DE2855280A1

DE2855280A1 - Antennenzeile, insbesondere schlitzantennenzeile

Info

Publication number: DE2855280A1
Application number: DE19782855280
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Thomas Nemit
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1977-12-29
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1979-07-12
Also published as: GB2019101B; GB2019101A; FR2413801A1; FR2413801B1; US4164742A

Description

j.T.Nemit-12

Antennenzeile, insbesondere Schlitzantettnenzeile

Die Erfindung betrifft eine Antennenzeile, insbesondere Schlitzantennenzeile,für Richtantennen. Solche Richtantennen werden beispielsweise bei Radargeräten verwendet.

Schlitzantennenzeilen - dies sind Hohlleiter, in denen als Strahler Schlitze vorgesehen sind - sind allgemein bekannt. Die verwendeten Schlitzmuster hängen von den jeweiligen Anforderungen ab. Die Schlitze befinden sich häufig in der Schmalseite eines rechteckigen Hohlleiters. Die Neigungswinkel der Schlitze und ihre Abstände sind bestimmt durch bekannte Kriterien,die u.a. von den verwendeten Bandbreiten, der Form des gewünschten Strahlungsdiagramms und der gewünschten Polarisation abhängen.

Aus dem US-Patent Nr. 3 740 751 ist eine Hohlleiterantennenzeile mit Schlitzen bekannt, bei der zur Erfüllung einer gewünschten Aufgabe die Schlitze paarweise angeordnet sind.

Bei vielen Antennen ist es von Vorteil, Schlitzantennen zu verwenden. Sie ermöglichen eine gute Verteilung und Abstrahlung der elektromagnetischen Felder mit einer präzisen Steuerung der Aperturbelegujig und somit der Fernfelds tr ahlungsdiagranune.

Die bekannten Schlitzstrahlerantennenzeilen sind jedoch auf " die Bildung einer Strahlungskeule im Raum bei einer einzigen Anregungsfrequenz beschränkt. Die Ebene, in der die Strahlungskeule liegt, ist parallel zu der Längsrichtung der Antennenzeile. Dies kann bei Radaranwendungen eine starke Einschränkung sein (z.B. beim Monopulsbetrieb oder wenn in der Ebene der

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Schlitzstrahlerantennenzeile gleichzeitig mehrere Strahlungskeulen benötigt werden).

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung anzugeben, mit der mit Schlitzstrahlerantennenzeilen mindestens zwei Strahlungskeulen erzeugt werden können.

Von der erfindungsgemäßen Schlitzstrahlerapertur können gleichzeitig zwei Strahlungskeulen erzeugt werden. Hierzu werden zwei Hohlleiter über eine gemeinsame Wand, in der sich Koppellöcher befinden, miteinander verbunden. Die Hohlleiter sind im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und haben ungefähr dieselbe Länge.

Durch eine geeignete Speisung der beiden Hohlleiter kann die Phasengeschwindigkeit entlang des Hohlleiters geändert werden, was eine Verschiebung der Strahlposition zur Folge hat. Diese Eigenschaft wird erfindungsgemäß dazu verwendet, gleichzeitig zwei unterschiedliche Strahlungskeulen zu erzeugen. Dies ist beispielsweise bei Amplituden- oder Phasen-Monopulsradargeräten erwünscht. Es wird anhand der Beschreibung noch erläutert werden, daß wenn die Hohlleiter mit HF-Energie, die für die beiden Hohlleiter um 180° phasenverschoben ist, gespeist werden, die gemeinsare Wand der Hohlleiter keine Bedeutung hat; wenn jedoch eine gleichphasige Speisung erfolgt, wird die gemeinsame Wand "im Leerlauf betrieben". Bei kreis-• förmigen Koppellöchern erzeugt dies an der Seitenwand einen induktiven Abschluß, wodurch die Phasengeschwindigkeit verringert und die Strahlungskeule verschoben wird. Weitere Einzelheiten der Speisung, mit der die gleichzeitige Erzeugung zweier

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Strahlungskeulen, ermöglicht wird, wird in der weiteren Beschreibung erläutert.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig.1 ein Paar paralleler Hohlleiter, die in ihrer gemeinsamen Wand runde Koppellöcher haben; in der Schmalseite von einem der beiden Hohlleiter sind Schlitze vorhanden;

Fig.2, 3 schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktion der gemeinsamen Wand der beiden Hohlleiter;

Fig.4 ein Diagramm, anhand dessen die winkelmäßige Ausrichtung der Keulen erläutert wird;

Fig.5a eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Speisung, wenn Doppelkeulen erzeugt werden sollen;

Fig.5b ein Diagramm zur Beschreibung der beiden Keulen, die mit der Anordnung nach Fig.5a erzeugt werden;

Fig.6a eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Speisung, wenn ein Strahlungsdiagramm, wie es bei einem Monopulsradargerät benötigt wird, erzeugt werden soll;

Fig.6b ein Diagramm zur Beschreibung des Strahlungsdiagramms, das mit der Anordnung nach Fig.6a erzeugt wird.

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Die neue Schlitzantennenzeilenapertur ist für die gleichzeitige Erzeugung von mehreren Strahlungskeulen geeignet. Es ist, wie anhand der Fig.1 erläutert wird, wesentlich, daß zwei Hohlleiter über eine gemeinsame Wand (z.B. die Schmalseite) verbunden sind, wobei sich in der gemeinsamen Wand Koppellöcher befinden. Durch eine geeignete Speisung der beiden Hohlleiter kann die Phasengeschwindigkeit entlang der Antennenzeile verändert werden, was eine Verschiebung der Keulenposition zur Folge hat. Diese Eigenschaft wird dazu ausgenutzt, diskrete Strahlungskeulen für Amplitudenoder Phasen-Monopulsradargeräte zu erzeugen.

Es wird angenommen, daß der infolge der Abstrahlung zunehmende Verlust (pro Längeneinheit von Wellenlänge) relativ klein ist und daß der erste 11 bzw. der zweite 12 Hohlleiter mit um 180° phasenverschobener HF-Energie gespeist werden. Es wird weiterhin angenommen, daß die gemeinsame Wand 17 dann "als ein Kurzschluß" betrachtet wird, wie in Fig.2a angegeben. Mit einem solchen Kurzschluß in der gemeinsamen Wand liegen die Koppel-Aperturen, z.B. 18 und 19 in Fig.1, in einer Kurschlußebene und haben auf die Phasengeschwindigkeiten in den Hohlleitern oder 12 der Anordnung 10 keinen Einfluß. Die Phasengeschwindigkeit, und somit auch die Position der Strahlungskeule, hat denselben Winkel wie bei einem ungestörten Hohlleiter oder wie beim Hohlleiter 12, der unabhängig von den Koppellöchern mit seinen bekannten Schlitzstrahlern 13, 14 betrieben wird.

Dieser Winkel ist in der Fig.4 mit θο bezeichnet und entspricht der relativen 180°-Anregung nach Fig.2. Eine Anregung, die

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für die beiden Hohlleiter 11 und 12 mit einer 18O°-Phasenverschiebung erfolgt, ist durch das Zeichen "+-" gekennzeichnet,

Nachfolgend wird der Fall betrachtet, daß die beiden Hohlleiter gleichphasig gespeist werden. Die gemeinsame Wand wird jetzt als "im Leerlauf betrieben" betrachtet (Fig.3). Für kreisförmige Koppellöcher, z.B. 18 und 19, wirkt dies als induktiver Abschluß an der gemeinsamen Seitenwand, was bewirkt, daß die Phasengeschwindigkeit in den Leitern abnimmt und die Strahlungskeule wird vom Winkel θο um den Winkel ΔΘ verschoben (Fig.4). Die Strahlungskeule wurde um etwa eine halbe Keulenbreite verschoben. Für Monopuls-Strahlschwenkungen können zwei Keulen gleichzeitig geschwenkt werden. Mittels einer geeigneten Speisung der beiden Hohlleitereingänge können voneinander unabhängige Strahlungskeulen erzeugt werden.

Der in der Fig.4 dargestellte zweite Vektor gilt für den Fall der eben beschriebenen gleichphasigen Speisung (Fig.3). Der Vektor, der die zweite Strahlungskeule repräsentiert, ist von θο um ΔΘ getrennt.

Anhand der Fig.5a und 5b wird erläutert, wie die in Fig.5b dargestellten räumlich getrennten Strahlungskeulen entsprechend einer "++" und einer "+-"-Anregung nach Fig.4 erzeugt werden. In der Fig.5a ist wie in der Fig.1 die Hohlleiteranordnung mit den beiden Hohlleitern 11 und 12, die eine gemeinsame Wand aufweisen, dargestellt. Ea sind Strahlerschlitze 13, 14 usw. dargestellt und es wird angenommen, daß in der gemeinsamen Wand 17 die Koppelschlitze 18, 19 usw. vorhanden sind.

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Ein 18O°-Hybrid 20 hat einen Summen- und einen Differenzanschluß und weitere Anschlüsse 15 und 16, die mit den Hohlleitern 11 und 12 wie dargestellt verbunden sind. Durch Speisung der Summen (Z)-oder Differenz (Δ)- Anschlüsse nach Fig.5a kann die entsprechende Strahlungskeule nach Fig.5b erzeugt werden. Auf entsprechende Weise kann durch getrennte Schaltungen für diese Σ- und Δ-Anschlüsse eine gleichzeitige Erzeugung dieser zwei winkelmäßig getrennten Strahlungskeulen ermöglicht werden.

Auch in der Darstellung nach Fig.6a wird wieder die beschriebene Hohlleiteranordnung nach Fig.1 mit den Hohlleitern 11 und 12, strahlenden Schlitzen und Koppellöchern verwendet. Bei diesem Beispiel ist jedoch in der Speiseschaltung ein 3 dB-Koppler verwendet. Dieser 3 dB-Koppler erzeugt eine Anregung an den Eingängen der Hohlleiter 11 und 12, die um 90° getrennt ist. Die in Fig.6b dargestellte Strahlungskeulenkonfiguration ist typisch für Monopuls-Geräte. Es wird ein Summen- und ein Differenzdiagramm erzeugt - in diesem Fall zwischen zwei diskreten Strahlungskeulenpositionen -, um die Differenz oder Interferometer-Strahlungskeulenverteilung zu erhalten (beide

ΔΘ
symmetrisch um ungefähr θο + ■=— ) .

Die Konstruktionskriterien zur Anordnung der Koppel-Aperturen in der gemeinsamen Hohlleiterwand 17 sind dem Fachmann bekannt. Es wurden kreisförmige Koppellöcher vorgeschlagen. Es können · jedoch auch Schlitze, rechteckige oder andere Löcher verwendet werden. Der durch diese Koppelapertur bedingte Grad der Kopplung bestimmt die Trennung zwischen den beiden von der Einrichtung gleichzeitig erzeugten Strahlungskeulen.

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Die Einrichtung 10 mit den Hohlleitern 11 und 12 und der gemeinsamen Trennwand 17 ist aus einem bei Hohlleitern überlicherweise verwendeten leitenden Material hergestellt. Die übergänge bei den Speiseleitungen hängen ab von der Art, wie das 18O°-Hybrid (Fig.5a) bzw. der 3 dB-Koppler (Fig.6a) eingefügt sind. Wenn diese im Hohlleiterbereich angeordnet sind, ist die Kopplung im wesentlichen direkt. Das Hybrid 20 oder der Koppler 21 können auch in Streifenleitungstechnik realisiert werden," dann werden bekannte Streifenleiter/Hohlleiterübergänge verwendet. Dies ist dem Fachmann bekannt. Mit den Anschlüssen 22 und 23 in Fig.6a können allgemein bekannte Monopuls-Radargerät-Schaltungen verbunden sein. Bei der Einrichtung nach Fig.5a kann ein Hohlleiterschalter vorgesehen sein, um zwischen den Σ- und Δ-Anschlüssen des Hybrids 20 umzuschalten, wodurch eine Art Zeitmultiplex zwischen den Strahlungskeulen nach Fig.5b erzeugt werden kann. Diese Σ- und Δ-Anschlüsse können auch unabhängig voneinander mit geeigneten Radarschaltungen verbunden werden, um die beiden winkelmäßig voneinander getrennten Strahlungskeulen nach Fig.5b gleichzeitig zu erhalten.

Die Asymmetrie, die dadurch verursacht wird, daß der Hohlleiter 12 bekannte Schlitze enthält und der Hohlleiter 11 keine enthält, ist relativ gering. Die daraus resultierende Diskrepanz bei der Phasengeschwindigkeit kann empirisch oder durch geeignete Konstruktionsmaßnahmen leicht korrigiert werden.

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Claims

28S5280

Patentanwalt
Dipl.-Phys.Leo Thul
Kurze Str.8
7 Stuttgart 30

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INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Patentansprüche

.J Antennenzeile, insbesondere Schlitzantennenzeile, für Richt-' antennen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zueinander parallele Hohlleiter (11, 12), wobei der eine Hohlleiter (12) ein Schlitzstrahler ist, über eine gemeinsame Wand (17) miteinander verbunden sind, daß die beiden Hohlleiter über getrennte Anschlüsse so mit HF-Energie gespeist werden, daß die Speisung für die beiden Hohlleiter wahlweise gleichphasig oder nicht gleichphasig erfolgt,und daß in der gemeinsamen Wand (17) Löcher (18, 19) oder Schlitze zum Einkoppeln von HF-Energie vom einen in den anderen Hohlleiter vorgesehen sind.

2. Antennenzeile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Kopplung zwischen den beiden Hohlleitern entsprechend dem gewünschten Strahlungsdiagramm gewählt ist.

Sm/Sch

15.12.1978

ORIGINAL INSPECTED

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