DE2623134A1

DE2623134A1 - Richtstrahlantenne fuer mikrowellen

Info

Publication number: DE2623134A1
Application number: DE19762623134
Authority: DE
Inventors: Donald J Toman
Original assignee: Tull Aviation Corp
Current assignee: Tull Aviation Corp
Priority date: 1975-05-30
Filing date: 1976-05-22
Publication date: 1976-12-16
Also published as: SE7605979L; CA1078498A; FR2312865A1; BE841932A; AU1348876A; GB1539620A; US3982249A; CH610409A5; NL7605594A; IT1061361B; JPS51147233A

Description

Br.-Ihg. Wilhelm Beicliel
Iü'iil-Ing. Woligang Motel

6 FrcrnHurf a. M. 1
ί ^Jaidißiraße 13

8453

TULL AVIATION CORPORATION, Armonk, New York, VStA

Richtstrahlantennenanlage für Mikrowellen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Richtstrahlantennenanlage für Mikrowellen mit einer Quelle für Mikrowellen-Strahlungssignale, die eine im wesentlichen horizontale Signalcharakteristik bilden, die ein vorgeschriebenes Volumen mit einem durch die Strahlungssignale bestimmten Azimutgleitweg ausfüllt.

Solche RiehtStrahlantennenanlagen sind insbesondere für Funknavigationsanlagen geeignet, beispielsweise Instrumenten!andeanlagen.

Beim Betrieb einer Antennenanordnung zum Aussenden von Landekurssendersignalen, die einen Azimutkurs definieren, dem ein Flugzeug folgen soll, ist es wichtig, unter verschiedenen Azimutwinkeln Riehtstrahlbündel zu erzeugen, die bei verschiedenen Höhenwinkeln im wesentlichen konsistent sind. Diese Eigenschaft wird manchmal auch als guter Signal-"Nachlauf" bezeichnet.

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Es hat sich herausgestellt, daß der Nachlauf der verschiedenen Anteile der Mikrowellenstrahlenbündel, die von "bestehenden Antennenanordnungen erzeugt werden, bei Höhenwinkeln unterhalb von 0,5° oberhalb des Horizonts in ernsthafter Weise beeinträchtigt wird. Darüberhinaus gibt es Anlagen, bei denen ein sehr genauer Nachlauf bei Höhenwinkeln, die sich von etwa + 0,5° bis zu negativen Höhenwinkeln erstrecken, äußerst wichtig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vertikalen Nachlauf von gerichteten Azimutnävigationssignalen auch bei flachen Höhenwinkeln und negativen Höhenwinkeln zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs beschriebene Richtstrahlantennenanlage nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß eine Beugungskantenanordnung mit einem Strahlenschirm vorgesehen ist, der sich zum Abfangen eines Signalcharakteristikanteils mit flachen Höhenwinkeln nach oben erstreckt, und daß der obere Teil der Beugungskantenanordnung mit einer horizontalen Beugungskante abgeschlossen ist, die in der Lage ist, jenseits der Beugungskante bei unter der Beugungskante liegenden Strahlungswinkeln eine aus Mikrowellenstrahlung gebildete Beugungscharakteristik zu erzeugen, die durch die auf der Beugungskante auftreffende Energie der Mikrowellen-Signalcharakteristik genau bestimmt ist.

Die Erfindung ist somit in einer Mikrowellen-RichtStrahlantennenanlage mit einer Kombination aus einer Beugungskante und einem Strahlenschirm zu sehen. Die in dem unteren Teil des von der Strahlungssignalquelle ausgehenden Strahlungsfeldes vorgesehene Beugungskantenanordnung liefert jenseits der Beugungskante

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bei niedrigen und negativen Strahlungswinkeln eine gebeugte Strahlungscharakteristik, die den ursprünglichen, vom Strahlenschirm abgefangenen Signalcharakteristikanteil mit flachen Höhenwinkeln ersetzt.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt.

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Antennenanordnung, die in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden kann,

Fig. 2 eine grafische Darstellung mit Höhenwinkelmustern, also Darstellungen der Signalstärke in Abhängigkeit vom Höhenwinkel, und zwar für zwei Strahlen, die man mit der Antennenanordnung nach der Fig. 1 erhält, und mit einer dritten Kurve, die aufzeigt, wie man die Strahlen mit einem Höhenwinkel von weniger als + 0,5° durch die Gegenwart einer Beugungskante modifizieren kann.

Fig. 3 eine Seitenansicht der in der Fig. 1 dargestellten Antennenanordnung in Kombination mit einer Beugungskantenanordnung nach der Erfindung, wobei die resultierenden Positionen von Signalfeldbildern mit übermäßig großen Vertikaldimensionen und verkürzten Horizontaldimensionen schematisch dargestellt sind,

Fig. 4 eine vergrößerte Teildarstellung der in der Kombination nach der Fig. 3 gezeigten Beugungskantenanordnung und

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild eines Senders, der für die erfindungsgemäßen Zwecke besonders geeignet ist.

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In der Fig. 1 ist die Seitenansicht einer Antennenanordnung mit einem horizontal ausgerichteten zylindrischen Reflektor 10 dargestellt, der oberhalb einer tragenden Fläche 14 an einem Stützrahmen 12 in geeigneter Weise angebracht ist. Die Anordnung ist normalerweise hinter dem Ausrollende einer zu bedienenden Landebahn angeordnet, also entgegengesetzt zu demjenigen Ende, das von einem Flugzeug beim Landen angeflogen wird. Die Antennenanordnung ist vorzugsweise derart ausgebildet, wie es in .der US-PS 3 931 624 beschrieben ist.

Die Aiiteimenanordnung enthält eine Reihe von Strahlern 16, die vorzugsweise als geschlitzte Wellenleiter ausgebildet sind und von ihrer geschlitzten Oberfläche 17 Mikrowellenstrahlen zum Reflektor 10 aussenden, wie es in der Fig. 1 durch unterbrochene Linien 32, 34 und 36 dargestellt ist. Die Schlitzstrahler 16 sind im allgemeinen in einer geraden Linie angeordnet, die parallel zur Achse des zylindrischen Reflektors 10 verläuft, so daß in der Fig. 1 lediglich das dem Betrachter zugewandte Ende des ersten Schlitzstrahlers zu sehen ist.

Die Schlitzstrahler 16 werden von einzelnen Halterungen 18 getragen, die auf einer gemeinsamen Halterungsplatte 20 angeordnet sind. Die Halterungsplatte 20 ist von zwei Auslegern 22 abgestützt, die am unteren Abschnitt des Reflektors 10 befestigt sind. Die Stellungen der Schlitzstrahler 16 sind somit in bezug auf den Reflektor festgelegt, und zwar infolge der festen mechanischen Verbindung mit der gemeinsamen Halterungsplatte 20 und den Auslegern 22. Der Reflektor 10 ist mit Hilfe von drei oder mehreren Befestigungsmitteln 24 und 26 am Stützrahmen 12 angebracht. Die Befestigungsmittel 24 und 26 sind vorzugsweise derart ausgebildet, daß die gesamte Reflektoranordnung zum genauen Visieren in bezug auf den Stützrahmen 12

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präzise eingestellt werden kann. Die Schlitzstrahler 16 befinden sich vorzugsweise in einem Kunstharzmantel 28, die eine Wetterschutzhaube bildet und die Strahler gegenüber Witterungseinflüssen schützt, jedoch die Abstrahlung von Mikrowellenenergie nicht beeinträchtigt.

Die Schlitzstrahler 16 sind derart ausgelegt, daß sie separate Strahlungskomponentenbündel bei unterschiedlichen Azimutwinkeln liefern. Die Bündel sind jedoch hinsichtlich des Höhenwinkels im wesentlichen identisch, wie es an Hand der Fig. 1 gezeigt ist. Ein großer Teil des oberen Abschnitts des Reflektors 10 stellt einen modifizierten parabolischen Zylinder dar. Der Reflektor ist normalerweise derart ausgerichtet, daß die Achsenebene 30 der Parabel im wesentlichen horizontal verläuft. Dies bedeutet auch, daß die Erzeugungselementlinien (die verschiedenen Stationen der erzeugenden oder der Mantellinie, die die zylindrische Oberfläche erzeugt) alle horizontal verlaufen. Wie bereits erwähnt, sind in der Fig. 1 einzelne Teile 32, 34 und 36 der Mikrowellenstrahlenbündel dargestellt. Mit der Bezugszahl 32 ist dabei nahezu der oberste Strahlenteil, mit der Bezugszahl 34 der mit der Mittellinie des den Schlitzstrahler 16 bildenden Hohlleiters ausgerichtete mittlere Strahlenteil und mit 36 der untere Strahlenteil bezeichnet. Die Strahlenteile 32 , 34 und 36 werden vom Reflektor 10 reflektiert, und es ergeben sich entsprechende reflektierte Strahlenteile 32A, 34A und 36A.

In Anbetracht der Gestalt und Konfiguration der Oberfläche des Reflektors 10 überschneiden sich die reflektierten Strahlenteile 36A, 34A und 32A in einer solchen Weise, daß es zu einer Umkehr der reflektierten Strahlenteile kommt. Der obere Abschnitt des Reflektors bestimmt daher den Charakter des unteren, Teils des re-

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flektierten Strahlenbündels und der untere Abschnitt des Reflektors den Charakter des oberen Teils des reflektierten Strahlenbündels.

Die Fig. 2 zeigt idealisierte Prüfergebnisse in Form von Signalbildern, bei denen die Signalstärke über dem Höhenwinkel für zwei verschiedene Strahlenbündel aufgezeichnet ist, die durch die Anordnung nach der Fig. 1 bei verschiedenen Azimutwinkeln erzeugt werden. Das eine Bild ist durch eine unterbrochene Linie 50 und das andere durch eine ausgezogene Linie 52 dargestellt. Die aufgezeichneten relativen Signalstärken wurden bei den Azimutmittellinien für die beiden Azimutstrahlenbündel genommen, die am dichtesten mit der Azimutkursebene im Raum ausgerichtet sind, wie es durch ein noch zu beschreibendes Gerät definiert ist. Bei den beiden genannten Strahlenbündeln handelt es sich insbesondere um die in der Fig. 5 dargestellten Strahlenbündel 144 und 146.

Die Höhenwinkelbilder sind für alle von den verschiedenen Azimutstrahlenbündeln relativ gleichförmig, und zwar unabhängig von den Azimutwinkeln und unabhängig von anderen Azimutbildercharakteristiken, beispielsweise der Bündelbreite. Dies ist darauf zurückzuführen, daß es sich bei dem Reflektor um einen zylindrischen Reflektor handelt, der nur in der vertikalen Richtung gekrümmt ist, und daß die Höhenwinkelbilder in erster Linie durch die Krümmungs- und Reflexionseigenschaften des Reflektors 10 bestimmt sind. Die enge Koinzidenz der in der Fig. 2 dargestellten Muster oder Bilder 50 und 52 veranschaulicht dieses Prinzip. Da andererseits der Reflektor in der horizontalen Richtung nicht gekrümmt ist, sind die Azimutbilder der Strahlenbündel im wesentlichen unabhängig von den Eigenschaften des Reflektors 10.

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Wie man sieht, sind die Bilder 50 und 52 in der Nähe des Höhenwinkels von Null und im Bereich mit negativem Höhenwinkeln ziemlich unregelmäßig. Weiterhin fallen bei negativen Höhenwinkeln die Bilder nicht aufeinander, es liegt also bezüglich der Intensität keine Koinzidenz (bzw. ein schlechter Nachlauf) vor. Bei manchen Anlagen ist es äußerst wichtig, daß bei niedrigen und negativen Höhenwinkeln gleichförmige Strahlungsbündelsignale vorhanden sind, die eine perfekte Koinzidenz (bzw. einen vollkommenen Nachlauf) zeigen. Darüberhinaus können noch andere Unzulänglichkeiten auftreten, die bei niedrigen Höhenwinkeln unterhalb von etwa 0,5° Aberrationen in den Strahlenbündeln hervorrufen. Dies ist in der Fig. 2 nicht dargestellt.

Um gleichförmige StrahlungsbündelCharakteristiken unterhalb eines vorbestimmten niedrigen Höhenwinkels zu erhalten, ist nach der Erfindung eine Beugungskantenanordnung vorgesehen, die in der Fig. 2 bei 55 schematisch dargestellt ist und die eine obere horizontale Beugungskante 56 aufweist, die derart angeordnet ist, daß sie alle Strahlenbündel bei dem kritischen Höhenwinkel abfängt. In dem besonderen beschriebenen Fall beträgt der kritische Höhenwinkel + 0,5°. Der untere Abschnitt der Beugungskantenanordnung bildet ein Strahlenhindernis, das die direkte Abstrahlung von der Antennenanordnung über dieses Hindernis hinaus verhindert. Die einzige Strahlung, die unterhalb des Höhenwinkels der Beugungskante über die Beugungskantenanordnung hinausgeht, ist folglich eine Strahlung, die auf die Beugungskante 56 auftrifft und dann an der Beugungskante zu niedrigeren Höhenwinkeln gebeugt wird. Die über die Beugungskante hinausgehenden und unterhalb der Beugungskante auftretenden resultierenden Signalpegel sind in der Fig. 2 durch eine unterbrochene Linie 58 dargestellt, die das Beugungsbild zeigt. In der Fig. 2 ist

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der besseren Übersicht halber nur eine Linie 58 dargestellt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß in Anbetracht der Koinzidenz, die auf der Höhe des Einfalls der Strahlenbündel auf die Beugungskante 56 erreicht wird, die gebeugte Strahlung eine große Gleichförmigkeit und Koinzidenz bzw. einen ausgezeichneten zeigt.

In der Fig. 3 ist eine Seitenansicht der tatsächlichen räumlichen Ausgestaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt, und zwar mit der in der Fig. 1 gezeigten Äntennenanordnung einschließlich des Reflektors 10 und mit der Beugungskantenanordnung 55. Von der Beugungskante 56 gehen eine Reihe von unterbrochenen Linien aus, die das gebeugte Signalfeld 53 darstellen, und zwar bei Hönenwinkeln, die in bezug auf die Antennenanordnung 10 unter- des Höhenwinkel der Beugungskante 56 sind. Die Fig. 5 veranschaulicht sine Anlage, "bei der das Signalfeld bei niedrigen und negativen Höhenwinkeln sehr wichtig ist, da die tragende Oberfläche 14 für die Antenne gegenüber einer· Landebahn 60 für die Flugzeuge erhöht angeordnet ist. ¥enn sich ein Flugzeug zur Landung nach dem Instrumentelandeverfanren auf einem Gleitweg 62 der Landebahn 60 nähert, muß der Pilot Landekurssendersignalen vertrauen können, die er während des letzten Teils des Landeanflugs und während der Ausrollphase des Landens bei negativen Höhenwinkeln empfängt.

Um die Erläuterung des Konzepts der Erfindung zu erleichtern, sind bei der Darstellung nach der Fig. 3 die vertikalen Dimensionen stark übertrieben und die horizontalen Dimensionen stark verkürzt eingezeichnet. So beträgt der Gleitweg 62 normalerweise nur etwa 3° gegenüber dem Horizont, ist aber in der Fig. 3 mit einem wesentlich steileren Winkel eingezeichnet.

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Zu einem der wichtigsten Vorteile der Erfindung zählt, daß die Übertragung von Störungen im Strahlungsmuster oder Strahlungsbild, die zwischen der Antennenanordnung 10 und der Beugungskantenanordnung 55 infolge von Hindernissen oder anderen Umständen auftreten, vollkommen außer acht gelassen werden können. Solche Hindernisse sind sehr oft vorhanden und können nicht vermieden werden. So ist es beispielsweise erwünscht, in Funknavigationsanlagen, beispielsweise in Instrumentenlandeanlagen, Empfänger vorzusehen, die die Navigationssignale fortlaufend überwachen, um sicherzustellen, daß diese Signale nicht unterbrochen sind und daß sie mit den richtigen Proportionen und mit der richtigen Modulation bei den verschiedenartigen unterschiedlichen Azimutwinkeln ständig verfügbar sind. In einer Landekurssenderanlage für das Instrumentenlandeverfahren sind solche Überwachungseinrichtungen vorzugsweise derart ausgebildet, wie es in der US-PS 3 818 476 beschrieben ist. Derartige Überwachungseinrichtungen erfordern die Verwendung von mehreren Empfangsantennen, die in horizontalen Abständen von der Antennenanordnung 10 vor ihr angeordnet sind. In der Fig. 3 ist eine solche Empfangsantenne 64 für überwachungseinrichtungen schematisch angedeutet. Es ist nur eine Empfangsantenne 64 erkennbar, da die Empfangsantennen im allgemeinen denselben Abstand von der Senderantennenanordnung 10 haben. Die Empfangsantennen der Überwachungseinrichtungen müssen bei solchen Höhenwinkeln angeordnet sein, daß sie einen beträchtliche Anteil der Signalintensität von jedem Riehtstrahl empfangen. Unglücklicherweise haben die Empfangsantennen der Überwachungseinrichtungen in der Praxis die Wirkung, die Muster der Signale hinter den Empfangsantennen bei Höhenwinkeln zu modifizieren, die in den Höhenbereich der Überwachungsempfangsantennen und darunter fallen.

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Die Beugungskante 56 wird daher bei einem Höhenwinkel angeordnet, der gerade geringfügig oberhalb den höchsten Teilen der Überwachungsempfangsantennen 64 liegt. Dadurch wird das Problem der Modifikation des Signalmusters durch die Überwachungsempfangsantennen vollständig vermieden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die modifizierten Signale von der Beugungskantenanordnung 55 vollkommen unterbrochen und durch das nicht modifizierte sowie nicht verzerrte (in Azimutrichtung) gebeugte Signalfeld von der Beugungskante 56 ersetzt werden.

Die dargestellte, etwas schwierige Lage gilt für den Fall, daß kurz hinter dem Ausrollende der Landebahn ein abrupter Geländeanstieg vorhanden ist. Obwohl eine erhöhte Anordnung der Landekurssender-Antennenanordnung in Wirklichkeit nicht erwünscht ist, gestattet die Erfindung die Erstellung der Antennenanordnung auf einem erhöhten Geländeabschnitt. So ist es beispielsweise auch möglich, die Landekurssender-Antennenanordnung auf dem Dach eines Gebäudes anzubringen, das sich bereits nahe beim Ausrollende der Landebahn befindet. Die Beugungskantenanordnung 55 wird dann nahe beim vorderen Rand des Daches des Gebäudes angeordnet.

Wie es aus der Fig. 3 hervorgeht, ersetzt das von der Beugungskante 56 gebeugte Signalfeld 58 nicht nur das niedrigwinklige Signalfeld, das sonst direkt von der Antennenanordnung 10 verfügbar wäre, sondern bedient auch noch mit einem Teil des gebeugten Feldes den tief winkligen Raum nahe beim Ausrollende der Landebahn 60, der infolge des Schattens des Geländehügels, auf dem die Antennenanordnung installiert ist, sonst mit einer direkten Strahlung von der Antenne überhaupt nicht erreicht werden könnte.

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Die Beugungskantenanordnung 55 kann im Nahfeld des Signalmusters von der Antennenanordnung 10 angeordnet sein und kann wirksam sein, wenn sie sich in dem Nahfeld befindet. Die Wirkungsweise der Beugungskante ist jedoch einfacher zu überblicken, wenn sich die Beugungskantenanordnung 55 im Fernfeld befindet oder zumindest an einer solchen Stelle angeordnet ist, die man als den Beginn des Fernfeldes betrachten kann. Das Fernfeld kann man in verschiedenartiger Weise definieren: der Abstand, bei dem die Signale vollkommen ausgebildet sind, oder der Abstand, bei dem die Feldstärke dem Abstand von der Antennenanordnung genau umgekehrt proportional ist, oder der Abstand, der weit genug von der Antennenanordnung entfernt ist, so daß die Signale im wesentlichen nicht mehr phasenempfindlich sind.

In einer praktischen Anlage mit einer effektiven Vertikalöffnung der Antennenanordnung 10 von etwa 1,09 m und mit einer Betriebsfrequenz von etwa 5000 MHz (entsprechend einer Wellenlänge von 6 cm) beträgt der bevorzugte Minimalabstand der Beugungskantenanordnung 55 von der Antennenanordnung 10 etwa 40 m. Dies entspricht dem Beginn des Fernfeldes, wie es durch die bekannte Formel 2D /\ definiert ist, wobei D die effektive Öffnung und λ die Wellenlänge ist.

Eine zufriedenstellende Arbeitsweise wurde auch mit einem Abstand von nur etwa 20 m zwischen der Antennenanordnung und der Beugungskantenanordnung erreicht.

Obwohl es in der Fig. 3 nicht dargestellt ist, besteht die Möglichkeit, jenseits der Beugungskantenanordnung 55 eine zweite Beugungskantenanordnung bei

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einem in bezug auf die Antennenanordnung 10 kleineren Höhenwinkel vorzusehen. Die zweite Beugungskantenanordnung wird dann von einem Teil des gebeugten Signalfeldes der ersten Beugungsanordnung erregt. Die zweite Beugungskantenanordnung dient dem Zweck, irgendwelche tiefwinklige Anteile des abgefangenen gebeugten Signalfeldes zu unterbrechen, die durch irgendwelche räumlichen Gegenstände verzerrt werden könnten, die sich zwischen den beiden Beugungskantenanordnungen und unterhalb des Niveaus einer Ebene befinden, die sich zwischen den beiden Beugungskanten erstreckt. Wenn beispielsweise der Bereich zwischen dem Ausrollende der Landebahn wad der LandeJmrssender-Antennenanordnung τοπ einer iUrbsstraSe durchquert \-t±fü.₉ kam man die zweite Beugungskantenanordnimg auf dsr- Landeüaimseite der Auto straße anordnen;, und zwar derart _e daß die Einflüsse von Slgnslvsrzes^imgss ausgeschaltet werden, die von AütcEGöilsn auf &er Autostraße verursacht -//erden.

sill ss "bevorzugt ¹L-JiI⁵I₉ daß sich die uberwa«= _ fai^gsar-terme 64 a^if der- Xmiesiseite der Beu» gungskantenoisrdnung 55 l33findet_s also 2wisehen der Beugimgskantenanordnung 55 und der Intennenanordnung 10, ist es sSglich die Kombination derart su modifizieran, daß dl© übem^achuagsempfangsantenne 64 jenseits der Beugimgskantenanordnung 55 liegt und mit einem Anteil des gebeugten Signalfeldes versorgt wird_f und zwar bei Höhenwinkeln, die unter dem Höhenwinkel der Beugungskante 56 liegen. Dies hätte den Vorzug, daß nur die niedrigsten Anteile des gebeugten Signalfeldes durch die Gegenwart der Überwachungsempfangsantennen modifiziert oder verzerrt wurden. Diese Anteile des gebeugten Signalfeldes sind im allgemeinen nicht so wichtig, da sie im allgemeinen nur auf dem Ausrollende der Landebahn 60 auftreffen.

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In der Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der in der Fig. 3 gezeigten Beugungskantenanordnung 55 im einzelnen dargestellt. Die Beugungskante wird durch die obere Kante eines L-förmigen Stahlprofils 68 gebildet. Ein Stahlmaschennetz 70 ist an seinem oberen Rand mit dem Stahlprofil 68 mit Hilfe von geeigneten Befestigungseinrichtungen 72 verbunden. Das Maschennetz 70 reicht vorzugsweise bis zum Boden. Diese gesamte Anordnung wird von Stützen 74 getragen,, die in Abständen längs der Breitseite der Beugungskantenanordnung vorgesehen sind und an denen das L-förmige Stahlprofil 68 mit Hilfe von Schrauben 76 befestigt ist. Durch Zwischenlegen von dünnen Plättchen oder Unterlegscheiben 78 zwischen die Stützen 74 und das Stahlprofil 68 kann man die Höhe des Stahlprofils 68 genau einstellen.

Damit das Maschennetz 70 den Durchtritt von Strahlen verhindert, haben die Maschen Öffnungen in der Größenordnung von einem Zehntel der Wellenlänge oder weniger. Bei 5000 MHz bzw. einer Wellenlänge von 6 cm sollte die Maschenöffnung 6 mm oder weniger betragen.

Der nach oben ragende Schenkel des L-förmigen Stahlprofils 68 bildet die tatsächliche Beugungskante und ist vorzugsweise unter Berücksichtigung der Wellenlänge der auftreffenden Energie dünn ausgebildet. Seine Dickr sollte nicht größer als ein Achtel der Wellenlänge betragen. Die gesamte Anordnung kann im Hinblick auf die Beugungsfunktion leicht ausgebildet sein, soll andererseits aber hinreichend stark sein, um mechanischen Einflüssen und Witterungseinflüssen, beispielsweise Wind, zu begegnen.

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Die Beugungskante selbst kann besonders scharf ausgebildet sein, was man durch maschinelle Bearbeitung der oberen Kante des Stahlprofils 68 erreichen kann. Im allgemeinen ist aber die obere Kante für die erfindungsgemäßen Zwecke hinreichend gerade und scharf, so daß eine besondere Bearbeitung entfallen kann und die üblichen fabrikationsmäßig hergestellten Profile verwendet werden können.

Obwohl die obere Kante vorzugsweise als scharfe, gerade Kante ausgebildet ist, kann man die Kante auch als Fresnel-Kante mit regelmäßigen rechteckförmigen Schlitzen ausbilden, die in die Kante geschnitten sind und deren Abmessungen von der Wellenlänge der zu beugenden Energie abhängen.

Es gibt zahlreiche zweckmäßige Abänderungen bei der Konstruktion der Beugungskantenanordnung. Um die auf dem Netz 70 auf treffende Energie nicht nur zu stoppen, sondern auch zu zerstreuen, kann man hinter dem ersten Netz ein zweites Netz vorsehen, das vorzugsweise in einem Abstand vorgesehen ist, der einem ungeradzahligen Vielfachen der Viertelwellenlänge entspricht. Bei einer Wellenlänge von 6 cm kann man somit das zweite Netz vom ersten Netz in einem Abstand von 1,5 cm, 4,5 cm usw. anordnen. Um irgendwelche nachteiligen Einflüsse aus Rückreflexionen der Energie durch das Netz 70 zu vermeiden, sind auch noch andere Möglichkeiten denkbar, beispielsweise eine Neigung der Beugungskantenanordnung, und zwar entweder nach unten oder nach oben in bezug auf die Antennenanordnung. Falls die Beugungskantenanordnung nach unten geneigt ist, wird irgendwelche reflektierte Energie direkt gegen den Boden gestrahlt und von dort in den Raum hinter der Antennenanordnung reflektiert, wo sie keine schädlichen

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Wirkungen verursacht. Wenn die Beugungskantenanordnung in bezug auf die Antennenanordnung nach oben geneigt ist, wird die reflektierte Energie direkt in den Raum hinter die Antennananordnung reflektiert, was ebenfalls zu keinen schädlichen Folgen führt.

Eine weitere Abwandlung besteht darin, daß anstelle des Netzes 70 ein strahlenabsorbierendes Material verwendet wird. Solche Materialien sind in Verbindung mit Mikrowellenstrahlen bekannt und umfassen beispielsweise gummiertes Pferdehaar, kohlenstoffimprägnierter Kunststoffschaum und andere Materialien.

In der Fig. 5 ist ein schematisches Schaltbild eines Landekurssenders dargestellt, der in Verbindung mit.der Antennenanordnung als Mikrowellenstrahlungsquelle dienen kann. Der Sender liefert Signale an in der Fig. 5 schematisch dargestellte, getrennte Antennenelemente 122 bis 136. Die Antennenelemente sind derart angeordnet, daß ihre einzelnen Beiträge mit dem kombinierten Signalmuster korrelieren, das von der Kombination der Antennenelemente abgestrahlt wird.

Die Antennenelemente 122 bis 136 und die zugehörigen Strahlenbündel 138 bis 152 sind symmetrisch auf entgegengesetzten Seiten der durch eine unterbrochene Linie 154 angedeuteten Kursebene im Raum angeordnet. Dabei handelt es sich um die Navigationskursebene, die durch den Sender definiert wird. Die von den Antennenelementen 122 bis 136 abgestrahlten Hochfrequenzsignale haben alle die gleiche Trägerfrequenz. Die durch die unterbrochene Linie 154 dargestellte Navigationsebene wird allerdings dadurch definiert, daß die Strahlenbündel zu beiden Seiten der Ebene unterschiedliche Anteile von Modulationsfrequenztönen von 90 bis 150 Hz

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aufweisen. In den Strahlenbündeln 144, 142, 140 und 138 dominiert die 90-Hz-Modulation. Hingegen dominiert in den Strahlenbündeln 146, 148, 150 und 152 die 150-. Hz-Modulation. Die Gesamtheit der Strahlenbündel 138 bis 152 wird auch manchmal mit geschalteter Abtaststrahl bezeichnet. Die einzelnen Strahlenbündel 138 bis 152 stellen einzelne geschaltete Anteile des Abtaststrahls dar.

Die Trennung der Strahlen 138 bis 152 in der vertikalen Dimension in dieser Zeichnung repräsentieren die Winkelabstände der Strahlenbündel im tatsächlichen Strahlenmuster.

Die verschiedenen Strahlenbündei werden von den verschiedenen üntennenelementen 122 bis 136 durch schnelles Schalten der Hochfrequenzenergie von einem •Antennenelement zum anderen abgestrahlt. Die Energie kann von einer einzigen Hochfrequenzquelle I56 kommen. Ede Jesamtanordnung wird geschaltete Äbtaststrahlanlage genannt und kann derart ausgebildet sein,, wie es in der US-FS 3 774 214 beschrieben ist.

Sin standardisiertes Bezugsfrequenzsignal von einer Hochfrequenzquelle 158 ist über eine Verbindung 160 an ein Antennenelement 162 angeschlossen, das in der Fig, 5 als Hornstrahler dargestellt ist. Das Antennenelement 162 strahlt ein Bezugsfrequenzsignal zum Stabilisieren und Verbessern der Biskrimination des Flugzeugempfängers aus«,

Die Differenz zwischen den Frequenzen der Hochfrequenzquelle 156 und der Bezugsfrequenzquelle 158 soll im wesentlichen auf einen konstanten Wert beschränkt sein. Dies kann man dadurch erreichen, daß die

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Frequenzdifferenz zwischen den beiden Frequenzquellen in gewissen Zeitabständen oder fortlaufend überwacht wird oder daß eine Steuerverbindung zwischen den beiden Frequenzquellen besteht, so daß die eine von der anderen gesteuert wird. Diese Zwischenbeziehung ist in der Fig. 5 durch eine unterbrochene Linie 164 angedeutet .

Außer der Hochfrequenzquelle 156 enthält der die Antennenelemente 122 bis 136 speisende Sender einen Abtaster 166, eine Pulsmodulationsquelle 168, die von dem Abtaster gesteuert wird, und ein von der Pulsmodulationsquelle 168 gesteuertes Modulator-Tor 170. Weiterhin weist der Sender Tore 172, 174 und 176 auf, über die die modulierten Hochfrequenzsignale den betreffenden Antennenelementen 122 bis 136 in einer torgesteuerten Weise zugeführt werden. Die als Schalter dienenden Tore 172 bis 176 werden ebenfalls vom Abtaster 166 angesteuert. Die Steuerung des Tores 172 erfolgt über ODER-Glieder 178 und 180. Die Teile des Senders sind in der gezeigten Weise über Leitungen 182 bis 204 miteinander verbunden.

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Claims

Patentansprüche

1. Riehtstrahlantennenanlage für Mikrowellen mit einer Quelle für Mikrowellen-Strahlungssignale, die eine im wesentlichen horizontale Signalcharakteristik bilden, die ein vorgeschriebenes Volumen mit einem durch die Strahlungssignale bestimmten Azimutgleitweg ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beugungskantenanordnung (55) mit einem Strahlungsschirm vorgesehen ist, der sich zum Abfangen eines Signalcharakteristikanteils mit flachen Höhenwinkeln nach oben erstreckt, und daß der obere Teil der Beugungskantenanordnung mit einer horizontalen Beugungskante (56) abgeschlossen ist, die in der Lage ist, jenseits der Beugungskante bei unter der Beugungskante liegenden Strahlungswinkeln eine aus Mikrowellenstrahlung gebildete Beugungscharakteristik zu erzeugen, die durch die auf der Beugungskante auftreffende Energie der Mikrowellen-Signalcharakteristik genau bestimmt ist.

2. Antennenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungskante (56) in bezug auf die Strahlungssignalquelle (10) bei einem Höhenwinkel angeordnet ist, der oberhalb des Höhenwinkels von räumlichen Aufbauten (64) liegt, die in den Signalcharakteristikanteil mit den flachen Höhenwinkeln ragen.

3. Antennenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungskantenanordnung (55) auf derjenigen Seite der räumlichen Aufbauten (64) angeordnet ist, die der Strahlungssignalquelle (10) nicht zugewandt ist.

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4. Antennenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungskantenanordnung (55) so weit von der Strahlungssignalquelle (10) angeordnet ist, daß sie mindestens im Beginn des Fernfeldes der Strahlung liegt.

5. Antennenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination mehrere Signalüberwachungsantennen (64) an voneinander horizontal beabstandeten Stellen in dem flache Höhenwinkel aufweisenden Signalcharakteristikanteil der Strahlungssignalquelle (10) vorgesehen sind, daß die Signalüberwachungsantennen (64) näher als die Beugungskantenanordnung (55) bei der Strahlungssignalquelle (10) angeordnet ist und daß sich die oberen Enden der Signalüberwachungsantennen (64) bei einem Höhenwinkel befinden, der unter dem auf die Strahlungssignalquelle (10) bezogenen Höhenwinkel der Beugungskante (56) liegt.

6. Antennenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungskante (56) aus einem Material besteht, das in bezug auf die Wellenlänge der Mikrowellen-Strahlungssignale eine kleine Dickenabmessung aufweist, die nicht größer als ein Achtel der Wellenlänge ist.

7. Antennenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beugungskantenanordnung (55) auf der von der Strahlungssignalquelle (10) abgewandten Seite im wesentlichen glatt ausgebildet ist.

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8. Antennenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der unterhalb der Beugungskante (56) befindliche Abschnitt der Beugungskantenanordnung (55) ein leitendes gemaschtes Flachmaterial aus Metall enthält.

9. Antennenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenräume der Maschen nicht größer als ein Zehntel der kürzesten Wellenlänge der Mikrowellen-Strahlungssignale sind.

10. Antennenanlage nach Anspruch 8 oder 9_S dadurch gekennzeichnet, daß der- unter der Beugungskante (56) befindliche Abschnitt der Beugungskantenstruktur (55) ein zweites gemaschtes Flacms£.terlal aus Metall enthält₉ das parallel zu des zuerst genässten gelaschten Flaeiimaterial in einem Abstand angeordnet ist«, der einer viertel Wellenlänge odar einss nsgeradLzaiillgen 1/ielfachen davon entspricht_e

11. Antennenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis I₉ dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der sich unterhalb der Beugungskante (56) befindliche Abschnitt der Beugungskantenanordnung (55) Absorptionsmaterialien für Mikrotfellenstrahlung enthält.

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12. Antennenanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Strahlungssignalquelle einen Strahlungsreflektor (10) in der Form eines Sektors eines konkaven Zylinders enthält, der in einer im wesentlichen horizontalen Richtung zu der Beugungskantenanordnung (55) hin gerichtet ist, und mehrere horizontal angeordnete Mikrowellensignalstrahler (16) in der Form von geschlitzten Hohlleitern aufweist, die solche Stellungen einnehmen, daß sie an dem Reflektor (10) zu reflektierende Mikrowellenenergie direkt auf den Reflektor richten, und daß die Strahler (16) derart angeordnet und betreibbar sind, daß sie den Reflektor unter verschiedenen Azimutwinkeln mit einigen separaten schmalen Strahlenbündeln (138 bis 152) direkt bestrahlen und die Mittellinien (34) dieser Strahlenbündel höhenwinkelmäßig im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene liegen, und daß die reflektierten Strahlen (32A, 34A, 36A) Höhenwinkelcharakteristiken aufweisen, die in erster Linie durch die zylindrische Krümmung und die Höhenwinkel-Drehstellung des Reflektors (10) bestimmt sind, und verschiedene Azimutwinkel und ausgewählte Azimutcharakteristiken haben, die symmetrisch zu. den betreffenden Mittellinien sind.

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