DE2509923A1

DE2509923A1 - Antennenanordnung zum abstrahlen einer richtstrahlcharakteristik

Info

Publication number: DE2509923A1
Application number: DE19752509923
Authority: DE
Inventors: Michael A Eovine; Warren Hundley
Original assignee: Tull Aviation Corp
Current assignee: Tull Aviation Corp
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1975-03-07
Publication date: 1975-09-25
Also published as: JPS50130341A; NL7502645A; AU7860675A; IT1034270B; SE7503137L; US3931624A; CH579325A5; FR2265191A1; GB1442976A; CA1031070A; BE826286A

Description

Pcisniam'rälie

Vli Reichel

uä V/ülgang

B Fiankiuri a. M. 1
Pouksircßs 13

8139
Zo-r

TULL AVIATION CORPORATION, Armonk, New York, VStA

Antennenanordnung zum Abstrahlen
einer Richtstrahlcharakteristik

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antennenanordnung zum Abstrahlen einer Richtstrahlcharakteristik von winkelförmig/ räumlich getrennten Richtstrahlen als Landekurssignale für die Instrumentenführung von Flugzeugen mit einem Strahlenreflektor in Form eines
konkaven Zylinderabschnitts, der im wesentlichen horizontal derart ausgerichtet ist, daß die parallelen Zylindererzeugenden horizontal verlaufen.

Flugzeuginstrumentenlandesysteme für den Betrieb mit Mikrowellenfrequenzen sind bekannt, die eine Anzahl von engen, räumlich winkelförmig getrennten Strahlenbündel umfassen, die die Navigationsinformation enthalten und eine Kursebene im Raum definieren. Die Kursebene im Raum ist festgelegt durch die Modulation der Trägerwelle für die Richtstrahlen auf der einen Seite der Kursebene mit einer vorherrschenden Modulationsfrequenz von 9ο Hz und durch die Modulation der Trägerwelle für die Richtstrahlen an der anderen
Seite der Kursebene mit einer vorherrschenden Modulationsfrequenz von 15o Hz. Wird im Flugzeug gemessen, daß die 9o Hz und 15o Hz
Modulationssignale gleich sind, so befindet sich das Flugzeug in der festgelegten Kursebene.

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Bei einem Mikrowelleninstrumentenlandesystem der voranstehend beschriebenen Art sind die zentralen Richtstrahlen der Richtstrahlcharakteristik bevorzugt eng ausgebildet, etwa in der Größenordnung von 6 Grad Breite, und die seitlichen Strahlungslappen für jeden Richtstrahl müssen klein gehalten werden, beispielsweise minus 15 Dezibel oder weniger. Der Höhensektor muß durch die Azimut-Richtstrahlen, das heißt die Landekurssenderstrahlen, abgedeckt werden, die sich vom Horizont bis zu einem erheblichen Winkel oberhalb des Horizonts erstrecken. Bevorzugt tritt die Maximalsignalstärke bei einem Höhenwinkel auf, der im wesentlichen dem Winkel der Gleitbahn entspricht. Die Höhencharakteristik der Richtstrahlen wird dabei derart gewählt, daß ein scharfer Abfall in der Signalintensität von ungefähr o,75 Grad bis auf null Grad in bezug auf den Horizont auftritt, so daß eine gute Signalabdeckung der Winkel bis etwa herab zu o,75 Grad erhalten wird, bei gleichzeitiger Minimalisierung der Reflexion vom Erdboden her. Bei den oberen Höhen müssen die Azimutrichtstrahlen in ihrer Stärke wesentlich langsamer abfallen, um noch eine entsprechende Abdeckung und Führung bei den höheren Winkeln zu gewährleisten. Dies insgesamt ergibt eine nicht symmetrische Strahlencharakteristik hinsichtlich der Höhenausbreitung.

Es ist wichtig, daß die Azimutrichtstrahlencharakteristika, wie beispielsweise Strahlenbreite, Form, Verstärkung jedes Richtstrahls in bezug auf die anderen Richtstrahlen, Richtwinkel, seitlicher Strahlungslappenpegel und die Polarisation möglichst gleichförmig über den gesamten Höhensektor sein sollen.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Antennenanordnung der eingangs beschriebenen Art für den Landekurssender in einem Mikrowelieninstrumentenlandesystem mit einer Anzahl von engen Richtstrahlbündeln, die räumlich winkelförmig in bezug auf das Azimut voneinander getrennt sind, so zu verbessern, daß die Richtstrahlenbündel alle gleichförmig und lückenlos angeordnet sind und einen Höhenverlauf zeigen, bei dem eine scharf definierte, hochenergetische Charakteristik an dem unteren Strahlenkantenteil und eine weniger scharf definierte und niedrigere Energiecharakteristik in

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den oberen Höhenabschnitten erhalten wird, und die einen hohen Grad an Gleichförmigkeit in dem Höhendiagramm für alle Richtstrahlenbündel aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antennenvorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß eine Anzahl von mit Schlitzen versehenen Hohlleiterelementen für Mikrowellen horizontal angeordnet und die Mikrowellenenergie auf den Reflektor zur Reflexion durch denselben abstrahlen, daß die Hohlleiterelemente die Strahlung in voneinander getrennten Strahlenbündeln unter verschiedenen Azimutwinkeln auf den Reflektor derart richten, daß die Mittellinien der Strahlenbündel in bezug auf die Höhenrichtung innerhalb einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet sind, daß die reflektierten Strahlenbündel gleichförmige Höhendiagramme aufweisen, die durch die zylindrische Krümmung und die Höhendrehrichtung des Reflektors bestimmt und unabhängig von den Azimutwinkeln der Strahlenbündel sind, und daß die reflektierten Strahlenbündel unterschiedliche Azimutwinkel und ausgewählte Azimutdiagramme besitzen, die in erster Linie durch die Strahlencharakteristik der Hohlleiterelemente festliegen und die unabhängig von den Charakteristika des Strahlenreflektors sind.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 - eine Seitenansicht einer Ausführungsform der,Antennenanordnung mit einem gemeinsamen Reflektor und der Position der Primärstrahler,

Figur 2 - eine graphische Darstellung des Höhendiagramms mit der Signalstärke in Abhängigkeit von dem Höhenwinkel von zwei Richtstrahlbündeln, die von der Antennenanordnung nach Figur 1 erhalten werden,

Figur 3 - eine zum Teil schematische Ansicht, teilweise geschnitten, längs der-Linie 3-3 der Anordnung nach Figur 1, und

Figur 4 - eine Draufsicht auf die geschlitzte Fläche eines geschlitzten Hohlleiter-Primärstrahlers der Ausführungsform nach Figur 1.

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Figur 1 zeigt eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die einen horizontal ausgerichteten zylindrischen Reflektor Io umfaßt, der in einem geeigneten Trägerrahmen 12 montiert und abgestützt oberhalb einer Flugzeug-Lande- und Startbahn 14, die überwacht werden soll, angeordnet ist. Mit der Bezugszahl 14 wird das Niveau der Start- und Landebahn angezeigt, wobei dies in dem Sinne zu verstehen ist, daß die Anordnung normalerweise jenseits des Ausrollendes der zu überwachenden Start- und Landebahn positioniert ist, das ist das gegenüberliegende Ende zu dem Ende, das bei der Landung eines Flugzeugs angeflogen wird.

Die Antennenanordnung schließt eine Anzahl von PrimärStrahlern ein, die bevorzugt aus geschlitzten Wellenleitern 16 bestehen, die Strahlenbündel im Mikrowellenenergiebereich von den geschlitzten Flächen 17 zu dem Reflektor Io abstrahlen, wie dies durch die gestrichelten Linien 32, 34, 36 in der Zeichnung dargestellt ist. Ist eine Anzahl von geschlitzten Wellenleiterstrahlern 16 vorgesehen, so sind diese im wesentlichen in einer geraden Linie angeordnet, die parallel zu der Achse des zylindrischen Reflektors Io verläuft, so daß nur das nächstgelegene Ende des ersten geschlitzten Hohlleiterstrahlers in Figur 1 sichtbar ist. Eine Ansicht aller Wellenleiter und deren Anordnung in bezug auf den.Reflektor ist in Figur 3- gezeigt, die noch beschrieben werden wird.

Die geschlitzten Wellenleiter 16 in Figur 1, die auch als Primärstrahler bezeichnet werden, sind mit Hilfe von geeigneten einzelnen Stützträgern 18 auf einer gemeinsamen Montageplatte 2o für sämtliche Wellenleiter abgestützt. Die Montageplatte 2o ist ihrerseits auf einem Paar von Auslegern 22 montiert und abgestützt, die an dem unteren Teil der Struktur des Reflektors Io befestigt sind. Die gesamte Anordnung wird auf dem Rahmen 12 mit Hilfe von drei oder mehreren Befestigungen 24 und 26 gehalten. Die Befestigungen 24 und 26 sind bevorzugt derart ausgebildet, daß die gesamte Reflektoranordnung präzise in einer Position mit Bezug auf den Rahmen 12 für Richtzwecke einjustiert werden kann. Die Wellenleiter 16 werden durch eine Kunststoffabdeckung 28 geschützt, die auch als eine 'Radarhaube¹ bezeichnet wird, die im Schnitt gezeigt

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wird und die Wellenleiter 16 vor den Strahlen schützt,- jedoch die Mikrowelienstrahlung nicht stört.

Die Wellenleiter 16 sind derart ausgelegt, daß sie getrennte Richtstrahlenkomponenten mit unterschiedlichen Azimutwinkeln abstrahlen, wie noch in Verbindung mit Figur 3 näher erläutert werden wird. Diese Strahlenbündel sind im wesentlichen identisch hinsichtlich der Höhe/ wie Figur 1 zeigt. Der Reflektor Io wird als ein zylindrischer Reflektor bezeichnet, wobei diese Bezeichnung 'zylindrisch¹ als sehr weit gefaßte Definition des Terms 'Zylinder' zu verstehen ist, nämlich als eine Fläche, die dadurch entsteht, daß eine gerade Linie, die sogenannte Zylindererzeugende, parallel zu einer fest gehaltenen geraden Linie bewegt wird. Ein großer Teil des oberen Abschnitts des Reflektors Io stellt einen modifizierten Parabolzylinder dar. Der Reflektor wird üblicherweise derart angeordnet, daß die Achsenebene 3o des Paraboloids im wesentlichen horizontal verläuft. Dies bedeutet, daß die erzeugenden Linien, das heißt die verschiedenen Bezugsstellen der Erzeugenden, die die zylindrische Fläche ergeben, alle horizontal sind. Mit anderen Worten, die Krümmung der zylindrischen Fläche.. befindet sich ausschließlich in der Vertikalen.

Die folgende Erklärung des Aufbaus und des Betriebs der Antennenanordnung, die den Reflektor Io umfaßt, setzt voraus, daß die elektromagnetische Mikrowellenabstrahlung nach den optischen und geometrischen Prinzipien der Reflexion erfolgt. Diese Annahme erleichtert das Verständnis der Funktionsweise der Anordnung. Jedoch ist dabei stets zu berücksichtigen, daß eine erhebliche Diffusion bei der Mikrowellenabstrahlung auftritt, so daß die geometrisch optischen Prinzipien die Funktionsweise der Anordnung nicht vollständig erklären können. Hinzu kommt noch, daß verschiedene Faktoren, wie beispielsweise eine relative Phasenbeziehung der unterschiedlichen Teile der abgestrahlten Strahlenbündel eine bedeutende Rolle spielen.

Die Mikrowellenstrahlenbündel, die durch die geschlitzten Wellenleiter 16 abgestrahlt werden, sind relativ weit in der Höhenrich-

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tung, wie Figur 1 zeigt. Eine Hauptaufgabe des Reflektors Io besteht darin, diese Strahlenbündel in bezug auf ihre Höhenrichtung zu verengen. Verschiedene einzelne Teile oder Elemente der Mikrowellenstrahlenbündel sind durch die Bezugszahlen 32, 34 und 36 gekennzeichnet. Der höchste Teil des Strahlenbündels ist durch die Bezugszahl 32 gekennzeichnet, der zentrale Teil des Strahlenbündels, der zu der Mittellinie des Wellenleiters ausgerichtet ist, trägt die Bezugszahl 34, und der untere Randkantenteil des Strahlenbündels ist mit der Bezugszahl 36 belegt. Es ist selbstverständlich, daß das Ausführungsbeispiel viele Abwandlungen zuläßt, während die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsform beschrieben wird. So wird beispielsweise die Montageplatte 2o bevorzugt in einem Winkel von ungefähr 45 Grad zu der Horizontalen abgestützt. Dementsprechend sind die Mittellinien aller Primärstrahler 16 und die Zentralteile 34 der Strahlenbündel nach oben unter einem Winkel von 45 Grad in einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet. Die Strahlenbündelteile 32, 34 und 36 werden jeder von dem Reflektor Io reflektiert und ergeben die entsprechenden reflektierten Strahlenbündelteile 32A, 34A und 36A.

Der Brennpunkt des parabolischen Teils des Reflektors Io ist im Schnittpunkt 38 der Achse 3o mit dem Strahlenbündelteil 32 oder sehr nahe an diesem Schnittpunkt angeordnet. Es ist eine Charakteristik eines parabolischen Reflektors, daß, soweit die geometrisch-optischen Prinzipien angewendet werden können, elektromagnetische Strahlen, die von einer Punktquelle im Brennpunkt des Reflektors ausgehen, in Bahnen parallel zu der Reflektorachse reflektiert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform folgt der Teil der Mikrowellenstrahlung, der durch die Linie 32 dargestellt ist, diesem Prinzip. Während die Primärstrahler 16 außerhalb des Brennpunkts angeordnet sind, ist die abgesetzte Position derart, daß die durch die Linie 32 angezeigte Strahlung durch den Reflektor in einer Weise behandelt wird, als ob sie im Brennpunkt entspringt, da sie exakt in derselben Richtung ausgerichtet ist als wenn sie ihren Ursprung im Brennpunkt habe. Daher verläuft der reflektierte Strahlenbündelteil 32A genau horizontal und parallel zu der Achsenebene 3o.

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Die Absetzung der Primärstrahler 16 von dem Brennpunkt des Paraboloids ist in der Zeichnung übertrieben dargestellt und in bevorzugter Weise sind die Strahlerelemente in großer Nähe zu dem Brennpunkt des Paraboloids angeordnet.

Wenngleich die Reflektoroberfläche als ein Paraboloid bezeichnet wird, ist die Konfiguration bevorzugt etwas abgewandelt im Vergleich zu einer exakten Parabolflache, um die gewünschte Strahlungsverteilung in bezug auf die Höhenverteilung mit der größtmöglichen Wirksamkeit zu erhalten. So erstreckt sich beispielsweise der untere Abschnitt des wirksamen Teils des Reflektors Io von etwa oberhalb des Schnittpunkts 4o der Achse 3o mit dem Reflektor bis hinunter zu der unteren Randkante 42 und weist bevorzugt eine stärkere Krümmung auf und geht in eine Gestalt über, die im stärkeren Maße einem kreisförmigen Zylinderabschnitt entspricht.

Wegen der Gestalt und Konfiguration der Oberfläche des Reflektors Io ist es offensichtlich, daß die reflektierten Strahlenbündelelemente 36A, 34A und 32A sich bei ihrer Richtungsumkehr kreuzen. Dies bedeutet, daß der obere Teil des Strahlenreflektors die Charakteristik der unteren Teile der reflektierten Strahlenbündel und der untere Teil des Reflektors die Charakteristik der oberen Teile der reflektierten Strahlenbündel bestimmt. Des weiteren ist zu erkennen, daß die Pfade aller reflektierten Strahlenbündelteile oberhalb der Position der Primärstrahler 16 liegen, so daß diese direkt reflektierten Strahlenbündelteile durch die Strahlungselemente und die zugeordneten Trägeraufbauten nicht abgefangen bzw. gestört v/erden.

Da die Brennpunktebene 3o im wesentlichen horizontal verläuft, ist es vor allem wichtig, daß der Reflektor Io ihr in einer Horizon ta Ir ichtung gegenübersteht und eine konkave Zylinderoberflache für die Reflexion der Mikrowellenenergie bildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Reflektor Io von der Grundecke 42 bis zur oberen Spitze des Reflektors eine vertikale Abmessung von 1,85 Meter auf. Bei genauer Adjustierung kann

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beispielsweise die gemeinsame Mittellinie der geschlitzten Flächen 17 der geschlitzten Wellenleiter 16 etwa 67,3 cm horizontal von der Grundecke 42 des Reflektors und 7,6 cm oberhalb der Grundecke 42 des Reflektors verlaufen. Die Achsenebene 3o kann ungefähr 23 cm in vertikaler Richtung oberhalb der Grundecke 42 des Reflektors im Raum angeordnet sein, und die horizontale Abmessung von der Grundecke 42 der reflektierenden Oberfläche bis zur oberen Spitze der reflektierenden Oberfläche kann etwa 94 cm betragen, wenn der Reflektor Io mit der Achsenebene 3o horizontal ausgerichtet ist.

Figur 2 zeigt in idealisierter Form den Kurvenverlauf der Signaldiagramme, nämlich den Zusammenhang zwischen der Signalstärke und dem Höhenwinkel von zwei verschiedenen Strahlenbündeln, die durch die Anordnung nach Figur 1 bei unterschiedlichen Azimutwinkeln erzeugt werden. Der eine Kurvenverlauf ist durch eine gestrichelte Linie und der andere durch eine festgezogene Linie dargestellt. Diese relativen Signalstärken wurden längs der Azimutmittellinien für die zwei Azimutstrahlenbündel aufgezeichnet, die am stärksten mit der Kursebene im Raum, definiert durch die erfindungsgemäße Anordnung, ausgerichtet sind. Es handelt sich dabei um die Strahlenbündel 144 und 146, die in Verbindung mit Figur 3 noch näher beschrieben werden.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Höhendiagramme relativ gleichförmig für alle unterschiedlichen Azimutstrahlenbündel sind, somit weitgehend unabhängig von den Azimutwinkeln und auch unabhängig von anderen Azimutverteilungscharakteristika, wie beispielsweise die Strahlenbündelbreite. Dies ist darauf zurückzuführen, daß es sich bei dem Reflektor um einen zylindrischen Reflektor handelt, der nur in der Vertikalrichtung gekrümmt ist und daß die Höhendiagramme in erster Linie durch die Krümmung und die Reflexionscharakteristika des Reflektors Io bestimmt werden. Die nahezu vollständige Übereinstimmung der beiden Kurvenverläufe in Figur 2 ist ein Beweis für dieses Prinzip. Andererseits, da der Reflektor Io in Horizontalrichtung nicht gekrümmt ist, sind die Azimutdiagramme der Strahlenbündel im wesentlichen unabhängig von den Charakteristika des Reflektors Io.

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Figur 3 ist eine vereinfachte Draufsicht auf die Antennenanordnung nach Figur 1, zum Teil schematisch und zum Teil im Schnitt, bei der Details der Antennenform, wie beispielsweise der Ausleger 22, weggelassen sind, um das Verständnis bei der Wirkunsweise der erfindungsgemäßen Anordnung zu verbessern. Die geschlitzten Wellenleiter, die in Figur 1 gemeinsam durch die Bezugszahl 16 gekennzeichnet sind, sind in Figur 3 durch 16, 16A, 16B und 16C gekenn-, zeichnet. Jeder geschlitzte Wellenleiter ist dafür geeignet, von jedem Ende mit einem getrennt eingeschalteten StrahlenbündeIsignal gespeist zu werden. Der Abstand der Schlitze in jedem Wellenleiter ist derart angeordnet, daß eine gewünschte Winkelabweichung des Mikrowellenstrahlenbündels von der Richtung der Normalen auf die geschlitzte Fläche des Wellenleiters erhalten wird. Die Abweichung wird als ein 'Schielwinkel¹ bezeichnet. Die Richtung des Schielwinkels hängt davon ab, welches Ende des Hohlleiterelements beaufschlagt wird. Dementsprechend gilt, daß bei einem Betrieb jedes Wellenleiters abwechselnd von jedem Ende aus zwei getrennte Strahlenbündel von jedem geschlitzten Wellenleiter erhalten werden, die symmetrisch zu beiden Seiten der Normalen auf die geschlitzte Fläche des Wellenleiters verlaufen. Dadurch wird verhindert, daß ein eigener geschlitzter Wellenleiter für jedes Strahlenbündel vorgesehen werden muß und somit die Gesamtgröße und die Kosten der Vorrichtung reduziert.

Die von einem Mikrowellensender eingestrahlte Energie wird an der Stelle 44 einer Mikrowellenschaltereinheit 46 eingespeist. Diese Mikrowellenschaltereinheit 46 spricht auf Schaltsteuersignale an, die an einer Stelle 48 empfangen werden, um die Mikrowellenenergie in einer Schaltsequenz auf die verschiedenen koaxialen Zuführungsleitungen 5o bis 64 zu verteilen. Die koaxialen Zuführungsleitungen 5o, 52, 54, 56, 58, 6o, 62 und 64 sind über Isolatoren 66, 68, 7o, 72, 74, 76, 78 und 8o mit den Wellenleitern verbunden. Jeder Isolator läßt die Übertragung des Signals von dem zugehörigen Koaxialkabel zu dem zugeordneten Ende des entsprechenden Wellenleiters zu, wirkt jedoch als eine nicht reflektierende Last in bezug auf jeden Signalanteil der von dem gegenüberliegenden Ende des Wellenleiters zugeführt wird, der beispielsweise nicht voll-

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ständig abgestrahlt und abgeleitet wurde infolge der Energiekopplung durch die Schlitze in der Fläche des Wellenleiters. Dies bedeutet, daß der Isolator 6 6 das Signal von dem zugehörigen Koaxialkabel 5o zu der Innenseite des linken Endes des geschlitzten Wellenleiterstrahlers 16 für die Erzeugung eines Mikrowellenstrahlenbündels 142 hindurchläßt, während der Isolator 68 eine nicht reflektierende Last für das Signal darstellt, das von dem koaxialen Kabel 5o geliefert wird, so daß dieses Signal nicht durch das koaxiale Kabel 52 am rechten Ende des Wellenleiters 16 rückgekoppelt werden kann und somit nicht von dem rechten Ende des Wellenleiters 16 aus reflektiert wird. In der gleichen Weise wird das Signal im koaxialen Kabel 52 durch den Isolator 68 zur Kopplung des rechten Endes des Wellenleiters 16 hindurchgelassen, um ein Strahlenbündel 148 zu erzeugen. Jede nicht abgeleitete Energie von dieser Quelle wird durch den Isolator 66 absorbiert. In ähnlicher Weise arbeitet jedes Signal, das in das eine Ende jedes Wellenleiters eingespeist wird, vollständig unabhängig von demjenigen Signal, das dem gegenüberliegenden Ende jedes Wellenleiters zugeführt wird, um ein unabhängiges Mikrowellenstrahlenbündel zu erzeugen.

Die verschiedenen Mikrowellenstrahlenbündel, die durch die geschlitzten Wellenleiterstrahler abgestrahlt werden, sind durch gestrichelte Linien graphisch dargestellt, die die Mittellinien jedes einzelnen Strahlenbündels anzeigen und erkenntlich machen, wie die Strahlenbündel durch die geschlitzten Wellenleiter abgestrahlt und von dem Reflektor Io zurückgeworfen werden. So strahlt beispielsweise der Wellenleiter 16 die Strahlenbündel ab, die durch die Mittellinien 142 und 148 repräsentiert werden, der Wellenleiter 16A erzeugt die Strahlenbündel 144 und 146, der Wellenleiter 16B die Strahlenbündel 138 und 152 und der Wellenleiter 16C die Strahlenbündel I4o und 15o.

Die Positionsnummern für die einzelnen Strahlenbündel in der voranstehenden Beschreibung sind derart gewählt, daß das Strahlenbündel 138, das am stärksten nach links abgelenkt wird, durch die kleinste Bezugszahl, und das Strahlenbündel 152, das am weitesten

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nach rechts abgelenkt wird, durch die höchste Positionsnummer gekennzeichnet sind, und daß die übrigen Strahlenbündel entsprechend ihrer Ausrichtung hinsichtlich ihres Ablenkwinkels zur Linken und anschließend zur Rechten in aufsteigender Reihenfolge mit Positionszahlen belegt sind.

Die meisten der Wellenleiter 16 bis 16C sind derart mit ihren Schlitzen ausgerichtet, daß sie eine nach rückwärts gerichtete Winkelablenkung des abgegebenen Strahlenbündels bewirken. Dies bedeutet, daß das Strahlenbündel, das durch ein Signal erhalten wird, welches einem bestimmten Ende eines Wellenleiters zugeführt wird, von einer Richtung normal zu der Fläche dieses Wellenleiters gegen das beaufschlagte Ende zu abgelenkt wird. So ergibt das Signal, das dem linken Ende des Wellenleiters 16 über das koaxiale Kabel 5o zugeführt wird das Strahlenbündel 142 und das Signal von dem koaxialen Kabel 52 das Strahlenbündel 148. Die rückwärts gerichtete Winkelabweichung liefert bei dem Wellenführer 16B, dem das Signal über das koaxiale Kabel 58 eingespeist wird, das Strahlenbündel 138 und das über das Kabel 6o ankommende Signal das Strahlenbündel 152. In ähnlicher Weise liefert das über das Kabel 62 eingespeiste Signal das Strahlenbündel I4o des Wellenleiters 16C und das Signal, das über das Kabel 64 eingestrahlt" wird, das Strahlenbündel 15o. Es ist möglich, die geschlitzten Wellenleiter derart auszulegen, daß jeder gewünschte Schielwinkel innerhalb geeigneter Grenzen erhalten wird, wobei sowohl vorwärtsgerichtete als auch rückwärtsgerichtete Schielwinkel möglich sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat es sich jedoch gezeigt, daß der rückwärtsgerichtete Schielwinkel die unerwünschten Seitenstrahlungslappen, insbesondere wo größere Schielwinkel erforderlich sind, kleiner werden läßt. Für den Wellenleiter 16A mit dem kleinsten Schielwinkel wurde gefunden, daß das Problem der Seitenstrahlungslappen nicht gravierend ist, weder bei einem vorwärtsgerichteten noch bei einem rückwärtsgerichteten Schielwinkel. Mit Bezug auf andere Größen kann es wiederum möglich sein, daß mit einem vorwärtsgerichteten Schielwinkel bessere Resultate erhalten werden. In dem Wellenleiterstrahler 16A erzeugt das über das koaxiale Kabel 54 eingespeiste Signal das vorwärtsgerichtete Schiel-

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strahlenbündel 146 und ferner das über das Koaxialkabel 56 einkominende Signal das vorwärtsgerichtete Schielstrahlenbündel 144.

Die durch das System definierte Navigationsebene ist eine Ebene, die zu jedem der Wellenleiter 16 bis 16C senkrecht verläuft und die sich theoretisch mit jeder Quermittellinie jedes Wellenleiters kreuzt. Im Idealfall sollten die Wellenleiter ihre individuellen Strahlenbündel von einer gemeinsamen Quermittellinie aussenden. Dies ist jedoch nicht möglich, wenn die Wellenleiter längs einer gemeinsamen Horizontallinie parallel zu dem Reflektor derart angeordet sind, daß¹gleichförmige Strahlenbündel-Höhenverteilungen erhalten werden sollen. Es wurde aber gefunden, daß die Trennung der Quermittellinien der einzelnen Wellenleiter sehr klein in bezug auf die Abmessungen des Signalfeldes sind, so daß davon ausgegangen werden kann, daß für praktische Zwecke eine einzige Navigationsebene durch das System definiert ist.

Bei der in Figur 3 gezeigten, bevorzugten Ausführungsform mit einer Acht-Strahlbündelanordnung beträgt der Schielwinkel für den Strahler 16A, der die Strahlenbündel abstrahlt, die der Navigationsebene am nächsten liegen, 1,8 Grad. Dies bedeutet, daß die Strahlenbündel 144 und 146 einen Winkel von 3,6 Grad miteinander einschließen. Der Schielwinkel für den Wellenleiterstrahler 16, der die Strahlenbündel abstrahlt, die einen etwas größeren Winkel miteinander einschließen, beträgt 4,5 Grad. Somit schließen die Strahlenbündel 142 und 148 einen Gesamtwinkel von 9 Grad ein. Der Winkelabstand zwischen dem Strahlenbündel 142 und dem benachbarten Strahlenbündel 144 des Wellenleiterstrahlers 16A beträgt 2,7 Grad. Der Schielwinkel des Strahlers 16C, der die Strahlenbündel 14o und 15o abstrahlt, die den nächst größeren Winkel einschließen, beträgt 9 Grad, so daß der Winkelabstand zwischen dem Strahlenbündel 14o und dem Strahlenbündel 142 viereinhalb Grad ausmacht. Die Strahlenbündel mit dem größten Winkelabstand untereinander, die auch als die 'Abdeck'-Strahlenbündel 138 und 152 bezeichnet werden, wie sie von dem Wellenleiterstrahler 16B abgegeben v/erden, weisen einen Schielwinkel von 26 Grad auf.

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Die Strahlenbündel 142, 144, 138 und 14o, die in der Zeichnung nach links verlaufen, sind vorwiegend mit einer Modulationsfrequenz von 9o Hz moduliert. Die Strahlenbündel 148, 146, 152 und 15o, die nach rechts in der Zeichnung verlaufen, sind mit einer Modulationsfrequenz von 15o Hz überwiegend moduliert. Der Empfänger im Flugzeug macht aus, wenn die 15o Hz und 9o Hz Signale gleich sind, wodurch feststellbar wird, ob sich das Flugzeug in der Führungsebene befindet oder nicht. Fliegt das Flugzeug links von der Führungsebene, so überwiegt die 9o Hz Modulation, so daß das Flugzeug den Steuerbefehl erhält, in rechter Richtung zu fliegen, um in die Führungsebene zu gelangen. In ähnlicher Weise verhält es sich, wenn das Flugzeug überwiegend 15o Hz modulierte Signale erhält, wodurch es mehr nach links gesteuert wird. Die Führungsebene ist somit durch das Gleichgewicht der modulierten Signale bestimmt. In der gezeigten Anordnung und mit den spezifisch numerierten Winkeln bilden die Abdeckungsstrahlenbündel 138 und 152 breite Strahlenbündel, und da sie unter einem großen Winkel abgestrahlt werden, liefern sie ein Korrektursignal an ein Flugzeug, das sehr stark vom Kurs abgewichen ist. Die anderen Strahlenbündel sind sogenannte enge Strahlenbündel und besitzen voneinander nur einen engen Winkelabstand, so daß sie eine sehr genaue Anzeige für ein Flugzeug ergeben, sobald sich dieses der Führungsebene nähert. Es ist selbstverständlich, daß die spezifisch angegebenen Strahlenbündelwinkel bei der beschriebenen Ausführungsform bevorzugt sind und daß sich herausgestellt hat, daß diese von großem praktischen Nutzen sind. Es ist offensichtlich, daß diese Winkel ebenso wie die übrig angeführten spezifischen Konstanten variierbar und einstellbar sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Wie Figur 3 zeigt, ist ein Weitwinkel-Hornantennenstrahler 162 vorgesehen und auf der gemeinsamen Montageplatte 2o befestigt, um ein Weitwinkelstrahlenbündel auf den Reflektor Io für die übertragung zu dem zu leitenden Flugzeug zu richten, wobei dieses Strahlenbündelsignal ein Standardbezugsfrequenzsignal für die Stabilisierung und die Steigerung der Unterscheidung des Flugzeugempfängers ergibt. Das Höhendiagramm dieses Strahlenbündels

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ist ähnlich zu den Höhendiagrammen der Strahlenbündel der Wellenleiter.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung weist der Reflektor Io eine Breite von etwa 3,2 Meter auf, und die Montageplatte 2o besitzt eine Breite gleich der Breite des Reflektors.

Figur 4 zeigt eine Draufsicht der geschlitzten Fläche 17 eines geschlitzten Wellenleiterstrahlers, wie beispielsweise des Wellenleiterstrahlers 16 von Figur 3. Die Energie wird in das Innere des Wellenleiters von den zugehörigen Koaxialkabeln und Isolatoren durch die Rückwand des Wellenleiters mit Hilfe von Tastern oder Sonden 82 und 84 eingekoppelt. Diese Taster oder Sonden erstrecken sich in das Innere des Wellenleiters über eine Länge gleich oder zumindestens der Hälfte der Tiefe des Wellenleiters und sind bevorzugt von der angrenzenden Endwand im Abstand von einer viertel Wellenlänge angeordnet, so daß die auf die Endwand gerichtete Energie in Phase mit der direkt in den Wellenleiter gegen die andere Endwand eingestrahlte Strahlung reflektiert wird.

Wie zu erkennen ist, sind die Schlitze H, F, D, B einerseits und die Schlitze G, E, C, A andererseits gegeneinander versetzt angeordnet, ebenso die Schlitze Bl, Dl, Fl, Hl gegenüber den Schlitzen Cl, El und Gl. Die Schlitze H bis B und Bl bis Hl sowie die Schlitze G bis A und Cl bis Gl sind zu beiden Seiten der Längsmittellinie 9o des Wellenleiters angeordnet, wobei der Schlitz mit der größten Abweichung von der Mittellinie, und somit mit der größten Ankopplungsenergie außerhalb des Wellenleiters der Schlitz A ist, der auf der Quermittellinie 92 des Wellenleiters angeordnet ist. Die Schlitze besitzen aufeinanderfolgend geringere Abweichungen von der Mittellinie 9o je weiter diese Schlitze von der Quermittellinie 92 sich befinden. Die Mittelpunktsabstände von Schlitz zu Schlitz, wie beispielsweise vom Schlitz A zum Schlitz B und vom Schlitz B zum Schlitz C sind für einen bestimmten Wellenleiter gleich groß. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Schlitze ist der Hauptfaktor zur Bestimmung des Schielwinkels·

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Die Abmessungen und Abstände der Schlitze werden bevorzugt in Übereinstimmung mit den aus der Literatur bekannten Lehren festgelegt. Hierzu wird auf die Kapitel 2 und 9 des 'Antenna Engineering Handbook¹ von Henry Jasik, 1961/ Verlag McGraw-Hill Book Company, New York, insbesondere Seiten 9-5 bis 9-18 verwiesen. Schlitze der in Figur 4 dargestellten Art werden in dieser Literaturstelle als Längsnebenschlußschlitze bezeichnet. Daraus ist auch zu entnehmen, daß die Anzahl und der Abstand und die Anordnung dieser Schlitze nicht nur den Schielwinkel bestimmt, sondern auch die Breite und die Gestalt des von dem Wellenleiter abgestrahlten Strahlenbündels. In diesem Buch wird die Ansteuerung des Wellenleiters nur von einem Ende her beschrieben. Erfolgt diese Ansteuerung des Wellenleiters tatsächlich nur von einem Ende aus, so ist die beste Anordnung für die Schlitze nicht symmetrisch bezüglich der Quermittellinie 92, obwohl die übliche Anordnung der Schlitze, bei der die stärkere Absetzung der Schlitze nahe der Quermittellinie 92 auftritt, anwendbar ist.

Bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, den Wellenleiter von jedem Ende her anzusteuern, so daß es sich herausgestellt hat, daß es von Vorteil ist, den Wellenleiter mit einer geschlitzten Fläche zu versehen, die in bezug auf die Quermittellinie 92 symmetrisch ausgebildet ist. Aus diesem Grund besitzt der Schlitz Bl die gleiche Größe und die gleiche Versetzung von der Längsachse 9o als der Schlitz B. Des weiteren weist der Schlitz Cl die gleiche Größe und die gleiche Versetzung wie der Schlitz C auf. Die sich entsprechenden Schlitze sind mit den gleichen Größbuchstaben gekennzeichnet, wobei die rechts von der Quermittellinie 92 liegenden Schlitze noch eine zusätzliche 1 aufweisen. Für die Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die in dem voranstehend angeführten Buch angegebenen Kriterien für die Bestimmung der optimalen Größe und der Versetzung für die Schlitze H bis B und A nahe dem angesteuerten Ende des Wellenleiters zu wählen und die Schlitze Bl bis Hl in dem nicht angesteuerten Ende symmetrisch in bezug auf'die Größe und den Abstand zu denjenigen im angesteuerten Ende festzulegen. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß, wenn der Wellenleiter 16 vom linken Ende her durch ein

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Signal auf dem Taster bzw. der Sonde 82 angesteuert wird, liefern die Schlitze H bis A, die entsprechend der Literaturstelle ausgelegt sind, die besten Ergebnisse für die Erzeugung der gewünschten Welle, und die übrigen Schlitze Bl bis Hl bilden dann einen geringfügigen Kompromiß hinsichtlich der Größen und der Abstände, wobei dieser jedoch die Wirksamkeit nicht ernstlich beeinträchtigt. Andererseits, wenn der Wellenleiter von dem rechten Ende her durch ein Signal auf den Taster bzw. die Sonde 84 angesteuert wird, stellen die Schlitze Hl bis Bl, A die ideale Ausführungsform dar, während die Schlitze B bis H an dem nicht angesteuerten Ende einen Kompromiß bilden. Ein Ergebnis dieses Kompromisses besteht darin, daß ein geringer zusätzlicher Betrag an Restleistung in den Isolatoren absorbiert werden muß.

Die Erfindung zeigt auch die Möglichkeit auf, daß zwei zentrale Schlitze A und Al im gleichen Abstand zu beiden Seiten der Quermittellinie 92 vorgesehen sein können, die darüberhinaus noch im gleichen Abstand zu der Längsmittellinie angeordnet sind, ohne daß es dadurch zu einer Unterbrechung der zueinander versetzten bzw. der alternierenden Anordnung der Schlitze zu beiden Seiten der Längsmittellinie 9o kommt. Der bei der Beschreibung der Anordnungen der Schlitze in bezug auf diese Erfindung verwendete Term 'symmetrisch¹ ist so zu verstehen, daß eine derartige Anordnung mit umfaßt wird, obwohl diese im herkömmlichen Sinn keine vollkommene Symmetrie zu beiden Seiten der seitlichen Mittellinie beinhaltet. Jedoch besteht eine Symmetrie insoweit, als die Schlitze A und Al gleiche Größe aufweisen und in gleichen Abständen von der Längsmittellinie versetzt sind und als für alle übrigen zusammengehörigen Schlitze B-Bl, C-Cl, usw. dasselbe gilt.

Der Wellenleiter 16B für die Abdeckstrahlenbündel 158 und 152 weist die Konfiguration mit zwei Zentralschlitzen A und Al in einer bevorzugten Ausführungsform auf. Der Wellenleiter besitzt insgesamt zehn Schlitze A bis E und Al bis El und erzeugt ein relativ breites Strahlenbündel im Azimut, das in der Größenordnung von 18 Grad Breite liegt. Die übrxgen Wellenleiter sind langer, enthalten mehr Schlitze und erzeugen ein engeres Strahlenbündel.

So besitzt beispielsweise der Wellenleiter 16A, der die Strahlenbündel 144 und 146 erzeugt, siebzehn Schlitze mit einem einzigen zentralen Schlitz A, wobei die Strahlenbündel eine Azimutbreite von nur ungefähr 6 Grad besitzen. Die Strahlenbundelbreite ist definiert durch die Winkelgrenzen an jeder Seite des Scheitelwertes der Leistung des Strahlenbündels im Vergleich zu dem Leistung spegel von 5o Prozent.

Die Erfindung wird bevorzugt mit einem Landekurssender ausgeführt, der unter Bezugnahme auf Figur 4 der deutschen Patentanmeldung P 23 52 219.2, eingereicht am 18. Oktober 1973, offenbart ist.

Claims

Patentansprüche

1J Antennenanordnung zum Abstrahlen einer Richtstrahlcharakteristik von winkelförmig, räumlich getrennten Richtstrahlen als Landekurssignale für die Instrumentenführung von Flugzeugen mit einem Strahlenreflektor in Form eines konkaven Zylinderabschnitts, der im wesentlichen horizontal derart ausgerichtet ist, daß die parallelen Zylindererzeugenden horizontal verlaufen,

dadurch gekennzeichnet, daß. eine Anzahl von mit Schlitzen versehenen Hohlleiterelementen (16, 16A, 16B, 16C) für Mikrowellen horizontal angeordnet und die Mikrowellenenergie auf den Reflektor (lo) zur Reflexion durch denselben abstrahlen, daß die Hohlleiterelemente die Strahlung in voneinander getrennten Strahlenbündeln (142, 148, 144, 146, 138, 152, I4o, 15o) unter verschiedenen Azimutwinkeln auf den Reflektor (lo) derart richten, daß die Mittellinien der Strahlenbündel in bezug auf die Höhenrichtung innerhalb einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet sind, daß die reflektierten Strahlenbündel gleichförmige Höhendiagramme aufweisen, die durch die zylindrische Krümmung und die Höhendrehrichtung des Reflektors (lo) bestimmt und unabhängig von den Azimutwinkeln der Strahlenbündel sind, und daß die reflektierten Strahlenbündel unterschiedliche Azimutwinkel und ausgewählte Azimutdiagramme besitzen, die in erster Linie durch die Strahlencharakteristik der Hohlleiterelemente (16 bis 16C) festliegen und die unabhängig von den Charakteristika des Strahlenreflektors (lo) sind.
2. Antennenanordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Reflektors (lo) die Form eines parabolischen Zylinderabschnitts aufweist und der untere Teil eine stärkere Krümmung besitzt und in eine Gestalt entsprechend einem Kreiszylinderabschnitt übergeht, daß der Reflektor (lo) derart angeordnet ist, daß eine Achsenebene (3o) des parabolischen Zylinderabschnitts horizontal verläuft, daß die Krümmung

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des Reflektors (lo) e"ine Richtungsumkehr der reflektierten Bündelteile (32A, 34A, 36A) in einer Weise herbeiführt, bei der der obere Teil des Strahlenreflektors die Charakteristik der unteren Teile der reflektierten Bündel und der untere Teil des Reflektors die Charakteristik der oberen Teile der reflektierten Bündel bestimmen.
3. Antennenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungselemente (16) derart ausgerichtet sind, daß sie die Strahlung diagonal nach oben gegen den Reflektor (lo) in Bündeln abstrahlen, die gleichförmig und breit in der Höhenrichtung aufgefächert sind, um den gesamten Reflektor (lo) so auszuleuchten, daß die Strahlungselemente (16) unterhalb der Bahnen aller reflektierten Bündelteile (32A, 34A, 36A) entsprechend den geometrischen, optisch reflektierten Bündelelementen angeordnet sind.
4. Antennenanordnung.nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (lo) als eine umschaltbare Abtastantennenanordnung ausgebildet ist, in der die Trägerenergie an einer Stelle (46) in Reihenfolge von einem Bündel zu einem anderen Bündel schaltbar ist.
5. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen Mikrowellen abstrahlenden Hohlleiterelemente (16 bis 16C) Einrichtungen (5o, 52, 54, 56, 58, 6o, 62, 64) für die getrennte Einspeisung von Signalen an jedem Ende aufweisen, jedes der Hohlleiterelemente (16 bis 16C) mit Schlitzpositionen in einer geschlitzten Wand ausgebildet

ist
und derart angeordnet, daß die nach außen gerichtete Strahlung unter vorbestimmten Winkeln austritt, welche die Schielablenkungswinkel gegenüber- der normalen Richtung auf die geschlitzte Fläche des jeweiligen Hohlleiterelements bilden, daß die Schielwinkel von der Richtung der Signalausbreitung durch das

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Hohlleiterelement abhängen und daß sich gegenüberliegende Schielwinkel auftreten, wenn das Hohlleiterelement von beiden Enden her gespeist wird.
6. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlleiterelemente (16, 16A, 16B, 16C) mit dem Reflektor (lo) parallel ausgerichtet sind, und daß die Hohlleiterelemente derart ausgebildet sind, daß sie unterschiedliche Schielwinkel aufweisen, so daß die Bündelpaare jedes Hohlleiterelements die Strahlenbündel der übrigen Hohlleiterelemente ergänzen, um die gewünschten verschiedenen Winkelverteilungen zu erhalten.
7. Antennenanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (5o, 52, 54, 56, 58, 6o, 62, 64) zum Einspeisen von Signalen an jedem Ende jedes mit Schlitzen versehenen Hohlleiterelements (16, 16A, 16B, 16C) einen Isolator (66, 68, 7o, 72, 74, 76, 78, 8o) aufweisen, der das Signal in das angrenzende Ende des Hohlleiterelements hindurchläßt und jedes vom gegenüberliegenden Ende sich ausbreitende Signal des Hohlleiterelements als nicht-reflektierende Last sperrt.
8. Antennenanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze in den Mikrowellen aussendenden Hohlleiterelementen (16, 16A, 16B, 16C) als Längsparallelschlitze (A-H, Bl-Hl) ausgebildet sind.
9. Antennenanordnung nach Anspruch 8,
dadurch g e k ennzeichnet, daß jedes der geschlitzten, Mikrowellen aussendenden Hohlleiterelemente (16, 16A, 16B, 16C) eine Anzahl von Schitzen (A-H, Bl-Hl) aufweist, die in unterschiedlichen seitlichen Abständen von der Längsachse (9o) des Hohlleiterelements angeordnet sind,

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daß der Schlitz (A) mit dem größten seitlichen Abstand am nächsten zu einer seitlichen Mittellinie (92) des Hohlelements liegt, und daß die Schlitze fortschreitend verminderte Abstände in aufeinanderfolgenden Positionen besitzen, beginnend von der seitlichen Mittellinie (92) in Richtung auf die Enden des Hohlleiterelements zu.
10. Antennenanordnung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (A-H, Bl-Hl) der geschlitzten, Mikrowellen aussendenden Hohlleiterelemente (16, 16A, 16B, 16C) zueinander versetzt zu beiden Seiten der Längsachse (9o) der geschlitzten Fläche jedes Hohlleiterelements angeordnet sind.
11. Antennenanordnung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (A-H, Bl-Hl) an jeder Seite der Quermittellinie (92) jedes geschlitzten Hohlleiterelements derart angeordnet und ausgelegt sind, daß sie die am Ende der angrenzenden Seite des Hohlleiterelements eingespeiste Energie optimal koppeln.

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