige Resonanzfrequenz der Mikrostreifenstrahler mit dieser Antennenanordnung zu verändern, wie sich das schematisch aus Fig. '4 entnehmen läßt. Danach ist einer der Mikrostreifenstrahler 50 mit einem Gleichstrom verbunden, und zwar über die Segmente 52 undOtherwise shows the deflection shown and described the direction of radiation of the antenna system that it is possible, also the respective resonance frequency of the To change microstrip radiators with this antenna arrangement, as can be seen schematically in FIG. Thereafter, one of the microstrip radiators 50 is connected to a direct current via the segments 52 and
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welche die Eigenschaft haben, Gleichstrom ungehindert fließen zu lassen, während die HF-Signale blockiert werden, wobei die Einspeisung über'eine Gleichstromquelle oder eine Spanraingsquelle 56 erfolgt. Wenn nun ■ der Betrag der Gleichstromquelle oder Spannungsquelle 56 variiert wird, dann wird zufolge-des Ferritmaterials ein Unterschied in den Werten der magnetischen Permeabilität auftreten, was wiederum die effektive elektrische Länge - und zwar annähernd im Ausführungsbeispiel um eine halbe Wellenlänge bei Resonanz — des Strahlers 50 verändert, und zwar in Übereinstimmung mit der Gleichungwhich have the property of allowing direct current to flow unhindered while blocking the RF signals the feed via a direct current source or a Spanraingsquelle 56 takes place. If now ■ the amount of the direct current source or voltage source 56 is varied, then depending on the ferrite material a difference in the values of magnetic permeability will occur, which in turn is the effective electrical Length - approximately around in the exemplary embodiment half a wavelength at resonance - of the radiator 50 changed, in accordance with the equation
' Die Variationsmöglichkeit, der Resonazfrequenz des Mikrostreifenstrahler-s 50 bedeutet nun aber, daß die vorliegende Antennenanordnung im Gegensatz zu den relativ schmalen Bandbreitenstrahlern eine erhebliche Erweiterung der Bandbreite zuläßt. 'The possibility of variation, the Resonazfrequenz of microstrip radiator s 50 is now, however, means that the present antenna arrangement, in contrast to the relatively narrow bandwidth radiators permits a considerable expansion of the bandwidth.
Es soll hervorgehoben werden, daß der Abtastvorgang bzw. die Ablenkung der· Resonanzfrequenz der Strahler, wie in Fig. 4 anhand nur eines Mikrostreifenstrahlers angedeutet, selbstverständlich für eine oder mehrere deratige Strahler der Gesamtanordnung,beispielsweise etwa für eine Anordnung nach Fig. !,ausführbar ist.It should be emphasized that the scanning process or the deflection of the resonance frequency of the radiators, as in Fig. 4 indicated on the basis of only one microstrip emitter, of course for one or more such radiators of the overall arrangement, for example for an arrangement according to Fig.!, is executable.
Bei Verwendung von elektrischen Gleichströmen, wie sie in Verbindung mit den HF-Zuleitungen gemäß Fig. 1 zurWhen using electrical direct currents, as they are in connection with the RF leads according to FIG
■ - 15 409843/0668 ■ - 15 409843/0668
-■ 15 -- ■ 15 -
Anwendung kommen, ist es darüber hinaus auch möglich, selektiv die Schwenkung der Abstrahlung der Anordnung als Funktion der Spannung unter Verwendung schaltbarer Dioden, wie aus Fig. 5 ersichtlich, zu variieren. Bei den Dioden kann es sich um Zener—Dioden handeln, welche selektiv bei Verwendung unterschiedlicher Gleichspannungshöhen betätigbar sind und/fcder es kann sich um steuerbare Dioden handeln, die unter der Kontrolle eines Kleinstkomputers oder anderer Steuerorgane eine Veränderung entweder der HF- und/oder der elektrischen Gleichstromkreise ermöglichen, um weitere vorgebbare Änderungen in den relativen Phasen verschiebungen zwischen den verschiedenen Strahlern in der Anordnung zu erreichen.Application, it is also possible selectively the swiveling of the radiation of the arrangement as a function of the voltage using switchable diodes, as can be seen from FIG. 5, to vary. With the diodes it can be Zener diodes, which are selective when using different DC voltage levels can be actuated and / fcder it can be controllable diodes act that under the control of a microcomputer or other control organs a change in either the HF and / or the electrical DC circuits allow shifts to further predeterminable changes in the relative phase between the different radiators in the arrangement.
Eine zweidimensionale Anordnung von Mikrostreifensendern ist in einer beispielsweisen Ausführungsform in Fig. 6 wiedergegeben. So sind beispielsweise in Fig. 6 vier lineare Anordnungen 100, 102, 104 und 106 in gegenseitiger Seitenlage angeordnet, die die zweidimensionale Verschiebungsmöglichkeit vorgeben. Jede der linearen Anordnungen besitzt eine in der dargestellten Weise aufgebaute. HF-Zuleitung in Verbindung mit geeigneten Gleichstromkreisen für die Ablenkung der Strahlung in der X-Richtung (d. h. zwischen unterem und oberem Abschnitt in Fig. 6) in Übereinstimmung mit den Änderungen des Stromes I der Stromquelle 108.A two-dimensional arrangement of microstrip transmitters is shown in an exemplary embodiment in FIG. 6 reproduced. For example, in Fig. 6, four linear arrays 100, 102, 104 and 106 are in mutual relationship Lateral position arranged, which specify the two-dimensional displacement option. Any of the linear arrangements has one constructed in the manner shown. HF supply in connection with suitable direct current circuits for the deflection of the radiation in the X direction (i.e. between the lower and upper sections in Fig. 6) in correspondence with the changes in the current I of the current source 108.
- 16 —~ 409843/08 6 8- 16 - ~ 409843/08 6 8
Darüber hinaus sind jeweils HF-Eingänge 110,112, 114 und 116 in Aufwärtsrichtung geführt und in der dargestellten Weise mit der HF-Zuleitung in Verbindung gebracht, zu welcher ein elektrischer Gleichstromkreis gehört, über welchen die relativen Phasen der HF-Signale jeweils den linearen Anordnungen zuführbar sind, so daß sich hierüber eine Strahlungsablenkung in Y-Richtung, d. h. in Fig. 6 von links nach rechts, ergibt. Die jeweilige Phasenänderung ist proportional dem Strom I der Stromquelle 118, wobei die HF-Signale über die isolierten HF-Zuleitungsabschnitte 120, 122 und 124 gegeben werden, die mittels der Schaltelemente 126, und 130 aus der in Fig. 6 ersichtlichen Form eingeschaltet sind, wobei die letzt genannten Elemente als Kreise wirken, die den Gleichstrom durchlassen, während sie die HF-Signale sperren.In addition, each of the RF inputs 110, 112, 114 and 116 are routed in the upward direction and are shown in FIG Connected to the HF feed line, to which an electrical direct current circuit belongs, via which the relative phases of the RF signals can each be fed to the linear arrangements, so that This results in a deflection of the radiation in the Y direction, d. H. in Fig. 6 from left to right, results. The respective phase change is proportional to the current I. the power source 118, the RF signals via the isolated RF lead sections 120, 122 and 124 which are switched on by means of the switching elements 126 and 130 from the form shown in FIG are, with the latter elements acting as circles that let the direct current through while they block the HF signals.
Die Wirkungsweise der zweidimensionalen Anordnung entspricht genau derjenigen der eindimensionalen mit dem Unterschied, daß die Richtungsvorwahl nun in beiden Richtungen eines XY koordinaten Systems möglich wird. Hierfür ist es nur erforderlich, die Werte des Stromes Ιχ und I der Stromquellen 108 und 118 entsprechend zu variieren.The mode of operation of the two-dimensional arrangement corresponds exactly to that of the one-dimensional arrangement with the difference that the direction preselection is now possible in both directions of an XY coordinate system. For this it is only necessary to vary the values of the current Ι χ and I of the current sources 108 and 118 accordingly.
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409843/0668409843/0668
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