DE2460552B2

DE2460552B2 - Hornstrahler mit einer anordnung zur entnahme von der ablagemessung dienenden wellentypen

Info

Publication number: DE2460552B2
Application number: DE19742460552
Authority: DE
Inventors: Serge Chatenay-Malabry Drabowitch (Frankreich)
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1978-01-26
Also published as: DE2460552A1; FR2255716B1; NL7416667A; FR2255716A1; GB1487238A; US3964070A; JPS5094854A; DE2460552C3; NL168086B; JPS5739563B2; NL168086C

Description

Die Erfindung betrifft einen Hornstrahler gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiger Hornstrahler ist aus der US-PS 3568204 bekannt. Die Anordnung zur Entnahme von der Ablagemessung dienenden Wellentypen besteht dabei aus vier parallel zur Hornstrahlerachse in diesem nahe dessen strahlender öffnung angeordneten, dielektrisehen Stäben oder Wendelantennen. Diese werden nicht durch das Feld der in dem Hornstrahler angeregten Wellentypen sondern direkt durch das elektrische Feld der empfangenen Welle erregt. Aus diesem Grund, aber auch deswegen, weil die bei dieser An-Ordnung unvermeidbare Abschattung der Empfangsenergie (bezogen auf den Speiseleiter des Hornstrahlers, also den Nutzsignal-Empfangskanal) nicht zu groß werden darf, können diese Hilfsstrahler für die Ablagemessung nicht allzu weit von der Strahlungsöffnung des Hornstrahlers zurück in dessen Inneres verlegt werden, was aber andererseits zur Erzielung einer möglichst guten Richtwirkung wünschenswert wäre.

Aus IEEE-Transactions on Antennas and Propagation, 1966, September, Seite 605 bis 610 ist bekannt, daß ein Hornstrahler mit quer zur Strahlungsrichtung verlaufenden Nuten in seiner Wandung ein sehr gutes Richtdiagramm mit kleinen Nebenzipfeln über einen breiten Frequenzbereich liefert. Eine Ablagemessung ist dort jedoch nicht vorgesehen.

Aus dem Aufsatz »Dispositive economiques pour poursuite automatique de satellites de telecommunications«, erschienen in Colloque International Espace et Communications, Paris 1971, Band 2 ist es bekannt, daß bei einer Antenne, deren radioelektriscbe Achse oder Hauptstrahlrichtung nicht genau mit der Richtung auf das strahlende Objekt zusammenfällt, der primäre Hornstrahler unsymmetrisch angeregt wird, so daß dort neben dem Nutzsignal-Grundwellentyp Wellentypen mit antisymmetrischer Charakteristik entstehen, deren Amplituden und deren Phasen in bezug auf den Nutzsignal-Grundwellentyp die gesuchte Richtung kennzeichnen und zur Gewinnung der Ablagesignale verwendet werden können. Dabei benutzt man vorzugsweise Hornstrahler mit Kreisquerschnitt, deren Diagramm rotationssymmetrisch ist und damit nicht nur einem rotationssymmetrischen Bündelungssystem angepaßt ist, sondern auch zu einem besonders niedrigen Kreuzpolarisationspegel führt. Mit der bekannten Hornstrahleranordnung gelingt es jedoch nicht, die der Ablagemessung dienenden Wellentypen ohne wesentliche Störung und Bedämpfung des Nutzsip,na!-Grundwellentyps breitbandig und mit gutem Stehwellenverhältnis auszukoppeln.

Bei einem genuteten Hornstrahler mit den eingangs genannten vorteilhaften Eigenschaften stößt aber die Entnahme der der Ablagemessung dienenden Wellentypen wegen der theoretisch unendlich großen Oberflächenreaktanz der Hornstrahlerwandungen zunächst auf große Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hornstrahler gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 zu schaffen, der die Entnahme der in dem Hornstrahler angeregten, der Ablagemessung dienenden Wellentypen praktisch ohne Beeinflussung des Nutzsignal-Grundwellentyps auf besonders einfache Art und Weise gestattet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben.

Der verwendete Hornstrahler besitzt dabei vorzugsweise Kreisquerschnitt und vermag sowohl linear als auch zirkulär polarisierte Wellen fortzupflanzen.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der Zeichnung ist ein Hornstrahler nach der Erfindung anhand beispielsweise gewählter Ausführungsformen und erläuternder Diagramme schema- > tisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hornstrahlers mit in größerem Abstand voneinander angeordneten Nuten und koaxialen Sonden,

Fig 2 eine Darstellung der in dem Hornstrahler nach Fig. 1 erregten radialen TM₀₁-WeIIe,

Fig. 3 eine Darstellung des in dem Hornstrahler nach Fig. 1 erregten r£₂₁-WeIlentyps,

Fig. 4 eine anderu Ausführungsform des Horn-Strahlers nach der Erfindung,

Fig. 5 und 6 eine Schnittdarstellung und eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung, deren Kopplungsvorrichtung aus Schlitzen besteht,

Ein Hornstrahler mit Kreisquerschnitt oder Rechteckquerschnitt nach der Erfindung besitzt in Abstand angeordnete Nuten, wie dies stark schematisch in Fig. 1 angegeben ist.

An der Wandung 4 des Hornstrahler ist das elektrische Feld stets gleich Null oder steht senkrecht zu der Oberfläche. Die Nuten spielen sozusagen die Rolle einer λ/4-Sperre, die die Längsströme sperrt.

In einem gewissen Abstand von der Wandung findet man die Schleifen der elektrischen Felder 3, die charakteristisch für den Hybrid-Wellentyp WE₁₁ sind.

Nach der Erfindung werden in der Wandung in hierzu vorgesehenen Öffnungen Sonden angeordnet, ohne daß hierdurch der Hybrid-Grundwellentyp HE_x , gestört wird. i^r>

Fig. 1 zeigt, daß eine koaxiale Sonde 5 radial in einer Nut 2 angeordnet ist und einen Bruchteil einer Wellenlänge ins Innere des Hornstrahler ragt. In dieser Stellung kann die Sonde ein Feld aufnehmen bzw. abstrahlen, wobei sie praktisch nicht mit dem HE_1x- to Typ gekoppelt ist.

Der symmetrische Charakter des koaxialen Wellentyps beispielsweise in der Nut 2 sorgt nämlich dafür, daß keinerlei Kopplung mit dem Wellentyp möglich ist, auf den die Nut in ihrer Eigenschaft λ/4-Sperre ■»■> abgestimmt ist.

Weiterhin stellt man fest, daß in dem in dem Hornstrahler liegenden Teil das elektrische Feld noch praktisch vollständig longitudinal ist: Es verläuft folglich orthogonal zu der Sonde und ist im Prinzip mit dieser ">o nicht gekoppelt. Andererseits wird die koaxiale Sonde 5 mit einer annehmbaren Anpassung betrieben, da sie sich annähernd wie ein strahlender Unipol über einem reflektierenden Flächenelement mit einer Breite, die eine Wellenlänge erreichen kann, verhält, η wobei das Flächenelement von der Wandung 4 gebildet wird und der Abstand zwischen den Nuten eine halbe Wellenlänge der Welle erreichen kann. Die Verwendung von in relativ großem Abstand voneinander angeordneten Nuten ist es, die die Einführung ω einer hinreichend an die Übertragungsleitung angepaßten Sonde ermöglicht. Wenn eine Anzahl, beispielsweise zwei oder vier Sonden 5, 6, 7, 8 radial und symmetrisch über den Umfang einer Nut angeordnet wird und wenn der Umfang dieser Nut so ge- b5 wählt ist, daß der gewünschte Wellentyp sich unter Ausschluß von parasitären Wellentypen fortpflanzen kann und wenn diese Sonden gleichphasig erregt werden, kann der »radiale« Wellentyp TM₁₁₁ angeregt werden. Die erhaltene, in Fig. 4 dargestellte Feldverteilung ist symmetrisch und besitzt radiale Polarisation. In einer beliebigen Durchmesserebene erhält man eine ungerade Feldverteilung, die auf der Achse gleich Null ist.

Für die Ablagebestimmung können andere Feldverteilungen beispielsweise durch abwechselnd gleichphasige und gegenphasige Kombination der vier Radialsonden 5 bis 8 verwendet werden. Man erhält den in Fig. 3 dargestellten Typ TE_2x.

Wenn die vier (oder zwei) koaxialen Sonden durch Schleifen ersetzt werden, findet eine Vertauschung der elektrischen und der magnetischen Felder statt und der erhaltene Wellentyp ist der »tangential« Typ TE_ax, der den Vorteil besitzt, in einem genuteten Hornstrahler dieselbe Phasengeschwindigkeit und dieselbe Grenzfrequenz wie der Typ TM₀₁ aufzuweisen.

Vorstehend wurde gezeigt, daß eine oder mehrere Ablagemeßsonden, die über eine einzige Nut in den Nutenhornstrahler hineinragen, verwendet werden können.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung können Sonden in mehreren Nuten angeordnet werden. Fig. 4 zeigt in schematischer Form diese Ausführungsform, bezogen auf eine axiale Schnittebene. In ein und derselben Axialebene sind mehrere Sonden 9 >ind 10 beispielsweise in mehreren aufeinanderfolgenden Nuten 11 und 12 angeordnet. Diese Sonden werden mit unterschiedlicher Amplitude und wachsender Phase gemäß der bekannten Richtkopplertechnik angeregt. Die Sonden, die somit die Ablagemeßsignale entnehmen, sind mit ein und derselben Übertragungsleitung 13 verbunden, von der ein Ende 14 kurzgeschlossen ist und das andere Ende 15 mit einem Koppler (T-Koppler, Hybrid-Koppler usw.) verbunden ist, der die Entnahme des Ablagemeßsignales gestattet. Diese Anordnung kann in mehreren Axialebenen (beispielsweise 4), die symmetrisch verteilt sind, getroffen werden, um die Nutzsignal-Wellentypen zu entnehmen. In diesem Fall sind die Leiter

13 in den verschiedenen Axialebenen miteinander verbunden. Die Vorteile einer solchen Anordnung sind folgende:

a) Die Anpassung der Ablagemeßkanäle ist um so besser, je höher die Zahl der Sonden ist (jede derselben ist um so weniger stark gekoppelt),

b) die Anregung des Ablagemeß-Wellentyps ist günstig, da die Anordnung Richtwirkung hat und keine Wellentypen in Richtung auf den Speiseleitungsanschluß des Hornstrahlers anregt oder auf den Empfang bezogen, genauer gesagt, nicht empfindlich ist für einen Ablagemeß-Wellentyp, der am Hals des Hornstrahlers reflektiert wird und zur Strahlungsöffnung zurückläuft.

Der geringe Teil des Nutzsignal-Grundwellentyps HE_n, der in die Ablagemeßanordnung eingekoppelt wird, findet sich an dem nicht verwendeten Ausgang

14 der Leitung wieder, der kurzgeschlossen sein kann. Diese Kopplung führt demzufolge nicht zu einer Erhöhung der Rauschtemperatur. Der entsprechende Resonanzzustand ist wenig selektiv, wenn die Länge der Leitung gering ist.

Es wurde bereits gesagt, daß man in erster Näherung annehmen kann, daß die Nuten die Rolle von Λ/4-Sperren spielen, die die Längsströme blockieren. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nuten hat der

Hornstrahler folglich eine glatte Wandung; er wird durch Wellentypen angeregt, deren Phasengeschwindigkeiten verschieden sind, aber da der Abstand zwischen zwei Nuten gering ist (im allgemeinen unter einer halben Wellenlänge liegt), kann der aus diesen Phasenunterschieden resultierende Längsstrom keinen erheblichen Wert annehmen, sondern bleibt praktisch gleich Null.

Es ist daher auch möglich, in die Wandung zwischen zwei Nuten Querschlitze einzubringen, ohne praktisch die Strompfade zu unterbrechen, d. h. ohne die Fortpflanzung und die Strahlung des Grundwellentyps WE₁₁ zu stören. Dementsprechend erzeugt dieser Wellentyp sehr wenig Energie durch Kopplung in diesen Schlitzen. Diese Überlegung wird durch die Erfahrung bestätigt. Es ist folglich möglich, zur Entnahme der für die Ablage wichtigen Wellentypen die Koaxialsonden durch Kopplungsschlitze zu ersetzen. Die Fig. 5 und 6 zeigen schematisch im Schnitt und in der Aufsicht einen Hornstrahler, dessen Wandungen mit Schlitzen versehen sind.

Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nuten 2, 20, 21, 22 sind mehrere Schlitze (beispielsweise vier) 16, 17, 18, 19 symmetrisch angeordnet; diese gestatten die Entnahme der für die Ablagemessung verwendbaren Wellentypen, beispielsweise der Typen TM₀₁ und TE₂, oder beliebiger anderer, untereinander orthogonaler Kombinationen. Da der Längsstrom im Prinzip Null ist, unterbrechen die Schlitze A, B, C, D keine Strompfade.

Wenn die doppelte Bedingung erfüllt ist, daß einerseits der glatte Teil der Wandung zwischen den Nuten größer als λ/4 und andererseits der Abstand der Nuten kleiner als λ/2 ist, können auch die Kopplungsschlitze im Inneren einer Nut liegen, ohne daß dadurch eine Störung hervorgerufen wird.

Der in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildete und mit Kopplungsvorrichtungen ausgestattete Hornstrahler besitzt folgende Vorteile: Geringe Kopplung mit dem Grundwellentyp des Nuten-Hornstrahlers, dementsprechend vernachlässigbare Störung dieses Wellentyps und Möglichkeit der Kombination der mittels der Sonden erhaltenen Signale durch einfache Koppler. Hieraus ergibt sich, daß derartige Hornstrahler sich insbesondere auch als Monopulsquellen für Verfolgungsradaranlagen eignen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hornstrahler mit einer Anordnung zur Entnahme von der Ablagemessung dienenden WeI- ^r> lentypen mit quer zur Strahlungsrichtung verlaufenden Nuten in seiner Wandung, deren Tiefe etwa eine Viertelwellenlänge beträgt und deren Abstände kleiner oder gleich einer halben Wellenlänge sind, und in welchem sich ein hybrider ^lu Nutzsignal-Grundwellentyp fortpflanzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Entnahme der der Ablagemessung dienenden Wellentypen aus in der Hornstrahlerwand (4) sitzenden, koaxialen Kopplungssonden (5 bis 8) oder ' Kopplungsschleifen oder Kopplungsschlitzen (A bis D) besteht, die so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie eine sehr geringe Kopplung mit dem Nutzsignal-Grundwellentyp aufweisen.

2. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialsonden (5 bis 8) radial in wenigstens einer Nut (2) angeordnet sind.

3. Hornstrahler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialsonden (S bis 8) radialsymmetrisch über den Umfang einer Nut verteilt sind..

4. Hornstrahler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaxialsonden (9, 10) in mehreren aufeinanderfolgenden Nuten (11, 12) angeordnet sind (Fig. 4).

5. Hornstrahler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Koaxialsonden (9, 10) in mehreren aufeinanderfolgenden Nuten (11, 12) in einer Axialebene des Hornstrahlers angeordnet, mit unterschiedlicher i> Amplitude und wachsender Phase erregt sind und mit ein- und derselben Übertragungsleitung (13) verbunden sind, deren eines Ende (14) kurzgeschlossen und deren anderes Ende (IS) mit einem Koppler zur Entnahme des der Ablagemessung 4» dienenden Wellentyps verbunden ist.

6. Hornstrahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Übertragungsleitungen (13) in unterschiedlichen Axialebenen angeordnet und miteinander verbunden sind.

7. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschlitze (A, B, C, D) in der Wandung des Hornstrahlers zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nuten (2, 20 bzw. 21, 22) quer zur Wellenfortpflanzungsrichtung ange- >o ordnet sind (Fig. 5, 6).

8. Hornstrahler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsschlitze (16 bis 19) paarweise symmetrisch in Durchmesserebenen des Hornstrahlers angeordnet sind. >^r>

9. Hornstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der glatte Teil der Hornstrahlerwandung zwischen den Nuten breiter als eine Viertelwellenlänge ist und die Kopplungsschlitze

in einer Nut liegen. wi